RU2763014C1 - Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems - Google Patents

Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems Download PDF

Info

Publication number
RU2763014C1
RU2763014C1 RU2021120094A RU2021120094A RU2763014C1 RU 2763014 C1 RU2763014 C1 RU 2763014C1 RU 2021120094 A RU2021120094 A RU 2021120094A RU 2021120094 A RU2021120094 A RU 2021120094A RU 2763014 C1 RU2763014 C1 RU 2763014C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
voltage
output
qubit
digital
Prior art date
Application number
RU2021120094A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Васильевич Кривецкий
Никита Сергеевич Хайло
Дмитрий Константинович Пицун
Сергей Евгеньевич Радченко
Алексей Геннадьевич Вострецов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2021120094A priority Critical patent/RU2763014C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2763014C1 publication Critical patent/RU2763014C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: automated systems.
SUBSTANCE: invention relates to automated systems for special purposes for generating current and can be used to develop precision current sources for displacement of superconducting multi-qubit quantum structures, electrochemistry, power supply of primary measuring transducers in automated control, measurement and control systems. A multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems contains a digital-to-analog converter, the output of which is connected to a voltage-current converter. The digital-to-analogue converter contains a low ratio voltage reference that couples the output voltage to the ambient temperature. A multi-digit digital-to-analog converter is used as a regulating element. A high-load voltage follower connected at the output of the second stage of the instrumentation amplifier is used as an output current driver.
EFFECT: increasing the resolution and reducing the error in the current value generated by the source through the use of a circuit with precision resistors with fixed values, a high-resolution digital-to-analog converter, a voltage follower circuit on the load, which provides maximum linearization of the feedback of the voltage-current conversion circuit.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к автоматизированным системам специального назначения для обеспечения смещения рабочих точек квантовых многокубитных систем постоянным или переменным током. Изобретение может быть использовано для разработки прецизионных источников тока для смещения рабочих точек сверхпроводящих структур, электрохимии, питания первичных измерительных преобразователей в автоматизированных системах управления, измерения и контроля и т.п.The proposed invention relates to automated systems for special purposes for providing displacement of operating points of quantum multi-qubit systems with direct or alternating current. The invention can be used to develop precision current sources for displacement of the operating points of superconducting structures, electrochemistry, power supply of primary measuring transducers in automated control systems, measurement and control, etc.

Известен прецизионный источник тока [KITHLEY Model 224 Programmable Current Source], который предполагает использование 13-битного цифроаналогового преобразователя (ЦАП), преобразователя ток-напряжение на базе резистивного делителя, усилителя напряжения с фиксированным коэффициентом, усилителя-интегратора ошибки формирования тока на выходе устройства, образцовых резисторов. Представляющее способ устройство работает по принципу прямого цифроаналогового преобразования опорного напряжения в напряжение на образцовом резисторе, определяемое заданием по току. Указанный прецизионный источник тока обеспечивает приведенную погрешность значения тока 0.05% в поддиапазонах 10 мкА, 100 мкА, 1 мА и 10 мА и погрешность 0.1% в поддиапазоне 100 мА. Разрешающая способность указанного прецизионного источника тока соответствует 0.05% от максимального по модулю значению в заданном поддиапазоне.Known precision current source [KITHLEY Model 224 Programmable Current Source], which involves the use of a 13-bit digital-to-analog converter (DAC), a current-voltage converter based on a resistive divider, a voltage amplifier with a fixed ratio, an amplifier-integrator of the current generation error at the device output, exemplary resistors. The device representing the method operates on the principle of direct digital-to-analog conversion of the reference voltage into the voltage across the reference resistor, determined by the current reference. The specified precision current source provides a reduced current value error of 0.05% in the subranges of 10 μA, 100 μA, 1 mA, and 10 mA, and an error of 0.1% in the 100 mA subrange. The resolution of the specified precision current source corresponds to 0.05% of the maximum modulus value in the specified subrange.

