專利名稱：一種數(shù)控十路精密延時(shí)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shí)，保證 光路和電路的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)位對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)保密通信。
技術(shù)背景基于單光子方案的保密通信，核心探測(cè)器件APD工作在門(mén)控模式下，門(mén)控 信號(hào)開(kāi)啟的時(shí)間直接影響著單光子探測(cè)器的量子效率，所以需要對(duì)門(mén)控脈沖 的開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行非常精確的控制，在波分復(fù)用系統(tǒng)中，不同波段的光在光纖 中的延時(shí)不同，所以對(duì)每一路的延時(shí)都必須精密控制。延時(shí)一般分為軟件延 時(shí)和硬件延時(shí)，由于軟件延時(shí)是用處理器指令的周期作為計(jì)數(shù)單位，延時(shí)精 度不高；硬件延時(shí)的精度明顯高于軟件延時(shí)， 一般的硬件延時(shí)方法有計(jì)數(shù)器 延時(shí)和鎖相環(huán)延時(shí)，傳輸線延時(shí)等，但計(jì)數(shù)器延時(shí)和鎖相環(huán)延時(shí)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(shù)段延時(shí)線 組成，很難實(shí)現(xiàn)數(shù)控可調(diào)，所以以上的方法很難實(shí)現(xiàn)保密通信系統(tǒng)的需求， 必須尋找合適的延時(shí)電路或器件來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的延時(shí)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種數(shù)控十路精密 延時(shí)器，采用可編程延時(shí)器作為核心延時(shí)器件，外部單片機(jī)控制，能夠?qū)崿F(xiàn) 十路、多量程、高精度的數(shù)控延時(shí)。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成一種數(shù)控十路精密延時(shí)器,其特征在于該延時(shí)器包括邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、 延時(shí)電路、整形電路、單片機(jī)控制電路和輸入輸出部分，其中輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)成ECL電平標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入延時(shí)電路進(jìn)行延時(shí)，然后由整 形電路整成一定的脈沖寬度，轉(zhuǎn)換成TTL電平輸出，延時(shí)的量由單片機(jī)控制 電路控制，輸入輸出部分將外部命令輸入到單片機(jī)，同時(shí)將延時(shí)通道、延時(shí) 量等電路狀態(tài)輸出顯示，所述延時(shí)電路由可編程延時(shí)器及其外圍電路組成。 與可編程延時(shí)器連接的外圍電路包括虔源退耦鬼路、延頓精虔RC時(shí)間常 數(shù)設(shè)置電路、量程切換電路、輸出匹配電路。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)κ沸盘?hào)分別進(jìn)行精密的延時(shí)，十路之間互不 干擾，可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，延時(shí)的精度可以達(dá)到10ps，而且可以變換量程， 以不同的精度步進(jìn)，操作界面簡(jiǎn)潔，使用方便。


附圖l為本發(fā)明的電路框圖；附圖2為本發(fā)明邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、延時(shí)電路、整形電路的電路原理圖(十路延時(shí)部分只畫(huà)出其中一路，其余完全相同)； 附圖3為本發(fā)明單片機(jī)控制電路、和輸入輸出部分的電路原理圖； 附圖4為本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用在量子通信中的原理框圖；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì) 說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解如圖l-4所示本實(shí)施例由邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、延時(shí)電路、整形電路、 單片機(jī)控制電路、和輸入輸出部分構(gòu)成，其中電平轉(zhuǎn)換電路是將輸入的TTL 信號(hào)轉(zhuǎn)換成ECL信號(hào)送入延時(shí)電路，然后將延時(shí)后的ECL信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL 并驅(qū)動(dòng)后輸出。