[发明专利]约瑟夫森子结阵单元模拟器

说明书

公开了一种约瑟夫森子结阵单元模拟器，包括模拟单元、微控制器与磁耦隔离器，模拟单元与微控制器通过磁耦隔离器连接，其中，模拟单元包括采样电阻、模数转换器、数模转换器、同相加法器：采样电阻连接模拟器的电流输入端与电压输出高端、同相加法器；模数转换器分别连接至采样电阻与电压输出高端；微控制器分别连接模数转换器与数模转换器；数模转换器的输出通道分别与第一分压器、第二分压器连接；同相加法器的输入端分别连接第一分压器与第二分压器，参考地端作为模拟器的电流输出端与电压输出低端。本发明通过约瑟夫森子结阵单元模拟器，模拟约瑟夫森子结阵的电流‑电压特性，降低约瑟夫森结阵及其电压基准系统的风险与成本。

技术领域

本发明涉及计量测试仪表领域，更具体地，涉及一种约瑟夫森子结阵单元模拟器。

背景技术

约瑟夫森节是根据约瑟夫森效应设计制作的超导体量子器件，在一个芯片上制作数个到数万个串连在一起的约瑟夫森结，即构成了约瑟夫森结阵。在符合一定条件的微波辐射下，约瑟夫森结阵可以在直流偏置电流下产生电压。该电压具有极其稳定和准确的特性，因此约瑟夫森结阵可以被用作量子电压基准的关键部件。在一个芯片上将约瑟夫森结按照不同的结数划分为若干个子结阵(或称结段)，每个子结阵分别施以独立的电流偏置，即可用于实现可编程约瑟夫森电压基准。

近年来，各国计量部门都在利用约瑟夫森结阵及其构成的电压基准系统开发了各类应用系统和软件，在开发中存在两个问题：一、约瑟夫森器件和系统价格十分昂贵，使用未经验证的装置或程序运行约瑟夫森器件和系统存在较大风险，一旦损坏芯片即造成很大经济损失；二、约瑟夫森结阵芯片必须放在杜瓦瓶中，每次工作时都需充入液氦制冷至极低温度，运行成本高、操作复杂。因此，有必要开发一种约瑟夫森子结阵单元模拟器。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种约瑟夫森子结阵单元模拟器，其能够通过模拟单个直流约瑟夫森子结阵的电流-电压特性，提出一种利用常规电子电路实现的直流约瑟夫森子结阵单元模拟器，降低约瑟夫森结阵及其电压基准系统的风险与成本。

所述模拟器包括模拟单元、微控制器与磁耦隔离器，所述模拟单元与所述微控制器通过所述磁耦隔离器连接，其中，所述模拟单元包括采样电阻、模数转换器、数模转换器、同相加法器：采样电阻连接模拟器的电流输入端与电压输出高端、同相加法器；模数转换器连接所述采样电阻与所述电压输出高端，获得电流数据、电压数据并转换；微控制器连接所述模数转换器与所述数模转换器，通过所述电流数据计算初始电压，将所述初始电压传送至所述数模转换器；数模转换器连接第一分压器与第二分压器，将所述初始电压转换后传送至所述第一分压器、所述第二分压器进行电压调整；同相加法器连接所述第一分压器、所述第二分压器与模拟器的电流输出端与电压输出低端，获得调整后的电压数据并传输至所述微控制器与所述初始电压进行对比。

优选地，所述微控制器通过第一磁耦隔离器与所述模数转换器连接，通过所述电流数据计算初始电压，所述微控制器通过第二磁耦隔离器与所述数模转换器连接，将所述初始电压传送至所述数模转换器。

优选地，所述第一磁耦隔离器与所述第二磁耦隔离器分别设置有两个内部回路，其中：所述第一磁耦隔离器的第一回路与所述模数转换器连接，第二回路与所述微控制器连接；所述第二磁耦隔离器的第一回路与所述数模转换器连接，第二回路与所述微控制器连接。

优选地，还包括：第一供电系统，为所述第一磁耦隔离器的第二回路、所述第二磁耦隔离器的第二回路、所述微控制器供电。

优选地，所述第一供电系统为单电源。

优选地，所述模拟单元还包括：仪表放大器，所述仪表放大器的输入端连接至所述采样电阻的两端，所述仪表放大器的输出端连接至模数转换器的第一输入通道。