Недостатками описанного прибора являются:The disadvantages of the described device are:

- высокая погрешность формируемого тока, которая определяется точностью формирования напряжения на выходе 13-битного ЦАП и точностью подбора и подстройки образцовых резисторов;- high error of the generated current, which is determined by the accuracy of the voltage generation at the output of the 13-bit DAC and the accuracy of the selection and adjustment of exemplary resistors;

- низкая разрешающая способность, которая не позволяет компенсировать погрешность формирования заданного тока за счет избыточности разрешающей способности;- low resolution, which does not allow to compensate for the error in the formation of a given current due to the redundancy of the resolution;

- высокий уровень синфазных шумов и сетевых помех на выходе высоковольтного усилителя преобразователя напряжение - ток;- a high level of common-mode noise and network noise at the output of the high-voltage amplifier of the voltage-current converter;

- один выходной канал на устройство затрудняет работу с набором структур и заставляет использовать несколько устройств, что увеличивает габариты и энергопотребление экспериментальной установки, а также усложняет автоматизацию эксперимента.- one output channel per device makes it difficult to work with a set of structures and forces the use of several devices, which increases the dimensions and power consumption of the experimental setup, and also complicates the automation of the experiment.

В наибольшей степени требованиям систем автоматического управления соответствует источник стабильного тока [патент RU №2523916, Н03М 1/66, приоритет 21.03.2013], который был взят за прототип одного канала многоканального источника.The stable current source [patent RU No. 2523916, Н03М 1/66, priority 21.03.2013], which was taken as a prototype of one channel of a multichannel source, meets the requirements of automatic control systems to the greatest extent.

В схеме прототипа в качестве опорного элемента используется не источник опорного напряжения (ИОН), не имеющий температурной стабильности и радиационной стойкости, а входящий в модуль тактирования автогенератор, стабилизированный кварцевым резонатором. Он совместно с регистром кода частоты заменяет используемый в известных решениях ИОН (стабилитрон).In the prototype circuit, not a reference voltage source (ION), which does not have temperature stability and radiation resistance, is used as a reference element, but an autogenerator included in the clock module, stabilized by a quartz resonator. Together with the frequency code register, it replaces the ION (Zener diode) used in known solutions.

Недостатками решения-прототипа являются высокая погрешность установки и низкая разрешающая способность. На погрешность установки выходного тока в прототипе влияет точность подбора номиналов резисторов, используемых в качестве переключаемых последовательных шунтов. Разрешающую способность в прототипе определяет число входов мультиплексора, лежащего в основе частотно-импульсного модулятора (ЧИМ). Такой подход ведет к тому, что для обеспечения разрешающей способности, например, 1% требуется реализовать мультиплексор с количеством входов 100, что делает аппаратное решение громоздким, повышает потребляемую мощность и снижает надежность.The disadvantages of the prototype solution are high installation error and low resolution. The error in setting the output current in the prototype is influenced by the accuracy of the selection of the resistors used as switchable series shunts. The resolution in the prototype determines the number of inputs of the multiplexer underlying the pulse frequency modulator (PFM). This approach leads to the fact that to provide a resolution of, for example, 1%, it is required to implement a multiplexer with a number of inputs of 100, which makes the hardware solution bulky, increases power consumption and decreases reliability.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является разработка многоканального источника с повышенной разрешающей способностью и низкой погрешностью.The task (technical result) of the present invention is the development of a multichannel source with increased resolution and low error.

