Magnicon XXF-1 SQUID读出电子学：工作原理、技术参数及应用

SQUID（Superconducting Quantum Interference Device，超导量子干涉器）传感器在实际测量中需要配套读出电子学，用于提供偏置、读取SQUID输出、建立磁通锁定环（FLL）以及将测量信号输出至后续数据采集设备。

Magnicon XXF-1是一款用于dc SQUID的读出电子学。

根据Magnicon厂家资料，XXF-1主要面向Low-Tc SQUID应用，同时支持SQUID series array和two-stage SQUID等配置。产品提供标准版和高速版，其中高速版最大FLL带宽为20 MHz，标准版最大FLL带宽为6 MHz。

下面从系统组成、FLL带宽、偏置、前置放大器、辅助电流源以及计算机控制等方面介绍XXF-1。

一、Magnicon XXF-1是什么？

XXF-1属于dc SQUID读出电子学，其主要作用是连接SQUID传感器与后续测量系统。

在一个典型的SQUID测量系统中，可以将XXF-1理解为：

被测信号

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SQUID传感器

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Magnicon XXF-1

   ↓

模拟输出

   ↓

数据采集/测量设备

XXF-1不仅负责读取SQUID信号，还集成了SQUID工作所需要的偏置、反馈和控制功能。

根据Magnicon当前官网介绍，XXF-1适用于Low-Tc SQUID、two-stage SQUID以及SQUID series array。官网同时说明，该电子学具有多种可切换反馈电阻以及较宽的增益—带宽调节范围，可以根据不同测量任务进行配置。

二、XXF-1系统由哪些部分组成？

根据Magnicon提供的XXF-1资料，典型系统包括：

- 1～3通道FLL单元；

- Connector Box；

- Power Supply；

- RS-232连接；

- Analog Output；

- SQUIDViewer控制软件。

厂家资料第一页的系统示意图展示了FLL Unit、Connector Box、电源、RS-232连接线以及模拟输出线之间的连接关系。Magnicon_XXF-1 (1)

