CN219497083U - 信号输出电路的pcb板、量子测控系统及量子计算机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了信号输出电路的PCB板、量子测控系统及量子计算机，PCB板，包括基板以及沿着模拟信号走向依次设置于基板上的用于安装信号连接器的第一安装区、用于安装模拟数字转换模块的第三安装区和用于安装中控模块的第四安装区；所述第一安装区与所述第三安装区之间布置传输线A，所述传输线A上布置有阻抗匹配单元。通过在传输线A上布置阻抗匹配单元，从而能够减少信号传输时传输线A上的阻抗损耗，使得模拟信号有效地被读取输出。

Description

信号输出电路的PCB板、量子测控系统及量子计算机

技术领域

本实用新型涉及量子计算机技术领域，特别是涉及一种信号输出电路的PCB板、量子测控系统及量子计算机。

背景技术

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行的高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机相比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。

量子芯片为运行量子计算的核心部件，量子芯片依据接收到的控制信号执行量子计算任务，执行计算后输出携带任务结果的模拟信号，此时需要通过信号输出电路对从量子芯片输出的模拟信号进行处理；但是，现有的信号输出电路在模拟信号传输处理时会因为各种原因(例如传输线阻抗不匹配，外界干扰，内部信号之间相互干扰等原因)，影响信号传递质量，使得模拟信号不能有效地被读取输出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种信号输出电路的PCB板、量子测控系统及量子计算机，使得量子芯片输出的模拟信号能够有效地被读取输出。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型一方面提供一种信号输出电路的PCB板，包括基板以及沿着模拟信号走向依次设置于基板上的用于安装信号连接器的第一安装区、用于安装模拟数字转换模块的第三安装区和用于安装中控模块的第四安装区；

所述第一安装区与所述第三安装区之间布置传输线A，所述传输线A上布置有阻抗匹配单元。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述基板上还设有用于安装变压器的第二安装区；

所述第一安装区与所述第二安装区之间布置第一传输线，所述第二安装区与所述第三安装区之间布置第二传输线；所述传输线A由所述第一传输线和所述第二传输线组成，所述第一传输线上布置有所述阻抗匹配单元。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述阻抗匹配单元包括阻抗电阻和阻抗电容。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述第一传输线上沿着模拟信号走向上依次设置有第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘；

所述信号连接器的内导体引脚焊接于所述第一焊盘上，所述阻抗电阻的引脚焊接于所述第二焊盘上，所述阻抗电容的引脚焊接于所述第三焊盘上。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述基板上设置第一挖空槽和第二挖空槽；

所述第一挖空槽位于所述第一传输线的走线区域下方；

所述第二挖空槽位于所述第二传输线的走线区域下方。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述第一传输线的走线区域下方的第一挖空槽的宽度为a，所述第一传输线的走线宽度为b，a与b满足如下关系式：1.9b≥a≥2.1b。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述基板为多层板，包括顶层、中间层和底层；

所述第一安装区、所述第二安装区、所述第三安装区、所述第四安装区、所述第一传输线和所述第二传输线布置在顶层；所述第三安装区与所述第四安装区之间布置的第三传输线布置在中间层。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述中间层为多层板，所述中间层的第一层对应的所述第一传输线走线区域设置第一挖空孔，所述第一挖空孔与所述中间层的第二层之间形成所述第一挖空槽；

所述中间层的第一层对应的所述第二传输线走线区域设置第二挖空孔，所述第二挖空孔与所述中间层的第二层之间形成所述第二挖空槽。

如上所述的信号输出电路的PCB板，进一步地，所述基板上设置屏蔽罩，所述屏蔽罩包括罩体以及设置在罩体内的隔板；

所述罩体罩设于所述第一安装区、所述第二安装区和所述第三安装区；所述隔板将所述罩体分割成两个区域，所述第一安装区和所述第二安装区位于其中一个区域，所述第三安装区位于另一个区域。

