CN215344586U - 用于量子通信设备的apd偏置电压输出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置，所述APD偏置电压输出装置包括：多个升压电路；多个电压比较器；多个驱动电路；以及可编程控制器，所述可编程控制器的多个输入引脚分别电连接至所述多个电压比较器中的相应的电压比较器的输出端，所述可编程控制器的多个输出端引脚分别电连接至所述多个驱动电路中的相应的驱动电路的输入端，以响应于由任一电压比较器输出的相应的升压电路向相应的单光子探测器输出的APD偏置电压与参考值之间的差而对相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽进行调整。本实用新型能够有效地减小升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压与目标电压之间的偏差。

Description

用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置。

背景技术

目前，在量子通信系统（诸如，量子密钥分发系统）中，通常采用升压电路或升压芯片向单光子探测器中的APD管输出其在盖革模式下所需的APD偏置电压。然而，在实际使用中，这些升压电路或升压芯片输出的APD偏置电压会与目标电压之间会存在偏差，当这种偏差过大时，要么由于电压过大而烧毁单光子探测器中的APD管，要么由于电压过小而达不到单光子探测器中的APD管在盖革模式下所需的APD偏置电压。

另外，由于单个升压电路或升压芯片仅能够输出一路APD偏置电压，因此在经由多个升压电路或升压芯片分别向多个单光子探测器输出APD偏置电压的情况下，这些APD偏置电压的偏差会由于电子元器件特性的不一致而有所不同。因此，需要针对不同的升压电路输出的APD偏置电压进行相应的修正。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置，所述APD偏置电压输出装置包括：多个升压电路，所述多个升压电路中的每个升压电路的输出端电连接至所述量子通信设备中的多个单光子探测器中的相应的单光子探测器；多个电压比较器，所述多个电压比较器中的每个电压比较器的一个输入端电连接至所述多个升压电路中的相应的升压电路的输出端，所述多个电压比较器中的每个电压比较器的另一输入端被设定为APD偏置电压的参考值；多个驱动电路，所述多个驱动电路中的每个驱动电路的输出端电连接至所述多个升压电路中的相应的升压电路的CMOS管，以通过向所述CMOS管输出脉冲序列来驱动所述CMOS管的导通和关断，所述多个升压电路中的相应的升压电路基于所述CMOS管的导通和关断向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出APD偏置电压；以及可编程控制器，所述可编程控制器的多个输入引脚分别电连接至所述多个电压比较器中的相应的电压比较器的输出端，所述可编程控制器的多个输出端引脚分别电连接至所述多个驱动电路中的相应的驱动电路的输入端，以响应于由所述多个电压比较器中的任一电压比较器输出的所述多个升压电路中的相应的升压电路向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压与所述参考值之间的差而对所述多个驱动电路中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽进行调整。

优选地，所述APD偏置电压输出装置还包括：多个模数转换器，所述多个模数转换器中的每个数模转换器设置在所述可编程控制器的多个输入引脚中的相应的输入引脚与所述多个电压比较器中的相应的电压比较器的输出端之间。

优选地，所述可编程控制器响应于由所述多个电压比较器中的任一电压比较器输出的所述多个升压电路中的相应的升压电路向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压高于所述参考值而减小所述多个驱动电路中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽，并且响应于由所述多个电压比较器中的任一电压比较器输出的所述多个升压电路中的相应的升压电路向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压低于所述参考值而增大所述多个驱动电路中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽。

优选地，所述量子通信设备为基于时间相位编码的量子通信系统的接收端。

优选地，所述多个单光子探测器包括用于探测相位编码的单光子探测器、用于探测时间编码的单光子探测器以及用于探测系统编码时钟的单光子探测器。

优选地，所述可编程控制器为FPGA芯片。

本实用新型提供的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置不仅能够有效地减小升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压与目标电压之间的偏差，而且还能够针对用于不同单光子探测器的不同升压电路输出的APD偏置电压进行相应的修正。这样可使得升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压与目标电压高度一致，并且还可实时地确保升压电路向单光子探测器提供的APD偏置电压的稳定性、可靠性。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述目的和特点将会变得更加清楚。

