两段式超导时间数字转换器及超导探测器成像系统技术方案

本发明专利技术提供一种两段式超导时间数字转换器，包括粗量化模块和细量化模块；所述粗量化模块用于根据起始脉冲和终止脉冲进行环路振荡控制，并根据振荡环路输出的振荡脉冲的个数来产生粗量化值；所述细量化模块接收所述振荡脉冲，用于对最后一个所述振荡脉冲与所述终止脉冲之间的时间间隔进行量化来产生细量化值。通过本发明专利技术提供的两段式超导时间数字转换器，解决了现有超导TDC难以兼顾高分辨率和高动态范围的问题。范围的问题。范围的问题。

【技术实现步骤摘要】
两段式超导时间数字转换器及超导探测器成像系统


[0001]本专利技术涉及超导电路设计领域，特别是涉及一种两段式超导时间数字转换器及超导探测器成像系统。

技术介绍

[0002]超导探测器主要指的是超导纳米线单光子探测器(Superconducting Nanometer Single Photon Detector，SNSPD)，SNSPD利用超导体的特性，可以测量单光子信号；当光子落在处于超导态的纳米线上，会产生一个扩散的热点，导致局部纳米线短时间失去超导性，呈现有电阻的状态，这样，通过偏置电流和一些电路结构可以将对光子的响应转换为一个脉冲信号。SNSPD由于高探测效率、低暗计数等优势，在单光子成像等领域被广泛应用。
[0003]超导单磁通量子(Single Flux Quantum，SFQ)电路和超导探测器都工作在低温环境中(～2K)，在之前的研究中，使用超导SFQ电路读取SNSPD脉冲具有更低抖动等优势。对于时间信号这种模拟量，通过SFQ电路进行预处理转换为数字量可以将信息传播过程中的损失降低，从而达到更高的精度。但在超导时间数字转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述两段式超导时间数字转换器包括：粗量化模块和细量化模块；所述粗量化模块用于根据起始脉冲和终止脉冲进行环路振荡控制，并根据振荡环路输出的振荡脉冲的个数来产生粗量化值；所述细量化模块接收所述振荡脉冲，用于对最后一个所述振荡脉冲与所述终止脉冲之间的时间间隔进行量化来产生细量化值。2.根据权利要求1所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述粗量化模块包括：环路振荡器和二进制计数器；所述环路振荡器由起始脉冲控制起振，由终止脉冲控制关闭，用于在起振后基于所述起始脉冲进行环路振荡，并在每一次的环路振荡中输出一振荡脉冲；所述二进制计数器接收所述振荡脉冲，用于对所述振荡脉冲的个数进行计数，并根据计数结果产生粗量化值。3.根据权利要求2所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述环路振荡器包括：第一汇流缓冲单元、第一分流单元、传输线单元和非破坏读出单元；所述第一汇流缓冲单元的第一输入端接入所述起始脉冲，第二输入端连接所述第一分流单元的第一输出端，输出端连接所述非破坏读出单元的输入端；所述第一分流单元的输入端通过所述传输线单元连接所述非破坏读出单元的输出端，第二输出端产生所述振荡脉冲并输出；所述非破坏读出单元的置位端接入所述起始脉冲，复位端接入所述终止脉冲。4.根据权利要求3所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述两段式超导时间数字转换器还包括：第二分流单元，输入端连接所述第一分流单元的第二输出端，第一输出端输出所述振荡脉冲至所述二进制计数器，第二输出端输出所述振荡脉冲至所述细量化模块。5.根据权利要求3所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述两段式超导时间数字转换器还包括：第三分流单元，输入端接入所述起始脉冲，第一输出端输出所述起始脉冲至所述第一汇流缓冲单元，第二输出端输出所述起始脉冲至所述非破坏读出单元。6.根据权利要求3所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述两段式超导时间数字转换器还包括：第四分流单元，输入端接入所述终止脉冲，第一输出端输出所述终止脉冲至所述非破坏读出单元，第二输出端输出所述终止脉冲至所述细量化模块。7.根据权利要求2所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述二进制计数器包括：第五分流单元、第六分流单元、第七分流单元、第一单bit计数单元、第二单bit计数单元、第三单bit计数单元和第四单bit计数单元；所述第五分流单元的输入端接入读脉冲，第一输出端连接所述第六分流单元的输入端；所述第六分流单元的第一输出端连接所述第七分流单元的输入端，所述第五分流单元的第二输出端、所述第六分流单元的第二输出端、所述第七分流单元的第一输出端及其第二输出端对应连接四个单bit计数单元的时钟输入端；所述第一单bit计数单元的数据输入端接入所述振荡脉冲，进位输出端连接所述第二单bit计数单元的数据输入端；所述第二单bit计数单元的进位输出端连接所述第三单bit计数单元的数据输入端，所述第三单bit计数单元的进位输出端连接所述第四单bit计数单
元的数据输入端，所述第四单bit计数单元的进位输出端悬空，所述第一单bit计数单元、所述第二单bit计数单元、所述第三单bit计数单元和所述第四单bit计数单元的求和输出端产生所述粗量化值。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的两段式超导时间数字转换器，其特征在于，所述细量化模块包括：游标延迟线和译码器；所述游标延迟线包括第一延迟线、第二延迟线和N个D触发器，所述第一延迟线以第一延迟时间对最后一个所述振荡脉冲进行N级延迟，所述第二延迟线以第二延迟时间对所述终止脉冲进行N级延迟；N个所述D触发器的时钟输入端对...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洁，程昆杰，周后荣，牛明慧，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：