CN102695962B - 用于多通道超导量子干涉仪信号的数据采集系统 - Google Patents

用于多通道超导量子干涉仪信号的数据采集系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于多通道超导量子干涉仪(SQUID)信号的数据采集系统。该系统包括：数字转换器单元，其连接到具有多个通道的SQUID传感器，且接收来自所述多个通道的电压信号，及产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；和光纤电缆，其传输自所述数字转换器单元的所述通道-电压串行数字信号。

Description

用于多通道超导量子干涉仪信号的数据采集系统
技术领域
本发明涉及一种数据采集系统，且更具体地涉及一种用于多通道超导量子干涉仪(SQUID)信号的数据采集的系统和方法。
背景技术
SQUID(超导量子干涉仪)是由于磁通量的量子干扰效应而能够响应于磁场内的细微变化的装置，且用于高敏感磁通量计或用于心磁图(MCG)和脑磁图(MEG)测量的生物传感器。
SQUID传感器测量细磁场，且安置在位于磁屏蔽室(MSR)或射频屏蔽室(RFSR)内的液氦杜瓦瓶内，以对人体进行MCG或MEG测量。
由于由SQUID传感器感测到的信号是弱电压信号，它在磁通锁定环(FLL)电路中被放大及线性化，且传输到屏蔽室外。通过电线到达屏蔽室外的信号是适合于MCG或MEG分析的、由模拟信号处理器(ASP)处理的信号，且接着该处理的信号传输到数据采集(DAQ)板并输入计算机。
图1示出用于使用ASP和DAQ板采集多通道SQUID信号的数据的系统。
参照图1，用于采集多通道SQUID信号的数据的系统100包括：SQUID传感器单元110、FLL电路单元120、导线130、ASP 150、滤波器160、DAQ板170和计算机180。
SQUID传感器单元110安置在屏蔽室190内的液氦杜瓦瓶113内，且160个SQUID传感器在其中工作。FLL电路单元120包括10个FLL电路模块120-1到120-10。FLL电路模块120-1到120-10中的各FLL电路模块包括16个FLL电路和输出单元123。FLL电路121将SQUID传感器单元110在屏蔽室190内测量的信号放大及线性化，且通过输出单元123将该信号传送到线130。FLL电路121分别连接到SQUID传感器，且16个FLL电路121构成一个模块。为驱动160个SQUID传感器，需要10个FLL电路模块120-1到120-10，每一个电路模块具有16个通道。需要的线130的数量是170，相当于SQUID传感器的数量和各模块的地线的数量之和。
ASP 150安置在屏蔽室140内，且包括模拟信号处理模块151和直流(DC)供电电源153。模拟信号处理模块151在每一通道中包括高通滤波器(HPF)155、电压放大器156、低通滤波器(LPF)157和60Hz的陷波滤波器。ASP 150通过线130接收FLL电路单元120内放大且线性化的信号，且适当地处理所接收的信号用于MCG或MEG分析。直流供电电源153安装在屏蔽室140内，且防止外部噪声的流入。
ASP 150处理的信号经由滤波器160发送给多个DAQ板170。DAQ板170将输入的模拟信号转换成数字信号，且将该数字信号发送给计算机180。当160个SQUID传感器被驱动时，使用两个DAQ板，每个DAQ板具有80-通道电压输入，或使用三个DAQ板，每个DAQ板具有64-通道电压输入。
计算机180存储该数字信号或使用应用软件输出SQUID信号。
在用于使用ASP和DAQ板采集多通道SQUID信号的数据的系统中，SQUID传感器通过多达SQUID传感器的数量和地线的数量之和的线连接到包括SQUID传感器的屏蔽室外面的ASP。这导致外部噪声流入屏蔽室，且因此很难获得精确的数据。同时，在屏蔽室内外，多个线与地线连接以构成多环形电路，这成为另一噪声源。
由于自FLL电路单元输出的信号具有低电平，用于仅获得所需信号的模拟信号处理系统具有高生产成本和成为另一噪声源的增加的安装面积。同时，为增加电压采集通道的数量而增加的DAQ板使环形电路产生噪声。此外，随着使用的通道的数量增加，各通道的采样时间减少。
发明内容
