CN108426641A - 一种光子计数电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光子计数电路，包括电源模块、光子发射器，单光子探测器、FPGA计数模块、猝灭电路、SRAM存储模块以及USB通信模块；所述单光子探测器包括雪崩二极管和放大电路；所述光子发射器使能输入端与FPGA计数模块使能输出端相连，所述雪崩二极管与放大电路相连，所述放大电路与FPGA计数模块计数输入端相连，所述FPGA计数模块猝灭控制输出端与猝灭电路相连，所述FPGA计数模块与USB通信模块双向通信连接，所述FPGA计数模块与SRAM存储模块通信连接。本发明创造通过雪崩二极管接收光子发射器的光子，有效解决传统光电倍增管所带来的问题；同时利用FPGA计数模块实现光子的计数功能，运算速度快，不会对采样时间带来任何限制。本发明创造用于对光子进行计数操作。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路结构技术领域，更具体地说涉及一种光子计数电路。
背景技术
光子计数器是一种基于直接探测量子限理论的极微弱光脉冲检测设备，目前的光子计数器采用单光子计数方法，利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术将其弱信号识别并提取出来。
现有技术中，光子计数器的探测器一般采用高电流增益大光敏面积低噪音的光电倍增管，但是光电倍增管存在体积大反偏压高量子效率低下抗外部磁场能力差等缺点，导致光子计数器的计数准确度大大降低，同时现有的光子计数器均采用CPLD以及8051单片机的结合方案，大大地限制了采样时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种计数精准，采样速率高的光子计数电路。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种光子计数电路，包括：
电源模块，用于分别输出3.3V、2.5V以及1.2V供电电压；
光子发射器，用于发射光子；
单光子探测器，用于接收单个光子并生成单个光子电脉冲；
FPGA计数模块，用于对单光子探测器输出的光子电脉冲进行计数，同时生成猝灭信号；
猝灭电路，用于控制加载到雪崩二极管两端的工作电压；
SRAM存储模块以及USB通信模块；
所述电源模块分别与各个电路模块电性连接；所述单光子探测器包括雪崩二极管以及放大电路，所述光子发射器配置有使能输入端，所述FPGA计数模块包括计数输入端、使能输出端以及猝灭控制输出端；所述光子发射器使能输入端与FPGA计数模块使能输出端相连，所述雪崩二极管与放大电路相连，所述单光子探测器的放大电路输出端与FPGA计数模块计数输入端相连，所述FPGA计数模块猝灭控制输出端与猝灭电路相连，所述FPGA计数模块与USB通信模块双向通信连接，所述FPGA计数模块与SRAM存储模块通信连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电源模块包括USB电源、输出3.3V电压的第一降压单元，输出2.5V电压的第二降压单元，以及输出1.2V的第三降压单元，所述USB电源分别与第一降压单元输入端以及第二降压单元输入端相连，所述第一降压单元输出端与第三降压单元输入端相连。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一降压单元包括型号为AOZ1050PI降压芯片及其外围电路；所述第二降压单元以及第三降压单元均包括型号为ASM1117稳压芯片及其外围电路。
作为上述技术方案的进一步改进，所述USB通信模块包括型号为CY7C68013A的USB2.0通信芯片及其外围电路。
作为上述技术方案的进一步改进，所述SRAM存储模块包括型号为CY7C1021DV33的存储器芯片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述FPGA计数模块包括FPGA芯片、振荡器以及存储器，所述振荡器与FPGA芯片相连，所述FPGA芯片与存储器双向通信连接，所述FPGA芯片型号为EP4CE6E22C8N，所述存储器型号为EPCS1S18。
本发明的有益效果是：本发明通过雪崩二极管接收光子发射器的光子，由于雪崩二极管体积小反偏压较小量子效率高功耗低工作频谱范围大，有效解决传统光电倍增管所带来的问题；同时利用FPGA计数模块实现光子的计数功能，运算速度快，不会对采样时间带来任何限制。本发明创造用于对光子进行计数操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的电路模块框架图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，本发明创造公开了一种光子计数电路，包括：
电源模块，用于分别输出3.3V、2.5V以及1.2V供电电压；
光子发射器，用于发射光子；
单光子探测器，用于接收单个光子并生成单个光子电脉冲；
FPGA计数模块，用于对单光子探测器输出的光子电脉冲进行计数，同时生成猝灭信号；
猝灭电路，用于控制加载到雪崩二极管两端的工作电压；
SRAM存储模块以及USB通信模块；
