偏流值检测电路和单光子探测器强光攻击检测电路、方法与流程

本发明涉及量子通信技术领域中的一种检测电路，尤其涉及一种实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路及其检测方法、一种单光子探测器强光攻击检测电路及其检测方法。

背景技术：

传统方式是使用pin光电二极管将攻击者eve发送的强光窄脉冲信号转换成窄脉冲电流，并输出和窄脉冲电流成正比例的窄脉冲电压，被后续主控芯片识别来判断是否有强光攻击发生。然而，传统采用pin管检测的方法，灵敏度低，线性度差，精确度差，不能精确测量apd(avalanchephotodiode，雪崩光电二极管)偏流值。

目前也有linear开发出apd偏流检测专用芯片，通过检测apd管输出的电流值判断是否有强光攻击发生。然而，apd偏流检测专用芯片缺点是不能应用在apd偏压是负高压的环境。

技术实现要素：

为解决单光子探测器使用光电转换器件为apd，且apd工作偏压为负高压时，产生的光电流非常微弱，在na～μa级，难以精确测量的技术问题，本发明提供一种实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路及其检测方法、一种单光子探测器强光攻击检测电路及其检测方法。

本发明的解决方案是：一种实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路，其用于在雪崩光电二极管处于雪崩状态时，检测雪崩光电二极管的偏流值；所述检测电路包括电流传感器、电流源、ad转换电路、电阻r1、电阻r2、电阻r3、da转换电路；电流传感器的反相端一方面电性连接雪崩光电二极管的阳极，另一方面经由电阻r1电性连接电流传感器的同相端，又一方面经由电阻r2电性接地，电流传感器的同相端还电性连接da转换电路；电流传感器采用双电源供电；电流传感器的输出端经由电阻r3后，一方面电性连接电流源，另一方面电性连接ad转换电路，ad转换电路的信号输出端作为整个检测电路的信号输出端；其中，电流传感器的双电源均为负电压且电压值的大小取决于当没有电流经过电阻r1时，ad转换电路的输入电压是0v。

作为上述方案的进一步改进，电流传感器的gnd引脚和vcc引脚各接一个负高压实现电流传感器的双电源供电，vcc引脚接的负高压比gnd引脚接的负高压高6.8v。

作为上述方案的进一步改进，电流传感器采用比较器实现。

作为上述方案的进一步改进，电流源采用电源芯片实现。

本发明还提供一种实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测方法，其应用于上述实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路中，用于在雪崩光电二极管处于雪崩状态时，检测雪崩光电二极管的偏流值；所述检测方法为：将雪崩光电二极管达到雪崩状态时产生的偏流通过电阻r1，以将电流转换成电压；电流传感器将所述电压放大输出；电流源输出恒电流，使得电阻r3有固定电压差，将电流传感器的输出电压变化传递到ad转换电路的信号输入端。

本发明还提供一种单光子探测器强光攻击检测电路，其用于在单光子探测器使用的光电转换器为雪崩光电二极管且雪崩光电二极管处于雪崩状态时，检测雪崩光电二极管是否处于强光攻击；所述检测电路包括电流传感器、电流源、ad转换电路、电阻r1、电阻r2、电阻r3、数据处理器、da转换电路；电流传感器的反相端一方面电性连接雪崩光电二极管的阳极，另一方面经由电阻r1电性连接电流传感器的同相端，又一方面经由电阻r2电性接地，电流传感器的同相端还电性连接da转换电路；电流传感器采用双电源供电；电流传感器的输出端经由电阻r3后，一方面电性连接电流源，另一方面经由ad转换电路电性连接数据处理器；

其中，电流传感器的双电源供电均为负电压且电压值的大小取决于当没有电流经过电阻r1时，ad转换电路的输入电压是0v；当雪崩光电二极管正常工作时，数据处理器通过一条偏流拟合曲线计算出雪崩光电二极管当前正常的电流值i0，当雪崩光电二极管有强光攻击时，数据处理器根据ad转换电路的输出信号得到的电流值i1，判断电流值i1与电流值i0的差值δi是否超过设定的阈值，如果差值δi超过设定的阈值，则数据处理器判定雪崩光电二极管受强光攻击事件发生。

作为上述方案的进一步改进，电流传感器的gnd引脚和vcc引脚各接一个负高压实现电流传感器的双电源供电，vcc引脚接的负高压比gnd引脚接的负高压高6.8v。

作为上述方案的进一步改进，当雪崩光电二极管没有达到雪崩状态时，通过数据处理器控制da转换电路调节电流传感器同相端输入的电压值-hv，改变经过电阻r1的电流大小，经过电阻r1的电流通过电流传感器放大并通过ad转换电路转换为数字信号，建立电压值-hv与数字信号之间的一一对应关系以拟合出所述偏流拟合曲线。

本发明还提供一种单光子探测器强光攻击检测方法，其应用于上述任意单光子探测器强光攻击检测电路中，用于在单光子探测器使用的光电转换器为雪崩光电二极管且雪崩光电二极管处于雪崩状态时，检测雪崩光电二极管是否处于强光攻击；当雪崩光电二极管正常工作时，数据处理器通过一条偏流拟合曲线计算出雪崩光电二极管当前正常的电流值i0，当雪崩光电二极管有强光攻击时，数据处理器根据ad转换电路的输出信号得到的电流值i1，判断电流值i1与电流值i0的差值δi是否超过设定的阈值，如果差值δi超过设定的阈值，则数据处理器判定雪崩光电二极管受强光攻击事件发生。