本发明旨在提供一种用于采集多通道超导量子干涉仪(SQUID)信号的数据的系统，该系统不会由于多个线和地线之间的连接而引起外部噪声的流入或环形电路噪声的产生，且不需要模拟信号处理器(ASP)。
本发明的一个方面提供一种用于采集多通道SQUID信号的数据的系统，该系统包括：数字转换器，所述数字转换器连接到具有多个通道的SQUID传感器，且配置成接收自所述多个通道中输出的电压信号，及产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；和光纤电缆，所述通道-电压串行数字信号自所述数字转换器通过所述光纤电缆传输。
本发明的另一方面提供一种用于采集多通道SQUID信号的数据的系统，该系统包括：数字转换器，所述数字转换器连接到具有多个通道的SQUID传感器，且包括多个数字转换模块，所述数字转换模块产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于自所述多个通道中输出的电压信号所通过的通道的信息和关于所述电压信号的信息；和光纤电缆，所述光纤电缆和所述数字转换模块一样多，所述光纤电缆传输来自所述数字转换器的所述通道-电压串行数字信号。
本发明的再一方面提供一种用于采集多通道SQUID信号的数据的系统，该系统包括：数字转换器，所述数字转换器安置在阻断电磁波的屏蔽室内，且连接到具有多个通道的SQUID传感器，自所述多个通道中输出电压信号，且所述数字转换器配置成接收自所述多个通道中输出的电压信号，及产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；和光纤电缆，所述通道-电压串行数字信号自所述数字转换器通过所述光纤电缆传输到屏蔽室外。
本发明的又一方面提供一种采集多通道超导量子干涉仪(SQUID)信号的数据的方法，该方法包括：在阻断电磁波的屏蔽室内，由电压信号产生通道-电压串行数字信号，所述电压信号自具有多个通道的SQUID传感器输出，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；且使用光纤电缆将所述通道-电压串行数字信号传输到所述屏蔽室外。
附图说明
通过结合附图详细描述本发明的示例实施方式，对本领域技术人员来说本发明的上述和其它目的、特征和优点将更加明显，其中：
图1示出用于使用模拟信号处理器(ASP)和数据采集(DAQ)板采集多通道超导量子干涉仪(SQUID)信号的数据的系统；
图2是根据本发明的示例实施方式的用于采集160-通道SQUID信号的数据的系统的框图；
图3是根据本发明的示例实施方式的磁通锁定环(FLL)/高通滤波器(HPF)/放大器(AMP)电路模块的框图；
图4是根据本发明的示例实施方式的通道-电压传输模块和单行串行数据转换模块的框图；
图5示出根据本发明的示例实施方式的单行串行数据转换模块内的通道-电压串行短脉冲数字信号的产生；
图6是根据本发明的示例实施方式的通道-电压接收模块的框图；
图7示出根据本发明的示例实施方式的通道-电压接收模块内的通道-电压串行数字信号的产生；
图8是根据本发明的示例实施方式的通道-电压接收模块和触发串行-同步传送模块的框图；
图9是根据本发明的示例实施方式的触发串行-同步传送模块、数字输入/输出(DIO)板和计算机的框图；
图10示出根据本发明的示例实施方式的在触发串行-同步传送模块中用于同步的10个模块的时间划分。
具体实施方式
后文中，将详细描述本发明的示例实施方式。然而，本发明不限于如下公开的实施方式，而是能够以各种形式实施。描述如下的实施方式以便本领域技术人员能够实现及实施本发明。
尽管术语第一、第二等可以用于描述不同的部件，但这些部件不被这些术语限制。这些术语仅用于将一个部件与另一部件区分。例如，第一部件可以称作第二部件，且类似地，第二部件可以称作第一部件，均不脱离本发明的范围。术语“和/或”包括一个或多个所列的相关项的任意及所有组合。
应理解，当部件被提到“连接”或“联接”到另一部件时，它可以直接连接或联接到其他部件，或可能存在中间部件。相反，当部件被提到“直接连接”或“直接联接”到另一部件时，没有中间部件存在。
