[发明专利]自适应宽量程电流电压转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电流输出型探测器前端读出技术领域，尤其是涉及一种自适应宽量程电流电压转换电路。

背景技术

随着加速器技术的不断发展，为满足更多核物理及交叉学科的实验需求，加速器输出的能量范围越来越大，对束流品质的要求也越来越高。束流诊断是加速器系统的关键环节之一，束诊探测器中包含了大量用于束流剖面监测、束晕监测及发射度监测的微弱电流输出型探测器，如用于剖面监测的分条电离室及多丝正比室，用于束晕及发射度测量的丝扫器等。目前束诊系统相关电流输出型探测器的前端电子学通常采用阻抗转换法或积分转换法将电流转换成电压信号，而积分转换法转换出来的电压代表着某一段时间内的总电荷，实时性较差，因此对时效性要求较高的系统均采用阻抗转换法，称为电流电压转换（IVC）。

针对不断变化的微弱电流信号，传统的、固定量程电流电压转换电路大部分具有2～3个数量级的实时处理能力，若遇到3个数量级以上的电流信号时，通常会超出系统所能够处理的量程范围。常规处理方法是采取舍弃部分较小信号或较大信号的做法，或者人为的去更换不同量程的电子学系统，这样大大降低了束流诊断系统的精度及准确性，增加了调束时间，影响了加速器的利用率，浪费了大量的人力、财力和时间，同时由于需要工作人员到现场去更换设备，极易出现人员安全事故。因此传统的、固定量程电流电压转换电路很难满足高精度实验时的束诊要求。

发明内容

本发明的目的在于避免现有宽量程电流信号读出技术的实时性差，无法满足高精度实验需求的缺陷提供一种自适应宽量程电流电压转换装置，从而有效解决了现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的自适应宽量程电流电压转换装置，其特点是包括分别与屏蔽输入的电流信号I_in连接的四路输入高速切换电路，每路输入高速切换电路依次与电流电压转换电路和输出高速切换电路串接后相互并联，然后与反相放大及电压跟随器相连，反相放大及电压跟随器输出的电压信号分为三路，反相放大及电压跟随器一路输出为模拟电压输出Vout，反相放大及电压跟随器另外两路输出分别通过高速低阈甄别电路和高速高阈甄别电路接控制逻辑电路，所述的电流电压转换电路包括四个档位区间，四路输入高速切换电路中每路输入高速切换电路与对应的输出高速切换电路的切换动作受控于控制逻辑电路。

所述的四路输入高速切换电路结构相同，四路输入高速切换电路中每路输入高速切换电路包括一个DMOS高速模拟开关、两个电阻和一个快速反相器，输入信号I_in与DMOS高速模拟开关的Source端连接，DMOS高速模拟开关的Body端接-5V电压，输入信号I_in由DMOS管的Source端进入，输入信号I_in在Gate端的控制下从Drain端输出，控制信号Ctrl1通过反相器B1后，与电阻R1和R2共同作用控制DMOS高速模拟开关的Gate端，当Ctrl1为低电平时，M1的Source端与Drain端导通，I_in信号从M1的Drain端输出，当Ctrl1为高电平时，M1的Source端与Drain端断开，这四个DMOS高速模拟开关在同一时刻有且只有一个导通，控制逻辑电路输出控制信号Ctrl1、Ctrl2、Ctrl3和Ctrl4经反相器后对应控制四个DMOS管Gate端，在同一时间这四个DMOS高速模拟开关只有一个导通，其它三个断开。

所述的电流电压转换电路包括四个档位区间，四路输入高速切换电路分别连对应的四档电流电压转换电路，四档电流电压转换电路输出端分别连接到对应的输出高速切换电路，四档电流电压转换电路结构相同，四档电流电压转换电路对应的输出高速切换电路结构相同，在同一时刻只有其中一路输出高速切换电路被控制为导通，其余三路高速切换电路全部被控制为断开，在系统上电初始化时，控制逻辑电路输出的Ctrl4为低电平，Ctrl1、Ctrl2和Ctrl3为高电平，控制逻辑电路输出的控制信号Ctrl1、Ctrl2、Ctrl3和Ctrl4对应控制四档电流电压转换电路输出端的通断，实现电流电压转换输出与输入的对应选择；输出高速切换电路输出的电压信号输入至反相比例运算放大电路，将电压信号适当放大并反相；反相放大后的信号输入到电压跟随器，电压跟随器的作用在于增加输出驱动能力并隔离前后级电路。