Поставленная задача достигается тем, что для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах использован многоразрядный цифроаналоговый преобразователь с числом эффективных разрядов не менее 20, выход которого подключен к инструментальному усилителю, первый каскад которого представляет схему вычитателя напряжения обратной связи, снимаемого с выхода нагрузки, второй каскад которого использует повторитель напряжения с высокой нагрузочной способностью на выходе и высокоомный повторитель напряжения в цепи обратной связи и прецизионного токового шунта на входе. Цифроаналоговый преобразователь содержит прецизионный источник опорного напряжения с низким температурным коэффициентом. Цифроаналоговый преобразователь используется в качестве регулирующего элемента. Повторитель напряжения с высокой нагрузочной способностью, включенный на выходе второго каскада инструментального усилителя используется в качестве формирователя выходного тока совместно с резистором - токовым шунтом.The task is achieved by the fact that to set the operating modes in two-qubit and multi-qubit systems, a multi-bit digital-to-analog converter is used with the number of effective bits of at least 20, the output of which is connected to an instrumentation amplifier, the first stage of which is a circuit of the feedback voltage subtractor taken from the load output, the second The stage uses a voltage follower with a high load capacity at the output and a high-resistance voltage follower in the feedback circuit and a precision current shunt at the input. The D / A converter contains a precision voltage reference with a low temperature coefficient. A digital-to-analog converter is used as a control element. A voltage follower with a high load capacity, connected at the output of the second stage of the instrumentation amplifier, is used as an output current driver together with a resistor - a current shunt.

На фиг. 1 приведена структурная схема многоканального источника тока для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах.FIG. 1 shows a block diagram of a multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems.

На фиг. 2 приведена структурная схема одного канала многоканального источника тока для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах.FIG. 2 shows a block diagram of one channel of a multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems.

На фиг. 3 приведена функциональная схема преобразователя напряжение-ток одного канала многоканального источника тока для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах источника тока.FIG. 3 shows a functional diagram of a voltage-current converter for one channel of a multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit current source systems.

Структурная схема многоканального источника тока для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах (фиг. 1) содержит контроллер 1, источник питания 2 и n каналов (3l-3n) источника тока, где n требуемое количество каналов.Block diagram of a multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems (Fig. 1) contains a controller 1, a power supply 2 and n channels (3 l -3 n ) of a current source, where n is the required number of channels.

Сетевое напряжение питания источника преобразуется источником питания 2, реализованным по схеме трансформаторного изолированного понижающего преобразователя, в постоянные напряжения питания контроллера и каналов источника.The mains supply voltage of the source is converted by the power supply 2, implemented according to the transformer isolated step-down converter scheme, into constant supply voltages of the controller and the source channels.

Структурная схема одного из каналов многоканального источника тока для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах источника тока на фиг. 2 обведена пунктиром и обозначена 3i. Канал управляется и контролируется контроллером 1 и питается напряжениями, формируемыми на выходе источника питания 2. Структура канала включает цифроаналоговый преобразователь 4, преобразователь напряжение-ток 5, изолятор 6, изолятор 7, разъем подключения нагрузки 8, изолятор 9, оконный компаратор напряжения 10, изолирующий преобразователь 11.Block diagram of one of the channels of a multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit current source systems in Fig. 2 is circled with a dotted line and indicated by 3 i . The channel is controlled and monitored by controller 1 and powered by voltages generated at the output of the power supply 2. The channel structure includes digital-to-analog converter 4, voltage-current converter 5, isolator 6, isolator 7, load connection 8, isolator 9, window voltage comparator 10, isolating converter 11.