这里所用的措辞仅为了描述具体实施方式，且不意欲限制示例实施方式。单数形式“一”、“一个”也同样旨在包括复数形式，除非上下文清楚地相反指示。还应理解，这里使用的术语“包括”表示存在所描述的特征、整数、步骤、操作、部件、元件和/或其组合，但不排除存在或附加一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、部件、元件和/或其组合。
下文将结合附图详细描述本发明的示例实施方式。为帮助理解本发明，在对附图的所有描述中，相同的附图标记表示相同的部件，且将不重复相同的部件的描述。
图2是根据本发明的示例实施方式的用于采集160-通道超导量子干涉仪(SQUID)信号的数据的系统1000的框图。
参照图2，用于采集160-通道SQUID信号的数据的系统1000包括：屏蔽室100、SQUID传感器200、数字转换器300、光纤电缆400、通道-电压接收模块500、触发串行-同步传输(shot serial-synchronized transfer)模块600、数字输入/输出(DIO)板700和计算机800。
SQUID传感器200具有160个通道，且被安置在位于屏蔽室100内的液氦杜瓦瓶210内，以对人体进行心磁图(MCG)或脑磁图(MEG)测量，且输出电压信号。屏蔽室100可以是磁屏蔽室(MSR)或射频屏蔽室(RFSR)。
数字转换器300包括10个数字转换模块300-1到300-10，且将自SQUID传感器200输出的电压信号转换成具有通道及电压信息的串行数字信号。
数字转换模块300-1到300-10各包括：16个磁通锁定环(FLL)/高通滤波器(HPF)/放大器(AMP)电路模块310、通道-电压传输模块330和单行串行数据转换模块350。
FLL/HPF/AMP电路模块310将自SQUID传感器200输出的电压信号放大及线性化，且将放大及线性化的电压信号发送给通道-电压传输模块330。该通道-电压传输模块330将放大及线性化的电压信号转换成具有通道及电压信息的串行数字信号。单行串行数据转换模块350将具有通道及电压信息的串行数字信号与时钟信号合并，以产生通道-电压串行短脉冲数字信号。
10个光纤电缆400通过10个数字转换模块300-1到300-10被用于160-通道SQUID传感器200。通过10个光纤电缆400，通道-电压串行短脉冲数字信号自屏蔽室100离开并传输到通道-电压接收模块500。这里，光纤电缆400可以与数字转换模块300-1到300-10具有相同的数量。
通道-电压接收模块500接收通过光纤电缆400传输的通道-电压串行短脉冲数字信号，提取通道-电压串行数字信号和时钟信号，且将提取的通道-电压串行数字信号发送给触发串行-同步传输模块600。
触发串行-同步传输模块600根据时间划分通道-电压串行数字信号，且按顺序重新排列划分后的信号，因此将通道-电压串行数字信号转换成通道-电压并行数字信号。DIO板700接收通道-电压并行数字信号且将通道-电压并行数字信号发送给计算机800。术语“通道-电压”表示包括通道信息和电压信息两类信息。
计算机800可以具有用于采集数据的应用软件。计算机800接收且存储通道-电压数字信号，或使用应用软件分别地提取通道信息和电压信息。
图3是根据本发明的示例实施方式的FLL/HPF/AMP电路模块的框图。
参照图3，SQUID传感器200接收来自FLL/HPF/AMP电路模块310-1的电流用于操作，且将弱电压信号发送给FLL/HPF/AMP电路模块310-1。FLL/HPF/AMP电路模块310-1包括FLL电路模块311-1和HPF/AMP电路模块313-1。使用一块在其上具有FLL电路模块311-1和HPF/AMP电路模块313-1的印刷电路板(PCB)能够制造FLL/HPF/AMP电路模块。
FLL电路模块311-1包括数字控制接口模块311a-1，且将自SQUID传感器200输出的电压信号线性化。通过自计算机输出的控制信号能够控制FLL电路模块311-1。数字调节接口模块311a-1输出开关控制信号和电压控制信号。
HPF/AMP电路模块313-1可以包括一个运算放大器op-amp，且消除自FLL电路模块311-1输出的电压信号的直流偏置且将电压信号放大。当操作HPF/AMP电路模块313-1时，通过HPF能够将FLL电路模块311-1的输出信号放大约100倍。通过将HPF/AMP电路模块313-1添加到安装在PCB上的FLL电路能够制造FLL/HPF/AMP电路模块310-1。HPF/AMP电路模块313-1能够作为模拟信号处理器(ASP)的一部分操作，且低通滤波器(LPF)和60Hz的陷波滤波器能被配置成计算机上的软件滤波器。根据滤波电路的分量值能够确定HPF/AMP电路模块313-1的高通频率和放大率。