整形電路的目的是將信號(hào)整形成一定寬度的脈沖。延時(shí)電路 主要由可編程延時(shí)器AD9500及其外圍電路構(gòu)成，AD9500是8位數(shù)字可編 程延時(shí)器，采用高性能雙極型工藝，專為高速數(shù)字和模擬電路設(shè)計(jì)，最小延 時(shí)精度可達(dá)IO ps，正負(fù)5 V電源供電，滿度延時(shí)范圍是2.5 10us。單片機(jī) 控制電路核心采用philips P89C58X2單片機(jī)，外圍控制12864-1點(diǎn)陣液晶屏 作為顯示界面，zlg7289控制鍵盤(pán)作為輸入界面，通過(guò)鎖存器74LS373擴(kuò)展 IO分別控制AD9500的并行數(shù)據(jù)口和繼電器，完成數(shù)字控制和量程的切換。如圖4所示，本實(shí)施例還包括一些外圍設(shè)施,包括同心雙方Alice和Bob、 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、激光器、BB84通信協(xié)議的光路部分、長(zhǎng)距離光纖、單光子探 測(cè)器等等。通信過(guò)程基于BB84協(xié)議。其中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括Alice和Bob兩端時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)的獲取和篩選處理；激光器包括驅(qū)動(dòng)電路、激光管和衰 減器；BB84通信協(xié)議的光路部分包括偏振和分光器件。
上述的系統(tǒng)的發(fā)送端Alice產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)樣本，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)觸 發(fā)激光器，經(jīng)過(guò)衰減后在長(zhǎng)距離光纖中傳輸，在接收端單光子探測(cè)器探測(cè)到 光子后輸出光子計(jì)數(shù)的數(shù)字信號(hào)交由Bob端的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理。以上為光 通信的量子通道。經(jīng)典通道一部分作為BB84協(xié)議中的握手部分，另一部分傳輸同步時(shí)鐘， 經(jīng)過(guò)光纖傳輸后在Bob端恢復(fù)為電信號(hào)時(shí)鐘作為數(shù)據(jù)處理的同步信號(hào)和單光 子探測(cè)器的觸發(fā)信號(hào)。根據(jù)單光子探測(cè)器的工作原理可以知道，門(mén)脈沖開(kāi)啟 的時(shí)間應(yīng)與光子到達(dá)的時(shí)間精確同步，但是由于電路的延時(shí)不同和傳輸信道 的不同，兩路的時(shí)鐘存在或大或小的延時(shí)，必須進(jìn)行精確的延時(shí)。在實(shí)際操 作中通過(guò)調(diào)整光纖長(zhǎng)度使光子到達(dá)的時(shí)間落后于同步時(shí)鐘，將同步時(shí)鐘分成 四路分別輸入本實(shí)施例電路延時(shí)模塊的四個(gè)通道，調(diào)節(jié)延時(shí)使四路時(shí)鐘分別 與四路光子到達(dá)時(shí)間同步，在延時(shí)范圍比較大時(shí)，可以使用延時(shí)通道串聯(lián)的 方法，例如將時(shí)鐘通過(guò)CH1延時(shí)后，輸入到CH2進(jìn)行延時(shí)，這樣相當(dāng)于原來(lái)延時(shí)范圍擴(kuò)大到兩倍，需要更大量程的可調(diào)延時(shí)，可以用更多的通道串聯(lián)， 就可以使單光子探測(cè)器進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)，完成整個(gè)通信過(guò)程。下面對(duì)電路原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例的輸入為T(mén)TL電平，兼容高阻 和50歐姆阻抗，TTL信號(hào)在輸入端由兩個(gè)二極管1N4148進(jìn)行限幅處理后， 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器MC100EPT24D轉(zhuǎn)換為差分的ECL信號(hào)，送入可編程延時(shí)器AD9500 進(jìn)行延時(shí)，AD9500輸出的延時(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)MC10198單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行整形，再 由轉(zhuǎn)換器MC10ELT25D轉(zhuǎn)成TTL信號(hào)，經(jīng)過(guò)MC74AC245DW提高帶動(dòng)能力輸出。控制部分核心采用Philips P89c58x2單片機(jī)，外部通過(guò)D鎖存器 SN74LS373拓展10，并連接E2PR0M存貯設(shè)置。對(duì)AD9500采用并行控制，單 片機(jī)Pl雙向口和8根并行控制線相連；延時(shí)量程由Rs和Cs決定，通過(guò)繼電 器切換連接在Rs端電阻的大小可以改變量程。輸入設(shè)備為鍵盤(pán)，控制芯片為Zlg7289，通過(guò)掃描的方式將鍵值通過(guò)串 行口返回。