一种量子测控信号隔离电路的制作方法

本发明涉及量子计算测控，具体涉及一种量子测控信号隔离电路。

背景技术：

1、在量子计算测控系统中，相干时间内，通过qnd(量子非破坏性测量)方式获取量子比特状态，fpga基于adc采集的数据进行判决并反馈，并基于反馈信息通过awg再次产生操控信号，这是实现qec的需求。因为量子相干时间很短，因此基于量子反馈的qec需要快速的硬件判决和反馈能力，涵盖了上下变频、数据采集、数据运算和判决以及波形发生等处理过程，这一过程需在约几百纳秒(具体取决于数据处理的复杂度、可选波形数量、通道数等)内处理完毕，依赖于fpga的强大硬件处理能力。在量子测控系统中，基于adc的输入前端，dac的输出后端均有大量的模拟处理电路，用于调理输入和输出。其中运放作为处理模拟信号增益的关键器件，常常用于前后端电路中。在电子工程中，运放(operational amplifier，简称op-amp)是一种常用的集成电路，可以对信号进行放大、滤波、求反相、求同相等操作。

2、隔离运放(isolation amplifier)技术是一种常用于电气信号传递和测量的技术。它可以在输入与输出之间提供电气隔离，以隔离不同电路之间的电气噪声和干扰。然而隔离运放的带宽极小，最大不超过400khz。这是由于隔离运放所采用的隔离技术和电路设计的特性所决定的。涉及到带宽较高的信号处理时，隔离运放便无法直接使用。但是在量子计算测控系统中需要一种信号隔离方案以应对高带宽的信号隔离问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种量子测控信号隔离电路，以解决隔离运放的带宽极小、体积大的问题。

2、本发明提供了一种量子测控信号隔离电路，包括：调制模块、变压器隔离模块及解调模块，其中，调制模块，其输入端输入量子测控信号，其输出端与变压器隔离模块的输入端连接，用于将量子测控信号与本振载波信号混频后，得到预设幅值、预设频率的调幅波；变压器隔离模块，其内部器件高度集成，其输出端与解调模块的输入端连接，用于实现输入信号与输出信号之间的高速隔离；解调模块，其输出端输出隔离后的量子测控信号，用于将调幅波解调至与量子测控信号幅值相同、频率相同的解调信号。

3、本发明采用内部器件高度集成的变压器隔离模块以实现对量子测控信号的模拟信号的隔离，不仅解决了量子计算测控系统中高带宽的信号隔离问题，还进一步减小了隔离电路的体积。

4、在一些可选的实施方式中，调制模块包括：信号输入模块、第一增益调整模块、本振模块、混频模块，其中，信号输入模块，其输入端输入量子测控信号，其输出端与第一增益调整模块的输入端、本振模块的输入端连接，用于对量子测控信号进行阻抗匹配；第一增益调整模块，其输出端与混频模块的第一输入端连接，用于基于量子测控信号的幅值，选择不同的增益，以将量子测控信号的幅值调整至预设幅值；本振模块，其输出端与混频模块的第二输入端连接，用于计算量子测控信号的频率，并将量子测控信号的频率与预设本振频率的和值作为本振载波的频率，得到本振载波信号；混频模块，其输出端与调制滤波模块的输入端连接，用于将预设幅值的量子测控信号与本振载波信号混频，得到混频信号；调制滤波模块，其输出端与变压器隔离模块的输入端连接，用于将混频信号进行解调、滤波后得到预设幅值、预设频率的调幅波。

5、本实施例在变压器隔离模块之间加入调制模块，将量子测控信号调制为预设频率及预设幅值的调幅波，以便于变压器隔离模块工作在稳定状态，从而提高变压器隔离模块精度。

6、在一些可选的实施方式中，本振模块包括：频率计及本振载波模块，其中，频率计，其输入端与信号输入模块的输出端连接，其输出端与本振载波模块的输入端连接，用于计算量子测控信号的频率；本振载波模块，其输出端与混频模块的第二输入端连接，用于将量子测控信号的频率与预设本振频率的和值作为本振载波的频率，得到本振载波信号。