Источник питания 2, реализованный по схеме трансформаторного изолированного понижающего преобразователя обеспечивает питание контроллера 1 и других узлов. Для питания цифроаналогового преобразователя 4 и преобразователя напряжение - ток 5 используется дополнительный изолирующий преобразователь 11. Связь контроллера с другими узлами гальванически изолирована изоляторами 6, 7 и 9 на базе магниторезистивных и оптических изоляторов. Основа предлагаемого источника тока - преобразователь напряжение-ток 5 на базе операционного усилителя и переключаемого механическими реле набора резисторов токового шунтирования. Реле переключения номиналов токового шунта для выбора различных поддиапазонов управляется контроллером. Преобразуемое в ток нагрузки напряжение формируется на выходе цифроаналогового преобразователя 4. Оконный компаратор напряжения 10 определяет моменты выхода напряжения на выходе преобразователя напряжение - ток 5 источника тока за границы высоковольтного питания и, соответственно, с помощью изолированного канала, включающего изолятор 6, и контроллера 1 извещает оператора о выходе сопротивления нагрузки за указанные пределы.Power supply 2, implemented as an isolated transformer buck converter, provides power to controller 1 and other nodes. To power the digital-to-analog converter 4 and the voltage-current converter 5, an additional isolating converter 11 is used. The controller's connection with other nodes is galvanically isolated by isolators 6, 7 and 9 based on magnetoresistive and optical isolators. The basis of the proposed current source is a voltage-current converter 5 based on an operational amplifier and a set of current shunting resistors switched by mechanical relays. The relay for switching the current shunt ratings to select different subranges is controlled by the controller. The voltage converted into load current is formed at the output of the digital-to-analog converter 4. The window voltage comparator 10 determines the moments when the voltage at the output of the converter voltage - current 5 of the current source beyond the high-voltage supply limits and, accordingly, with the help of an isolated channel, including isolator 6, and controller 1 notifies operator about the exit of the load resistance beyond the specified limits.

Функциональная схема преобразователя напряжение-ток одного канала многоканального источника показана на фиг. 3 и обведена пунктирной линией. Дифференциальный выход цифроаналогового преобразователя 4 подключен к неинвертирующим входам операционных усилителей первого (ОУ1) 12 и второго (ОУ2) 13, прецизионные резисторы R2 и R3 отрицательных обратных связей подключены одним выводом к выходу операционного усилителя, а другим - к инвертирующему входу, прецизионный резистор R1 подключен к инвертирующим входам ОУ1 и ОУ2, прецизионные резисторы R4 и R5 подключены к неинвертирующему и инвертирующему входам операционного усилителя три (ОУЗ) 14 одним выводом и к выходам ОУ1 и ОУ2 соответственно другим, прецизионный резистор R6 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя ОУЗ одним выводом и к усилителю четыре (У4) 15 другим, прецизионный резистор R7 подключен к выходу усилителя пять (У5) 16 одним выводом и к инвертирующему входу ОУЗ вторым, вход У4 подключен к резистору нагрузки RM, вход У5 подключен к выходу ОУЗ, прецизионный резистор R8 подключен к выходу У5 одним выводом и, к резистору нагрузки RH и оконному компаратору напряжения 10 вторым, второй вывод RH подключен к обратному проводу.A functional diagram of a voltage-current converter of one channel of a multichannel source is shown in FIG. 3 and outlined with a dotted line. The differential output of the digital-to-analog converter 4 is connected to the non-inverting inputs of the operational amplifiers of the first (ОУ1) 12 and the second (ОУ2) 13, precision resistors R2 and R3 of negative feedbacks are connected with one terminal to the output of the operational amplifier, and the other to the inverting input, the precision resistor R1 is connected to the inverting inputs of OU1 and OU2, precision resistors R4 and R5 are connected to the non-inverting and inverting inputs of the operational amplifier three (OUZ) 14 with one pin and to the outputs of OU1 and OU2, respectively, the other, precision resistor R6 is connected to the non-inverting OA input by one output of the operational amplifier and amplifier four (U4) 15 others, the precision resistor R7 is connected to the output of the amplifier five (U5) 16 with one terminal and to the inverting input of the OUZ with the second, the input U4 is connected to the load resistor R M , the input U5 is connected to the output of the OUZ, the precision resistor R8 is connected to output U5 with one terminal and, to the load resistor R H and the window comparator torus voltage 10 second, the second terminal R H is connected to the return wire.