本实用新型另一方面提供一种量子测控系统，包括信号连接器、模拟数字转换模块、中控模块以及上述信号输出电路的PCB板；

所述信号连接器焊接于所述基板的第一安装区，用于接收量子芯片输出的模拟信号；

所述模拟数字转换模块焊接于所述基板的第三安装区，对量子芯片输出的模拟信号进行处理获得任务结果；

所述中控模块焊接于所述基板的第四安装区，用于对所述任务结果进行处理。

本实用新型再一方面提供一种量子计算机，包括上述量子测控系统。

本实用新型的有益效果在于：本申请的信号输出电路的PCB板，通过在传输线A上布置阻抗匹配单元，从而能够减少信号传输时传输线A上的阻抗损耗，使得模拟信号有效地被读取输出。

本实用新型提供的量子测控系统及量子计算机包括上述的PCB板，因此具有相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的PCB板的结构示意图；

图2为图1中A的放大图；

图3为本实用新型实施例提供的屏蔽罩的结构示意图；

附图标记中：

10、基板；11、第一安装区；12、第二安装区；13、第三安装区；14、第四安装区；15、第一传输线；151、第一焊盘；152、第二焊盘；153、第三焊盘；16、第二传输线；17、第一挖空槽；18、第二挖空槽；19、安装孔；

20、屏蔽罩；21、罩体；22、第一隔板；23、第二隔板；24、第三隔板；25、第一缺口；26、第二缺口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，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。

如图1所示：本申请实施例公开了一种信号输出电路的PCB板，包括基板10以及沿着模拟信号走向依次设置于基板10上的用于安装信号连接器的第一安装区11、用于安装模拟数字转换模块的第三安装区13和用于安装中控模块的第四安装区14；所述第一安装区11与所述第三安装区13之间布置传输线A，所述传输线A上布置有阻抗匹配单元。

通过在传输线A上布置阻抗匹配单元，从而能够减少信号传输时传输线A上的阻抗损耗，使得模拟信号有效地被读取输出。

本申请的PCB板在具体使用时，基板10上设置的信号连接器，对量子芯片输出的模拟信号进行接收，同时将模拟信号发送至阻抗匹配单元，通过阻抗对信号传输线路进行阻抗匹配，减少信号传输时传输线A上的阻抗损耗，模拟数字转换模块，用于对量子芯片输出的模拟信号进行处理获得任务结果；中控模块，用于对所述任务结果进行处理。

在本实用新型的一些实施例中，所述基板10上还设有用于安装变压器的第二安装区12；所述第一安装区11与所述第二安装区12之间布置第一传输线15，所述第二安装区12与所述第三安装区13之间布置第二传输线16；所述传输线A由所述第一传输线15和所述第二传输线16组成，所述第一传输线15上布置有所述阻抗匹配单元。

通过设置变压器，例如巴伦变压器，对阻抗匹配单元处理后的模拟信号进行差分输出；通过在第一传输线15上布置阻抗匹配单元，对第一传输线15进行阻抗匹配，减少了模拟信号传递至变压器时的信号反射，从而保证模拟信号能够有效地被读取输出。

在本申请的一些实施例中，所述阻抗匹配单元包括阻抗电阻和阻抗电容，通过阻抗电阻和阻抗电容对第一传输线15路进行阻抗匹配，减少模拟信号传递至巴伦变压器的信号反射，保证信号的传输质量。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，所述第一传输线15上沿着模拟信号走向上依次设置有第一焊盘151、第二焊盘152和第三焊盘153；

所述信号连接器的内导体引脚焊接于所述第一焊盘151上，所述阻抗电阻的引脚焊接于所述第二焊盘152上，所述阻抗电容的引脚焊接于所述第三焊盘153上。

通过上述方式布置第一焊盘151、第二焊盘152、第三焊盘153，将信号连接器、阻抗电阻、阻抗电容串联起来。

在本申请的一些实施例中，信号连接器为SMA连接器，模拟数字转换模块为ADC，中控模块为FPGA。

在本申请的一些实施例中，所述PCB板上设置多个SMA连接器时，每个SMA连接器分别电连接一个巴伦变压器，所有巴伦变压器均连接到一个ADC上，ADC与FPGA电连接；通过设置多个SMA连接器，实现多通道输出，即实现量子芯片上多个量子比特模拟信号的输出，示例性地，设置2个SMA连接器，实现模拟信号双通道输出读取。

