[實用新型]基于可編程約瑟夫森結陣的動態信號合成裝置

有效

• 申請號: 201320296643.6
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN203313163U
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王曾敏;高原;李紅暉;張健;趙軍
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: H03M1/86
• 分類號: H03M1/86
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本實用新型涉及量子物理學領域中的一種信號發生裝置，尤其涉及基于可編程約瑟夫森結陣的動態信號合成裝置。

背景技術

約瑟夫森電壓基準所保存和復現的電壓量值只取決于基本的物理常數，與時間、地點、材料、環境條件等因素無關，目前用量子電壓基準復現和保存的電壓量值具有很高的不確定度指標，因此在電學計量領域有著舉足輕重的地位。

根據約瑟夫森效應原理，在頻率為f₀的微波輻照下，當約瑟夫森結上偏置一定大小的電流I₀時，包含n個結的可編程約瑟夫森結陣產生的量子電壓臺階如公式1所示：

V_n＝n·±P_J＝±nf₀/K_J-90????1；

其中n為整數，表示約瑟夫森結的個數；K_J-90＝483597.9GHz/V，為約瑟夫森常數；量子電壓臺階的正負取決于結陣的偏置電流的方向。

依據上述原理，現有的約瑟夫森動態信號合成裝置如圖1所示，該裝置共包含15個通道，每個通道的輸出電壓由雙極性14位數模轉換器和與之串聯的50歐姆精密電阻共同控制。多通路數模轉換器受嵌入式微處理器及其外圍設備控制，輸出信號受可編程邏輯陣列控制。每段結驅動電流的大小和方向取決于與之相連的多通路數模轉換器的輸出電壓，該裝置為結陣提供的驅動電流本質上還是基于恒壓源模式，電流的大小和方向由多通路數模轉換器的輸出電壓的大小和方向決定。

由于該裝置所有通道的數模轉換器都共地，因此各個通道相互之間不獨立，每個通道電流的大小和方向受其余通道的制約，合成交流電壓時，每個時刻各通道路數模轉換器輸出電壓的大小都需要進行復雜的計算，且通道數越多，計算越復雜，因此通道數難以擴展。

如圖2所示，基于多通路數模轉換器的動態信號合成裝置中各個數模轉換器與約瑟夫森結的連接方式，第n個數模轉換器的輸出電壓DacU_n與第n段結上流過的電流SegI_n、第n+1段結上流過的電流SegI_n+1、數模轉換器輸出電阻R、其他各段結輸出的量子電壓SegU_k之間的關系如公式2所示：

DacUn=Σk=1nSegUk+R·SegIn-R·SegIn+1---(2);]]>

綜上所述，現有技術裝置通過實時控制個通路數模轉換器的輸出電壓大小和方向，為約瑟夫森結陣提供隨時間變化的偏置電流，從而在結陣輸出端產生動態量子電壓。它的主要缺點是：

1)基于多通道數模轉換器，造價高。

2)各通道數模轉換器共地，因此通道之間不獨立，運算復雜，通道數難以擴展。

3)數模轉換器的刷新時間較長，為1微秒。

實用新型內容

本實用新型針對現有的約瑟夫森動態信號合成裝置的通道間相互依賴且通道數難以擴展等缺點，研發了一種基于可編程約瑟夫森結陣的動態信號合成裝置，解決了現有技術的缺陷，并取得了良好的實施效果。

本實用新型的技術方案如下；

基于可編程約瑟夫森結陣的動態信號合成裝置，

所述裝置包括偏置電流源模塊1、納秒開關模塊2、可編程約瑟夫森結陣3、工控機4以及數字波形生成器5；