所述电源模块分别与各个电路模块电性连接；所述单光子探测器包括雪崩二极管以及放大电路，所述光子发射器配置有使能输入端，所述FPGA计数模块包括计数输入端、使能输出端以及猝灭控制输出端；所述光子发射器使能输入端与FPGA计数模块使能输出端相连，所述雪崩二极管与放大电路相连，所述单光子探测器的放大电路输出端与FPGA计数模块计数输入端相连，所述FPGA计数模块猝灭控制输出端与猝灭电路相连，所述FPGA计数模块与USB通信模块双向通信连接，所述FPGA计数模块与SRAM存储模块通信连接。
具体地，本发明创造通过雪崩二极管接收光子发射器的光子，由于雪崩二极管体积小反偏压较小量子效率高功耗低工作频谱范围大，有效解决传统光电倍增管所带来的问题；同时利用FPGA计数模块实现光子的计数功能，运算速度快，不会对采样时间带来任何限制。
本发明创造具体工作流程如下所示，开始测试时，FPGA计数模块输出一个使能信号到光子发射器以及单光子探测器，光子发射器接受到信号开始发射光子，同时单光子探测器接收到使能信号后处于接收就绪状态，由于单光子探测器包括雪崩二极管，当其接收到光子之后，发生雪崩效应，通过单光子探测器内部的放大电路输出一个电脉冲信号，传输到FPGA计数模块的计数输入端，FPGA计数模块进行计数操作的同时还输出一信号到猝灭电路，猝灭电路接收到信号后关闭加载到雪崩二极管的高压，防止大电流损坏雪崩二极管，此时是雪崩二极管的死区时间，不同的雪崩二极管死区时间不同，等雪崩二极管回复正常时，即可开启高压使能，使雪崩二极管重新处于探测就绪状态，如此周而复始不停计数。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述电源模块包括USB电源、输出3.3V电压的第一降压单元，输出2.5V电压的第二降压单元，以及输出1.2V的第三降压单元，所述USB电源分别与第一降压单元输入端以及第二降压单元输入端相连，所述第一降压单元输出端与第三降压单元输入端相连。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述第一降压单元包括型号为AOZ1050PI降压芯片及其外围电路；所述第二降压单元以及第三降压单元均包括型号为ASM1117稳压芯片及其外围电路。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述USB通信模块包括型号为CY7C68013A的USB 2.0通信芯片及其外围电路。具体地，本发明创造利用所述型号的USB 2.0通信芯片实现FPGA计数模块与上位机的通信连接，响应速度快。
进一步作为优选的实施方式，为了使高速采样所获取的庞大数据能够顺利地通过USB通信模块成功地对外传输，本发明创造具体实施方式中，所述SRAM存储模块包括型号为CY7C1021DV33的存储器芯片。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述FPGA计数模块包括FPGA芯片、振荡器以及存储器，所述振荡器与FPGA芯片相连，所述FPGA芯片与存储器双向通信连接，所述FPGA芯片型号为EP4CE6E22C8N，所述存储器型号为EPCS1S18。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种光子计数电路，其特征在于，包括：
电源模块，用于分别输出3.3V、2.5V以及1.2V供电电压；
光子发射器，用于发射光子；
单光子探测器，用于接收单个光子并生成单个光子电脉冲；
FPGA计数模块，用于对单光子探测器输出的光子电脉冲进行计数，同时生成猝灭信号；
猝灭电路，用于控制加载到雪崩二极管两端的工作电压；
SRAM存储模块以及USB通信模块；
所述电源模块分别与各个电路模块电性连接；所述单光子探测器包括雪崩二极管以及放大电路，所述光子发射器配置有使能输入端，所述FPGA计数模块包括计数输入端、使能输出端以及猝灭控制输出端；所述光子发射器使能输入端与FPGA计数模块使能输出端相连，所述雪崩二极管与放大电路相连，所述单光子探测器的放大电路输出端与FPGA计数模块计数输入端相连，所述FPGA计数模块猝灭控制输出端与猝灭电路相连，所述FPGA计数模块与USB通信模块双向通信连接，所述FPGA计数模块与SRAM存储模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种光子计数电路，其特征在于：所述电源模块包括USB电源、输出3.3V电压的第一降压单元，输出2.5V电压的第二降压单元，以及输出1.2V的第三降压单元，所述USB电源分别与第一降压单元输入端以及第二降压单元输入端相连，所述第一降压单元输出端与第三降压单元输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种光子计数电路，其特征在于：所述第一降压单元包括型号为AOZ1050PI降压芯片及其外围电路；所述第二降压单元以及第三降压单元均包括型号为ASM1117稳压芯片及其外围电路。
4.根据权利要求1所述的一种光子计数电路，其特征在于：所述USB通信模块包括型号为CY7C68013A的USB 2.0通信芯片及其外围电路。
5.根据权利要求1所述的一种光子计数电路，其特征在于：所述SRAM存储模块包括型号为CY7C1021DV33的存储器芯片。
6.根据权利要求1所述的一种光子计数电路，其特征在于：所述FPGA计数模块包括FPGA芯片、振荡器以及存储器，所述振荡器与FPGA芯片相连，所述FPGA芯片与存储器双向通信连接，所述FPGA芯片型号为EP4CE6E22C8N，所述存储器型号为EPCS1S18。
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