輸出設(shè)備為12864-1點(diǎn)陣液晶屏，由單片機(jī)并行輸入數(shù)據(jù)顯示。輸入電平轉(zhuǎn)換部分C29， C30， C15， C16， C17， C18為退耦濾波電容，接在 正負(fù)電源和地之間；Dl, D2為限幅二極管，R22為匹配電阻，R21為息放電阻， MC100EPT24D為T(mén)TL到ECL轉(zhuǎn)換器，R18， R19為下拉電阻。 延時(shí)電路AD9500的正負(fù)TRIG端分別和MC100EPT24D'的正負(fù)差分輸出 端相連，延時(shí)控制DO-D7 口和單片機(jī)的P1 口相連，C19、 C20、 C21、 C22為 電源退耦濾波電容，R14調(diào)整最小傳輸延時(shí)，C23初R22或R23決定延時(shí)的 量程和精度，R22、 R23由繼電器K6決定，其中Ql和R12用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器， 由繼電器來(lái)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(biāo)準(zhǔn)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決定了輸出脈沖的寬度，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(zhuǎn)換電路正負(fù)輸入端和單穩(wěn)態(tài)電路芯片MC10198的正負(fù)輸出 端相連，C24、 C25、 C26為退耦濾波電容，接在正負(fù)電源和地之間。輸出端 通過(guò)三態(tài)的收發(fā)器MC74AC245DW轉(zhuǎn)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(guò)片選復(fù)用為液晶屏的并行控制端；Pl 口和全部AD9500的控 制端相連，復(fù)用為八路繼電器的選擇控制(和SN74LS373相連)和E2PR0M 的操作;P2和P3位其余兩路的鎖存，繼電器控制和片選信號(hào),其中P3. 0-P3. 3 控制鍵盤(pán)芯片；Cl、 C2、 Yl組成為單片機(jī)的工作時(shí)鐘，C3、 Rl、 R2組成復(fù) 位電路；C4、 C5、 C8、 C9、 CIO、 Cll、 C12、 C13為退耦濾波電容。輸入電路控制芯片為ZLG7289，CK1、 CK2、 YK1組成工作時(shí)鐘；R6、 C14 組成復(fù)位電；C12、 C13為退耦濾波電容；R9、 RIO、 Rll、 RK1和Kl-K5組成 了鍵盤(pán)矩陣。輸出電路C6、 C6為退耦濾波電容；R30, R4用來(lái)調(diào)節(jié)液晶屏的背光亮 度；R3為限流電阻，調(diào)節(jié)顯示亮度。存儲(chǔ)器采用的ATMEL的M93C46WBN3。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控十路精密延時(shí)器，其特征在于該延時(shí)器包括邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、延時(shí)電路、整形電路、單片機(jī)控制電路和輸入輸出部分，其中輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)成ECL電平標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入延時(shí)電路進(jìn)行延時(shí)，然后由整形電路整成一定的脈沖寬度，轉(zhuǎn)換成TTL電平輸出，延時(shí)的量由單片機(jī)控制電路控制，輸入輸出部分將外部命令輸入到單片機(jī)，同時(shí)將延時(shí)通道、延時(shí)量的電路狀態(tài)輸出顯示，所述延時(shí)電路由可編程延時(shí)器及其外圍電路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)控十路精密延時(shí)器，該延時(shí)器包括邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、延時(shí)電路、整形電路、單片機(jī)控制電路、和輸入輸出部分，其中延時(shí)電路由可編程延時(shí)器及其外圍電路組成，與可編程延時(shí)器連接的外圍電路包括電源退耦電路、延時(shí)精度RC時(shí)間常數(shù)設(shè)置電路、量程切換電路、輸出匹配電路，其優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)κ沸盘?hào)分別進(jìn)行精密的延時(shí)，十路之間互不干擾，可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，延時(shí)的精度可以達(dá)到10ps，而且可以變換量程，以不同的精度步進(jìn)，操作界面簡(jiǎn)潔，使用方便。
文檔編號(hào)H03K5/13GK101150307SQ20071004796
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者光 吳, 曾和平, 許黎霖 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)