图4是根据本发明示例实施方式的通道-电压传输模块和单行串行数据转换模块的框图。
参照图4，通道-电压传输模块330包括模拟开关331、第一模拟-数字转换器(ADC)332、第二ADC 333、时钟发生器334、计数器335、模块标识器336和并行到串行转换器337，且通道-电压传输模块330将放大及线性化的电压信号转换成具有通道及电压信息的串行数字信号。
模拟开关331顺序地选择SQUID传感器200的16个通道，且将自选择的通道中输出的电压信号交替地发送给第一ADC 332和第二ADC 333。
第一ADC 332和第二ADC 333将自SQUID传感器200的所选择的通道中输出的电压信号转换成串行数字信号。当第一ADC 332读取输入电压信号的电压时，则第二ADC 333将自先前的通道读取的电压转换成数字信号。由于ADC是包括第一ADC 332和第二ADC 333，可以将数字化各通道的电压信号的时间减少一半。
时钟发生器334和计数器335输出用于操作第一ADC 332和第二ADC 333的时钟信号和同步信号，将时钟信号和同步信号发送给第一ADC 332和第二ADC 333，且将4-位并行数据信号发送给并行到串行转换器337，该4-位并行数据信号是使模拟开关331选择通道的模拟开关操作信号。
模块标识器336产生模块标识信号，且将模块标识信号发送给并行到串行转换器337，该模块标识信号是能够实现标识各个数字转换模块的4-位数字信号。
并行到串行转换器337将模拟开关操作信号和模块标识信号转换成串行信号，且将转换的模拟开关操作信号和转换的模块标识信号与自第一ADC 332和第二ADC 333输出的串行数字信号合并，因此产生通道-电压串行数字信号。当第一ADC 332和第二ADC 333具有16-位的分辨率时，输出24-位通道-电压串行数字信号。
单行串行数据转换模块350包括延时器351、第一短脉冲发生器352、第二短脉冲发生器353和或门354，且将自通道-电压传输模块330输出的通道-电压串行数字信号与时钟信号合并。
延时器351使通道-电压串行数字信号与自时钟发生器334输出的时钟信号同步。
第一短脉冲发生器352和第二短脉冲发生器353输出短脉冲信号，且将该短脉冲信号发送给或门354，该短脉冲信号具有根据通道-电压串行数字信号而变化的持续时间。使用时钟信号，在通道-电压串行数字信号为低电平时第一短脉冲发生器352产生持续时间为T0的脉冲信号，当通道-电压串行数字信号为高电平时，产生持续时间为2T0的脉冲信号。
或门354将根据通道-电压串行数字信号输出的短脉冲信号与通道-电压串行数字信号合并，以产生通道-电压串行短脉冲数字信号，且通过光纤电缆400将通道-电压串行短脉冲数字信号传输出屏蔽室。
图5示出根据本发明的示例实施方式单行串行数据转换模块中的通道-电压串行短脉冲数字信号的产生。
参照图5，当输入时钟信号1120同时通道-电压串行数字信号1110为低电平时，高电平数据(high data)输入到第一短脉冲发生器352的D触发器，且与非门的数量成比例地将输出保持为高电平，且接着输出变为低电平。根据D触发器的输出和连接到清零端的非门的数量确定脉冲持续时间。然而，当通道-电压串行数字信号1110为低电平时，则在第二短脉冲发生器353的数据是低电平，且输出不响应于时钟信号1120。
另一方面，当时钟信号1120被输入同时通道-电压串行数字信号为高电平时，高电平数据输入到第二短脉冲发生器353的D触发器，且与非门的数量成比例地将输出保持为高电平，且接着输出变为低电平。如果第二短脉冲发生器353内的非门的数量变为2N0，是第一短脉冲发生器352的非门的数量N0的两倍，则响应的脉冲持续时间加倍。当通道-电压串行数字信号为高电平，第一短脉冲发生器352的数据为低电平，且输出总保持低电平而不会变化。