Основа предлагаемого источника тока реализуется на базе инструментального операционного усилителя [см. стр. 466, рис. 25.3 в книге Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - 512 с.] по модифицированной схеме, использующей повторитель напряжения на последовательном шунте. В отличие от прототипа, в предлагаемой схеме шум на выходе источника связан только с шумом инструментального усилителя, цифроаналогового преобразователя и источника опорного напряжения.The basis of the proposed current source is implemented on the basis of an instrumental operational amplifier [see. p. 466, fig. 25.3 in the book Tietze W., Schenck K. Semiconductor Circuitry: A Reference Guide. Per. with him. - M .: Mir, 1982. - 512 S.] according to a modified circuit using a voltage follower on a serial shunt. In contrast to the prototype, in the proposed scheme, the noise at the source output is associated only with the noise of the instrumentation amplifier, digital-to-analog converter, and reference voltage source.

Кроме того, предлагаемый источник реализуется по схеме преобразователь напряжение-ток с формирователем напряжения на базе цифроаналогового преобразователя с разрешающей способностью много большей чем, требуемая от источника погрешность. В отличие от прототипа, начальный разброс номиналов резисторов, определяющих систематическую погрешность источника, компенсируется контроллером при сопоставлении задания по току на выходе источника с фактическими значениями, регистрируемыми образцовыми приборами.In addition, the proposed source is implemented according to the voltage-current converter scheme with a voltage shaper based on a digital-to-analog converter with a resolution much greater than the error required from the source. In contrast to the prototype, the initial spread of the resistor values that determine the systematic error of the source is compensated by the controller when comparing the current reference at the source output with the actual values recorded by the reference devices.

Высокая разрешающая способность цифроаналогового преобразователя, лежащего в основе источника, позволяет снизить влияние дифференциальной нелинейности передаточной характеристики собственно цифроаналогового преобразователя на разрешающую способность источника.The high resolution of the digital-to-analog converter underlying the source makes it possible to reduce the influence of the differential nonlinearity of the transfer characteristic of the digital-to-analog converter itself on the resolution of the source.

Усилитель У4 используется как повторитель напряжения на нагрузке.The U4 amplifier is used as a voltage follower across the load.

Устройство работает следующим образом. В основе схемы лежит модифицированная схема Хауленда на базе инструментального усилителя на ОУ1, ОУ2 и ОУ3, «опорное» напряжение которого формируется с помощью повторителя напряжения У4, пропорционального выходному току и сопротивлению последовательного шунта (прецизионного резистора) R8. Коэффициент, связывающий дифференциальное напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя ЦАП с током нагрузки на Rн определяется следующим образом:The device works as follows. The circuit is based on a modified Howland circuit based on an instrumental amplifier based on OA1, OU2 and OU3, the "reference" voltage of which is formed using a voltage follower U4 proportional to the output current and the resistance of the series shunt (precision resistor) R8. The coefficient connecting the differential voltage at the output of the digital-to-analog converter DAC with the load current at R n is determined as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

Выражение справедливо для случая, когда R2=R3, R4=R5 и R6=R7.The expression is valid for the case when R2 = R3, R4 = R5 and R6 = R7.

Из выражения, также видно, что ток нагрузки не зависит от сопротивления нагрузки.From the expression, it can also be seen that the load current does not depend on the load resistance.

Напряжение Uref на выходе У4 является «опорным» для схемы вычитания на ОУЗ, для которой справедливо выражение:The voltage U ref at the output of U4 is "reference" for the subtraction circuit on the OUZ, for which the expression is valid:

Figure 00000002
Figure 00000002

где U+ и U_ - напряжения на выходах ОУ1 и ОУ2 соответственно.where U + and U_ are the voltages at the outputs of OU1 and OU2, respectively.

Из выражения видно, что за счет обратной связи процесс регулирования напряжения на выходе ОУЗ остановится в тот момент, когда оно достигнет значения, при котором напряжение на резисторе R8, повторяемое усилителем У4, будет равно:It can be seen from the expression that due to feedback, the process of regulating the voltage at the output of the OUZ will stop at the moment when it reaches a value at which the voltage across the resistor R8, repeated by the amplifier U4, will be equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, задавшись коэффициентом усиления на ОУ1 и ОУ2, коэффициентом усиления при вычитании на ОУЗ (2) и сопротивлением R8, получим ток нагрузки согласно выражению (1).Thus, having set the gain on OA1 and OU2, the gain when subtracted on the OUZ (2) and the resistance R8, we obtain the load current according to expression (1).

