一種數控十路精密延時器的製作方法
2023-05-05 12:42:41 1
專利名稱：一種數控十路精密延時器的製作方法
技術領域：
本發明涉及量子保密通信類，具體講的是能夠提供多路電路延時，保證 光路和電路的時鐘和數據位對齊，實現保密通信。
技術背景基於單光子方案的保密通信，核心探測器件APD工作在門控模式下，門控 信號開啟的時間直接影響著單光子探測器的量子效率，所以需要對門控脈衝 的開啟時間進行非常精確的控制，在波分復用系統中，不同波段的光在光纖 中的延時不同，所以對每一路的延時都必須精密控制。延時一般分為軟體延 時和硬體延時，由於軟體延時是用處理器指令的周期作為計數單位，延時精 度不高；硬體延時的精度明顯高於軟體延時， 一般的硬體延時方法有計數器 延時和鎖相環延時，傳輸線延時等，但計數器延時和鎖相環延時都需要高頻 的晶陣，目前情況下，高頻的晶陣很難找到，而傳輸線由一段或數段延時線 組成，很難實現數控可調，所以以上的方法很難實現保密通信系統的需求， 必須尋找合適的延時電路或器件來實現高精度的延時。 發明內容本發明的目的是針對上述現有技術的不足之處，提供一種數控十路精密 延時器，採用可編程延時器作為核心延時器件，外部單片機控制，能夠實現 十路、多量程、高精度的數控延時。本發明目的實現由以下技術方案完成一種數控十路精密延時器,其特徵在於該延時器包括邏輯電平轉換電路、 延時電路、整形電路、單片機控制電路和輸入輸出部分，其中輸入的信號經過邏輯電平轉換電路轉成ECL電平標準後進入延時電路進行延時，然後由整 形電路整成一定的脈衝寬度，轉換成TTL電平輸出，延時的量由單片機控制 電路控制，輸入輸出部分將外部命令輸入到單片機，同時將延時通道、延時 量等電路狀態輸出顯示，所述延時電路由可編程延時器及其外圍電路組成。 與可編程延時器連接的外圍電路包括虔源退耦鬼路、延頓精虔RC時間常 數設置電路、量程切換電路、輸出匹配電路。本發明的優點是，能夠對十路信號分別進行精密的延時，十路之間互不 幹擾，可以分別進行調節，延時的精度可以達到10ps，而且可以變換量程， 以不同的精度步進，操作界面簡潔，使用方便。
附圖l為本發明的電路框圖；附圖2為本發明邏輯電平轉換電路、延時電路、整形電路的電路原理圖(十路延時部分只畫出其中一路，其餘完全相同)； 附圖3為本發明單片機控制電路、和輸入輸出部分的電路原理圖； 附圖4為本發明實施例應用在量子通信中的原理框圖；具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本發明特徵及其它相關特徵作進一步詳細 說明，以便於同行業技術人員的理解如圖l-4所示本實施例由邏輯電平轉換電路、延時電路、整形電路、 單片機控制電路、和輸入輸出部分構成，其中電平轉換電路是將輸入的TTL 信號轉換成ECL信號送入延時電路，然後將延時後的ECL信號轉換成TTL 並驅動後輸出。整形電路的目的是將信號整形成一定寬度的脈衝。延時電路 主要由可編程延時器AD9500及其外圍電路構成，AD9500是8位數字可編 程延時器，採用高性能雙極型工藝，專為高速數字和模擬電路設計，最小延 時精度可達IO ps，正負5 V電源供電，滿度延時範圍是2.5 10us。單片機 控制電路核心採用philips P89C58X2單片機，外圍控制12864-1點陣液晶屏 作為顯示界面，zlg7289控制鍵盤作為輸入界面，通過鎖存器74LS373擴展 IO分別控制AD9500的並行數據口和繼電器，完成數字控制和量程的切換。如圖4所示，本實施例還包括一些外圍設施,包括同心雙方Alice和Bob、 數據處理系統、雷射器、BB84通信協議的光路部分、長距離光纖、單光子探 測器等等。通信過程基於BB84協議。其中數據處理系統包括Alice和Bob兩端時鐘信號和數據的獲取和篩選處理；雷射器包括驅動電路、雷射管和衰 減器；BB84通信協議的光路部分包括偏振和分光器件。
上述的系統的發送端Alice產生一個隨機數樣本，通過數據處理系統觸 發雷射器，經過衰減後在長距離光纖中傳輸，在接收端單光子探測器探測到 光子後輸出光子計數的數位訊號交由Bob端的數據處理系統處理。以上為光 通信的量子通道。經典通道一部分作為BB84協議中的握手部分，另一部分傳輸同步時鐘， 經過光纖傳輸後在Bob端恢復為電信號時鐘作為數據處理的同步信號和單光 子探測器的觸發信號。根據單光子探測器的工作原理可以知道，門脈衝開啟 的時間應與光子到達的時間精確同步，但是由於電路的延時不同和傳輸信道 的不同，兩路的時鐘存在或大或小的延時，必須進行精確的延時。在實際操 作中通過調整光纖長度使光子到達的時間落後於同步時鐘，將同步時鐘分成 四路分別輸入本實施例電路延時模塊的四個通道，調節延時使四路時鐘分別 與四路光子到達時間同步，在延時範圍比較大時，可以使用延時通道串聯的 方法，例如將時鐘通過CH1延時後，輸入到CH2進行延時，這樣相當於原來延時範圍擴大到兩倍，需要更大量程的可調延時，可以用更多的通道串聯， 就可以使單光子探測器進行準確的探測，完成整個通信過程。