因此，XXF-1不是单独的一个放大器，而是一套围绕dc SQUID读出和控制设计的电子学系统。

三、XXF-1的FLL带宽是多少？

FLL是Flux Locked Loop的缩写，中文通常称为磁通锁定环。

SQUID本身具有周期性的磁通—电压响应。FLL通过反馈控制，使SQUID保持在设定工作区域，并将磁通变化转换为连续输出信号。

根据Magnicon技术资料：

XXF-1高速版最大FLL带宽：20 MHz

XXF-1标准版最大FLL带宽：6 MHz

同时，FLL模式支持：

- 外部积分器快速复位：＜1 μs；

- 输出耦合：AC或DC；

- 模拟输出范围：±10 V。

这些参数均来自厂家XXF-1 Technical Data。

因此，在考虑XXF-1时，需要首先区分所配置的是标准版还是高速版，不能简单地把所有XXF-1都理解为20 MHz FLL带宽。

四、XXF-1的开环带宽是多少？

XXF-1除了FLL工作模式，还具有Amp Mode。

根据厂家资料，高速版Amp Mode的可调带宽为：

DC-0.2 MHz至DC-50 MHz

标准版为：

DC-0.2 MHz至DC-6 MHz

Amp Mode的可调增益范围为：

1100～2000

厂家在产品资料首页同时给出了：

20 MHz maximum FLL bandwidth

以及：

50 MHz maximum open-loop bandwidth

因此需要区分：

20 MHz对应最大FLL闭环带宽；

50 MHz对应高速版的最大开环/放大器带宽。

这两个参数的含义不同，在进行系统配置时不应混淆。

五、XXF-1的偏置电流和偏置电压范围

SQUID需要合适的偏置条件才能工作，因此Bias是SQUID电子学的重要组成部分。

根据XXF-1技术资料，其标准参数为：

厂家同时注明：

其他Bias Current和Bias Voltage范围可根据需求提供。

这一点在进行SQUID与电子学匹配时需要特别注意。

并不是看到“XXF-1”型号就可以直接判断与某一个SQUID传感器完全匹配，还需要核对SQUID所需要的偏置条件。

六、XXF-1前置放大器的噪声参数

XXF-1采用低噪声Bipolar/JFET输入级。

根据Magnicon Technical Data：

厂家资料还列出了可选择的低噪声50 Ω输入阻抗配置。

这里需要注意：

这些数据是XXF-1电子学前置放大器的电压噪声和电流噪声参数，并不是SQUID系统最终的磁场噪声。

完整系统的磁场噪声还与SQUID传感器、输入线圈、磁场耦合、低温环境、磁屏蔽以及系统配置有关。

七、XXF-1为什么设置辅助电流源？

XXF-1除了SQUID Bias之外，还提供辅助电流源。

根据厂家资料：

Auxiliary Current Source 1

高/低量程：

±500 / ±125 μA

Auxiliary Current Source 2

量程：

±125 μA

厂家注明其他量程最高可配置到±5 mA。

其中还提供Calibration Pulse功能：

脉冲持续时间：1～2000 μs

脉冲间隔：0.1～6258 ms

Magnicon官网进一步说明，这些集成电流源可以用于TES应用中的偏置电流和校准脉冲，并结合额外的可切换反馈路径实现two-stage SQUID操作。

八、XXF-1为什么可以用于SQUID Series Array？

SQUID Series Array通常由多个SQUID单元组成，其读出条件与普通单个SQUID可能不同。

Magnicon在XXF-1产品资料中明确说明：

Enlarged bias voltage range for SQUID series array readout

即XXF-1扩大了Bias Voltage范围，以适应SQUID Series Array读出。

厂家官网当前的XXF-1产品页面同样将SQUID Series Array列为XXF-1适用对象。Magnicon

因此，如果实验采用SQUID Series Array，除了关注FLL带宽之外，还需要核对：

- Array所需Bias；

- 输出特性；

- 反馈配置；

- XXF-1具体硬件配置。

九、XXF-1是否支持Two-Stage SQUID？

支持。

Magnicon厂家资料明确将Two-Stage SQUID列为XXF-1的适用对象。

Two-Stage SQUID通常利用第二级SQUID或SQUID Array对第一级SQUID信号进行进一步读取。

XXF-1集成的辅助电流源以及额外反馈路径，可以用于相关两级SQUID配置。Magnicon官网目前也明确说明这些设计用于方便two-stage SQUID operation。Magnicon

具体接线、反馈方式和参数设置，则需要根据所使用的SQUID传感器及实际系统配置确定。

十、XXF-1有几个通道？

单台XXF-1电子学单元可以配置：

1～3个通道。

Magnicon技术资料同时给出：

系统可扩展至254通道。

Magnicon当前官网的MCC（Multi Connection Cable）说明进一步表明，可以组合多套SEL-1/XXF-1电子学，并通过一台PC控制最多254个通道。Magnicon

因此，在多通道应用中，可以根据通道数量和系统结构进行扩展。

十一、XXF-1如何与计算机连接？

根据厂家资料，XXF-1采用：

光隔离RS-232/RS-485接口

进行控制，并配套基于LabVIEW的：

SQUIDViewer

软件。

SQUIDViewer用于访问和调整电子学参数。

此外，Magnicon官网还提供过用于软件开发的 magsv.dll。官网说明该动态链接库可用于将SEL-1和XXF-1电子学控制集成到用户自己的软件开发环境中，并提供多项电子学参数的设置和读取功能。Magnicon

