CN105115608B - 红外单光子探测器时钟信号和雪崩信号输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了这一种红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置，包括增益可调驱动器U1、运算放大器U2和数字模转拟芯片U3；其特征在于：增益可调驱动器U1用于对输入的时钟信号和雪崩信号进行幅度调节；数字模转拟芯片U3用于将设定好的幅度值和偏移值由数字量转换成模拟量分别输入到增益可调驱动器U1和运算放大器U2；运算放大器U2用于对经过调幅的时钟信号和雪崩信号进行偏移调节，并通过P1将调节好幅度和偏移的时钟信号和雪崩信号输出。本发明利用调节时钟输出信号、雪崩输出信号的幅度和偏移实现输出信号电平的任意可调。

Description

红外单光子探测器时钟信号和雪崩信号输出装置
技术领域
本发明涉及一种用于红外单光子探测器时钟信号、雪崩信号输出电路，尤其涉及一种红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置。
背景技术
单光子探测技术在诸多领域已经有着广泛的应用。但使得单光子探测成为近年来研究热点的最重要原因是单光子探测器在量子信息技术特别是量子密码中的应用。量子密码是以单光子作为信息的载体，单光子探测器是量子密钥分配***中的关键器件，它决定了***的安全传输距离、误码率等重要性能指标。
红外单光子探测器在工作时需要一个时钟信号作为原始触发信号去产生脉冲信号触发雪崩光电二极管工作在临界雪崩状态，当有光子入射到雪崩光电二极管时会发生雪崩产生雪崩信号。在量子密钥通信***中，时钟输出信号可以作为同步时钟源触发激光器等***设备，雪崩输出信号即探测到的单光子信号，需要将它传输到量子密钥通信***中的计数模块以记录探测到的单光子数，这就需要这两个输出信号电平具备很好的兼容性。传统的红外单光子探测器时钟输出信号和雪崩输出信号电平往往只是常用标准电平中的一种，后续电路输入信号电平结构必须和它们信号电平完全一致方可正常工作，这样就使得红外单光子探测器的通用性变差，需要设计一种新的红外单光子探测器时钟输出信号和雪崩输出信号电路，使得输出信号电平必须满足任意可调。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置。本红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置一方面输出电路必须增益任意可调且具备较大的放大倍数，另一方面输出电路要有足够的带宽保证输出信号的完整性，总使本发明的时钟输出信号和雪崩输出信号电平任意可调就是要保证输出信号的幅度和偏移可以任意可调。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案是：红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置，包括增益可调驱动器U1、运算放大器U2和数字模转拟芯片U3；其特征在于：增益可调驱动器U1用于对输入的时钟信号和雪崩信号进行幅度调节；数字模转拟芯片U3用于将设定好的幅度值和偏移值由数字量转换成模拟量分别输入到增益可调驱动器U1和运算放大器U2；运算放大器U2用于对经过调幅的时钟信号和雪崩信号进行偏移调节，并通过P1将调节好幅度和偏移的时钟信号和雪崩信号输出。
进一步的，所述增益可调驱动器U1包括两个时钟信号雪崩信号输入端口，还包括一个幅度调节输入端，以及一个信号输出端；所述幅度调节输入端与数字模转拟芯片U3的幅值设定输出端连接；增益可调驱动器U1的信号输出端与运算放大器U2的信号输入端连接；数字模转拟芯片U3的偏移设定输出端与运算放大器U2的偏移设定输入端连接，运算放大器U2的信号输出端与电阻R1连接；数字模转拟芯片U3还包括输入引脚DAC_SYNC、输入引脚DAC_SCLK 和输入引脚DAC_DIN，所述输入引脚DAC_SYNC、输入引脚DAC_SCLK和输入引脚DAC_DIN分别是有效控制输入端、串行时钟输入端和串行数据输入端。
本发明红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置的芯片U1，即增益可调驱动器U1，是一款带宽4.25G的增益可调驱动器，它是对输入时钟信号、雪崩信号进行幅度调节；芯片 U2是对经过调幅的时钟信号、雪崩信号进行偏移调节，最终通过P1将调节好幅度、偏移的时钟信号、雪崩信号输出。芯片U3是一款高速DA(模拟转数字)芯片，它是将单片机设定好的幅度值和偏移值这两个数字量转换成模拟量分别输入到芯片U1和芯片U2，芯片U3左侧三个输入引脚DAC_SYNC、DAC_SCLK、DAC_DIN分别是有效控制输入端、串行时钟输入端、串行数据输入端。
芯片U1的左侧两个引脚为时钟信号、雪崩信号输入端口，芯片下方引脚为时钟信号、雪崩信号幅度调节输入端，经过高速DA芯片U3转换之后的幅度值输入到芯片U1的幅值设定引脚。
芯片U1右侧是输出引脚，经过幅度调节的时钟信号、雪崩信号从该引脚输出到芯片U2 左上方输入引脚。
芯片U2是一款带宽420MHz的运算放大器，它主要实现两个功能：一是实现对时钟信号、雪崩信号的偏移，二是实现对已经完成调幅的时钟信号、雪崩信号进行放大，放大倍数可通过调节外部电阻阻值设定。芯片U2的左下方引脚是时钟信号、雪崩信号的偏移设定端口，经过高速DA芯片U3转换之后的偏移值输入到该引脚。芯片U2的右侧引脚是信号输出端，经过调幅和偏移的时钟信号、雪崩信号经过电阻R1输出，因为输出时钟信号和雪崩信号都为高速信号，所以输出端必须保证是50Ω的输出阻抗以保证信号在传输过程中不会发生反射，芯片 U2的输出阻抗实际测量为3Ω，所以电阻R1阻值取值为47Ω，两者相加正好保证了输出信号阻抗为50Ω。
本发明选用两款带宽分别为4.25G和420MHz的芯片对时钟信号和雪崩信号进行两级处理：第一级为输出信号的幅度调节电路，第二级为输出信号的偏移调节电路和信号放大电路，用户可根据实际情况设定输出信号的幅度和偏移。总之，本发明利用调节时钟输出信号、雪崩输出信号的幅度和偏移实现输出信号电平的任意可调。
附图说明
图1是本发明的电路模块示意图。
图2是本发明的电路结构示意图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
参见图1和图2，本红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置，包括增益可调驱动器U1、运算放大器U2和数字模转拟芯片U3；增益可调驱动器U1用于对输入的时钟信号和雪崩信号进行幅度调节；数字模转拟芯片U3用于将设定好的幅度值和偏移值由数字量转换成模拟量分别输入到增益可调驱动器U1和运算放大器U2；运算放大器U2用于对经过调幅的时钟信号和雪崩信号进行偏移调节，并通过电阻R1输出。运算放大器U2的信号输出端连接电阻 R1后，与P1连接，用于对经过调幅的时钟信号和雪崩信号进行偏移调节，并通过P1将调节好幅度和偏移的时钟信号和雪崩信号输出。作为优选方案，所述增益可调驱动器U1包括两个时钟信号雪崩信号输入端口，还包括一个幅度调节输入端，以及一个信号输出端；所述幅度调节输入端与数字模转拟芯片U3的幅值设定输出端连接；增益可调驱动器U1的信号输出端与运算放大器U2的信号输入端连接；数字模转拟芯片U3的偏移设定输出端与运算放大器U2 的偏移设定输入端连接，运算放大器U2的信号输出端与电阻R1连接；数字模转拟芯片U3还包括输入引脚DAC_SYNC、输入引脚DAC_SCLK和输入引脚DAC_DIN，所述输入引脚DAC_SYNC、输入引脚DAC_SCLK和输入引脚DAC_DIN分别是有效控制输入端、串行时钟输入端和串行数据输入端。