将第一短脉冲发生器352和第二短脉冲发生器353的输出合并，以当通道-电压串行数字信号1110是高电平时产生持续时间为2N0的脉冲，且当通道-电压串行数字信号1110是低电平时产生持续时间为N0的脉冲。通道-电压串行短脉冲数字信号通过光纤电缆400传输，且接着再次被恢复为通道-电压串行数字信号1110和时钟信号1120。
图6是根据本发明的示例实施方式的通道-电压接收模块的框图。
参照图6，通道-电压接收模块500包括数字延时器510、多路复用器(MUX)520、时钟恢复单元530、计数器540、串行到并行转换器550、并行到串行转换器560和与门570。
通道-电压接收模块500接收通过光纤电缆400传输的通道-电压串行短脉冲数字信号，且自通道-电压串行短脉冲数字信号中提取通道-电压串行数字信号和时钟信号。之后，通道-电压接收模块500将提取的串行短脉冲数字信号发送给触发串行-同步传输模块600。
通过光纤电缆400传输的通道-电压串行短脉冲数字信号经过数字延时器510和多路复用器520而发送给时钟恢复单元530。
时钟恢复单元530包括延时器531和脉冲发生器533。当通道-电压串行短脉冲数字信号通过延时器531和脉冲发生器533时，时钟恢复单元530在产生恢复的时钟信号1220之后，产生通道-电压串行数字信号1230，且将通道-电压串行数字信号1230发送到串行到并行转换器550。计数器540产生输出激活信号且将输出激活信号发送给串行到并行转换器550，该输出激活信号促使串行到并行转换器将串行信号转换成并行信号。后文中，“串行信号”表示“通道-电压串行数字信号”，且“并行信号”表示“通道-电压并行数字信号”。
当传输24-位通道-电压串行短脉冲数字信号时，能够使用24-位计数器540和24-位串行到并行转换器550。串行到并行转换器550使通道-电压串行短脉冲数字信号输出激活信号同步，因此产生通道-电压并行数字信号。
并行到串行转换器560将通道-电压并行数字信号转换成通道-电压串行数字信号。在通道-电压接收模块500内共用并行到串行转换器560所需要的时钟信号和促使并行信号转换成串行信号的输出激活信号，且模块互相同步。
由于分开操作串行到并行转换器550的驱动时钟信号和并行到串行转换器560的驱动时钟信号，因此当串行到并行转换器550的通道-电压并行数字信号变化而同时并行到串行转换器560读取通道-电压并行数字信号时，不能够采集正确的信息。串行转换稳定器配置成使得并行到串行转换器560稳定地进行并行到串行转换。串行转换稳定器可以包括延时器531、与门570和计数器540。
当由于串行到并行转换器550的输出激活信号保持高电平而串行信号被输出为并行信号时，且同时，由于并行到串行转换器560的输入激活信号保持高电平，读取并行信号时，与门570输出高电平信号。
当计数器580内响应与门570的高电平信号以操作多路复用器520时，数字延时器510使已选择其第一延时的通道-电压串行数字信号通过。延时后，通道-电压串行数字信号输入到串行到并行转换器550，且产生与第一输出激活信号具有不同的时间的输出激活信号，以将串行信号转换成并行信号。当由于串行到并行转换器550的输出激活信号和并行到串行转换器560的输入激活信号同时都不是高电平，与门570变为低电平时，自串行到并行转换器550输出的并行信号被稳定地转换成串行信号。当以第一延时通过的通道-电压串行数字信号没有使与门570变为低电平时，计数器540对通道-电压串行数字信号计数，且通道-电压串行数字信号采用第二延时通过。计数将进行直到与门570变为低电平，且串行转换稳定器可以配置为具有最大的8个延时。
通过通道-电压传输模块330确定自串行到并行转换器550输出的并行信号的持续时间。当通道-电压数字信号具有24位，且时钟频率是fck-p时，持续时间Tp确定为24/fck-p。假定fck-p＝5MHz，Tp＝4.8μs。根据时钟时间fck-s和共同供给通道-电压接收模块500的位并行信号，或根据输入激活信号来确定时间Ts，在时间Ts内，并行到串行转换器560读取并行信号且将并行信号转换成串行信号。当使用fck-s＝80MHz的信号读取24-位的并行信号时，转换时间Ts＝24/fck-s＝0.3μs。并行到串行转换器560将相同的通道-电压并行数字信号转换成串行信号，且在串行到并行转换器550的并行输出持续时间Tp＝4.8μs期间输出串行信号16次。通道-电压接收模块500能够包含在一个复杂可编程逻辑器件(CPLD)中，因此节省了安装空间且易于扩展。
