低噪声电流源的电路和低噪声电流源的制作方法

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1.本技术属于量子自旋磁力仪技术领域，尤其涉及一种低噪声电流源的电路和低噪声电流源。

背景技术：

2.随着近代科学技术的发展和进步，量子磁测量已广泛应用于生物医学、地球物理、空间探索和军事国防等各领域，量子自旋磁力仪研究磁场测量的最高精度，是量子精密测量的一个重要应用。量子自旋磁力仪为了达到无自旋交换弛豫区，采用抵消线圈补偿环境磁场，抵消线圈的驱动电流源的噪声直接决定了量子自旋磁力仪的探测下限，电流源的分辨率决定了磁抵消的精度，从而影响磁共振线宽，进一步反映到系统噪声水平上。但目前常规的电流源所提供的电流中的噪声较高。

技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种低噪声电流源的电路和低噪声电流源，为量子自旋磁力仪提供超低噪声电流以达到无自旋交换弛豫区。
4.第一方面，本技术提供了一种低噪声电流源的电路，包括：
5.主控模块；
6.基准源模块，所述基准源模块用于输出基准电压；
7.数模转换模块，所述数模转换模块用于将数字信号转换为模拟信号，并对转换得到的电压进行滤波处理，输出第一电压；
8.恒流源模块，所述恒流源模块用于将第一电压转换为低噪声电流，且所述恒流源模块用于对所述数模转换模块提供反馈信号。
9.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过所述数模转换模块对输出的电压进行滤波处理以得到第一电压，可以降低输入至所述恒流源模块的电压中的噪声；通过所述恒流源模块在将第一电压转换为低噪声电流的基础上，还可以基于电流生成用于控制所述数模转换模块的输出电压的所述反馈信号，以实现信号闭环，从而提高磁抵消精度，使得在后续使用过程中，拓宽量子自旋磁力仪的探测下限，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
10.本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，所述数模转换模块包括：
11.数模转换器，所述数模转换器的输入端分别与所述主控模块的输出端和所述基准源模块的输出端电连接；
12.第一滤波器，所述第一滤波器的输入端与所述数模转换器的输出端电连接，所述第一滤波器的输出端与所述恒流源模块的输入端电连接。
13.根据本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，通过在所述数模转换模块中设置所述第一滤波器以对所述数模转换器转换得到的电压进行降噪处理，从而向所述恒流源模
块输出低噪声电压，以降低最终所输出的电流中的噪声，拓宽量子自旋磁力仪的探测下限，提高磁抵消精度，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
14.本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，所述基准源模块包括：
15.基准源单元；
16.第二滤波器，所述第二滤波器电连接于所述基准源单元与所述数模转换模块之间。
17.根据本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，通过在所述基准源模块中设置所述第二滤波器以对所述基准源单元输出的基准电压进行降噪处理，从而向所述数模转换模块输出低噪声基准电压，以降低最终输出的电流中的噪声，给抵消线圈提供更低噪声的电流，拓宽量子自旋磁力仪的探测下限，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
18.本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，所述恒流源模块包括采样电阻，所述采样电阻与目标电容并联。
19.根据本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，通过在所述采样电阻两端并联目标电容，从而降低所述采样电阻转换得到的电流中的噪声，以降低最终输出的电流中的噪声。
20.本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，所述恒流源模块包括反馈电路，所述反馈电路的输入端与所述采样电阻连接，所述反馈电路的输出端与所述主控模块电连接，所述反馈电路设置为基于所述恒流源模块输出的目标电流确定所述反馈信号。
21.根据本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，通过设置反馈电路，所述恒流源模块可以向所述数模转换模块提供所述反馈信号，以实现信号闭环，提高磁抵消精度，从而降低最终输出的电流中的噪声。
