CN216086482U - 电压源、量子测控系统及量子计算机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电压源、量子测控系统及量子计算机，所述电压源包括：供电单元、控制单元、多个电压转换单元和与所述电压转换单元数量相同的数模转换单元；所述供电单元用于基于输入的供电电压向所述电压转换单元提供模拟电压信号；所述控制单元用于向所述数模转换单元发送数字控制信号；所述电压转换单元，与所述数模转换单元一一对应地连接，用于将所述模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的电源电压；所述数模转换单元用于将所述数字控制信号转换为模拟输出信号输出。本实用新型的技术方案减少了电压源的电源噪声。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，特别涉及一种电压源、量子测控系统及量子计算机。
背景技术
在量子计算机中，电压源为量子计算机中的量子芯片提供电压信号，现有的电压源的结构为通过线性电源提供供电电压，通过LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)芯片将线性电源提供的供电电压转换为数模转换单元需要的的电源电压，且该LDO芯片给多个数模转换单元提供电源电压和参考电压，当量子芯片的量子比特位数较多时，该结构的电压源中各个通道中提供的电压信号存在较大的电源噪声，影响信号传输过程中的精度和准确度。
因此，有必要提出一种新的电压源，以解决现有技术中存在的电源噪声较大的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电压源、量子测控系统及量子计算机，以解决现有技术存在的电源噪声较大的问题。
为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供了一种电压源，包括：供电单元、控制单元、多个电压转换单元和与所述电压转换单元数量相同的数模转换单元；
所述供电单元用于基于输入的供电电压向所述电压转换单元提供模拟电压信号；
所述控制单元用于向所述数模转换单元发送数字控制信号；
所述电压转换单元，与所述数模转换单元一一对应地连接，用于将所述模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的电源电压；
所述数模转换单元用于将所述数字控制信号转换为模拟输出信号输出。
可选的，所述供电单元包括第一电源芯片与第二电源芯片；
所述第一电源芯片用于根据所述供电电压向所述电压转换单元提供一正模拟电压信号；
所述第二电源芯片用于根据所述供电电压向所述电压转换单元提供一负模拟电压信号。
可选的，所述电压转换单元包括第一电压转换芯片和第二电压转换芯片；
所述第一电压转换芯片的输入端连接所述第一电源芯片，用于将所述正模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的正模拟电源电压；
所述第二电压转换芯片的输入端连接所述第二电源芯片，用于将所述负模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的负模拟电源电压。
可选的，所述电压转换单元还包括一基准电压芯片，所述基准电压芯片的输入端连接所述正模拟电源电压，所述基准电压芯片的输出端用于给所述数模转换单元提供一基准电压。
可选的，所述电压转换单元还包括第一放大器和第二放大器；
所述第一放大器的正相输入端连接至所述基准电压芯片的输出端，所述第一放大器的反相输入端经电阻接地，所述第一放大器的反相输入端经电阻连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接至所述数模转换单元，用于给所述数模转换单元提供一正基准电压；
所述第二放大器的正相输入端经电阻接地，所述第二放大器的反相输入端经电阻连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的反相输入端连接至所述基准电压芯片的输出端，所述第二放大器的输出端连接至所述数模转换单元，用于给所述数模转换单元提供一负基准电压。
可选的，所述数模转换单元包括第三放大器、第四放大器和数模转换芯片；
所述第三放大器的正相输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第三放大器的反相输入端连接所述数模转换芯片，所述第三放大器的输出端连接所述数模转换芯片；
所述第四放大器的正相输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第四放大器的反相输入端连接所述数模转换芯片，所述第四放大器的输出端连接所述数模转换芯片。
可选的，所述数模转换单元还包括第五放大器，所述第五放大器的正相输入端连接所述数模转换芯片的输出端，所述第五放大器的反相输入端连接至所述数模转换芯片，所述第五放大器的输出端为所述数模转换单元输出端。
可选的，所述供电单元接收的所述供电电压由一开关电源提供。
可选的，所述控制单元包括微控制器和光耦，所述微控制器将所述数字控制信号通过所述光耦传输至所述数模转换单元。
可选的，所述电压源还包括一模数转换单元，所述模数转换单元的输入端连接所述数模转换单元的输出端，所述模数转单元的输出端连接所述控制单元，用于采集所述数模转换单元的输出电压。