下面對電路原理進行詳細說明本實施例的輸入為TTL電平，兼容高阻 和50歐姆阻抗，TTL信號在輸入端由兩個二極體1N4148進行限幅處理後， 經過轉換器MC100EPT24D轉換為差分的ECL信號，送入可編程延時器AD9500 進行延時，AD9500輸出的延時信號經過MC10198單穩態電路進行整形，再 由轉換器MC10ELT25D轉成TTL信號，經過MC74AC245DW提高帶動能力輸出。控制部分核心採用Philips P89c58x2單片機，外部通過D鎖存器 SN74LS373拓展10，並連接E2PR0M存貯設置。對AD9500採用並行控制，單 片機Pl雙向口和8根並行控制線相連；延時量程由Rs和Cs決定，通過繼電 器切換連接在Rs端電阻的大小可以改變量程。輸入設備為鍵盤，控制晶片為Zlg7289，通過掃描的方式將鍵值通過串 行口返回。輸出設備為12864-1點陣液晶屏，由單片機並行輸入數據顯示。輸入電平轉換部分C29， C30， C15， C16， C17， C18為退耦濾波電容，接在 正負電源和地之間；Dl, D2為限幅二極體，R22為匹配電阻，R21為息放電阻， MC100EPT24D為TTL到ECL轉換器，R18， R19為下拉電阻。 延時電路AD9500的正負TRIG端分別和MC100EPT24D'的正負差分輸出 端相連，延時控制DO-D7 口和單片機的P1 口相連，C19、 C20、 C21、 C22為 電源退耦濾波電容，R14調整最小傳輸延時，C23初R22或R23決定延時的 量程和精度，R22、 R23由繼電器K6決定，其中Ql和R12用來驅動繼電器， 由繼電器來選擇R22或者R23接入電路從而選擇量程，R15、 R16為匹配電 阻，使AD9500輸出標準的ECL電平。整形電路MC10198為整形電路的核心，它的TRIG端和AD9500的正輸 出端相連。R108和C110決定了輸出脈衝的寬度，R109和D3提供了所需的 -0. 7V， C111和C112為退耦濾波電容，R110和R111為下拉電阻。輸入電平轉換電路正負輸入端和單穩態電路晶片MC10198的正負輸出 端相連，C24、 C25、 C26為退耦濾波電容，接在正負電源和地之間。輸出端 通過三態的收發器MC74AC245DW轉成50歐姆阻抗輸出。控制電路P89c58x2的P0 口和SN74LS373相連，控制其中八路AD9500 的鎖存端，通過片選復用為液晶屏的並行控制端；Pl 口和全部AD9500的控 制端相連，復用為八路繼電器的選擇控制(和SN74LS373相連)和E2PR0M 的操作;P2和P3位其餘兩路的鎖存，繼電器控制和片選信號,其中P3. 0-P3. 3 控制鍵盤晶片；Cl、 C2、 Yl組成為單片機的工作時鐘，C3、 Rl、 R2組成復 位電路；C4、 C5、 C8、 C9、 CIO、 Cll、 C12、 C13為退耦濾波電容。輸入電路控制晶片為ZLG7289，CK1、 CK2、 YK1組成工作時鐘；R6、 C14 組成復位電；C12、 C13為退耦濾波電容；R9、 RIO、 Rll、 RK1和Kl-K5組成 了鍵盤矩陣。輸出電路C6、 C6為退耦濾波電容；R30, R4用來調節液晶屏的背光亮 度；R3為限流電阻，調節顯示亮度。存儲器採用的ATMEL的M93C46WBN3。
權利要求
1.一種數控十路精密延時器，其特徵在於該延時器包括邏輯電平轉換電路、延時電路、整形電路、單片機控制電路和輸入輸出部分，其中輸入的信號經過邏輯電平轉換電路轉成ECL電平標準後進入延時電路進行延時，然後由整形電路整成一定的脈衝寬度，轉換成TTL電平輸出，延時的量由單片機控制電路控制，輸入輸出部分將外部命令輸入到單片機，同時將延時通道、延時量的電路狀態輸出顯示，所述延時電路由可編程延時器及其外圍電路組成。
全文摘要
本發明涉及一種數控十路精密延時器，該延時器包括邏輯電平轉換電路、延時電路、整形電路、單片機控制電路、和輸入輸出部分，其中延時電路由可編程延時器及其外圍電路組成，與可編程延時器連接的外圍電路包括電源退耦電路、延時精度RC時間常數設置電路、量程切換電路、輸出匹配電路，其優點是，能夠對十路信號分別進行精密的延時，十路之間互不幹擾，可以分別進行調節，延時的精度可以達到10ps，而且可以變換量程，以不同的精度步進，操作界面簡潔，使用方便。
文檔編號H03K5/13GK101150307SQ20071004796
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月8日 優先權日2007年11月8日
發明者光 吳, 曾和平, 許黎霖 申請人:華東師範大學