专利名称：数控高精度高稳定apd偏置电压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及量子密码通信类，具体涉及一种单光子探测技术中APD(雪崩光电二极管)工作所需的数控高精度高稳定APD偏置电压电路。
背景技术：
量子密码通信技术是将密码信息加载于单光子上，单光子在光纤中传递从而实现密码信息的传递，任何窃听单光子信息用户在获得单光子时就改变了单光子原来的状态，这样在被通信的另一方就会发现信息被窃听，该信息就失效。在量子保密通信中，单光子探测技术是关键技术之一，在单光子探测器探测单光子信号时，要给雪崩光电二极管提供正常工作的偏置电压，偏置电压的大小将影响雪崩光电二极管检测和放大单光子信号时噪声的大小，噪声越大误计数就越大，探测器的性能就越差，同时偏置电压在雪崩光电二极管恰能正常检测和放大单光子所触发的雪崩信号的临界值之上时，偏置电压越大所触发的非单光子雪崩信号就越多，这些假单光子雪崩信号也会使探测器的误计数率增大，从而使探测器的性能下降，在这两方影响中第一种影响可以通过提高偏置电压的精度得到改善，第二种影响可以通过提高偏置电压的精度得到解决；另外偏置电压的稳定性将影响雪崩光电二极管检测和放大单光子信号时噪声的大小，这也成为提高探测器的一个制约因素。然而模拟方式调节偏置电压容易引入人为因素造成的偏置电压的误差，且不容易在单光子探测器中数字集成。
发明内容
本发明的目的是提供一种高稳定、高精度、低线性误差，通过数字调节，减少人为误差并且容易进行系统集成的数控高精度高稳定APD偏置电压电路。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案为一种数控高精度高稳定APD偏置电压电路，由相互连接的一级稳压单元和二级稳压单元构成，一级稳压单元为整流稳压电路，二级稳压单元为串联稳压电路，该串联稳压电路由调整单元、采样单元、数控单元、比较单元和放大单元组成，采样单元采集偏置电压的样本，一部分作为反馈控制信号，输出给比较单元；另一部分输入数控单元，在数控单元中转换为基准电压，也送到比较单元，在比较单元中将基准电压和反馈信号比较后输出一个误差信号，该误差信号经放大单元放大，驱使调整单元调整输出电压值。
进一步，所述数控单元由依次相连接的控制部分、光电隔离单元和数模转换部分组成，在控制部分主要实现偏置电压的数字化设定，光电隔离单元实现控制部分与数模转换部分之间的电源隔离，数模转换部分将12位数字信号转换为模拟电压信号。
进一步，所述控制部分由控制器电源和控制器单元组成，控制器电源与控制器单元相连接用来对控制器单元供电。
进一步，所述数模转换部分包括锁存器单元、数模转换单元、输出电压微调单元及数模转换单元电源，数模转换单元为数模转换部分的各部件供电，锁存器单元连接所述控制器单元与数模转换单元连接输出电压微调单元。
进一步，所述数模转换单元为0.003％低线性误差、0.15％低增益误差、低零值误差的12位数模转换器。
进一步，所述采样单元为5ppm/℃的低温漂电阻所构成的电阻取样网络。
进一步，所述一级稳压单元为依次连接的变压器、整流桥、滤波单元及稳压单元。
采用上述结构后，由于本发明的电压电路中采用了数控单元，从而可高精度、低线性误差地实现对偏置电压的高精度设定，得到高稳定、低温飘偏置电压，由于数控单元的运用，使该电压电路实现数字调节，减少了人为误差也更容易进行系统集成。
图1是本发明的原理示意图；图2是本发明一级稳压单元的原理示意图；图3是本发明数控单元的原理示意图；图4是本发明的电路原理图；图5是本发明数控单元的电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图具体说明本发明如图1所示，本发明数控高精度高稳定APD偏置电压电路由两级稳压电路构成，一级稳压单元1和二级稳压单元2，一级稳压单元1为整流稳压电路，该整流稳压电路为通用型稳压整流电路，二级稳压单元2为串联稳压电路，该串联稳压电路由调整单元、采样单元、数控单元、比较单元和放大单元组成。
一级稳压单元1的原理如图2所示，220伏交流电经变压器11降压后，给整流桥12提供所需的交流电源，整流桥12由全波整流电路构成，实现对所输入的交流电的全波整流，整流后的直流电经滤波单元13进一步滤除直流电中的脉动成分，再送到稳压单元14进一步稳压，即得到纹波较小的直流电，但该直流电的纹波还达不到APD所需偏置电压的要求，因此还需要在二级稳压单元2中进一步减小。
上述直流电输入二级稳压单元2，如图1所示，二级稳压单元2由调整单元21，采样单元22，数控单元23，比较单元24和放大单元25构成。采样单元22采集偏置电压的样本，一部分作为反馈控制信号，输出给比较单元24；另一部分输入数控单元23，在数控单元23中高精度低温飘D/A转换器将控制数字信号转换成模拟输出电压作为基准电压，也送到比较单元24，在比较单元24中将基准电压和反馈信号比较后输出一个误差信号，该误差信号经放大单元25放大，驱使调整单元21中的调整管调整输出电压值，这样就构成一个闭环控制电路，最终使输出电压得到稳定，能有效地降低暗噪声，降低单光子探测器的误计数率。