第二方面，本实用新型提供一种量子测控系统，包括本实用新型第一方面提供的所述电压源，所述电压源的各个所述数模转换单元的输出端连接至一量子芯片上，用于为所述量子芯片提供控制信号。
第三方面，本实用新型提供一种量子计算机，包括本实用新型第二方面提供的所述量子测控系统。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型提供的电压源，每个数模转换单元均构成一个电压源通道，电压转换单元的数量与数模转换单元的数量相同，且数模转换单元与电压转换单元一一对应地连接，使得每个数模转换单元有一个电压转换单元单独供电，减小了各个数模转换单元之间的电磁干扰，降低了各个通道中电压信号具有的电源噪声。
本实用新型提供的量子测控系统，由于具有本实用新型提供的电压源，电压源各通道提供的电压信号具有的电源噪声较低，能够满足量子计算机中的量子芯片位数较多场景下的使用。
本实用新型的量子计算机，由于具有本实用新型的量子测控系统，能够实现更高位数的量子芯片的量子计算。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1是本实用新型一实施例提供的电压源的结构框图；
图2为本实用新型一实施例提供的供电单元的结构框图；
图3为本实用新型一实施例提供的电压转换单元的结构框图；
图4为本实用新型一实施例提供的数模转换单元的结构框图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种数模转换单元单独供电的电压源，减弱了各数模转换单元之间的电磁干扰，使得各通道提供的电压信号具有的电源噪声降低。
为实现上述思想，本实用新型提供了一种电压源，包括：供电单元、控制单元、多个电压转换单元和与所述电压转换单元数量相同的数模转换单元；所述供电单元用于基于输入的供电电压向所述电压转换单元提供模拟电压信号；所述控制单元用于向所述数模转换单元发送数字控制信号；所述电压转换单元，与所述数模转换单元一一对应地连接，用于将所述模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的电源电压；所述数模转换单元用于将所述数字控制信号转换为模拟输出信号输出。通过设置所述电压转换单元与所述数模转换单元一一对应地连接，且所述电压转换单元用于将所述供电单元提供的模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的电源电压，使得各个所述数模转换单元均为单独供电，减弱了各个数模转换单元之间的电磁干扰，本实用新型的电压源各个通道的电压信号具有更低的电源噪声。
以下结合附图1～4和具体实施例对本实用新型提出的一种电压源、量子测控系统及量子计算机进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，图1为本实用新型一实施例提供的电压源的结构框图。本实施例的所述电压源包括供电单元、控制单元、多个电压转换单元和与所述电压转换单元数量相同的数模转换单元。
所述供电单元用于基于输入的供电电压向所述电压转换单元提供模拟电压信号。
参阅图2，图2为本实施例提供的供电单元的结构框图，其中，所述供电电压可以由一开关电源提供；在一些具体的应用场景中，例如作为量子计算机中提供信号的电压源，采用开关电源提供供电电压，相较于采用线性电源，开关电源具有更小的体积，从而能够减少电压源对量子计算机内部空间的占用，进一步实现更高位数的量子比特的控制。
所述数模转换单元需要一组极性相反且幅值相等的模拟电源电压输入，例如，通常情况下所述数模转换单元包括一数模转换芯片，若所述数模转换芯片的型号为AD5791，就需要+13.5V的正模拟电源电压和－13.5V的负模拟电源电压输入。
具体地，所述供电单元包括第一电源芯片和第二电源芯片，所述第一电源芯片用于根据所述供电电压向所述电压转换单元提供一正模拟电压信号，所述第二电源芯片用于根据所述供电电压向所述电压转换单元提供一负模拟电压信号。例如，所述第一电源芯片和所述第二电源芯片均采用DC-DC芯片，分别将所述开关电源提供的供电电压转换为+15V的正模拟电压信号和－15V的负模拟电压信号。
且所述电压转换单元包括第一电压转换芯片与第二电压转换芯片，参阅图3，图3为本实施例提供的电压转换单元的结构框图，所述第一电压转换芯片的输入端连接所述第一电源芯片的输出端，所述第一电压转换芯片的输出端连接所述数模转换单元，所述第一电压转换芯片用于将所述正模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的正模拟电源电压；所述第二电压转换芯片的输入端连接所述第二电源芯片的输出端，所述第二电压转换芯片的输出端连接所述数模转换单元，所述第二电压转换芯片用于将所述负模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的负模拟电源电压。
例如，设置所述第一电压转换芯片和第二电压转换芯片均为LDO芯片，将+15V的正模拟电压信号和－15V的负模拟电压信号分别转换为+13.5V的正模拟电源电压和－13.5V的负模拟电源电压，提供给所述数模转换单元。
需要说明的是，所述电压源具有多个数模转换单元，每个所述数模转换单元均构成一个电压源通道，本实用新型中所述电压转换单元的数量与所述数模转换单元的数量相同，且所述数模转换单元与所述电压转换单元一一对应地连接，每个所述数模转换单元有一个所述电压转换单元单独供电，避免了各个电压源通道之间的电磁干扰，降低了各个通道中电压信号具有的电源噪声。
