[发明专利]一种超导量子干涉器件接入保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及超导量子干涉器件作为传感器的技术领域，具体为一种超导量子干涉器件接入保护电路。

背景技术

超导量子干涉器件（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID）是极其灵敏的磁传感器，由超导回路和约瑟夫森结构成的器件。超导量子干涉器件是超导电子学件的重要基元，其最大超导电流随回路所包围的磁通作周期性变化，周期为磁通量子,Wb。这种现象的物理本质是超导体系的波函数的干涉效应。因此它直接表现了这种宏观体系的量子特性。在外加直流偏置条件下，其输出电压随外磁场周期性变化。这个特性使之可以被制成最灵敏的磁强计。其单位带宽分辨率可达10-15Tesla(相当于地磁场的几百亿分之一)。它可以广泛应用于生物磁场，地球物理，无损探伤和极低场磁共振成像系统中。射频SQUID由超导回路中插入一个约瑟夫森结构成，通常在射频或微波偏置下使用，具有与前者类似的特性与用途。

超导量子干涉器件在输入一定偏置电流情况下，就具备了磁通电压转换特性，即超导量子干涉器件会产生随着检测磁通发生变化的电压。测量该电压就可以实现磁通电压的转换，实现磁场探测。

超导量子干涉器件是由约瑟夫森结构成，基于约瑟夫森效应的磁通电压变换器件。约瑟夫森结由超导-绝缘层-超导三层结构构成的结，约瑟夫森结是非常敏感和脆弱的，可承受的电流非常微弱，通常小于100uA，因此如果有大电流通过超导量子干涉器件，可能造成约瑟夫森结损耗，而导致超导量子干涉器件失效。而超导量子干涉器件读出电路都是常规的半导体器件，器件的输出电流和电压远高于约瑟夫森结，因此必须考虑保护电路，来应对异常情况。

超导量子干涉器件可工作在电压偏置和电流偏置两种模式下实现信号放大，其中电压偏置放大电路采用运算放大器，将传感器接在放大器的负端，通过反馈电阻给超导量子干涉器件加载偏置电流，直到超导量子干涉器件两端电压与放大器正端设定的电压相等。由于电压偏置采用反馈的方式维持超导量子干涉器件电压恒定，因此在电路上电瞬间，反馈还没有稳定工作的情况下，可能由于上电不稳定，在超导量子干涉器件上加载过大电压或电流，造成器件损坏。

超导器件由于制备工艺成本高，成品率低，因此单个超导量子干涉器件的成本高，低温超导量子干涉器件单价在几千元左右，而高温超导量子干涉器件则需要几万元，因此超导量子干涉器件是非常昂贵的，上电过程或电路故障引起器失效将造成很大的经济损失。

由上可见，需要开发一种保护电路去保护超导量子干涉器件，防止过压对超导量子干涉器件的损坏。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超导量子干涉器件接入保护电路，用于解决现有技术中在电压偏置模式下由于电压不稳定容易出现过压或过流现象从而导致超导量子干涉器件损坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超导量子干涉器件接入保护电路，包括：超导量子干涉器件；前置放大器，负相输入端与所述超导量子干涉器件相连，读取并放大处于恒压偏置模式下的所述超导量子干涉器件的电流信号；反馈电阻，一端与所述前置放大器的输出端相连，另一端与所述前置放大器的负向输入端相连，将所述前置放大器的输出电压反馈加载到所述超导量子干涉器件上；电压钳位电路，与所述前置放大器的输出端相连，使所述前置放大器的输出电压通过所述反馈电阻加载到所述超导量子干涉器件上的电压钳制在一定范围内。

作为本发明的一种优选方案，所述电压钳位电路包括并联反向连接的第一二极管和第二二极管。

作为本发明的一种优选方案，所述电压钳位电路一端与所述前置放大器的输出端相连，另一端接地。

作为本发明的一种优选方案，所述第一二极管和所述第二二极管同为硅二极管或同为锗二极管。

作为本发明的一种优选方案，所述反馈电阻大于等于所述电压钳位电路钳制的钳制电压与超导量子干涉器件允许加载的最大电流的比值。

作为本发明的一种优选方案，所述钳制电压为0.7V或0.3V。

作为本发明的一种优选方案，还包括一个连接在所述前置放大器输出端的限流电阻。

作为本发明的一种优选方案，所述前置放大器的正向输入端连接电压源。

如上所述，本发明的一种超导量子干涉器件接入保护电路，具有以下有益效果：