紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)輸出電路，尤其涉及一種紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子探測(cè)技術(shù)在諸多領(lǐng)域已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。但使得單光子探測(cè)成為近年來研究熱點(diǎn)的最重要原因是單光子探測(cè)器在量子信息技術(shù)特別是量子密碼中的應(yīng)用。量子密碼是以單光子作為信息的載體，單光子探測(cè)器是量子密鑰分配系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，它決定了系統(tǒng)的安全傳輸距離、誤碼率等重要性能指標(biāo)。
[0003]紅外單光子探測(cè)器在工作時(shí)需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)作為原始觸發(fā)信號(hào)去產(chǎn)生脈沖信號(hào)觸發(fā)雪崩光電二極管工作在臨界雪崩狀態(tài)，當(dāng)有光子入射到雪崩光電二極管時(shí)會(huì)發(fā)生雪崩產(chǎn)生雪崩信號(hào)。在量子密鑰通信系統(tǒng)中，時(shí)鐘輸出信號(hào)可以作為同步時(shí)鐘源觸發(fā)激光器等外圍設(shè)備，雪崩輸出信號(hào)即探測(cè)到的單光子信號(hào)，需要將它傳輸?shù)搅孔用荑€通信系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)模塊以記錄探測(cè)到的單光子數(shù)，這就需要這兩個(gè)輸出信號(hào)電平具備很好的兼容性。傳統(tǒng)的紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘輸出信號(hào)和雪崩輸出信號(hào)電平往往只是常用標(biāo)準(zhǔn)電平中的一種，后續(xù)電路輸入信號(hào)電平結(jié)構(gòu)必須和它們信號(hào)電平完全一致方可正常工作，這樣就使得紅外單光子探測(cè)器的通用性變差，需要設(shè)計(jì)一種新的紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘輸出信號(hào)和雪崩輸出信號(hào)電路，使得輸出信號(hào)電平必須滿足任意可調(diào)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置。本紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置一方面輸出電路必須增益任意可調(diào)且具備較大的放大倍數(shù)，另一方面輸出電路要有足夠的帶寬保證輸出信號(hào)的完整性，總使本實(shí)用新型的時(shí)鐘輸出信號(hào)和雪崩輸出信號(hào)電平任意可調(diào)就是要保證輸出信號(hào)的幅度和偏移可以任意可調(diào)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置，包括增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1、運(yùn)算放大器U2和數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3 ;其特征在于:增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1用于對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3用于將設(shè)定好的幅度值和偏移值由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量分別輸入到增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1和運(yùn)算放大器U2 ;運(yùn)算放大器U2用于對(duì)經(jīng)過調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)節(jié)，并通過時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出端P1將調(diào)節(jié)好幅度和偏移的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出。
[0006]進(jìn)一步的，所述增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1包括兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)雪崩信號(hào)輸入端口，還包括一個(gè)幅度調(diào)節(jié)輸入端，以及一個(gè)信號(hào)輸出端；所述幅度調(diào)節(jié)輸入端與數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3的幅值設(shè)定輸出端連接；增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1的信號(hào)輸出端與運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸入端連接；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3的偏移設(shè)定輸出端與運(yùn)算放大器U2的偏移設(shè)定輸入端連接，運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸出端與電阻R1連接；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3還包括輸入引腳DAC_SYNC、輸入引腳DAC_SCLK和輸入引腳DAC_DIN，所述輸入引腳DAC_SYNC、輸入引腳DAC_SCLK和輸入引腳DAC_DIN分別是有效控制輸入端、串行時(shí)鐘輸入端和串行數(shù)據(jù)輸入端。
[0007]本實(shí)用新型紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置的芯片U1，即增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1，是一款帶寬4.25G的增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器，它是對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；芯片U2是對(duì)經(jīng)過調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)節(jié)，最終通過P1將調(diào)節(jié)好幅度、偏移的時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)輸出。芯片U3是一款高速DA(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)芯片，它是將單片機(jī)設(shè)定好的幅度值和偏移值這兩個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量分別輸入到芯片U1和芯片U2，芯片U3左側(cè)三個(gè)輸入引腳DAC_SYNC、DAC_SCLK、DAC_DIN分別是有效控制輸入端、串行時(shí)鐘輸入端、串行數(shù)據(jù)輸入端。
[0008]芯片U1的左側(cè)兩個(gè)引腳為時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)輸入端口，芯片下方引腳為時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)幅度調(diào)節(jié)輸入端，經(jīng)過高速DA芯片U3轉(zhuǎn)換之后的幅度值輸入到芯片U1的幅值設(shè)定引腳。
[0009]芯片U1右側(cè)是輸出引腳，經(jīng)過幅度調(diào)節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)從該引腳輸出到芯片U2左上方輸入引腳。
[0010]芯片U2是一款帶寬420MHz的運(yùn)算放大器，它主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:一是實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)的偏移，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)已經(jīng)完成調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)可通過調(diào)節(jié)外部電阻阻值設(shè)定。芯片U2的左下方引腳是時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)的偏移設(shè)定端口，經(jīng)過高速DA芯片U3轉(zhuǎn)換之后的偏移值輸入到該引腳。芯片U2的右側(cè)引腳是信號(hào)輸出端，經(jīng)過調(diào)幅和偏移的時(shí)鐘信號(hào)、雪崩信號(hào)經(jīng)過電阻R1輸出，因?yàn)檩敵鰰r(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)都為高速信號(hào)，所以輸出端必須保證是50Ω的輸出阻抗以保證信號(hào)在傳輸過程中不會(huì)發(fā)生反射，芯片U2的輸出阻抗實(shí)際測(cè)量為3 Ω，所以電阻R1阻值取值為47 Ω，兩者相加正好保證了輸出信號(hào)阻抗為50 Ω。