另外地，所述数模转换单元还需要一组正基准电压及负基准电压，所述电压转换单元还包括一基准电压芯片，所述基准电压芯片的输入端连接所述第一电压转换芯片的输出端，例如，所述第一电压转换芯片输出的为+13.5V的正模拟电源电压，所述基准电压芯片输出的为+5V的基准电压。
且所述电压转换单元包括第一放大器与第二放大器，所述第一放大器用将+5V的基准电压放大为+10V的正基准电压提供给所述数模转换单元，所述第二放大器用于将+5V的基准电压放大为－10V的负基准电压提供给所述数模转换单元。具体地，所述第一放大器的正相输入端连接至所述基准电压芯片的输出端，所述第一放大器的反相输入端经电阻接地，所述第一放大器的反相输入端经电阻连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接至所述数模转换单元；所述第二放大器的正相输入端经电阻接地，所述第二放大器的反相输入端经电阻连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的反相输入端连接至所述基准电压芯片的输出端，所述第二放大器的输出端连接至所述数模转换单元。
所述控制单元用于向所述数模转换发送数字控制信号，所述数模转换单元用于将所述控制单元发送的数字控制信号转换为模拟输出信号输出。
所述数模转换单元包括第三放大器、第四放大器和数模转换芯片，参阅图4，图4为本实施例提供的数模转换单元的结构框图；所述第三放大器的正相输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第三放大器的反相输入端连接所述数模转换芯片，所述第三放大器的输出端连接所述数模转换芯片；所述第四放大器的正相输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第四放大器的反相输入端连接所述数模转换芯片，所述第四放大器的输出端连接所述数模转换芯片。
所述数模转换芯片由所述电压转换单元提供电源电压及参考电压，接受所述控制单元发送的数字控制信号，并将其转换为模拟输出信号，输出给受电元器件，在一些具体的应用场景下，所述受电元器件为量子芯片。
所述数模转换单元还包括第五放大器，所述第五放大器用于进行匹配和增加电流输出能力，所述第五放大器的正相输入端连接所述数模转换芯片的输出端，所述第五放大器的反相输入端连接至所述第五放大器的输出端，所述第五放大器的输出端为所述数模转换单元的输出端。
所述电压源还包括一模数转换单元，所述模数转换单元用于采集所述数模转换单元输出的模拟输出信号，用于电压源自身的反馈和监测以及直接读取所述模拟输出信号的电压值进行参考，所述模数转换单元的输出端连接所述控制单元，用于采集所述数模转换单元的输出电压，具体地，所述模数转换单元可以为一AD4111芯片。
进一步地，所述控制单元包括微控制器和光耦，数模转换芯片通过所述光耦和所述微控制器连接，所述所述微控制器将数字控制信号通过所述光耦传输至数模转换芯片，数模转换芯片接收数字控制信号并产生转换为模拟输出信号，采用光耦进行传输保证了信号传输的质量，并提升电路的可靠性。具体地，所述微控制器可以为单片机。
综上所述，本实用新型提供了一种电压源，所述电压源包括：供电单元、控制单元、多个电压转换单元和与所述电压转换单元数量相同的数模转换单元；所述供电单元用于基于输入的供电电压向所述电压转换单元提供模拟电压信号；所述控制单元用于向所述数模转换单元发送数字控制信号；所述电压转换单元，与所述数模转换单元一一对应地连接，用于将所述模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的电源电压；所述数模转换单元用于将所述数字控制信号转换为模拟输出信号输出。通过设置每个数模转换单元均连接一单独的电压转换单元，且该电压转换单元用于给与之连接的数模转换单元提供电源电压，使得各个数模转换单元均为单独供电，减小了各个数模转换单元之间的电磁干扰；本实用新型的电压源在各个通道中的电压信号具有更低的电源噪声。
基于同一发明构思，本实用新型还提供一量子测控系统，包括本实用新型提供的所述电压源，且所述电压源的各个数模转换单元的输出端连接至一量子芯片上，用于为所述量子芯片提供控制信号。
本实用新型还提供一种量子计算机，具有本实用新型提供的量子测控系统，由于具有本实用新型提供的电压源，所述电压源各通道提供的模拟输出信号的电源噪声更低，能控制更高位数量子比特的量子芯片，实现更高位数量子芯片的计算。
上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (12)
1.一种电压源，其特征在于，包括供电单元、控制单元、多个电压转换单元和与所述电压转换单元数量相同的数模转换单元；
所述供电单元用于基于输入的供电电压向所述电压转换单元提供模拟电压信号；
所述控制单元用于向所述数模转换单元发送数字控制信号；
所述电压转换单元，与所述数模转换单元一一对应地连接，用于将所述模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的电源电压；
所述数模转换单元用于将所述数字控制信号转换为模拟输出信号输出。
2.如权利要求1所述的电压源，其特征在于，所述供电单元包括第一电源芯片与第二电源芯片；
所述第一电源芯片用于根据所述供电电压向所述电压转换单元提供一正模拟电压信号；
所述第二电源芯片用于根据所述供电电压向所述电压转换单元提供一负模拟电压信号。
3.如权利要求2所述的电压源，其特征在于，所述电压转换单元包括第一电压转换芯片和第二电压转换芯片；
