[發(fā)明專利]一種ACJVS裝置集成電子學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110067963.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN112929007A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳藝翔;秦熙;仝煜;張聞?wù)?/a>;杜江峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K3/02
• 分類號(hào): H03K3/02
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱宗力

本發(fā)明提供一種ACJVS裝置集成電子學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：通訊模塊、輸入信號(hào)采集電路、數(shù)據(jù)處理與控制模塊、驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路以及時(shí)鐘分配器；通過使用FPGA電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與控制模塊，F(xiàn)PGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理和控制模塊可以并行進(jìn)行數(shù)據(jù)解算以及各個(gè)外圍模塊控制信號(hào)的發(fā)送，可以將ACJVS裝置電子學(xué)部分的功能整合于一個(gè)系統(tǒng)中，降低了ACJVS電路的復(fù)雜度，具有集成化，低成本，多功能，多通道以及設(shè)計(jì)靈活的特點(diǎn)，同時(shí)采用了統(tǒng)一的時(shí)鐘分配器為各個(gè)模塊提供同源的參考時(shí)鐘，保證了輸出的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種ACJVS裝置集成電子學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

交流約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)，又叫交流量子電壓標(biāo)準(zhǔn)，是一種基于約瑟夫森效應(yīng)建立的交流電壓的自然基準(zhǔn)。由于交流量子電壓標(biāo)準(zhǔn)具有可重復(fù)性好，不確定性低等優(yōu)點(diǎn)，被作為電信號(hào)的刻度廣泛運(yùn)用于精密測(cè)量領(lǐng)域中。

經(jīng)過30余年的發(fā)展，交流量子電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置產(chǎn)生了兩種技術(shù)方案，分別是可編程量子電壓標(biāo)準(zhǔn)(PJVS)以及脈沖驅(qū)動(dòng)的交流約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)(ACJVS)。

生成量子電壓的基本單元是約瑟夫森結(jié)，為了獲得高電平輸出信號(hào)，量子電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置會(huì)采用多個(gè)約瑟夫森結(jié)組成的約瑟夫森結(jié)陣列。一般來(lái)說，這些約瑟夫森結(jié)陣列會(huì)被集成于專用的約瑟夫森芯片中。

其中，PJVS通常采用控制驅(qū)動(dòng)的約瑟夫森結(jié)的數(shù)目的方法來(lái)生成不同的電壓信號(hào)。PJVS裝置將約瑟夫森結(jié)陣列進(jìn)行二進(jìn)制分組，上位機(jī)編碼可以控制每組約瑟夫森結(jié)陣列是否接入驅(qū)動(dòng)電流，從而控制PJVS最終的電壓輸出。這種生成交流電壓的方式受限于約瑟夫森結(jié)陣列驅(qū)動(dòng)電流源的響應(yīng)切換時(shí)間，因此，PJVS常被用來(lái)生成直流信號(hào)以及低頻的交流信號(hào)。

而ACJVS生成交流電信號(hào)的原理是：當(dāng)電流脈沖工作于量子電壓臺(tái)階時(shí)，使用一個(gè)任意幅值的脈沖去驅(qū)動(dòng)一個(gè)約瑟夫森結(jié)，其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間積分面積恒定的電壓脈沖信號(hào)。如果將待合成的波形通過∑-Δ調(diào)制生成一系列脈沖數(shù)字碼型，脈沖序列發(fā)生器根據(jù)此碼型產(chǎn)生的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)約瑟夫森結(jié)陣列輸出交流信號(hào)。最后對(duì)輸出交流信號(hào)低通濾波以濾除量化噪聲，將得到目標(biāo)波形。ACJVS常用于生成頻率較高的交流量子電壓標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到一個(gè)較高的輸出電平，ACJVS裝置會(huì)選擇用多路驅(qū)動(dòng)信號(hào)去驅(qū)動(dòng)多個(gè)約瑟夫森結(jié)陣列，由多個(gè)約瑟夫森結(jié)陣列組成的裝置叫做約瑟夫森芯片。

目前已有的ACJVS裝置，其一般是依靠多個(gè)獨(dú)立儀器搭建起其電子學(xué)系統(tǒng)，集成度低，這導(dǎo)致了整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)過于復(fù)雜而難以調(diào)整，同時(shí)，各個(gè)獨(dú)立器件的參考時(shí)鐘也需要頻繁校準(zhǔn)保持同步，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)成本高。

例如現(xiàn)有專利(CN 104639119B),公開了一種使用雙極性脈沖合成交流量子電壓的方法，其在脈沖驅(qū)動(dòng)的交流量子電壓標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，修改了脈沖序列的編碼方式，同時(shí)使用商用的雙極性脈沖發(fā)生器以產(chǎn)生所需的雙極性脈沖，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路，提高了合成量子電壓信號(hào)的準(zhǔn)確度。該專利描述了通過改進(jìn)的編碼方式以及脈沖形式實(shí)現(xiàn)交流量子電壓波形的方式，但該專利所述裝置的各個(gè)模塊均采用已有的商用儀器(如NI PXI-5922)，這導(dǎo)致了該裝置的集成度低且價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種ACJVS裝置集成電子學(xué)系統(tǒng)，以提供一種低成本的ACJVS裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案：

一種ACJVS裝置集成電子學(xué)系統(tǒng)，包括：

通訊模塊、輸入信號(hào)采集電路、數(shù)據(jù)處理與控制模塊、驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路以及時(shí)鐘分配器；

所述通訊模塊用于獲取上位機(jī)發(fā)送的配置數(shù)據(jù)，將所述配置數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊，所述配置數(shù)據(jù)包括控制指令以及目標(biāo)波形的參數(shù)數(shù)據(jù)，獲取所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊的上傳數(shù)據(jù)，將所述上傳數(shù)據(jù)發(fā)送給所述上位機(jī)；