图1示出了本实用新型的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置向多个单光子探测器输出APD偏置电压的示意图。

图2示出了本实用新型的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置中的单个升压电路向多个单光子探测器中的一个单光子探测器输出APD偏置电压的电路示意图。

图3示出了本实用新型的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置中的单个升压电路向多个单光子探测器中的一个单光子探测器输出APD偏置电压以及相应的驱动电路向该升压电路输出脉冲序列的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图来详细说明本实用新型的实施例。

参照图1，本实用新型的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置至少可包括多个升压电路110、多个电压比较器120、多个驱动电路130和可编程控制器140（诸如，但不限于，FPGA等）。

在图1示出的APD偏置电压输出装置中，多个升压电路110中的每个升压电路的输出端可电连接至量子通信设备中的多个单光子探测器150中的相应的单光子探测器。多个电压比较器120中的每个电压比较器的一个输入端可电连接至多个升压电路110中的相应的升压电路的输出端，多个电压比较器120中的每个电压比较器的另一输入端可被设定为APD偏置电压的参考值。多个驱动电路130中的每个驱动电路的输出端可电连接至多个升压电路110中的相应的升压电路的CMOS管，以通过向CMOS管输出脉冲序列来驱动CMOS管的导通和关断，多个升压电路110中的相应的升压电路可基于CMOS管的导通和关断向多个单光子探测器150中的相应的单光子探测器输出APD偏置电压。可编程控制器140的多个输入引脚可分别电连接至多个电压比较器120中的相应的电压比较器的输出端，可编程控制器140的多个输出端引脚可分别电连接至多个驱动电路130中的相应的驱动电路的输入端，以响应于由多个电压比较器120中的任一电压比较器输出的多个升压电路110中的相应的升压电路向多个单光子探测器150中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压与参考值之间的差而对多个驱动电路130中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽进行调整。

在示例中，可编程控制器140可响应于由多个电压比较器120中的任一电压比较器输出的多个升压电路110中的相应的升压电路向多个单光子探测器150中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压高于参考值而减小多个驱动电路130中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽，并且响应于由多个电压比较器120中的任一电压比较器输出的多个升压电路110中的相应的升压电路向多个单光子探测器150中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压低于参考值而增大多个驱动电路130中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽。

在图1示出的APD偏置电压输出装置中，还可包括多个模数转换器（未示出），多个模数转换器中的每个数模转换器可设置在可编程控制器140的多个输入引脚中的相应的输入引脚与多个电压比较器120中的相应的电压比较器的输出端之间。

在图1示出的APD偏置电压输出装置中，量子通信设备可以是基于时间相位编码的量子通信系统的接收端。相应地，图1所示的多个单光子探测器150可包括用于探测相位编码的单光子探测器X0和X1、用于探测时间编码的单光子探测器Z以及用于探测系统编码时钟的单光子探测器Syn。然而，本实用新型并不限于此，根据需要，也可使用比图1示出的APD偏置电压输出装置多的器件向更多数量的单光子探测器输出APD偏置电压，还可使用比图1示出的APD偏置电压输出装置少的器件向较少数量的单光子探测器输出APD偏置电压。

应当理解的是，尽管图1示出了本实用新型的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置向多个单光子探测器输出APD偏置电压的示意图，但是本实用新型并不限于此。例如，根据需要，对于不同的单光子探测器，还可针对不同的升压电路设置不同的APD偏置电压的参考值，以满足不同的单光子探测器。

参照图2，可通过FPGA芯片来控制驱动电路向升压电路中的CMOS管S输出脉冲序列，当CMOS管S接收到脉冲序列中的高电平时，CMOS管S导通，图2所示的升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压Vo逐渐上升；当CMOS管S接收到脉冲序列中的低电平时，CMOS管S关断，图2所示的升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压Vo逐渐下降。

