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Description
超导量子干涉器件（SQUID）是灵敏度极高的磁通传感器，广泛应用于生物磁成像、地球物理探测等领域。SQUID需在低温下工作，但其控制与信号读取必须通过室温电子学系统完成。室温读出电子学的噪声、带宽和稳定性直接决定了SQUID系统的整体性能，是器件走向实际应用的关键环节。
模拟放大负反馈电路（AFB）是常用的单通道的单级或两级DC-SQUID线性读出电路。AFB结构上包括用于DC-SQUID的偏置源电路和磁通锁定电路（FLL）。偏置电路原理设计上采用电压源串接大电阻的传统方式来灵活调节输出动态范围。FLL电路采用两级运算放大器的设计结构以此拓宽增益带宽积：第一级前置放大器与SQUID array直接耦合，输入前放采用的差分输入设计，并与制冷机壳良好搭接。后一级放大器选择高带宽的运算放大器，第二级放大器控制AFB，使其可进入两种模式：线性放大（AMP）模式与磁通锁定（FLL）模式。在AMP模式下，系统总体增益为2000倍，可以有效放大SQUID array两端的电压信号。在FLL 模式下，积分电容接入放大器的反馈电路，并且第一级SQUID反馈线圈接入反馈信号，形成闭环磁通锁定。
当前AFB子板如图1支持双通道两级DC-SQUID读出。板卡屏蔽盒顶部设有24针Lemo接口，直接耦合至ADR制冷机，底部dB25接口用于接收来自FPGA的配置信号。BNC接口分别用于输出FLL锁定信号和输入外部参考信号。板卡在设定反馈电阻为30 kΩ后的磁通反馈锁定：锁定后的输入电流信号呈线性放大输出；在30kΩ的反馈电阻磁通锁定后，测得系统NEI噪声如图2所示。在10kHz的平坦噪声区域，NEI约为7pA/Hz。为了实现更紧凑的设计，我们设计了如图3所示的AFB控制板卡及机箱。单个AFB控制机箱可以接入4个AFB子板从而实现8通道的DC-SQUID同时读出。整个电子学可以接入市电使用，是一套相对完整的多通道DC-SQUID电子学读出系统。