7、在一些可选的实施方式中，混频信号的频率包括：本振载波信号与量子测控信号的和频、本振载波信号与量子测控信号的差频、量子测控信号的频率、本振载波信号的频率，以及和频的倍频、差频的倍频、量子测控信号的频率的倍频、本振载波信号的频率的倍频。

8、在一些可选的实施方式中，变压器隔离模块包括：无磁芯变压器。

9、本发明实用无磁芯变压器实现信号隔离，不仅提高了隔离电路的可靠性，并且隔离电路老化速度慢、体积小、效率高。

10、在一些可选的实施方式中，预设频率为预设本振频率；无磁芯变压器的频率由预设本振频率确定。

11、在一些可选的实施方式中，解调模块包括：解调电路、解调滤波模块及第二增益调整模块，解调电路，其输入端与变压器隔离模块的输出端连接，其输出端与解调滤波模块的输入端连接，用于将混频信号进行检波，将包络线信号分离后，得到解调信号；解调滤波模块，其输出端与第二增益调整模块连接，用于滤除解调信号高频信号后，得到与量子测控信号频率相同的解调信号；第二增益调整模块，用于将与量子测控信号频率相同的解调信号的幅值调整至与量子测控信号的幅值。

12、在一些可选的实施方式中，解调电路包括：二极管、电容及电阻，其中，二极管，其阳极与变压器隔离模块的一个输出端连接，其阳极与电容的第一端连接；电容，其第二端与变压器隔离模块的另一个输出端连接；电阻，其第一端与电容的第一端连接，其第二端与变压器隔离模块的另一个输出端连接，其第一端与第二端输出与量子测控信号幅值相同、频率相同的解调信号。

13、在一些可选的实施方式中，量子测控信号隔离电路还包括：电源隔离模块，其输入端输入外接电压，其输出端与调制模块及解调模块连接，用于将供电电压转换为多种电压等级的供电电压，为调制模块及解调模块供电；将外接电压与供电电压之间隔离。

14、在一些可选的实施方式中，电源隔离模块包括：具有隔离功能的dc-dc芯片。

技术特征：

1.一种量子测控信号隔离电路，其特征在于，包括：调制模块、变压器隔离模块及解调模块，其中，

2.根据权利要求1所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述调制模块包括：信号输入模块、第一增益调整模块、本振模块、混频模块，其中，

3.根据权利要求2所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述本振模块包括：频率计及本振载波模块，其中，

4.根据权利要求2所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述混频信号的频率包括：

5.根据权利要求1所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述变压器隔离模块包括：无磁芯变压器。

6.根据权利要求5所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述解调模块包括：解调电路、解调滤波模块及第二增益调整模块，

8.根据权利要求7所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述解调电路包括：二极管、电容及电阻，其中，

9.根据权利要求1所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的量子测控信号隔离电路，其特征在于，所述电源隔离模块包括：具有隔离功能的dc-dc芯片。

技术总结
本发明涉及量子计算测控技术领域，公开了一种量子测控信号隔离电路，包括：调制模块，其输入端输入量子测控信号，其输出端与变压器隔离模块的输入端连接，用于将量子测控信号与本振载波信号混频后，得到预设幅值、预设频率的调幅波；变压器隔离模块，其内部器件高度集成，其输出端与解调模块的输入端连接，用于实现输入信号与输出信号之间的高速隔离；解调模块，其输出端输出隔离后的量子测控信号，用于将调幅波解调至与量子测控信号幅值相同、频率相同的解调信号。本发明采用内部器件高度集成的变压器隔离模块以实现对量子测控信号的模拟信号的隔离，不仅解决了量子计算测控系统中高带宽的信号隔离问题，还进一步减小了隔离电路的体积。

技术研发人员：胡广建
受保护的技术使用者：苏州元脑智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24