图7示出根据本发明的示例实施方式的通道电压接收模块内的通道-电压串行数字信号的产生。
参照图7，当通道-电压串行短脉冲数字信号1210通过延时器531及脉冲发生器533时，在恢复的时钟信号1220之后产生通道-电压串行数字信号1230。
延时器531使用串联连接的逻辑门调节延时，且脉冲发生器533使用D触发器产生脉冲信号。当通道-电压串行短脉冲数字信号是低电平时，延时器531的延时Td大于脉冲持续时间T0。另一方面，当通道-电压串行短脉冲数字信号是高电平时，延时器531的延时Td小于脉冲持续时间2T0。
图8是根据本发明的示例实施方式的通道-电压接收模块和触发串行-同步传输模块的框图。
参照图8，触发串行-同步传输模块600包括串行到并行转换器610-1、并行到串行转换器620-1、模块选择器630、时钟发生器/计数器640和串行到并行转换器650。
串行到并行转换器610-1接收来自通道-电压接收模块的通道-电压串行数字信号，且将它转换成通道-电压并行数字信号。
并行到串行转换器620-1接收通道-电压并行数字信号，且将它转换成通道-电压串行数字信号，且将通道-电压串行数字信号发送给模块选择器630。
模块选择器630由数字多路复用器组成，且通道的数量根据通道-电压接收模块的数量来确定。当通过160个通道接收电压信号时，需要10个模块，且因此模块选择器630由10-通道多路复用器组成。
时钟发生器/计数器640产生多路复用选择信号，且将多路复用选择信号发送给模块选择器630。串行到并行转换器650产生同步的通道-电压并行数字信号。
图9是根据本发明的示例实施方式的触发串行-同步传输模块、DIO板和计算机的框图。
参照图9，当触发串行-同步传输模块600中的模块选择器630顺序地接收通道-电压串行数字信号时，串行到并行转换器650将通道-电压串行数字信号转换成通道-电压并行数字信号。
时钟发生器640-3产生时钟信号，且将时钟信号发送给触发串行-同步传输模块600。两个计数器640-1和640-2产生模块选择器630所需的选择信号。
当通道-电压数字信号具有24位时，使用具有24-位计数器640-2的时钟信号作为激活信号，且再次使用具有4-位计数器640-1的时钟信号作为模块选择器630的选择信号。时钟信号和计数器信号共同供给触发串行-同步传输模块600，因此使信号互相同步。
模块选择器630根据时间来划分通道-电压串行数字信号，且自各模块输出的16个相同的通道-电压串行数字信号中的一个通过模块选择器630发送给串行到并行转换器650。不包括时钟发生器640-3的触发串行-同步传输模块600能够包含在一个复杂可编程逻辑器件(CPLD)中，使得制造简单。
自触发串行-同步传输模块600输出的通道-电压并行数字信号通过DIO板被输入到计算机。
当输出16次相同的通道-电压串行数字信号时，触发串行-同步传输模块600仅读取通道-电压串行数字信号一次，并将它转换成并行信号，且依次接收其它模块的通道-电压串行数字信号，且将它们转换成并行信号。由于以时分方式读取各模块的通道且各模块的通道产生输出，读取和转换一个模块的16个通道信号与读取16个模块的256个通道需要的时间量相同。
图10示出根据本发明的示例实施方式的在触发串行-同步传输模块中用于同步的10个模块的时间划分。
图10示出当有10个通道-电压接收模块时，通过模块选择器的各模块的串行信号。
当模块的最大数量Nmod是16时，各模块的并行到串行转换器的各输出在第一ADC 332和第二ADC 333的转换时间Tcon期间或在串行到并行转换器650的持续时间中通过16:1模块选择器630一次。同一并行到串行转换器620的输出能够在Tp期间通过10:1模块选择器一次或两次。
同一通道的通道-电压数字信号可以发送两次，但当它们由计算机使用应用软件读取时，通道-电压数字信号被认为是一个。安装在计算机上的DIO板同时读取通道-电压并行数字信号，通道-电压并行数字信号是触发串行-同步传输模块600的输出。并且由具有24个数字输入端口的DIO板接收24-位通道-电压数字信号。