22.本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，还包括通信模块，所述通信模块电连接于所述主控模块与所述基准源模块之间。
23.所述通信模块包括至少一个通信通道，各所述通信通道相互隔离设置。
24.根据本技术一个实施例的低噪声电流源的电路，通过将所述通信通道相互隔离设置，能够将所述主控模块输入至所述通信模块的信号进行隔离，以减少各所述通信通道信号之间的相互干扰，进一步降低最终输出的电流中的噪声。
25.第二方面，本技术提供了一种低噪声电流源，包括：
26.底板；
27.如第一方面所述的低噪声电流源的电路；
28.低噪声电流源的电路设置于底板，且所述基准源模块与所述数模转换模块热隔离设置。
29.根据本技术实施例提供的低噪声电流源，通过在所述基准源模块与所述数模转换模块之间设置热隔离，在所述基准源模块四周的底板上设置开槽以及在所述基准源模块外部设置屏蔽罩，低噪声电流源可以输出超低噪声电流。
30.本技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
31.通过数模转换模块对输出的电压进行滤波处理以得到第一电压，可以降低输入至恒流源模块的电压中的噪声；通过恒流源模块在将第一电压转换为低噪声电流的基础上，还可以基于电流生成用于控制数模转换模块的输出电压的反馈信号，以实现信号闭环，提
高磁抵消精度，使得在后续使用过程中，拓宽量子自旋磁力仪的探测下限，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
32.进一步地，通过在数模转换模块中设置第一滤波器以对数模转换器转换得到的电压进行降噪处理，从而向恒流源模块输出低噪声电压。
33.更进一步地，通过在基准源模块中设置第二滤波器以对基准源单元输出的基准电压进行降噪处理，从而向数模转换模块输出低噪声基准电压。
34.更进一步地，通过在采样电阻两端并联目标电容，从而降低采样电阻转换得到的电流中的噪声，以降低最终输出的电流中的噪声。
35.更进一步地，通过设置反馈电路，恒流源模块可以向数模转换模块提供反馈信号，以实现信号闭环，提高磁抵消精度，以降低最终输出的电流中的噪声，给抵消线圈提供更低噪声的电流，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
36.更进一步地，通过将通信通道相互隔离设置，能够将主控模块输入至通信模块的信号进行隔离，以减少各通信通道信号之间的相互干扰，进一步实现降噪.
37.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
38.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
39.图1是本技术实施例提供的低噪声电流源的电路的结构示意图；
40.图2是本技术实施例提供的低噪声电流源的结构示意图。
41.附图标记：
42.110：上位机；120：主控模块；
43.130：数模转换模块；131：数模转换器；132：第一滤波器；
44.140：恒流源模块；
45.150：基准源模块；151：基准源单元；152：第二滤波器；
46.210：程控电源；220：印制电路板；230：锁相放大器；240：低噪声电流源。
具体实施方式
47.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
48.1、在本技术的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
49.2、在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
50.下面参考图1描述根据本技术实施例的低噪声电流源的电路。
51.如图1所示，该低噪声电流源的电路，包括：主控模块120、数模转换模块130、恒流
源模块140和基准源模块150。
52.在该实施例中，主控模块120用于负责其他各个模块的信息集中、存储、分析和决策。
53.数模转换模块130能够用于将数字信号转换为模拟信号，以转换得到电压。
54.数模转换模块130还能够用于对转换得到的电压进行滤波处理，降低转换得到的电压中的噪声，以输出第一电压。
55.数模转换模块130的输入端与主控模块120的输出端电连接。
56.数模转换模块130能够过滤转换得到的电压中的噪声，从而降低所生成的第一电压中的噪声。
57.恒流源模块140的输入端与数模转换模块130的输出端电连接。
58.恒流源模块140用于将第一电压转换为低噪声电流。
59.其中，低噪声电流用于在进行磁测系统的探测时，给量子自旋磁力仪所使用的抵消线圈提供电流。
60.恒流源模块140还能够用于对数模转换模块130提供反馈信号。
61.其中，反馈信号用于控制数模转换模块130基于恒流源模块140输出的目标电流输出第一电压。
62.基准源模块150用于输出基准电压。
63.其中，基准电压作为数模转换模块130的门限电压。
