CN102437824A - 一种直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器。本发明的直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器包括单元电路，n个单元电路集成在电路板上，电路板安装在导热板上，导热板和屏蔽盒相对固定在一起将电路板封装在两者的内部，组成放大电路组件；将m个放大电路组件直立安装在底座上，组成m*n路放大器阵列，其中m和n为自然数。本发明采用表面封装电子元件、一体化铝合金或不锈钢或铜等金属的导热板、铜或不锈钢等金属底座和U型内管冷却液循环、一体化铝合金或铜等金属的屏蔽盒等，有效地电磁隔离，消除了电子学串扰，并且噪声小。本发明的放大器集成度高，可以达到一千六百多路，甚至更多。能够根据实际需要，制作成任意规模的放大器。

Description

一种直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器
技术领域
本发明涉及电荷灵敏前置放大器，具体涉及一种直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器。
背景技术
在各种物理、化学实验和空间辐射探测、医学成像等工程测量及科学研究中，电荷灵敏前置放大器能将硅、气体、液体或固体闪烁体等探测器探测到的辐射粒子(包括电子、其他带电粒子、宇宙射线、光子等)信号转化为电子学脉冲信号。因此，电荷灵敏前置放大器的性能指标直接决定了测量数据的质量和测量效率，是测量系统的关键设备。目前市场上有一些单路电荷灵敏前置放大器产品，几乎都为从国外进口。
电荷灵敏前置放大器的单元电路包括：探测器上粒子激发产生的电荷量Q输入至运算放大器以及积分电容。在大规模科学研究和实验测量中，我们需要将几百路乃至几千路的单元电路集成到一个很小的体积内，并且要求稳定地在高真空(如各种科学实验和空间飞行器所处的高真空)、强电磁干扰环境中使用。然而，一般的电荷灵敏前置放大器产品具有很多成本和技术方面的问题，如：1)成本高；2)尺寸体积大；3)集成度低，一般为1至16路；4)输入、输出电路互连困难；5)容易发生自激振荡；6)放大器间容易产生电子学串扰；7)加速器、空间等强干扰、高噪声环境中使用时，信号噪声比低，对小信号无法辨认；8)由于散热和冷却困难真空中无法长时间工作；等等。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，提出本发明。
本发明的目的在于提供一种直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器。
本发明的直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器包括单元电路，n个单元电路集成在电路板上，电路板安装在导热板上，导热板和屏蔽盒相对固定在一起将电路板封装在两者的内部，组成放大电路组件；将m个放大电路组件直立安装在底座上，组成m*n路放大器阵列，其中m和n为自然数。
n个单元电路集成在电路板上，全部采用表面封装集成电路芯片和电子学元器件，其中，n为自然数。
在电路正常工作时，集成电路芯片以及电路板本身会发热，在空气中热量很难散发出去，尤其当多路电路一起工作时，大量的热量导致电路过热，使得电路不能正常工作。将电路板和集成电路芯片贴装在导热板上，导热板的材料为铜、不锈钢、铝合金等导热性能好的金属材料，导热板将电路工作时产生的热量有效地传导出去。导热板的主体为一个导热盒体，导热板的内部与n个单元电路相对应，由隔离板分隔成n个空腔。电路板和芯片贴装在导热板上，每个单元电路对应一个空腔，当电路工作时，芯片产生的热量及时地由导热板导出，保证了电路正常工作，其中，n为自然数。
屏蔽盒的主体为屏蔽盒体，其内部与n个单元电路相对应，由屏蔽板分隔成n个屏蔽室。屏蔽盒的材料为铜、不锈钢、铝合金等金属，使各单元电路有效地电磁隔离。导热板和屏蔽盒固定在一起，空腔和屏蔽室相对，将电路板封装在两者的内部，组成放大电路组件，其中，n为自然数。
底盘为铜、不锈钢等导热性能良好的金属材料，其内部具有连通的U型内管，在U型内管内通有水、酒精或氟里昂等冷却液，作为循环致冷介质。氟里昂封闭使用，用量少，不会对大气臭氧层造成影响。在底盘一侧的U型内管的两端分别设有冷却液进口和冷却液出口，从而与U型内管一起形成循环制冷的通道。
本发明的优越性：
本发明采用表面封装电子元件、一体化铝合金或不锈钢或铜等金属的导热板、铜或不锈钢等金属底座和U型内管冷却液循环、一体化铝合金或铜等金属的屏蔽盒等，有效地电磁隔离，消除了电子学串扰，并且噪声小。本发明的放大器集成度高，可以达到一千六百多路，甚至更多。能够根据实际需要，制作成任意规模的放大器阵列。
附图说明
图1为本发明的直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器的结构示意图；
图2为本发明的放大器的放大电路组件的结构示意图；
图3(a)为本发明的放大器的放大电路组件的电路板的示意图，(b)为本发明的放大器的放大电路组件的导热板的示意图，(c)为本发明的放大器的放大电路组件的屏蔽盒的示意图；
图4为本发明的放大器的底盘的剖面图；
图5为本发明的放大器的实验测试信号的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明的放大器包括底座1以及安装在底座上的多个放大电路组件2。
如图2所示，放大电路组件2包括导热板21、电路板22和屏蔽盒23。
如图3(a)所示，16个单元电路221集成在电路板22上。
如图3(b)所示，导热板21的主体为一个导热盒体211，导热板的内部与电路板22上的16个单元电路相对应，由隔离板212分隔成16个空腔213。
如图3(c)所示，屏蔽盒23的主体为屏蔽盒体231，其内部与电路芯片上的16个单元电路相对应，由屏蔽板232分隔成16个屏蔽室233。
电路板22上的每个单元电路221与空腔213相对应安装在导热板21上，屏蔽室233与空腔213相对，将屏蔽盒23与导热板21安装在一起，将电路板22封装在二者的内部。
如图4所示，底盘1的内部具有连通的U型内管11，底盘一侧的U型内管的两端分别设有冷却液进口12和冷却液出口13。
用铝合金等作为材料的导热板直接将集成电路芯片和其他元件所产生的热量引导到不锈钢冷却底座。例如，导热板厚9mm，长141mm，宽94mm，中间整齐排列16个长、宽、深各为38mm、14mm、3mm的空腔。每个空腔放置1路电荷灵敏前置放大器单元电路，全部采用表面封装集成电路和电子学元器件。
用酒精作为循环致冷液通入如长、宽、高分别为163mm、94mm、22mm的不锈钢冷却底座中的U型内管(11)进行冷却循环。
用铝合金等作为材料的屏蔽盒对各个单元电路进行电磁隔离，消除电子学串扰。如屏蔽盒厚11mm，长141mm，宽94mm，中间整齐排列16个长、宽、深分别为38mm、14mm、8mm的空腔。
将6个放大电路组件直立放置在不锈钢的底座上组成96路放大器阵列，间隔25.4mm。
图5为实验测试信号。将此信号图放大，观察曲线的波动，可以看出，本发明的放大器无电子学串扰，噪声为5mV。
上面描述的实施例并非用于限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的变换和修改，因此本发明的保护范围视权利要求范围所界定。