Claims (2)

1.一种红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置，包括增益可调驱动器U1、运算放大器U2和数字模转拟芯片U3；其特征在于：增益可调驱动器U1用于对输入的时钟信号和雪崩信号进行幅度调节；数字模转拟芯片U3用于将设定好的幅度值和偏移值由数字量转换成模拟量分别输入到增益可调驱动器U1和运算放大器U2；运算放大器U2用于对经过调幅的时钟信号和雪崩信号进行偏移调节，并通过时钟信号/雪崩信号输出端P1将调节好幅度和偏移的时钟信号和雪崩信号输出。
2.根据权利要求1所述的红外单光子探测器时钟信号雪崩信号输出装置，其特征在于：所述增益可调驱动器U1包括两个时钟信号雪崩信号输入端口，还包括一个幅度调节输入端，以及一个信号输出端；所述幅度调节输入端与数字模转拟芯片U3的幅值设定输出端连接；增益可调驱动器U1的信号输出端与运算放大器U2的信号输入端连接；数字模转拟芯片U3的偏移设定输出端与运算放大器U2的偏移设定输入端连接，运算放大器U2的信号输出端与电阻R1连接；数字模转拟芯片U3还包括输入引脚DAC_SYNC、输入引脚DAC_SCLK和输入引脚DAC_DIN，所述输入引脚DAC_SYNC、输入引脚DAC_SCLK和输入引脚DAC_DIN分别是有效控制输入端、串行时钟输入端和串行数据输入端。
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