当触发串行-同步传输模块600的时钟时间fck-s是80MH且24-位并行数字信号被读取时，24-端口DIO板的输入频率fD需要是fck-s/24或更大。当触发串行-同步传输模块600的时钟时间fck-s是80MH时，需要以fD＝80/24MHz＝3.33MHz或更多来读取24-位数字信号。
自发送给计算机且使用应用软件存储的通道-电压数字信号中提取专用通道电压，或通过信号处理软件处理通道-电压数字信号。
在示例实施方式中，分别实施上述描述的模块。然而，模块中的一些可以作为一个集成模块实施，或各模块可以实施为几个模块。
上述使用的详细值仅用于描述本发明的示例实施方式，且本发明并不限于这些值。
所有上面描述的功能可以由处理器基于被编码执行这些功能的软件、程序代码等进行，处理器诸如微处理器、控制器、微控制器和专用集成电路(ASIC)。对本领域技术人员而言，在本发明的描述的基础上，代码的设计、开发和实施是显而易见的。
根据本发明的示例实施方式的上述的用于采集多通道信号的数据的系统和方法不会引起外部噪声的流入或产生由多个线和地线之间的连接导致的环路电路噪声，且因此能够采集精确的数据。同时，由于不需要模拟信号处理(ASP)，本发明简化了结构，降低生产成本且防止ASP和DAQ板之间的环路电路产生的噪声。
由于一个DIO板接收所有通道的信号，因此不需要为DIO板增加至256个通道，并且采样时间的测量不需要减小至256个通道。而且，由于对所有通道使用同一软件滤波器，处理的信号输出具有相同的特性，且在信号处理中确保统一性。
尽管结合本发明的特定示例实施方式示出和描述了本发明，应理解本领域技术人员可以在形式和细节上作出各种改变，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于采集多通道超导量子干涉仪SQUID信号的数据的系统，所述系统包括：
数字转换器，所述数字转换器连接到具有多个通道的SQUID传感器，且配置成接收自所述多个通道中输出的电压信号，及产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；
光纤电缆，所述通道-电压串行数字信号自所述数字转换器通过所述光纤电缆传输；和
触发串行-同步传输模块，所述触发串行-同步传输模块配置成根据时间划分所述通道-电压串行数字信号，且顺序地将划分的信号转换成通道-电压并行数字信号。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述SQUID传感器和所述数字转换器被安置在阻断电磁波的屏蔽室内。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述数字转换器包括：
磁通锁定环FLL/高通滤波器HPF/放大器AMP电路模块，所述磁通锁定环FLL/高通滤波器HPF/放大器AMP电路模块配置成将自所述SQUID传感器的多个通道输出的所述电压信号放大及线性化；和
通道-电压传输模块，所述通道-电压传输模块配置成将放大及线性化的电压信号转换成所述通道-电压串行数字信号。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述磁通锁定环/高通滤波器/放大器电路模块包括：
磁通锁定环电路模块，所述磁通锁定环电路模块被配置成将自所述SQUID传感器的多个通道输出的所述电压信号线性化；和
高通滤波器/放大器电路模块，所述高通滤波器/放大器电路模块被配置成消除线性化的所述电压信号的直流偏置，且放大所述电压信号。
5.如权利要求1所述的系统，还包括计算机，所述计算机配置成存储所述通道-电压并行数字信号，或产生关于自所述通道-电压并行数字信号中输出的电压信号所通过的通道的信息和关于所述电压信号的信息。
6.一种用于采集多通道超导量子干涉仪SQUID信号的数据的系统，所述系统包括：
数字转换器，所述数字转换器连接到具有多个通道的SQUID传感器，且包括多个数字转换模块，所述数字转换模块产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于自所述多个通道中输出的电压信号所通过的通道的信息和关于所述电压信号的信息；
光纤电缆，所述光纤电缆和所述数字转换模块一样多，所述光纤电缆传输来自所述数字转换器的所述通道-电压串行数字信号；和
