[实用新型]一种基于死时间控制的门控信号处理装置

说明书

本实用新型提出了一种基于死时间控制的门控信号处理装置，其中利用逻辑门电路单元直接响应探测计数脉冲信号快速控制门控电路单元关门，极大缩短关门响应时间，从而允许单光子探测器具有更高的工作频率；同时，借助逻辑门电路单元和控制器接力地实现关门信号的持续作用，使得可以以极其简单的硬件设计和控制过程实现死时间内的关门控制，例如，可以简单地控制探测计数脉冲信号的脉宽来实现对逻辑门电路单元作用时间的控制。

技术领域

本实用新型涉及单光子探测领域，特别涉及一种基于死时间控制的门控信号处理装置。

背景技术

单光子探测器(SPD)需要设定死时间来减少后脉冲概率，使参数指标符合量子通信需求，但是增加死时间参数势必使程序设计和电路设计更加复杂，特别是限制探测器的工作频率。

目前采用的普遍方法是通过控制芯片(如FPGA)检测探测器输出的计数脉冲，通过逻辑程序控制门控信号关闭，使探测器在死时间内停止采集单光子信号，从而减少后脉冲概率，原理框图如图1所示，其中“4”为雪崩光电二极管(APD)，产生的雪崩信号经过信号调理电路“3”进行信号甄别整形后输出窄脉宽的LVTTL电平计数脉冲信号送给控制器“1”采集，同时控制器向门控电路模块“2”输出关门信号。

根据芯片数据手册和实际测量数据，从门控电路发送门控信号，到输出计数脉冲到达控制器输入引脚需要约8ns固定延时，控制器从采集计数脉冲到输出关门信号需要约7ns时间，所以当门控信号频率达到100MHZ(即周期为10ns)时，关门不及时，将引入多余的门产生更多的暗计数和后脉冲，影响性能，所以这种电路方案不适合更高的工作频率。

为缩短关门延时时间，现有技术中也提出了一些解决方案，例如在图2-4所示的基于死时间控制的门控信号处理电路。在图2中，根据计数脉冲信号同时向触发器组和控制单元发送触发脉冲，触发器组向两个逻辑芯片组发送关闭门控信号和符合门信号来实现关断，然后由控制单元向两个逻辑芯片组发送开启门控信号和符合门信号来实现开启。在这种方案中，虽然通过将触发信号直接送至逻辑芯片可以减少关断死时间的链路长度，但是关闭和开启过程都需要逻辑芯片操作的参与，增加了控制装置及过程的复杂性。在图3的方案中，虽然借助高速逻辑控制模块可以减少关断死时间的链路长度，但关闭和开启过程同样都需要高速逻辑控制模块操作的参与，增加了控制装置及过程的复杂性。在图4的方案中，虽然借助D触发器直接响应探测信号使门控电路处于非使能状态，但是同样需要由主控模块使D触发器置位而进入开启状况，增加了控制装置及过程的复杂性。

实用新型内容

针对这一问题，本实用新型提出了一种基于死时间控制的门控信号处理装置，其中利用逻辑门电路单元直接响应探测计数脉冲信号快速控制门控电路单元关门，极大缩短关门响应时间，从而允许单光子探测器具有更高的工作频率；同时，借助逻辑门电路单元和控制器接力地实现关门信号的持续作用，使得可以以极其简单的硬件设计和控制过程实现死时间内的关门控制，例如，可以简单地控制探测计数脉冲信号的脉宽来实现对逻辑门电路单元作用时间的控制。

具体而言，该基于死时间控制的门控信号处理装置可以包括控制器、门控电路单元和信号调理电路单元，其中，

所述门控电路单元用于产生门控信号，以允许光电探测器响应于光信号生成探测信号；

所述信号调理电路单元用于甄别所述探测信号，以及将所述探测信号转换为能被所述控制器识别的探测计数脉冲信号；

所述控制器用于在检测到所述探测计数脉冲信号后，向所述门控电路单元输出关门控制信号并计算死时间，以及在所述死时间结束后向所述门控电路单元输出开门控制信号；

其特征在于：

所述门控信号处理装置还包括逻辑门电路单元；

所述信号调理电路单元还被设置成使所述探测计数脉冲信号能被所述逻辑门电路单元识别；