Для изменения диапазонов рабочих токов на выходе схемы используется набор сопротивлений, включаемых в схему в качестве R8.To change the ranges of operating currents at the output of the circuit, a set of resistances are used, included in the circuit as R8.

Усилитель У5 используется для повышения нагрузочной способности операционного усилителя ОУЗ при формировании токов выше 10 мА.The U5 amplifier is used to increase the load capacity of the OUZ operational amplifier when generating currents above 10 mA.

Возможность компенсации разброса номиналов всех перечисленных выше резисторов с помощью измерения систематических погрешностей образцовыми средствами измерения и последующей их компенсации обеспечивается за счет высокой разрешающей способности ЦАП. Эффективность такой компенсации определяется количеством точек на передаточной характеристике источника, в которых фактический ток на выходе источника сравнивается с заданием. Количество таких точек и возможность использования различных способов аппроксимации ошибки формирования задания определяется только программным обеспечением контроллера в составе источника.The ability to compensate for the spread in the ratings of all the resistors listed above by measuring systematic errors with exemplary measuring instruments and their subsequent compensation is provided due to the high resolution of the DAC. The effectiveness of such compensation is determined by the number of points on the transfer characteristic of the source at which the actual current at the source output is compared with the reference. The number of such points and the possibility of using various methods for approximating the error in the formation of the task is determined only by the controller software as part of the source.

Уровень шума и помех на выходе источника определяется качеством подавления помех в цепях питания цифроаналогового преобразователя. Важную роль при этом играют рабочие токи изоляторов. Традиционные оптические изоляторы создают значительные помехи по цепям питания по причине того, что повышение быстродействия схемы изоляции достигается снижением сопротивлений резисторов на входах и выходах таких приборов и, соответственно, повышением сквозных токов при формировании соответствующих уровней. Снижение уровня помех в цепях питания, общих для цифроаналогового преобразователя и изоляторов обеспечивается за счет применения магнито-резистивных преобразователей. Такие преобразователи позволяют формировать изолируемые уровни с малыми сквозными токами на высоких скоростях. Высокие скорости работы изолятора позволяют повысить эффективность подавления помех в цепях питания традиционными схемами включения блокировочных конденсаторов.The level of noise and interference at the output of the source is determined by the quality of noise suppression in the power supply circuits of the digital-to-analog converter. In this case, the operating currents of the insulators play an important role. Traditional optical isolators create significant interference in the power supply circuits due to the fact that the increase in the speed of the isolation circuit is achieved by reducing the resistance of the resistors at the inputs and outputs of such devices and, accordingly, increasing the through currents when the corresponding levels are formed. Reducing the level of noise in the power supply circuits common to the digital-to-analog converter and isolators is ensured through the use of magneto-resistive converters. Such converters allow the formation of isolated levels with low through-currents at high speeds. High operating speeds of the isolator make it possible to increase the efficiency of noise suppression in power circuits using traditional blocking capacitor switching circuits.