因此，如果实验需要：

LabVIEW控制、自动测量或二次软件开发

除了SQUIDViewer本身，还可以进一步确认当前版本magsv.dll与具体XXF-1系统的软件兼容情况。

十二、XXF-1还有哪些功能？

根据厂家技术资料，XXF-1还包括：

内置A/D转换器

10 bit A/D converter

自动功能

支持：

Automatic Reset

以及：

Overload Detection

可选Anti-Alias Filter

参数：

10 kHz ±2.5%

Heater输出

电压：

+13 V

最大电流：

300 mA

这些功能需要结合实际SQUID及实验系统使用。

十三、XXF-1主要适合哪些SQUID？

根据Magnicon厂家资料，XXF-1主要针对：

1. Low-Tc SQUID

即低温超导SQUID。

2. SQUID Series Array

XXF-1具有扩展的Bias Voltage范围，用于Series Array读出。

3. Two-Stage SQUID

其辅助电流源及反馈配置支持两级SQUID系统。

4. TES相关SQUID读出

XXF-1提供可调Bias Current和Calibration Pulse，可用于TES相关应用。

因此，XXF-1的产品定位与HTS SQUID电子学需要区分。

如果主要使用High-Tc SQUID，还应结合其他Magnicon电子学型号及具体SQUID参数进行选择，而不是仅根据FLL带宽判断。

十四、选择XXF-1时需要确认哪些信息？

在确定XXF-1配置之前，建议先确认以下内容：

第一，SQUID类型。

是普通Low-Tc SQUID、SQUID Series Array，还是Two-Stage SQUID？

第二，需要几个通道。

XXF-1单个电子学单元可以配置1～3通道，多套电子学可以进一步组成多通道系统。

第三，所需带宽。

需要确认6 MHz标准版是否满足实验要求，还是需要20 MHz高速版本。

第四，SQUID偏置参数。

需要核对SQUID Bias Current和Bias Voltage与电子学配置。

第五，是否需要辅助电流源。

例如TES Bias、Calibration Pulse或Two-Stage SQUID应用。

第六，数据输出和软件控制方式。

确认模拟输出、SQUIDViewer以及是否需要程序接口。

因此，XXF-1的配置不能只根据“20 MHz”一个参数决定，而需要结合SQUID本身和整个实验系统确定。

十五、XXF-1主要技术参数汇总

以上技术参数按照Magnicon XXF-1厂家技术资料整理。 

实际产品配置及可选项应以具体项目对应的厂家确认信息为准。

FAQ：Magnicon XXF-1常见问题

1. Magnicon XXF-1是什么？

XXF-1是Magnicon用于dc SQUID的读出电子学，集成偏置、前置放大、FLL反馈、模拟输出及计算机控制等功能。

2. XXF-1的最大FLL带宽是多少？

高速版最大FLL带宽为20 MHz，标准版最大FLL带宽为6 MHz。

3. XXF-1的50 MHz是什么意思？

50 MHz对应高速版Amp Mode的最大带宽，而不是最大FLL带宽。高速版最大FLL带宽为20 MHz。

4. XXF-1可以用于High-Tc SQUID吗？

Magnicon厂家对XXF-1的产品定位主要是Low-Tc SQUID、Two-Stage SQUID和SQUID Series Array。Magnicon

因此，如果使用High-Tc SQUID，不建议仅根据XXF-1带宽判断，需要根据SQUID类型和厂家对应电子学配置进行选择。

5. XXF-1支持SQUID Series Array吗？

支持。厂家资料明确将SQUID Series Array列为XXF-1适用对象，并说明其具有扩展的Bias Voltage范围用于Series Array读出。

6. XXF-1支持Two-Stage SQUID吗？

支持。厂家资料明确列出了Two-Stage SQUID应用，同时提供辅助电流源和相关反馈配置。

7. 一台XXF-1有几个通道？

一个电子学单元可以配置1～3通道；Magnicon资料给出的系统扩展能力为最多254通道。

8. XXF-1使用什么软件？

厂家配套软件为SQUIDViewer。技术资料说明该软件基于LabVIEW，并随系统提供。

9. XXF-1能否进行二次开发？

Magnicon官网公开信息显示，其提供过magsv.dll，用于将SEL-1和XXF-1控制集成至用户的软件开发环境。具体使用时应确认当前软件版本、接口和系统兼容性。

10. XXF-1和SEL-1有什么区别？

两者都是Magnicon的dc SQUID电子学，但厂家当前将XXF-1主要定位于Low-Tc SQUID、Two-Stage SQUID和SQUID Series Array，而SEL-1同时面向High-Tc和Low-Tc SQUID，并提供Bias Reversal相关功能。