在本申请的一些实施例中，第一传输线15、第二传输线16、第三传输线均为铜线。

在本申请的一些实施例中，所述基板10上设置第一挖空槽17和第二挖空槽18；所述第一挖空槽17位于所述第一传输线15的走线区域下方；所述第二挖空槽18位于所述第二传输线16的走线区域下方。

在电子技术领域，通常在基板10上设置微带线或者带状线作为信号传输线，信号传输线的阻抗Z与基板10的介电常数ε、微带线或者带状线对地距离h、微带线或者带状线的铜箔厚度t和宽度w等相关，且阻抗Z与对地距离h成反比、与宽度w成正比；即为了实现具体的阻抗值可以通过增大对地距离h或者减小宽度w的方式。本申请的信号输出电路的PCB板，为了避免信号反射，确保信号的高质量传输，信号传输线的阻抗通常选择50欧姆，通过在第一传输线15的走线区域下方设置第一挖空槽17，第二传输线16的走线区域下方均设置第二挖空槽18，相当于增大了第一传输线15和第二传输线16的对地距离h，进而降低了第一传输线15和第二传输线16的阻抗Z，使得第一传输线15和第二传输线16的阻抗值Z更接近50欧姆，不仅可以保证模拟信号能够有效地被读取输出，而且，不需要通过减小基板10上第二传输线16的宽度来达到降低阻抗Z的目的，进而使得第二传输线16在基板10上容易布局。

在本申请的一些实施例中，所述第一传输线15的走线区域下方的第一挖空槽17的宽度为a，所述第一传输线15的走线宽度为b，a与b满足如下关系式：1.9b≥a≥2.1b。通过这样设置，避免了信号连接器的内导体引脚、阻抗电阻的引脚、阻抗电容的引脚与其周围的接地孔之间的距离太近，会引入容性负载拉低信号的阻抗，增加信号反射的现象的发生，从而达到进一步降低阻抗的效果，同时，也不能过大，避免信号与其周围接地孔之间的距离太远。

在本申请的一些实施例中，所述巴伦变压器与模拟数字转换模块之间设置两根所述第二传输线16；两根所述第二传输线16的长度差小于5mil。

通过将两根第二传输线16的长度差控制在5mil以内，使得差分信号的抗干扰能力强，保证了信号传输的准确性，进一步保证信号有效地被读取输出。

在本申请的一些实施例中，所述第二传输线16包括多段直线且相邻直线之间通过圆滑曲线连接，所述第二传输线16的两端均为圆滑曲线。

通过以上设计，使得第二传输线16走线更加圆滑，减少信号损耗，进一步保证信号有效地被读取输出。

在本申请的一些实施例中，所述第二传输线16还可以由多段圆滑曲线组成。

通过以上设计，使得第二传输线16走线更加圆滑，减少信号损耗，进一步保证信号有效地被读取输出。

在本申请的一些实施例中，所述基板10为多层板，包括顶层、中间层和底层；

所述第一安装区11、第二安装区12、第三安装区13、第四安装区14、第一传输线15和第二传输线16布置在顶层；所述第三安装区13与所述第四安装区14之间布置的第三传输线布置在中间层。

通过将基板10设置成多层板，顶层上设置第一安装区11、第二安装区12、第三安装区13、第四安装区14，用于安装电路中的元器件－信号连接器、巴伦变压器、模拟数字转换模块和中控模块，同时由于信号连接器与巴伦变压器之间的第一传输线15、巴伦变压器与模拟数字转换模块之间的第二传输线16是重点信号走线，所以放在顶层，方便对其进行处理，以保证准确地传输信号；模拟数字转换模块与中控模块与之间的第三传输线是属于常规走线，所以放置于中间层。

在本申请的一些实施例中，中间层为多层板，通常包括走线层和接地层和电源层，走线层用于走信号传输线、接地层用于接地，电源层用于走电源传输线；在实际应用时，走线层、接地层、电源层根据实际需求进行设置一层或多层。进一步地，PCB板的总层数一般为偶数，信号层与电源层之间会设置接地层。