Типовые схемы фильтрации напряжения питания не позволяют избавиться от переменной широкополосной синфазной составляющей напряжения на выходе схемы выпрямления и фильтрации импульсного источника питания. В то же время переменная синфазная составляющая выходного напряжения в сложных эквивалентных схемах питаемых цепей преобразуется в дифференциальную составляющую с коэффициентами, определяемыми отношениями паразитных емкостей цепей питания относительно обратного провода, корпуса и т.д. Эффективность снижения уровня синфазной составляющей повышается за счет снижения паразитной емкости, связывающей первичные и вторичные цепи изолирующих преобразователей напряжений питания. Такой подход заставляет повышать число изолирующих преобразователей, емкости первичных и вторичных цепей которых уменьшаются при последовательном их соединении.Typical supply voltage filtering circuits do not allow getting rid of the variable broadband common-mode voltage component at the output of the rectification and filtering circuit of a switching power supply. At the same time, the alternating common-mode component of the output voltage in complex equivalent circuits of the supplied circuits is converted into a differential component with coefficients determined by the ratios of the parasitic capacitances of the supply circuits relative to the return wire, housing, etc. The efficiency of reducing the level of the common-mode component is increased by reducing the parasitic capacitance connecting the primary and secondary circuits of the isolating voltage converters. This approach forces an increase in the number of isolating converters, the capacitances of the primary and secondary circuits of which decrease when they are connected in series.

Предлагаемое устройство, реализованное на современной элементной базе, обеспечивает формирование постоянного тока с погрешностью 0.01% относительно поддиапазона и разрешающей способностью 0.001% относительно поддиапазона в нагрузке с сопротивлением:The proposed device, implemented on a modern element base, provides the formation of a direct current with an error of 0.01% relative to the sub-range and a resolution of 0.001% relative to the sub-range in a load with resistance:

от 0 до 100 Ом в поддиапазоне 0 ÷ ±100 мА;from 0 to 100 Ohm in the sub-range of 0 ÷ ± 100 mA;

от 0 до 1 кОм в поддиапазоне 0÷ ±10 мА;from 0 to 1 kOhm in the sub-range of 0 ÷ ± 10 mA;

от 0 до 10 кОм в поддиапазоне 0÷ ±1 мА;from 0 to 10 kOhm in the sub-range of 0 ÷ ± 1 mA;

от 0 до 100 кОм в поддиапазоне 0÷ ±100 мкА;from 0 to 100 kOhm in the sub-range of 0 ÷ ± 100 μA;

от 0 до 1 МОм в поддиапазоне 0÷ ±10 мкА;from 0 to 1 MΩ in the sub-range of 0 ÷ ± 10 μA;

от 0 до 10 МОм в поддиапазоне 0÷ ±1 мкА.from 0 to 10 MΩ in the sub-range of 0 ÷ ± 1 μA.

Техническим результатом применения изобретения является повышение разрешающей способности и снижение погрешности значения тока, формируемого источником за счет использования схемы с прецизионными резисторами с фиксированными номиналами, цифроаналогового преобразователя с высокой разрешающей способностью, схемы повторителя напряжения на нагрузке, обеспечивающей максимальную линеаризацию обратной связи схемы преобразования напряжение - ток.The technical result of the application of the invention is to increase the resolution and reduce the error of the current value generated by the source through the use of a circuit with precision resistors with fixed values, a digital-to-analog converter with high resolution, a voltage follower circuit on the load, providing maximum linearization of the feedback of the voltage-current conversion circuit ...

Claims (1)

Многоканальный источник тока для задания рабочих режимов в двухкубитных и многокубитных системах, состоящий из многоразрядного цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к преобразователю напряжение - ток, отличающийся тем, что преобразователь напряжение - ток включает подключённый к выходу многоразрядного цифроаналогового преобразователя инструментальный усилитель, первый каскад которого представляет схему вычитателя напряжения обратной связи, снимаемого с выхода нагрузки, второй каскад которого использует повторитель напряжения с высокой нагрузочной способностью и высокоомный повторитель напряжения в цепи обратной связи и прецизионного токового шунта на входе, многоразрядный цифро-аналоговый преобразователь содержит прецизионный источник опорного напряжения с низким температурным коэффициентом и используется в качестве регулирующего элемента, повторитель напряжения с высокой нагрузочной способностью, включенный на выходе второго каскада инструментального усилителя, используется в качестве формирователя выходного тока совместно с резистором - токовым шунтом.A multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems, consisting of a multi-bit digital-to-analog converter, the output of which is connected to a voltage-current converter, characterized in that the voltage-current converter includes an instrumental amplifier connected to the output of the multi-bit digital-to-analog converter, the first stage of which is a circuit for a feedback voltage subtractor taken from the load output, the second stage of which uses a voltage follower with a high load capacity and a high-resistance voltage follower in the feedback circuit and a precision current shunt at the input, a multi-bit digital-to-analog converter contains a precision voltage reference source with a low temperature coefficient and is used as a regulating element, a voltage follower with a high load capacity, included at the output of the second stage of the instrumentation amplifier, used as an output current driver together with a resistor - a current shunt.
RU2021120094A 2021-07-08 2021-07-08 Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems RU2763014C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120094A RU2763014C1 (en) 2021-07-08 2021-07-08 Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120094A RU2763014C1 (en) 2021-07-08 2021-07-08 Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763014C1 true RU2763014C1 (en) 2021-12-24