64.在实际执行过程中，当数模转换模块130输出的第一电压不超过门限电压的情况下，数模转换模块130正常工作；相反，当数模转换模块130输出的第一电压超过门限电压的情况下，数模转换模块130将根据上述反馈信号继续调整输出的第一电压，直至不超过门限电压。
65.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过数模转换模块130对输出的电压进行滤波处理以得到第一电压，能够降低输入至恒流源模块140的电压中的噪声；通过恒流源模块140在将第一电压转换为低噪声电流的基础上，还能够基于电流生成用于控制数模转换模块130的输出电压的反馈信号，以实现信号闭环，提高磁抵消精度，使得在后续使用过程中，拓宽量子自旋磁力仪的探测下限，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
66.在一些实施例中，数模转换模块130包括：数模转换器131和第一滤波器132。
67.在该实施例中，数模转换器131的输入端分别与主控模块120的输出端和基准源模块150的输出端电连接。
68.第一滤波器132的输入端与数模转换器131的输出端电连接，第一滤波器132的输出端与恒流源模块140的输入端电连接。
69.其中，第一滤波器132用于对转换得到的电压进行滤波处理，以降低噪声，输出第一电压。
70.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过在数模转换模块130中设置第一滤波器132以对数模转换器131转换得到的电压进行降噪处理，从而向恒流源模块140输出低噪声电压。
71.在一些实施例中，基准源模块150包括：基准源单元151和第二滤波器152。
72.在该实施例中，基准源单元151的输出端与第二滤波器152的输入端电连接；
73.第二滤波器152的输出端与数模转换模块130电连接。
74.其中，第二滤波器152用于对基准源单元151输出的基准电压进行降噪处理。
75.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过在基准源模块150中设置第二滤波器152以对基准源单元151输出的基准电压进行降噪处理，从而向数模转换模块130输出低噪声基准电压。
76.在一些实施例中，恒流源模块140包括：采样电阻。
77.在该实施例中，采样电阻用于将数模转换模块130输出的第一电压转换为电流。
78.在一些实施例中，采样电阻还与目标电容并联。
79.目标电容的参数能够基于用户自定义，或者能够基于滤波程度来确定。
80.并联的目标电容用于滤除采样电阻转换得到的电流中的噪声，以进一步降低最终所输出的电流中的噪声。
81.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过在采样电阻两端并联目标电容，从而降低采样电阻转换得到的电流中的噪声，以降低最终输出的电流中的噪声。
82.在一些实施例中，恒流源模块140还包括：反馈电路。
83.在该实施例中，反馈电路的输入端与采样电阻连接，反馈电路的输出端与主控模块120电连接。
84.反馈电路设置为基于恒流源模块140输出的目标电流确定反馈信号。
85.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过设置反馈电路，恒流源模块140能够向数模转换模块130提供反馈信号，以实现信号闭环，提高磁抵消精度，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
86.在一些实施例中，该低噪声电流源的电路还包括：通信模块。
87.在该实施例中，通信模块用于实现主控模块120与基准源模块150之间的通信。
88.通信模块电连接于主控模块120与基准源模块150之间。
89.在一些实施例中，通信模块包括至少一个通信通道，各通信通道相互隔离设置。
90.通信通道的数量能够基于用户自定义，或者能够基于屏蔽干扰的程度来确定。
91.根据本技术实施例提供的低噪声电流源的电路，通过将通信通道相互隔离设置，能够将主控模块120输入至通信模块的信号进行隔离，以减少各通信通道信号之间的相互干扰，进一步实现降噪。
92.在一些实施例中，该低噪声电流源的电路还包括：上位机110，上位机110的输出端与主控模块120的输入端电连接。
93.本技术还提供一种低噪声电流源。
94.下面参考图2描述根据本技术实施例的低噪声电流源240。
95.本技术的低噪声电流源240，能够应用于量子自旋磁力仪技术领域，如量子自旋磁力仪为了达到无自旋交换弛豫区，采用抵消线圈补偿环境磁场时，给抵消线圈提供低噪声电流。
96.如图2所示，该低噪声电流源240，包括：底板和如上任意实施例所述的低噪声电流源的电路。
97.在该实施例中，底板用于支撑低噪声电流源的电路。
98.低噪声电流源的电路用于提供低噪声电流。
99.低噪声电流源的电路设置于底板，且基准源模块150与数模转换模块130热隔离设置，以提高基准源模块150的稳定性。