在本申请的一些实施例中，底层也可以用于安装电路中的元器件以及用于重要信号走线。

在本申请的一些实施例中，所述中间层为多层板，所述中间层的第一层对应的第一传输线15走线区域设置第一挖空孔，所述第一挖空孔与所述中间层的第二层之间形成所述第一挖空槽17；

所述中间层的第一层对应的第二传输线16走线区域设置第二挖空孔，所述第二挖空孔与所述中间层的第二层之间形成所述第二挖空槽18。

通过在中间层的第一层(也就是基板10的第二层)设置第一挖空孔和第二挖孔，减少了对地距离，从而能够减少第一传输线15和第二传输线16上的阻抗，使得模拟信号能有效地被读取输出。

在本申请的一些实施例中，所述基板10上设置屏蔽罩20，所述屏蔽罩20包括罩体21以及设置在罩体21内的隔板；所述罩体21罩设于第一安装区11、第二安装区12、第三安装区13；所述隔板将罩体21分割成两个区域，所述第一安装区11、第二安装区12位于其中一个区域，所述第三安装区13位于另一个区域。

通过在设置屏蔽罩20，使得信号不受到外界干扰，通过设置隔板，避免了内部信号之间相互干扰，进一步保证信号能有效地被读取输出。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，当量子测控模拟信号输出电路为双通道输出电路时，第一安装区11内设置两个SMA连接器，分别为第一SMA连接器和第二SMA连接器，第二安装区12设置两个巴伦变压器，分别为第一巴伦变压器和第二巴伦变压器，第三安装区13设置一个ADC，第四安装区14设置一个FPGA，当设置屏蔽罩20时，如图3所示：罩体21内设置三块隔板，分别为第一隔板22、第二隔板23、第三隔板24，第一隔板22为T形板，第二隔板23和第三隔板24为长条形板，第一隔板22、第二隔板23、第三隔板24的一端均固定于罩体21内壁，将罩体21分隔成3个相对独立的区间，分别为第一区间、第二区间和第三区间，第一SMA连接器和第一巴伦变压器位于第一区间，第二SMA连接器和第二巴伦变压器位于第二区间，ADC位于第三区间；第一隔板22和第二隔板23之间设有供第一巴伦变压器与ADC之间电连的第二传输线16穿过的第一缺口25；第一隔板22和第三隔板24之间设有供第二巴伦变压器与ADC之间电连的第二传输线16穿过的第二缺口26。

通过这样设置，屏蔽罩20内形成三个相对独立的区间，不仅避免了外部信号的干扰，也避免了内部信号间的相互干扰。

在本申请的一些实施例中，所述基板10与屏蔽罩20的接触面设置接地孔。

通过在所述基板10与屏蔽罩20的接触面设置接地孔，不仅起到散热的作用，而且还能减小信号的回流路径，进而进一步减小阻抗浮动。

在本申请的一些实施例中，所述第一传输线15周围的基板10上设置接地孔，方便信号回流，在本申请的一些实施例中，所述第二传输线16周围的基板10上设置接地孔，方便信号回流，在本申请的一些实施例中，所述巴伦变压器的引脚周围设置接地孔，方便信号回流。

在本申请的一些实施例中，所述屏蔽罩20通过螺钉可拆卸式固定于所述基板10上。

在本申请的一些实施例中，所述基板10上设置安装孔19，用于将PCB板安装于所需要的装置上。

基于同一申请构思，本申请实施例还提出一种量子测控系统，包括信号连接器、模拟数字转换模块、中控模块以及上述信号输出电路的PCB板；

所述信号连接器焊接于所述基板10的第一安装区11，用于接收量子芯片输出的模拟信号；

所述模拟数字转换模块焊接于所述基板10的第三安装区13，用于对量子芯片输出的模拟信号进行处理获得任务结果；

所述中控模块焊接于所述基板10的第四安装区14，用于对所述任务结果进行处理。

本申请的量子测控系统中，通过设置信号连接器对量子芯片发出的模拟信号进行接收，同时将模拟信号发送至阻抗匹配单元，通过阻抗对信号传输线路进行阻抗匹配，减少信号反射；处理后的模拟信号输送至模拟数字转换模块，对量子芯片输出的模拟信号进行处理获得任务结果，再将任务结果发送至中控模块，中控模块对所述任务结果进行处理输出。

