[发明专利]量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路及方法

权利要求书

1.一种量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路，其特征在于：包括温度采样电路、高压控制电路和电源，所述温度采样电路和高压控制电路均与电源连接，所述温度采样电路和高压控制电路连接，所述高压控制电路用于产生APD偏压。

2.根据权利要求1所述的量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路，其特征在于：所述温度采样电路包括热敏电阻R1、电阻R2、电阻R3和集成运算放大器U1，所述热敏电阻R1的一端连接电源，所述热敏电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端和集成运算放大器U1的引脚3连接，所述电阻R2的另一端连接地线，所述集成运算放大器U1的引脚4与电阻R3的一端连接，所述集成运算放大器U1的引脚2连接地线，所述集成运算放大器U1的引脚5连接电源，所述集成运算放大器U1的引脚1和电阻R3的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路，其特征在于：所述高压控制电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、集成运算放大器U2和三极管Q1，所述电阻R8的一端与集成运算放大器U2的引脚4连接，所述集成运算放大器U2的引脚5连接电源，所述集成运算放大器U2的引脚2连接地线，所述集成运算放大器U2的引脚3分别与电阻R5的一端和电阻R6的一端连接，所述电阻R5的另一端连接地线，所述电阻R6的另一端分别与电阻R4的一端、电阻R7的一端和三极管Q1的集电极连接，所述电阻R4的另一端连接电源，所述三极管Q1的基极与集成运算放大器U2的引脚1连接，所述三极管Q1的发射极与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端连接地线，所述电阻R7的另一端用于输出APD偏压。

4.根据权利要求1或3所述的量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路，其特征在于：还包括单片机控制电路、ADC模数转换电路和DAC数模转换电路，所述温度采样电路与所述ADC模数转换电路连接，所述ADC模数转换电路与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路与DAC数模转换电路连接，所述DAC数模转换电路与所述高压控制电路连接，所述单片机控制电路、ADC模数转换电路和DAC数模转换电路均与电源连接。

5.根据权利要求4所述的量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路，其特征在于：所述ADC模数转换电路采用ADC模数转换芯片MAX1087，所述DAC数模转换电路采用DAC数模转换芯片AD5624。

6.一种基于权利要求4所述的量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：温度采样电路通过热敏电阻R1产生与环境温度T相关的电压值V_temp，单片机控制电路控制ADC模数转换电路对电压值V_temp进行采样，ADC模数转换电路产生与电压值V_temp相对应的数字量A；

步骤2：获取ADC模数转换电路产生的数字量A与单片机控制电路需要向DAC数模转换电路输入的数字量D的关系式；

步骤3：单片机控制电路接收ADC模数转换电路产生的数字量A并根据步骤2的关系式计算出数字量D的值；

步骤4：单片机控制电路向DAC数模转换电路输入数字量D，DAC数模转换电路产生与数字量D相对应的电压V_b；

步骤5：高压控制电路接收DAC数模转换电路产生的电压V_b，并产生APD偏压V_APD从而为APD提供温度自适应的偏压V_APD。

7.根据权利要求6所述的量子密钥分配系统中APD的温度自适应控制电路的控制方法，其特征在于：所述的步骤2包括以下步骤:

(1)获取雪崩光电二极管APD的偏压V_APD与环境温度T的关系式：

V_APD＝k₁×T+λV_BR (公式1)；

其中k₁为雪崩光电二极管APD的温度系数，T为雪崩光电二极管APD工作的环境温度，λ为雪崩光电二极管APD的偏压系数，V_BR为雪崩光电二极管APD在25℃工作温度下的雪崩电压；

(2)获取温度采样电路产生的电压值V_temp与环境温度T的关系式：

V_temp＝k₃×T+b₂ (公式2)；

通过热敏电阻R1的电阻值与环境温度T的关系式和公式(2)得到热敏电阻R1的电阻值与电压值V_temp的关系式，测量不同环境温度下的多组热敏电阻R1的电阻值与其对应的电压值V_temp，将多组热敏电阻R1的电阻值与其对应的电压值V_temp代入热敏电阻R1的电阻值与电压值V_temp的关系式，计算获得k₃和b₂的值；

(3)计算ADC模数转换电路产生的数字量A：

其中V_REF1为ADC模数转换电路中采用的ADC模数转换芯片的基准电压，X为ADC模数转换电路中采用的ADC模数转换芯片的采样精度；

(4)根据公式(2)和公式(3)得到ADC模数转换电路产生的数字量A与环境温度T的关系式；

(5)计算DAC数模转换电路产生的电压值V_b和高压控制电路产生的APD偏压V_APD的关系式如下：

V_APD＝k₄×V_b (公式4)；

其中V_b为DAC数模转换电路产生的电压值，D为单片机控制电路向DAC数模转换电路输入数字量，V_REF2为DAC数模转换电路中采用的DAC数模转换芯片的基准电压，Y为DAC数模转换电路中采用的DAC数模转换芯片的采样精度；R₆为高压控制电路中的电阻R6的电阻值，R₅为高压控制电路中的电阻R5的电阻值；

(6)根据公式(1)、公式(4)和步骤(4)获得的关系式，得到数字量D与数字量A之间的关系式：