所述第一电压转换芯片的输入端连接所述第一电源芯片，用于将所述正模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的正模拟电源电压；
所述第二电压转换芯片的输入端连接所述第二电源芯片，用于将所述负模拟电压信号转换为所述数模转换单元所需的负模拟电源电压。
4.如权利要求3所述的电压源，其特征在于，所述电压转换单元还包括一基准电压芯片，所述基准电压芯片的输入端连接所述正模拟电源电压，所述基准电压芯片的输出端用于给所述数模转换单元提供一基准电压。
5.如权利要求4所述的电压源，其特征在于，所述电压转换单元还包括第一放大器和第二放大器；
所述第一放大器的正相输入端连接至所述基准电压芯片的输出端，所述第一放大器的反相输入端经电阻接地，所述第一放大器的反相输入端经电阻连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接至所述数模转换单元，用于给所述数模转换单元提供一正基准电压；
所述第二放大器的正相输入端经电阻接地，所述第二放大器的反相输入端经电阻连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的反相输入端连接至所述基准电压芯片的输出端，所述第二放大器的输出端连接至所述数模转换单元，用于给所述数模转换单元提供一负基准电压。
6.如权利要求5所述的电压源，其特征在于，所述数模转换单元包括第三放大器、第四放大器和数模转换芯片；
所述第三放大器的正相输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第三放大器的反相输入端连接所述数模转换芯片，所述第三放大器的输出端连接所述数模转换芯片；
所述第四放大器的正相输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第四放大器的反相输入端连接所述数模转换芯片，所述第四放大器的输出端连接所述数模转换芯片。
7.如权利要求6所述的电压源，其特征在于，所述数模转换单元还包括第五放大器，所述第五放大器的正相输入端连接所述数模转换芯片的输出端，所述第五放大器的反相输入端连接至所述第五放大器的输出端，所述第五放大器的输出端为所述数模转换单元的输出端。
8.如权利要求1所述的电压源，其特征在于，所述供电单元接收的所述供电电压由一开关电源提供。
9.如权利要求1所述的电压源，其特征在于，所述控制单元包括微控制器和光耦，所述微控制器将所述数字控制信号通过所述光耦传输至所述数模转换单元。
10.如权利要求1～9中任一项所述的电压源，其特征在于，所述电压源还包括一模数转换单元，所述模数转换单元的输入端连接所述数模转换单元的输出端，所述模数转单元的输出端连接所述控制单元，用于采集所述数模转换单元的输出电压。
11.一种量子测控系统，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的电压源，所述电压源的各个所述数模转换单元的输出端连接至一量子芯片上，用于为所述量子芯片提供控制信号。
12.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求11所述的量子测控系统。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202122390487.7U CN216086482U (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 电压源、量子测控系统及量子计算机 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202122390487.7U CN216086482U (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 电压源、量子测控系统及量子计算机 |
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|---|---|
| CN216086482U true CN216086482U (zh) | 2022-03-18 |
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| CN202122390487.7U Active CN216086482U (zh) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | 电压源、量子测控系统及量子计算机 |
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| CN (1) | CN216086482U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117394791A (zh) * | 2023-10-17 | 2024-01-12 | 上海锐星微电子科技有限公司 | 一种实时时钟电路以及集成电路、电子设备和设计方法 |
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| CN117394791A (zh) * | 2023-10-17 | 2024-01-12 | 上海锐星微电子科技有限公司 | 一种实时时钟电路以及集成电路、电子设备和设计方法 |
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