低溫微量熱器由于其很低的檢測閾值、極高的能量分辨率等獨特的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于各種物理學實驗和技術(shù)研究中,諸如暗物質(zhì)探測、中微子探測等。特別是對于無中微子雙β衰變的探測實驗,是前沿物理學最重要的研究方向之一,其實驗結(jié)果對于物理學的發(fā)展有著重要的意義。目前國際上已經(jīng)有多個大科學實驗基于低溫微量熱器找尋無中微子雙β衰變的蹤跡,包括CUORE、AMoRE等。低溫微量熱器的輸出信號依賴特定的讀出電子學系統(tǒng)進行處理和測量,讀出電子學系統(tǒng)的性能將極大的影響微量熱器系統(tǒng)的能量分辨率。國外針對無中微子雙β衰變實驗所使用的微量熱器特別設(shè)計了多種讀出電子學系統(tǒng),經(jīng)過超過三十年的優(yōu)化和更新,目前已經(jīng)相對成熟。而國內(nèi)關(guān)于微量熱器讀出電子學系統(tǒng)的研究尚未有公開的成果。本文面向基于CdMoO4閃爍晶體的低溫微量熱器,根據(jù)微量熱器的理論模型分析了其輸出信號特點,總結(jié)了讀出電子學的系統(tǒng)需求。根據(jù)需求,將微量熱器的讀出電子學系統(tǒng)設(shè)計為多個電路模塊,包括可調(diào)的低噪聲直流偏置電路,超低噪聲、超低輸入電流的前置放大電路,低噪聲、線性相位的抗混疊濾波電路,高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)實際測試,微量熱器讀出電子學系統(tǒng)各模塊均工作正常,...

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 微量熱器的歷史
    1.2 低溫微量熱器的優(yōu)缺點
    1.3 低溫微量熱器在無中微子雙β衰變實驗中的應(yīng)用
        1.3.1 無中微子雙β衰變
        1.3.2 無中微子雙β衰變研究方法
        1.3.3 微量熱器在無中微子雙β衰變實驗中的應(yīng)用
    1.4 選題背景
    參考文獻
第2章 微量熱器理論及其讀出電子學系統(tǒng)
    2.1 微量熱器讀出電子學系統(tǒng)概述
    2.2 理想微量熱器模型
        2.2.1 微量熱器的靜態(tài)熱平衡
        2.2.2 微量熱器輸入信號能量的影響
        2.2.3 微量熱器中的電熱反饋
        2.2.4 系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)與輸出信號
    2.3 微量熱器的反饋框圖與噪聲分析
        2.3.1 微量熱器的框圖分析
        2.3.2 吸收體熱力學噪聲
        2.3.3 直流偏置部分噪聲
        2.3.4 信號讀出部分噪聲
        2.3.5 直流偏置電路最優(yōu)工作點的選取
    2.4 微量熱器的讀出電子學系統(tǒng)需求分析
        2.4.1 直流偏置電路
        2.4.2 電壓信號讀出部分需求分析
        2.4.3 前置放大電路
        2.4.4 程控增益放大和基線調(diào)整電路
        2.4.5 抗混疊濾波電路
        2.4.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
    2.5 關(guān)鍵技術(shù)小結(jié)
    參考文獻
第3章 直流偏置電路
    3.1 直流偏置電路的結(jié)構(gòu)
    3.2 負載電阻
    3.3 精密電位器和分壓電阻
    3.4 直流電源
    3.5 NTD靜態(tài)阻值測量
    3.6 直流偏置電壓范圍
    3.7 直流偏置電路的優(yōu)化設(shè)計
    參考文獻
第4章 前置放大電路
    4.1 前置放大電路的輸入級
        4.1.1 JFET的關(guān)鍵參數(shù)
        4.1.2 JFET的選型
    4.2 前置放大電路的設(shè)計
    4.3 輸出電壓補償電路
    4.4 前置放大電路的PSPICE仿真
        4.4.1 差分信號的交流響應(yīng)
        4.4.2 共模信號的交流響應(yīng)
        4.4.3 噪聲仿真
    參考文獻
第5章 抗混疊濾波電路
    5.1 混疊與抗混疊濾波
    5.2 濾波器概述
        5.2.1 濾波器的特性參數(shù)
        5.2.2 二階有源低通濾波
        5.2.3 品質(zhì)因數(shù)與濾波器種類
        5.2.4 群時延
    5.3 兩種常用的二階濾波電路結(jié)構(gòu)
        5.3.1 Sallen-Key型濾波電路
        5.3.2 多重反饋型濾波電路
        5.3.3 兩種低通濾波電路的比較
    5.4 八階Sallen-Key型濾波電路
        5.4.1 幅頻響應(yīng)仿真
        5.4.2 群時延仿真
        5.4.3 噪聲仿真
    5.5 全差分多重反饋型濾波電路
        5.5.1 幅頻響應(yīng)仿真
        5.5.2 群時延仿真
        5.5.3 噪聲仿真
    5.6 集成濾波電路
        5.6.1 集成濾波芯片的選型
        5.6.2 集成濾波芯片的配置與功能
        5.6.3 輸出緩沖濾波電路
    參考文獻
第6章 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
    6.1 ADC的關(guān)鍵參數(shù)
        6.1.1 ADC的靜態(tài)參數(shù)
        6.1.2 ADC的動態(tài)參數(shù)
    6.2 Σ—ΔADC簡介
    6.3 Σ-ΔADC的選型
    6.4 基于ADS1262 ADC芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
    6.5 基于AD7177-2 ADC芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
    參考文獻
第7章 讀出電子學系統(tǒng)的實現(xiàn)與測試
    7.1 直流偏置電路與前置放大電路的實現(xiàn)
    7.2 數(shù)字讀出電路的實現(xiàn)
        7.2.1 基于ADS1262的數(shù)字讀出電路
        7.2.2 基于AD7177-2的數(shù)字讀出電路
    7.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路性能測試
        7.3.1 基于ADS1262芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的測試
        7.3.2 基于AD7177-2芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的測試
    7.4 抗混疊濾波電路測試
        7.4.1 集成濾波電路測試
        7.4.2 Sallen-Key型濾波電路測試
        7.4.3 多重反饋(MFB)型濾波電路測試
        7.4.4 濾波電路的比較
    7.5 前置放大電路測試
        7.5.1 幅頻響應(yīng)
        7.5.2 等效輸入噪聲譜密度
    7.6 直流偏置電路
        7.6.1 電壓偏置范圍測試
        7.6.2 噪聲測試
    7.7 測試結(jié)論
    參考文獻
第8章 總結(jié)與展望
    8.1 論文內(nèi)容總結(jié)
    8.2 未來研究方向的展望
    參考文獻
附錄
致謝



本文編號：3817020