[發(fā)明專利]約瑟夫森陣列模擬系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010196724.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111323623B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建亭;富雅瓊;魯云峰;錢(qián)璐帥;屈繼峰;賀青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01R1/28
• 分類號(hào): G01R1/28;G05B19/042;H01L39/22
• 代理公司: 北京思創(chuàng)大成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11614
• 代理人: 高爽

1.一種約瑟夫森陣列模擬系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

總控制器；

一對(duì)電壓輸出端子；

多個(gè)約瑟夫森子結(jié)陣單元模擬器，每個(gè)模擬器均包括模擬單元、微控制器：

每個(gè)模擬器的模擬單元的電流輸出端與下一個(gè)模擬器的模擬單元的電流輸入端連接，第一個(gè)模擬器的模擬單元的電流輸入端與電壓輸出端子的高端連接，最后一個(gè)模擬器的模擬單元的電流輸出端與電壓輸出端子的低端連接，每個(gè)模擬器的微控制器通過(guò)控制總線連接于所述總控制器；

多個(gè)偏置電流輸入端子，分別設(shè)置于所述模擬單元與所述模擬單元、所述模擬單元與所述電壓輸出端子之間；

其中，所述模擬單元包括采樣電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、同相加法器：

采樣電阻連接模擬器的電流輸入端與電壓輸出高端、同相加法器；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接所述采樣電阻與所述電壓輸出高端，獲得電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換；

微控制器連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，通過(guò)所述電流數(shù)據(jù)計(jì)算初始電壓，將所述初始電壓傳送至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接第一分壓器與第二分壓器，將所述初始電壓轉(zhuǎn)換后傳送至所述第一分壓器、所述第二分壓器進(jìn)行電壓調(diào)整；

同相加法器連接所述第一分壓器、所述第二分壓器與模擬器的電流輸出端與電壓輸出低端，獲得調(diào)整后的電壓數(shù)據(jù)并傳輸至所述微控制器與所述初始電壓進(jìn)行對(duì)比；

其中，所述模擬器還包括第一磁耦隔離器與第二磁耦隔離器，所述第一磁耦隔離器與所述第二磁耦隔離器分別設(shè)置有兩個(gè)內(nèi)部回路，其中：

所述第一磁耦隔離器的第一回路與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，第二回路與所述微控制器連接；

所述第二磁耦隔離器的第一回路與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，第二回路與所述微控制器連接；

其中，所述模擬單元還包括：

儀表放大器，所述儀表放大器的輸入端連接至所述采樣電阻的兩端，所述儀表放大器的輸出端連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一輸入通道；

第一緩沖器，所述第一緩沖器分別連接所述同相加法器的其中一個(gè)輸入端與所述第一分壓器；

第二緩沖器，所述第二緩沖器分別連接所述同相加法器的另一個(gè)輸入端與所述第二分壓器；

其中，將調(diào)整后的電壓數(shù)據(jù)與所述初始電壓進(jìn)行對(duì)比，存在誤差則調(diào)整數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約瑟夫森陣列模擬系統(tǒng)，其中，還包括：

第一供電系統(tǒng)，為每個(gè)模擬器的所述微控制器、所述第一磁耦隔離器與所述第二磁耦隔離器的第二回路以及所述總控制器供電。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約瑟夫森陣列模擬系統(tǒng)，其中，每個(gè)模擬器還包括：

第二供電系統(tǒng)，為該模擬器的所述模擬單元、所述第一磁耦隔離器的第一回路、所述第二磁耦隔離器的第一回路供電。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的約瑟夫森陣列模擬系統(tǒng)，其中，還包括：

繼電器，所述繼電器的輸入端與最后一個(gè)模擬器的電流輸出端連接，輸出端與系統(tǒng)的保護(hù)地連接。

5.利用權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的約瑟夫森陣列模擬系統(tǒng)的模擬方法，其特征在于，包括：

步驟1：總控制器通過(guò)微控制器向每個(gè)模擬器發(fā)送模擬參數(shù)；

步驟2：每個(gè)模擬器分別計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的零階、一階貝塞爾函數(shù)值J₀、J₁；

步驟3：通過(guò)所述偏置電流輸入端子，確定流過(guò)每個(gè)模擬器的電流數(shù)值I；

步驟4：根據(jù)每個(gè)模擬器的電流數(shù)值I對(duì)應(yīng)的區(qū)間，計(jì)算每個(gè)模擬器對(duì)應(yīng)的初始電壓；

步驟5：所述初始電壓通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換、分壓，獲得所述調(diào)整后的電壓數(shù)據(jù)，將所述調(diào)整后的電壓數(shù)據(jù)與所述初始電壓進(jìn)行對(duì)比，存在誤差則調(diào)整數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

步驟6：每個(gè)模擬器判斷所述總控制器是否更新模擬參數(shù)，若是，則重復(fù)步驟2-6，若否，則重復(fù)步驟3-6，直至獲取停止指令或系統(tǒng)關(guān)閉；

其中，所述目標(biāo)函數(shù)為：

其中，A為目標(biāo)函數(shù)，R為約瑟夫森結(jié)電阻，f為微波頻率，P為微波功率，K_J為計(jì)算常數(shù)；

其中，步驟4進(jìn)一步包括：

確定每個(gè)模擬器的電流數(shù)值I對(duì)應(yīng)的區(qū)間，確定計(jì)算策略：

若電流數(shù)值I在范圍區(qū)間內(nèi)，則通過(guò)公式(2)計(jì)算所述初始電壓：

若電流數(shù)值I在范圍區(qū)間內(nèi)，則通過(guò)公式(3)計(jì)算所述初始電壓：

若電流數(shù)值I在-I_c|J₀|≤I≤I_c|J₀|范圍區(qū)間內(nèi)，則通過(guò)公式(4)計(jì)算所述初始電壓：

V＝0 (4)；

若電流數(shù)值I在范圍區(qū)間內(nèi)，則通過(guò)公式(5)計(jì)算所述初始電壓：

若電流數(shù)值I符合則通過(guò)公式(6)計(jì)算所述初始電壓：

其中，V為初始電壓，m為約瑟夫森結(jié)個(gè)數(shù)，I_c為約瑟夫森結(jié)臨界電流。