通道電子倍增器電源的增益穩(wěn)定性提升及噪聲抑制新方法

通道電子倍增器（Channel Electron Multiplier, CEM）廣泛用于質(zhì)譜儀、電子能譜儀和粒子探測(cè)設(shè)備中，其性能關(guān)鍵在于輸出電信號(hào)的增益穩(wěn)定性。電源系統(tǒng)必須提供極其穩(wěn)定的高壓偏置以確保倍增過(guò)程的線性與重復(fù)性。傳統(tǒng)CEM電源受溫漂、電子噪聲與負(fù)載波動(dòng)影響，易導(dǎo)致增益漂移與信噪比下降。
為解決該問(wèn)題，最新設(shè)計(jì)的CEM電源采用了多層主動(dòng)穩(wěn)壓與數(shù)字反饋相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。核心控制部分采用高速采樣的閉環(huán)電壓調(diào)節(jié)，結(jié)合超低噪聲運(yùn)算放大器，輸出高壓紋波低于10 mV。電源內(nèi)部引入溫度補(bǔ)償模型，利用熱敏傳感器實(shí)時(shí)校正內(nèi)部基準(zhǔn)電壓漂移，使得長(zhǎng)期增益漂移控制在0.02%以?xún)?nèi)。
噪聲抑制方面，電源采用三級(jí)濾波結(jié)構(gòu)：輸入級(jí)EMI抑制、DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)的LC復(fù)合濾波以及輸出級(jí)的有源補(bǔ)償濾波。為進(jìn)一步消除微弱脈動(dòng)帶來(lái)的隨機(jī)增益波動(dòng)，系統(tǒng)在數(shù)字域內(nèi)增加偽隨機(jī)調(diào)制反相控制，使殘余噪聲信號(hào)在頻譜上擴(kuò)展分布，從而避免對(duì)倍增信號(hào)的集中干擾。
此外，為確保增益穩(wěn)定性，電源控制系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的輸出電流自動(dòng)校正電壓偏移。通過(guò)嵌入式算法分析檢測(cè)信號(hào)趨勢(shì)，自動(dòng)判斷倍增通道老化狀態(tài)，并微調(diào)偏壓以維持恒定增益特性。結(jié)合FPGA高精度PWM控制，使CEM在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中保持高靈敏度和低噪聲輸出，為精密粒子探測(cè)與能譜分析提供了可靠的電源保障。