数控单元23的原理如图3所示，由控制部分24、光电隔离单元25和数模转换部分26组成，控制部分24由控制器电源241和控制器单元242组成，控制器电源241与控制器单元242相连接用来对控制器单元242供电，在控制部分24主要实现偏置电压的数字化设定；光电隔离单元25实现控制部分24与数模转换部分26之间的电源隔离，以减小控制部分24对数模转换部分26的干扰，提高数模转换部分26的稳定性；数模转换部分26包括锁存器单元261、数模转换单元262、输出电压微调单元263及数模转换单元电源264，数模转换单元264为数模转换部分的各部件供电，锁存器单元261主要实现控制器单元242的8位数据总线与数模转换单元262的12位数据输入之间的数据转换，通过对控制部分24的8位数据总线分时复用技术实现对高精度数模转换器的控制；数模转换单元262将12位数字信号转换为模拟电压信号，作为二级稳压单元2的数控基准电压源；输出电压微调单元263对数模转换单元262的模拟输出电压的满标度量程和零值进行微调；为了实现对偏置电压的高精度数控，在数模转换单元262主要采用了0.003％低线性误差，0.15％低增益误差和低零值误差的12位数模转换器来实现对偏置电压的高精度线性数控。该高精度数控基准电压源作为二级稳压单元的基准电压能够实现对偏置电压在0-70V范围内控制精度为1mV的高精度数控。
为了保证输出电压的稳定性，在采样单元22，采用了5ppm/℃的低温漂电阻构成了电阻取样网络，以减少由于温度变化造成电阻变化所引起取样反馈信号的误差。同时在数控单元中采用了10ppm/℃的低温飘数模转换器构成数控基准电压源，以减少由于温度变化造成数模转换器输出电压变化所引起基准电压的误差，这样就可使偏置电压稳定性优于1毫伏。
如图4本发明电路原理图所示，经过一级稳压电路1输出的70V高压通过插座J5与二级稳压单元2相连，先经过C5，C6和R8构成的隔离滤波器滤波后，再送到调整管IRF630源极，IRF630漏极与R9相连，R9的另一端接到输出，Q4的漏极与栅极之间所接的D2与R11，其作用是为了保护Q4，在电压的输出端由低温飘电阻R13，R14和可调电位器R22构成电阻取样网络，反馈电压信号在OP07构成的减法器与可控基准电压信号相减，其误差值经Q8放大作为调整管的控制信号送到Q4的栅极，这样就可以稳定输出的偏置高压。
如图5数控单元的电路图所示，U6，U11组成数据总线光电隔离电路，U13是控制信号光电隔离电路，减小控制电路与转换电路之间干扰；U7和U9是锁存数据，实现控制器的8位数据总线对DAC701的12位数据转换；R18，R24，R26构成满度调节电路，R23，R25，R17构成零值调节电路，实现对DAC701输出电压的满标度量程和零值的微调。
权利要求
1.一种数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于由相互连接的一级稳压单元和二级稳压单元构成，一级稳压单元为整流稳压电路，二级稳压单元为串联稳压电路，该串联稳压电路由调整单元、采样单元、数控单元、比较单元和放大单元组成，采样单元采集偏置电压的样本，一部分作为反馈控制信号，输出给比较单元；另一部分输入数控单元，在数控单元中转换为基准电压，也送到比较单元，在比较单元中将基准电压和反馈信号比较后输出一个误差信号，该误差信号经放大单元放大，驱使调整单元调整输出电压值。
2.如权利要求1所述的数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于所述数控单元由依次相连接的控制部分、光电隔离单元和数模转换部分组成，在控制部分主要实现偏置电压的数字化设定，光电隔离单元实现控制部分与数模转换部分之间的电源隔离，数模转换部分将12位数字信号转换为模拟电压信号。
3.如权利要求2所述的数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于所述控制部分由控制器电源和控制器单元组成，控制器电源与控制器单元相连接用来对控制器单元供电。
4.如权利要求2所述的数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于所述数模转换部分包括锁存器单元、数模转换单元、输出电压微调单元及数模转换单元电源，数模转换单元为数模转换部分的各部件供电，锁存器单元连接所述控制器单元与数模转换单元连接输出电压微调单元。
5.如权利要求4所述的数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于所述数模转换单元为0.003％低线性误差、0.15％低增益误差、低零值误差的12位数模转换器。
6.如权利要求1所述的数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于所述采样单元为5ppm/℃的低温漂电阻所构成的电阻取样网络。
7.如权利要求1所述的数控高精度高稳定APD偏置电压电路，其特征在于所述一级稳压单元为依次连接的变压器、整流桥、滤波单元及稳压单元。
全文摘要
本发明公开了一种数控高精度高稳定APD偏置电压电路，由相互连接的一级稳压单元和二级稳压单元构成，一级稳压单元为整流稳压电路，二级稳压单元为串联稳压电路，该串联稳压电路由调整单元、采样单元、数控单元、比较单元和放大单元组成。由于本发明的电压电路中采用了数控单元，从而可高精度、低线性误差地实现对偏置电压的高精度设定，得到高稳定、低温飘偏置电压并使该电压电路实现数字调节，减少了人为误差也更容易进行系统集成。
文档编号G05F1/563GK1794127SQ20051012385
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者孙志斌, 杨捍东, 马海强, 翟光杰, 吴令安 申请人:中国科学院物理研究所