[0011]本實(shí)用新型選用兩款帶寬分別為4.25G和420MHz的芯片對(duì)時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行兩級(jí)處理:第一級(jí)為輸出信號(hào)的幅度調(diào)節(jié)電路，第二級(jí)為輸出信號(hào)的偏移調(diào)節(jié)電路和信號(hào)放大電路，用戶可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定輸出信號(hào)的幅度和偏移。總之，本實(shí)用新型利用調(diào)節(jié)時(shí)鐘輸出信號(hào)、雪崩輸出信號(hào)的幅度和偏移實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)電平的任意可調(diào)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的電路模塊示意圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016]參見圖1和圖2，本紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置，包括增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1、運(yùn)算放大器U2和數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3 ;增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1用于對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3用于將設(shè)定好的幅度值和偏移值由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量分別輸入到增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1和運(yùn)算放大器U2 ;運(yùn)算放大器U2用于對(duì)經(jīng)過調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)節(jié)，并通過電阻Rl輸出。運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸出端連接電阻R1后，與P1連接，用于對(duì)經(jīng)過調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)節(jié)，并通過時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出端P1將調(diào)節(jié)好幅度和偏移的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出。作為優(yōu)選方案，所述增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1包括兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)雪崩信號(hào)輸入端口，還包括一個(gè)幅度調(diào)節(jié)輸入端，以及一個(gè)信號(hào)輸出端；所述幅度調(diào)節(jié)輸入端與數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3的幅值設(shè)定輸出端連接；增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1的信號(hào)輸出端與運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸入端連接；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3的偏移設(shè)定輸出端與運(yùn)算放大器U2的偏移設(shè)定輸入端連接，運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸出端與電阻R1連接；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3還包括輸入引腳DAC_SYNC、輸入引腳DAC_SCLK和輸入引腳DAC_DIN，所述輸入引腳DAC_SYNC、輸入引腳DAC_SCLK和輸入引腳DAC_DIN分別是有效控制輸入端、串行時(shí)鐘輸入端和串行數(shù)據(jù)輸入端。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置，包括增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1、運(yùn)算放大器U2和數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3 ;其特征在于:增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1用于對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3用于將設(shè)定好的幅度值和偏移值由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量分別輸入到增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1和運(yùn)算放大器U2 ;運(yùn)算放大器U2用于對(duì)經(jīng)過調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)節(jié)，并通過時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出端P1將調(diào)節(jié)好幅度和偏移的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置，其特征在于:所述增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1包括兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)雪崩信號(hào)輸入端口，還包括一個(gè)幅度調(diào)節(jié)輸入端，以及一個(gè)信號(hào)輸出端；所述幅度調(diào)節(jié)輸入端與數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3的幅值設(shè)定輸出端連接；增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1的信號(hào)輸出端與運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸入端連接；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3的偏移設(shè)定輸出端與運(yùn)算放大器U2的偏移設(shè)定輸入端連接，運(yùn)算放大器U2的信號(hào)輸出端與電阻R1連接；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3還包括輸入引腳DAC_SYNC、輸入引腳DAC_SCLK和輸入引腳DAC_DIN，所述輸入引腳DAC_SYNC、輸入引腳DAC_SCLK和輸入引腳DAC_DIN分別是有效控制輸入端、串行時(shí)鐘輸入端和串行數(shù)據(jù)輸入端。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了這一種紅外單光子探測(cè)器時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出裝置，包括增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1、運(yùn)算放大器U2和數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3；其特征在于：增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1用于對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；數(shù)字模轉(zhuǎn)擬芯片U3用于將設(shè)定好的幅度值和偏移值由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量分別輸入到增益可調(diào)驅(qū)動(dòng)器U1和運(yùn)算放大器U2；運(yùn)算放大器U2用于對(duì)經(jīng)過調(diào)幅的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)進(jìn)行偏移調(diào)節(jié)，并通過時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出端P1將調(diào)節(jié)好幅度和偏移的時(shí)鐘信號(hào)和雪崩信號(hào)輸出。本實(shí)用新型利用調(diào)節(jié)時(shí)鐘輸出信號(hào)、雪崩輸出信號(hào)的幅度和偏移實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)電平的任意可調(diào)。
【IPC分類】G01J11/00
【公開號(hào)】CN205066945
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520729471
【發(fā)明人】徐煥銀, 劉云, 劉夢(mèng)婕, 呂利影, 徐生福
【申請(qǐng)人】安徽問天量子科技股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月18日