作为上述方案的进一步改进，当雪崩光电二极管没有达到雪崩状态时，通过数据处理器控制da转换电路调节电流传感器同相端输入的电压值-hv，改变经过电阻r1的电流大小，经过电阻r1的电流通过电流传感器放大并通过ad转换电路转换为数字信号，建立电压值-hv与数字信号之间的一一对应关系以拟合出所述偏流拟合曲线。

本发明的实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路及其检测方法，通过电流源和电阻r3实现将负电压变化转换为正电压变化，从而使ad转换电路能够实时精确检测apd管的偏流值。本发明的单光子探测器强光攻击检测电路及其检测方法采用电流传感器将微弱的电流信号放大，利用ad转换电路得到雪崩光电二极管的偏流值，并通过数据处理判断是否强光攻击。电流传感器的设计使得整个检测电路具有高精度、长期稳定的特点；电阻r2和电阻r3的设计使得整个检测电路具有高精度、长期稳定的特点；本发明可以应用在apd管工作偏压为负高压的apd管偏流检测，且偏流检测精确、稳定。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路的电路图。

图2是本发明实施例2提供的单光子探测器强光攻击检测电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明的实施例1的检测电路为一种实时精确检测雪崩光电二极管(也即apd管)偏流值的检测电路，如图1所示，用于在雪崩光电二极管1处于雪崩状态时，检测雪崩光电二极管1的偏流值。apd管可以为国产也可以为进口产品，不局限于单光子探测性能的apd管。

检测电路包括电流传感器2、电流源3、ad转换电路4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、da转换电路5。

电流传感器2的反相端一方面电性连接雪崩光电二极管1的阳极，另一方面经由电阻r1电性连接电流传感器2的同相端，又一方面经由电阻r2电性接地，电流传感器2的同相端还电性连接da转换电路5。电流传感器2采用双电源供电，如电流传感器2的接地端即gnd引脚8和电流端vcc引脚7分别电性连接两个供电电源，两个供电电源均为负电压且电压值的大小取决于当没有电流经过电阻r1时，ad转换电路4的输入电压是0v。

电流传感器2的输出端经由电阻r3后，一方面电性连接电流源3，另一方面电性连接ad转换电路4，ad转换电路4的信号输出端作为整个偏流值检测电路的信号输出端，ad转换电路4用于将检测到的模拟信号转换为数字信号供后续电路分析。

本发明的实施例1的检测电路将雪崩光电二极管1达到雪崩状态时产生的偏流通过电阻r1，以将电流转换成电压；电流传感器2将所述电压放大输出；电流源3输出恒电流，使得电阻r3有固定电压差，将电流传感器2的输出电压变化传递到ad转换电路4的信号输入端。

电流传感器2的gnd引脚8和vcc引脚7可各接一个负高压实现电流传感器2的双电源供电，vcc引脚7接的负高压比gnd引脚8接的负高压高6.8v。电流传感器2可采用比较器实现，电流源3可采用电源芯片实现。

在本实施例中，电流传感器2具有高精度、长期稳定的特点；电阻r2和电阻r3具有高精度、长期稳定的特点；通过电流源3和电阻r3实现将负电压变化转换为正电压变化，从而使ad转换电路4能够实时精确检测apd管的偏流值。本发明可以应用在apd管工作偏压为负高压的apd管偏流检测，且偏流检测精确、稳定。

实施例2

本发明实施例2提供一种单光子探测器强光攻击检测电路，用于在单光子探测器使用的光电转换器为雪崩光电二极管1且雪崩光电二极管1处于雪崩状态时，检测雪崩光电二极管1是否处于强光攻击，与实施例1的实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路相比，实施例2是对ad转换电路4实时精确检测的apd管偏流值做信号处理，从而判断雪崩光电二极管1是否处于强光攻击。

请参阅图2，单光子探测器强光攻击检测电路在实施例1的实时精确检测雪崩光电二极管偏流值的检测电路的基础上，增加数据处理器10，使数据处理器10对ad转换电路4的输出信号做信号处理。

当雪崩光电二极管1正常工作时，数据处理器10通过一条偏流拟合曲线计算出雪崩光电二极管1当前正常的电流值i0，当雪崩光电二极管1有强光攻击时，数据处理器10根据ad转换电路4的输出信号得到的电流值i1，判断电流值i1与电流值i0的差值δi是否超过设定的阈值，如果差值δi超过设定的阈值，则数据处理器10判定雪崩光电二极管1受强光攻击事件发生，还可以采用相应的措施。

当雪崩光电二极管1没有达到雪崩状态时或者不接apd管时，通过数据处理器10控制da转换电路5调节从电流传感器2同相端输入的电压值-hv，改变经过电阻r1的电流大小，经过电阻r1的电流通过电流传感器2放大并通过ad转换电路4转换为数字信号，建立电压值-hv与数字信号之间的一一对应关系以拟合出偏流拟合曲线，数据处理器10可以根据ad转换电路4输出并使用偏流拟合曲线计算出当前的apd偏流值，偏流拟合曲线是作为判定强光攻击的依据，其中r2是偏流拟合曲线的核心部件，它用于产生经过r1的电流。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。