[發(fā)明專利]一種單光子計數(shù)裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110253384.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112629683B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 解軍;陽樹中;趙柯力
• 申請（專利權(quán)）人: 成都成電光信科技股份有限公司
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 成都市集智匯華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51237
• 代理人: 羅艷

本發(fā)明公開了一種單光子計數(shù)裝置及其方法，包括：光子探測單元，用于接收激光并生成電脈沖信號；數(shù)據(jù)處理單元，用于接收所述電脈沖信號并輸出計數(shù)信號，其中，所述數(shù)據(jù)處理單元包括串并轉(zhuǎn)換模塊和并行計數(shù)模塊，在所述數(shù)據(jù)處理單元接收到所述電脈沖信號的情況下，所述串并轉(zhuǎn)換模塊將所述電脈沖信號轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，所述并行計數(shù)模塊采集所述并行數(shù)據(jù)包含的脈沖個數(shù)并進(jìn)行統(tǒng)計計數(shù)，生成所述計數(shù)信號。本發(fā)明通過引入串并轉(zhuǎn)換模塊，使得時間測試精度按照串并轉(zhuǎn)換比例成倍提高，有效提升了計數(shù)精度，并且使得數(shù)據(jù)處理單元所使用電路完全數(shù)字化，保證了計數(shù)裝置的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單光子計數(shù)裝置及其方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)中，通常會將一些隨機變量轉(zhuǎn)換為電信號脈沖，再通過檢測、定位、統(tǒng)計脈沖信號重現(xiàn)物理量的運行規(guī)律或分布形態(tài)，因此，上述系統(tǒng)所使用的脈沖計數(shù)器定位精度和計數(shù)準(zhǔn)確性決定了測試系統(tǒng)精度。而傳統(tǒng)的脈沖計數(shù)器通常采用頻率穩(wěn)定的晶體振蕩器作為參考時鐘，由于振蕩器頻率和邏輯電路響應(yīng)頻率在幾百MHz，因此該類計數(shù)器的時間精度在幾ns量級，定位精度有限，無法滿足高精度測試需求。

因此，為提高脈沖計數(shù)器的時間精度，現(xiàn)有技術(shù)中通常引入高線性時間幅度轉(zhuǎn)換器（TAC）和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），通過TAC把電脈沖之間的時間差線性轉(zhuǎn)換為電壓差，并使用ADC采樣，把電壓差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過邏輯電路進(jìn)行計數(shù)統(tǒng)計，提高計數(shù)器的時間定位精度到0.1ns數(shù)量級。但是，該種電路所使用的高精度TAC和ADC屬于非常用電子原器件，難以大量獲取且成本較高，并且其中的轉(zhuǎn)換器和模數(shù)變換器屬于模擬電路，性能受環(huán)境影響，隨著使用時間而劣化，導(dǎo)致整體計數(shù)器的可靠性較差。

綜上所述，傳統(tǒng)的脈沖計數(shù)裝置存在計數(shù)精度低、可靠性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種單光子計數(shù)裝置，通過引入高速串并轉(zhuǎn)換器，使得時間測試精度按照串并轉(zhuǎn)換比例成倍提高，有效提升了計數(shù)精度，并且使得數(shù)據(jù)處理單元所使用電路完全數(shù)字化，保證了計數(shù)裝置的可靠性，解決了傳統(tǒng)的脈沖計數(shù)裝置存在的計數(shù)精度低、可靠性差的問題。

為解決以上問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為采用一種單光子計數(shù)裝置，包括：光子探測單元，用于接收激光并生成電脈沖信號；數(shù)據(jù)處理單元，用于接收所述電脈沖信號并輸出計數(shù)信號，其中，所述數(shù)據(jù)處理單元包括串并轉(zhuǎn)換模塊和并行計數(shù)模塊，在所述數(shù)據(jù)處理單元接收到所述電脈沖信號的情況下，所述串并轉(zhuǎn)換模塊將所述電脈沖信號轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，所述并行計數(shù)模塊采集所述并行數(shù)據(jù)包含的脈沖個數(shù)并進(jìn)行統(tǒng)計計數(shù)，生成所述計數(shù)信號。

可選地，所述數(shù)據(jù)處理單元還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，在所述并行轉(zhuǎn)換模塊將所述電脈沖信號轉(zhuǎn)換為多組所述并行數(shù)據(jù)后，所述并行計數(shù)模塊基于各組所述并行數(shù)據(jù)對應(yīng)的時序關(guān)系，按照時序遞增的方式為多組所述并行數(shù)據(jù)分配所述數(shù)據(jù)存儲模塊的存儲地址，所述數(shù)據(jù)存儲模塊按照移位寄存的方式存儲所述并行數(shù)據(jù)包含的脈沖信號。

可選地，所述數(shù)據(jù)處理單元還包括同步脈沖激發(fā)模塊和同步控制模塊，所述同步脈沖激發(fā)模塊周期性輸出同步時鐘信號傳輸至所述同步控制模塊，所述同步控制模塊輸出多路同步控制信號并分別傳輸至所述串并轉(zhuǎn)換模塊、并行計數(shù)模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。

可選地，所述數(shù)據(jù)存儲模塊為移位寄存器。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供，一種單光子計數(shù)方法，包括：接收激光并生成電脈沖信號；對所述電脈沖信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換生成并行數(shù)據(jù)；計算并統(tǒng)計所述并行數(shù)據(jù)包含的脈沖個數(shù)，生成計數(shù)信號。