100.根据本技术实施例提供的低噪声电流源240，通过在基准源模块150与数模转换模块130之间设置热隔离，能够提高基准源模块150的稳定性，以输出稳定的基准电压。
101.在一些实施例中，基准源模块150四周的底板上设有开槽。
102.在该实施例中，例如，在实际执行过程中，基准源设置于底板上，挖除基准源集成电路下方电源层和接地层的铜皮，并对基准源四周的底板进行镂空处理，以进一步提高基准源模块150的稳定性。
103.在一些实施例中，基准源模块150外部还罩设有屏蔽罩，以屏蔽干扰信息，提高基准源模块150的稳定性。
104.根据本技术实施例提供的低噪声电流源240，通过在基准源模块150与数模转换模块130之间设置热隔离，在基准源模块150四周的底板上设置开槽以及在基准源模块150外部设置屏蔽罩，低噪声电流源240能够输出超低噪声电流。
105.在一些实施例中，该低噪声电流源240的输出端与锁相放大器230的输入端电连接，锁相放大器230的输入端还与印制电路板220的输出端电连接，程控电源210的输出端与印制电路板220的输入端电连接，用于向印制电路板220供电。
106.通过锁相放大器230放大低噪声电流源240输出的低噪声电流，能够给抵消线圈提供更低噪声的电流，以提高磁抵消精度，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区。
107.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点能够在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
108.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员能够理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下能够对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种低噪声电流源的电路，其特征在于，包括：主控模块；基准源模块，所述基准源模块用于输出基准电压；数模转换模块，所述数模转换模块的输入端分别与所述主控模块的输出端和所述基准源模块的输出端电连接，所述数模转换模块用于对转换得到的电压进行滤波处理，输出第一电压；恒流源模块，所述恒流源模块的输入端与所述数模转换模块的输出端电连接，所述恒流源模块用于将所述第一电压转换为低噪声电流，且所述恒流源模块用于对所述数模转换模块提供反馈信号。2.根据权利要求1所述的低噪声电流源的电路，其特征在于，所述数模转换模块包括：数模转换器，所述数模转换器的输入端分别与所述主控模块的输出端和所述基准源模块的输出端电连接；第一滤波器，所述第一滤波器的输入端与所述数模转换器的输出端电连接，所述滤波器的输出端与所述恒流源模块电连接。3.根据权利要求1所述的低噪声电流源的电路，其特征在于，所述基准源模块包括：基准源单元；第二滤波器，所述第二滤波器电连接于所述基准源单元与所述数模转换模块之间。4.根据权利要求1-3任一项所述的低噪声电流源的电路，其特征在于，所述恒流源模块包括采样电阻，所述采样电阻与目标电容并联。5.根据权利要求4所述的低噪声电流源的电路，其特征在于，所述恒流源模块包括反馈电路，所述反馈电路的输入端与所述采样电阻连接，所述反馈电路的输出端与所述主控模块电连接，所述反馈电路设置为基于所述恒流源模块输出的目标电流确定所述反馈信号。6.根据权利要求1-3任一项所述的低噪声电流源的电路，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块电连接于所述主控模块与所述基准源模块之间。7.根据权利要求6所述的低噪声电流源的电路，其特征在于，所述通信模块包括至少一个通信通道，各所述通信通道相互隔离设置。8.一种低噪声电流源，其特征在于，包括：底板；如权利要求1-7任一项所述的低噪声电流源的电路，所述低噪声电流源的电路设置于所述底板，且所述基准源模块与所述数模转换模块热隔离设置。9.根据权利要求8所述的低噪声电流源，其特征在于，所述基准源模块四周的所述底板上设有开槽。10.根据权利要求8或9所述的低噪声电流源，其特征在于，所述基准源模块外部罩设有屏蔽罩。

技术总结

本申请公开了一种低噪声电流源的电路和低噪声电流源，属于量子自旋磁力仪技术领域。本申请的低噪声电流源的电路，包括：主控模块；基准源模块，所述基准源模块用于输出基准电压；数模转换模块，所述数模转换模块的输入端分别与所述主控模块的输出端和所述基准源模块的输出端电连接，所述数模转换模块用于对转换得到的电压进行滤波处理，输出第一电压；恒流源模块，所述恒流源模块的输入端与所述数模转换模块的输出端电连接，所述恒流源模块用于将第一电压转换为低噪声电流，提高磁抵消精度，使量子自旋磁力仪达到无自旋交换弛豫区，且所述恒流源模块用于对所述数模转换模块提供反馈信号，从而达到恒流输出。从而达到恒流输出。从而达到恒流输出。