[发明专利]一种用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测方法及装置

权利要求书

1.一种用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置，其特征在于，包括TIA前置电流放大器、前置增益放大器、BPF带通滤波器、带通增益放大器、MODEM调制解调器、LPF低通滤波器、低通增益放大器、AD模数转换器、POWER电源模块、主控MCU和PC上位机；所述TIA前置电流放大器输入端与电流型太赫兹光谱和成像系统的探测天线相连，用于采集并放大探测天线产生的偏置电流信号；所述前置增益放大器输入端与TIA前置电流放大器输出端连接，或与电压型太赫兹光谱和成像系统的探测天线相连，用于对输入信号做进一步放大；所述BPF带通滤波器输入端与前置增益放大器输出端连接，用于滤除高频和低频噪声；所述带通增益放大器输入端与BPF带通滤波器输出端连接，用于对输入信号做进一步放大；所述MODEM调制解调器输入端分别与带通增益放大器输出端和主控MCU连接，用于将主控MCU输入的参考信号与带通增益放大器输入的信号相乘，输出直流信号，所述参考信号与探测天线的输入信号同频；所述LPF低通滤波器输入端与MODEM调制解调器输出端连接，用于滤除交流噪声信号，输出直流有用信号；所述低通增益放大器输入端与LPF低通滤波器输出端连接，用于对信号做进一步放大；所述AD模数转换器输入端与低通增益放大器输出端连接，用于将模拟信号变换为数字信号，并将数字信号输送到主控MCU；所述主控MCU分别与MODEM调制解调器、AD模数转换器和PC上位机连接，用于输出输出与偏置电流信号同频的参考信号，接收AD模数转换器发来的数字信号并上传到PC上位机，所述PC上位机进行数据处理并以时域波形和频域波形的形式呈现太赫兹光谱图。

2.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置，其特征在于，用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置还包括壳体，TIA前置电流放大器、前置增益放大器、BPF带通滤波器、带通增益放大器、MODEM调制解调器、LPF低通滤波器、低通增益放大器、AD模数转换器、POWER电源模块和主控MCU均内置于壳体内。

3.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置，其特征在于，POWER电源模块分别与TIA前置电流放大器、前置增益放大器、BPF带通滤波器、带通增益放大器、MODEM调制解调器、LPF低通滤波器、低通增益放大器、AD模数转换器和主控MCU连接。

4.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置，其特征在于，TIA前置电流放大器部分选用fA级运放，其输入偏置电流可低值20fA，失调电压可低至50uV，具有低失调电压漂移，增益可调1*10^{^4}至1*10^{^9}，电压噪声密度可低至14nV/√

Hz(10KHz)，可达2MHz带宽。

5.根据权利要求1所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置，其特征在于，所述前置增益放大器放大倍数为1倍、2倍、5倍或10倍，带通增益放大器放大倍数为1倍、2倍、5倍或10倍，低通增益放大器放大倍数为2倍、5倍、10倍或20倍，LPF低通滤波器截止频率可选择3Hz、10Hz、30Hz或100Hz。

6.根据权利要求1或5所述的用于太赫兹光谱和成像系统的fA级微弱信号检测装置，其特征在于，PC上位机包括相位调节模块、三级增益调节模块、低通截至频率调节模块和显示模块，所述相位调节模块用于调节参考信号的相位，相位调节范围为0-360°；所述三级增益调节模块用于调节前置增益放大器、带通增益放大器和低通增益放大器的放大倍数；所述低通截至频率调节模块用于调节LPF低通滤波器的截止频率，前置增益放大器、带通增益放大器、低通增益放大器和LPF低通滤波器均与主控MCU连接，显示模块用于输入并显示调整的相位度数、增益倍速和频率，并实时显示太赫兹谱图。