触发串行-同步传输模块，所述触发串行-同步传输模块配置成根据时间划分所述通道-电压串行数字信号，且顺序地将划分的信号转换成通道-电压并行数字信号。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述数字转换模块包括：
磁通锁定环FLL/高通滤波器HPF/放大器AMP电路模块，所述磁通锁定环FLL/高通滤波器HPF/放大器AMP电路模块配置成将自所述SQUID传感器的多个通道输出的所述电压信号放大及线性化；和
通道-电压传输模块，所述通道-电压传输模块配置成将放大及线性化的电压信号转换成所述通道-电压串行数字信号。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述磁通锁定环/高通滤波器/放大器电路模块包括：
磁通锁定环电路模块，所述磁通锁定环电路模块被配置成将自所述SQUID传感器的多个通道输出的所述电压信号线性化；和
高通滤波器/放大器电路模块，所述高通滤波器/放大器电路模块被配置成消除线性化的所述电压信号的直流偏置，且放大所述电压信号。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述通道-电压传输模块包括：
模拟开关，所述模拟开关配置成顺序地选择所述SQUID传感器的所述多个通道，且交替地将选择的电压信号发送给第一模数转换器（ADC）和第二模数转换器；
时钟发生器，所述时钟发生器配置成产生第一并行数字信号，所述第一并行数字信号使所述模拟开关选择通道；
模块标识器，所述模块标识器配置成产生第二并行数字信号，所述第二并行数字信号使所述数字转换器标识所述数字转换模块；
第一模数转换器，所述第一模数转换器配置成将所述选择的电压信号转换成串行数字信号；
第二模数转换器，所述第二模数转换器配置成当第一模数转换器读取当前选择的电压信号时，所述第二模数转换器将刚好在当前选择的通道之前选择的通道的电压信号转换成串行数字信号；和
并行到串行转换器，所述并行到串行转换器将所述第一并行数字信号和所述第二并行数字信号转换成串行信号，且将所述串行数字信号与所述串行信号合并以产生通道-电压串行数字信号。
10.如权利要求6所述的系统，还包括计算机，所述计算机配置成存储所述通道-电压并行数字信号，或产生关于自所述通道-电压并行数字信号中输出所述电压信号所通过的通道的信息和关于所述电压信号的信息。
11.一种用于采集多通道超导量子干涉仪SQUID信号的数据的系统，包括：
数字转换器，所述数字转换器安置在阻断电磁波的屏蔽室内，且连接到具有多个通道的SQUID传感器，自所述多个通道中输出电压信号，且所述数字转换器配置成接收自所述多个通道中输出的电压信号，及产生通道-电压串行数字信号，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；
光纤电缆，所述通道-电压串行数字信号自所述数字转换器通过所述光纤电缆传输到所述屏蔽室外；和
触发串行-同步传输模块，所述触发串行-同步传输模块配置成根据时间划分所述通道-电压串行数字信号，且顺序地将划分的信号转换成通道-电压并行数字信号。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述数字转换器包括：
磁通锁定环FLL/高通滤波器HPF/放大器AMP电路模块，所述磁通锁定环FLL/高通滤波器HPF/放大器AMP电路模块配置成将自所述SQUID传感器的多个通道输出的所述电压信号放大及线性化；和
通道-电压传输模块，所述通道-电压传输模块配置成将放大及线性化的电压信号转换成所述通道-电压串行数字信号。
13.一种采集多通道超导量子干涉仪SQUID信号的数据的方法，包括：
在阻断电磁波的屏蔽室内，由电压信号产生通道-电压串行数字信号，所述电压信号自具有多个通道的SQUID传感器输出，所述通道-电压串行数字信号具有关于输出所述电压信号的通道的信息和关于所述电压信号的信息；
使用光纤电缆将所述通道-电压串行数字信号传输到所述屏蔽室外；以及
根据时间划分使用所述光纤电缆传输到所述屏蔽室外的所述通道-电压串行数字信号，且顺序地将所划分的信号转换成并行数字信号。
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