Claims (9)

1.一种直冷式高集成度电荷灵敏前置放大器，其特征在于，所述放大器包括单元电路(221)，n个单元电路(221)集成在电路板(22)上，电路板(22)安装在导热板(21)上，导热板(21)和屏蔽盒(23)相对固定在一起将电路板(22)封装在两者的内部，组成放大电路组件(2)，m个放大电路组件(2)直立安装在底座(1)上，组成m*n路放大器阵列，其中m和n为自然数。
2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，n个单元电路(221)集成在所述电路板(22)上，全部采用表面封装集成电路和电子学元器件，其中，n为自然数。
3.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述导热板(21)的材料为铜、不锈钢、铝合金等导热性能良好的金属材料。
4.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述导热板(21)的主体为一个导热盒体(211)，导热板的内部与电路板(22)上的n个单元电路(221)相对应，由隔离板(212)分隔成n个空腔(213)，其中，n为自然数。
5.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，在所述屏蔽盒(23)的材料为铝合金、不锈钢或铜等金属。
6.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述屏蔽盒(23)的主体为屏蔽盒体(231)，其内部与电路板(22)上的n个单元电路(221)相对应，由屏蔽板(232)分隔成n个屏蔽室(233)，其中，n为自然数。
7.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述底盘(1)为铜、不锈钢等金属。
8.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，在所述底盘(1)的内部具有连通的U型内管(11)，在底盘一侧的U型内管的两端分别设有冷却液进口(12)和冷却液出口(13)。
9.如权利要求8所述的放大器，其特征在于，在所述U型内管内通有水、酒精或氟里昂等冷却液，作为循环致冷介质。
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