该量子测控系统中PCB板，通过在传输线A上布置阻抗匹配单元，对传输线A(具体为，传输线A中的第一传输线15)进行阻抗匹配，减少了信号反射，从而保证模拟信号能够有效地被读取输出。

基于同一申请构思，本申请实施例还提出一种量子计算机，包括上述量子测控系统。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”或“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种信号输出电路的PCB板，其特征在于，包括基板(10)以及沿着模拟信号走向依次设置于基板(10)上的用于安装信号连接器的第一安装区(11)、用于安装模拟数字转换模块的第三安装区(13)和用于安装中控模块的第四安装区(14)；

所述第一安装区(11)与所述第三安装区(13)之间布置传输线A，所述传输线A上布置有阻抗匹配单元。

2.根据权利要求1所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述基板(10)上还设有用于安装变压器的第二安装区(12)；

所述第一安装区(11)与所述第二安装区(12)之间布置第一传输线(15)，所述第二安装区(12)与所述第三安装区(13)之间布置第二传输线(16)；所述传输线A由所述第一传输线(15)和所述第二传输线(16)组成，所述第一传输线(15)上布置有所述阻抗匹配单元。

3.根据权利要求2所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述阻抗匹配单元包括阻抗电阻和阻抗电容。

4.根据权利要求3所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述第一传输线(15)上沿着模拟信号走向上依次设置有第一焊盘(151)、第二焊盘(152)和第三焊盘(153)；

所述信号连接器的内导体引脚焊接于所述第一焊盘(151)上，所述阻抗电阻的引脚焊接于所述第二焊盘(152)上，所述阻抗电容的引脚焊接于所述第三焊盘(153)上。

5.根据权利要求4所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述基板(10)上设置第一挖空槽(17)和第二挖空槽(18)；

所述第一挖空槽(17)位于所述第一传输线(15)的走线区域下方；

所述第二挖空槽(18)位于所述第二传输线(16)的走线区域下方。

6.根据权利要求5所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述第一传输线(15)的走线区域下方的第一挖空槽(17)的宽度为a，所述第一传输线(15)的走线宽度为b，a与b满足如下关系式：1.9b≥a≥2.1b。

7.根据权利要求5所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述基板(10)为多层板，包括顶层、中间层和底层；

所述第一安装区(11)、所述第二安装区(12)、所述第三安装区(13)、所述第四安装区(14)、所述第一传输线(15)和所述第二传输线(16)布置在顶层；所述第三安装区(13)与所述第四安装区(14)之间布置的第三传输线布置在中间层。

8.根据权利要求7所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述中间层为多层板，所述中间层的第一层对应的所述第一传输线(15)走线区域设置第一挖空孔，所述第一挖空孔与所述中间层的第二层之间形成所述第一挖空槽(17)；

所述中间层的第一层对应的所述第二传输线(16)走线区域设置第二挖空孔，所述第二挖空孔与所述中间层的第二层之间形成所述第二挖空槽(18)。

9.根据权利要求2所述的信号输出电路的PCB板，其特征在于，所述基板(10)上设置屏蔽罩(20)，所述屏蔽罩(20)包括罩体(21)以及设置在罩体(21)内的隔板；

所述罩体(21)罩设于所述第一安装区(11)、所述第二安装区(12)和所述第三安装区(13)；所述隔板将所述罩体(21)分割成两个区域，所述第一安装区(11)和所述第二安装区(12)位于其中一个区域，所述第三安装区(13)位于另一个区域。

10.一种量子测控系统，其特征在于，包括信号连接器、模拟数字转换模块、中控模块以及权利要求1－9任意一项所述的信号输出电路的PCB板；

所述信号连接器焊接于所述基板(10)的第一安装区(11)，用于接收量子芯片输出的模拟信号；

所述模拟数字转换模块焊接于所述基板(10)的第三安装区(13)，用于对量子芯片输出的模拟信号进行处理获得任务结果；

所述中控模块焊接于所述基板(10)的第四安装区(14)，用于对所述任务结果进行处理。

11.一种量子计算机，其特征在于，包括如权利要求10所述的量子测控系统。