参照图3，当图2所示的升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压Vo下降至P1时，APD偏置电压Vo高于参考值Vref，FPGA芯片可控制图2所示的驱动电路减小其输出的脉冲的脉宽，使得图2所示的升压电路从电源传递到负载的能量减少，以促使APD偏置电压Vo减小。当图2所示的升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压Vo下降至P2时，APD偏置电压Vo低于参考值Vref，FPGA芯片可控制图2所示的驱动电路增大其输出的脉冲的脉宽，使得图2所示的升压电路从电源传递到负载的能量增加，以促使APD偏置电压Vo增大。类似地，当图2所示的升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压Vo下降至P3时，APD偏置电压Vo高于参考值Vref，FPGA芯片可控制图2所示的驱动电路减小其输出的脉冲的脉宽，使得图2所示的升压电路从电源传递到负载的能量减少，以促使APD偏置电压Vo减小。

可以看出，本实用新型提供的用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置不仅能够有效地减小升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压与目标电压之间的偏差，而且还能够针对用于不同单光子探测器的不同升压电路输出的APD偏置电压进行相应的修正。这样可使得升压电路向单光子探测器输出的APD偏置电压与目标电压高度一致，并且还可实时地确保升压电路向单光子探测器提供的APD偏置电压的稳定性、可靠性。

尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (6)

1.一种用于量子通信设备的APD偏置电压输出装置，其特征在于，所述APD偏置电压输出装置包括：

多个升压电路，所述多个升压电路中的每个升压电路的输出端电连接至所述量子通信设备中的多个单光子探测器中的相应的单光子探测器；

多个电压比较器，所述多个电压比较器中的每个电压比较器的一个输入端电连接至所述多个升压电路中的相应的升压电路的输出端，所述多个电压比较器中的每个电压比较器的另一输入端被设定为APD偏置电压的参考值；

多个驱动电路，所述多个驱动电路中的每个驱动电路的输出端电连接至所述多个升压电路中的相应的升压电路的CMOS管，以通过向所述CMOS管输出脉冲序列来驱动所述CMOS管的导通和关断，所述多个升压电路中的相应的升压电路基于所述CMOS管的导通和关断向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出APD偏置电压；以及

可编程控制器，所述可编程控制器的多个输入引脚分别电连接至所述多个电压比较器中的相应的电压比较器的输出端，所述可编程控制器的多个输出端引脚分别电连接至所述多个驱动电路中的相应的驱动电路的输入端，以响应于由所述多个电压比较器中的任一电压比较器输出的所述多个升压电路中的相应的升压电路向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压与所述参考值之间的差而对所述多个驱动电路中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽进行调整。

2.根据权利要求1所述的APD偏置电压输出装置，其特征在于，所述APD偏置电压输出装置还包括：多个模数转换器，所述多个模数转换器中的每个数模转换器设置在所述可编程控制器的多个输入引脚中的相应的输入引脚与所述多个电压比较器中的相应的电压比较器的输出端之间。

3.根据权利要求1所述的APD偏置电压输出装置，其特征在于，所述可编程控制器响应于由所述多个电压比较器中的任一电压比较器输出的所述多个升压电路中的相应的升压电路向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压高于所述参考值而减小所述多个驱动电路中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽，并且响应于由所述多个电压比较器中的任一电压比较器输出的所述多个升压电路中的相应的升压电路向所述多个单光子探测器中的相应的单光子探测器输出的APD偏置电压低于所述参考值而增大所述多个驱动电路中的相应的驱动电路输出的脉冲序列中的脉冲的脉宽。

4.根据权利要求1所述的APD偏置电压输出装置，其特征在于，所述量子通信设备为基于时间相位编码的量子通信系统的接收端。

5.根据权利要求4所述的APD偏置电压输出装置，其特征在于，所述多个单光子探测器包括用于探测相位编码的单光子探测器、用于探测时间编码的单光子探测器以及用于探测系统编码时钟的单光子探测器。

6.根据权利要求1所述的APD偏置电压输出装置，其特征在于，所述可编程控制器为FPGA芯片。

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