Family

ID=80039368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021120094A RU2763014C1 (en) 2021-07-08 2021-07-08 Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763014C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989005059A1 (en) * 1987-11-23 1989-06-01 Viteq Corporation Ac to dc power converter with integrated line current control
US5691607A (en) * 1996-04-26 1997-11-25 Northrop Grumman Corporation Modular high power modulator
RU44212U1 (en) * 2004-10-04 2005-02-27 Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод" PULSE POWER SUPPLY
RU2279176C1 (en) * 2004-12-31 2006-06-27 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" Direct current voltage transformer
RU2523916C1 (en) * 2013-03-21 2014-07-27 Владимир Георгиевич Бельцов Stable current source

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989005059A1 (en) * 1987-11-23 1989-06-01 Viteq Corporation Ac to dc power converter with integrated line current control
US5691607A (en) * 1996-04-26 1997-11-25 Northrop Grumman Corporation Modular high power modulator
RU44212U1 (en) * 2004-10-04 2005-02-27 Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод" PULSE POWER SUPPLY
RU2279176C1 (en) * 2004-12-31 2006-06-27 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" Direct current voltage transformer
RU2523916C1 (en) * 2013-03-21 2014-07-27 Владимир Георгиевич Бельцов Stable current source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110427067B (en) Method for improving current sampling precision by using analog circuit
DE102015219097B4 (en) Versatile current sensor for switching regulators
JP4869453B2 (en) Modulated current source (MCS) with seamless range switching
GB1589438A (en) Trim network formonolithic circuits
CN109980926B (en) Multichannel serial power supply
RU2763014C1 (en) Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems
JP3081751B2 (en) Electric quantity measuring device
US7268711B1 (en) Method and circuit for amplitude compensation in a digital-to-analog converter
US11949363B2 (en) Motor driver circuit, positioning device and hard disk apparatus using same, and motor driving method
CN103683929A (en) Self-adaptive loop compensating method, compensating circuit and switching power supply with compensating circuit
US6600439B1 (en) Reference voltage circuit for differential analog-to-digital converter
CN115833841A (en) Digital-to-analog converter, chip and electronic equipment
US10088858B2 (en) Power supply apparatus
RU164720U1 (en) ELECTRIC CURRENT FEEDBACK DEVICE
Williams et al. Design and metrological applications of a low noise, high electrical isolation measurement unit
KR20090010686A (en) Reference voltage generating circuit and offset-compensated current-voltage converting circuit using the same
RU192383U1 (en) AC bipolar to positive bias voltage converter
RU184807U1 (en) ELECTRICALLY DISCONNECTED CURRENT SIGNAL CONVERTER TO VOLTAGE USING GENERAL APPLICATION OPTRONS
JPS60177730A (en) D/a converter
CN113179088A (en) PWM DAC with improved linearity and switch resistance insensitivity
Jung Low-Noise Negative Reference Design with REF5025
SU964656A1 (en) Device for biasing output voltage of operational amplifier
SU1352619A1 (en) A-d converter
SU1037285A1 (en) Function converter
Farret et al. Analog-Based Instrumentation Systems