基于FPGA的多通道符合計(jì)數(shù)器.pdf

1、符合測(cè)量在量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)中起著重要作用。它可以用于糾纏光子對(duì)的判定，單光子計(jì)數(shù)等實(shí)驗(yàn)。用于符合事件測(cè)量的電子系統(tǒng)稱為符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)。通常對(duì)符合事件的測(cè)量受到光電探測(cè)器和符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能的限制。得益于半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，光電探測(cè)器的性能得到了極大提高。為了能讓探測(cè)器的性能得到充份利用，需要設(shè)計(jì)新的更適用于量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)的符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的符合計(jì)數(shù)可以用乘法器或與門等分立元件來實(shí)現(xiàn)，然而當(dāng)符合測(cè)量涉及三路或更多通道的測(cè)量時(shí)，使用分立元件的符合

2、計(jì)數(shù)系統(tǒng)將變得復(fù)雜，尤其是分立元件會(huì)給信號(hào)帶來額外的延遲時(shí)間，可能會(huì)影響最終的符合計(jì)數(shù)結(jié)果，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)要求。市場(chǎng)上現(xiàn)有的多通道符合計(jì)數(shù)器通?；趯Ｓ眉呻娐?ASIC)和時(shí)間-幅度轉(zhuǎn)換器(Time-Amplitude Converter)，因而價(jià)格昂貴，同時(shí)傳統(tǒng)符合計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)多用于核物理或生物學(xué)研究，如熒光壽命成像，并不是專為量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)。為了解決這一問題，我們實(shí)驗(yàn)室制作了基于FPGA的多通道符合計(jì)數(shù)器，本文介紹了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程

3、門陣列(FPGA)的多通道符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其處理程序和調(diào)試過程。主要內(nèi)容有以下兩部份:
　　第一:介紹基于FPGA的多通道符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與結(jié)構(gòu)。符合計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于精確設(shè)置符合時(shí)間窗口，與傳統(tǒng)符合計(jì)數(shù)器不同，基于FPGA的多通道符合計(jì)數(shù)器將一個(gè)可以精確控制的延遲脈沖用作開關(guān)信號(hào)，從而控制符合時(shí)間窗口。這一過程由可編程延遲線來實(shí)現(xiàn);符合計(jì)數(shù)過程在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)發(fā)生符合的信號(hào)所處的通道將結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器不同

4、位置;以太網(wǎng)-串口轉(zhuǎn)換模塊可以將來自用戶主機(jī)的命令轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)整個(gè)符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)工作過程的控制，同時(shí)它還負(fù)責(zé)將FPGA內(nèi)存儲(chǔ)的符合計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號(hào)傳送至用戶主機(jī)。FPGA是多通道符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)的核心元件，它根據(jù)從以太網(wǎng)-串口信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊得到的命令完成符合計(jì)數(shù)，符合計(jì)數(shù)結(jié)果存儲(chǔ)在FPGA自帶的存儲(chǔ)器內(nèi)，本文將介紹符合計(jì)數(shù)結(jié)果在FPGA內(nèi)的存儲(chǔ)格式與被測(cè)信號(hào)的頻率之間關(guān)系，以及以太網(wǎng)-串口信號(hào)對(duì)FPGA內(nèi)符合計(jì)數(shù)過程的

5、控制。
　　第二:我們制作了適合我們實(shí)驗(yàn)室需要的11通道符合計(jì)數(shù)器。同時(shí)還為11通道符合計(jì)數(shù)器編寫了使用UDP協(xié)議的處理程序，這一程序還可以用于校準(zhǔn)11通道符合計(jì)數(shù)器的符合時(shí)間窗口。最后我們將兩臺(tái)單光子與符合計(jì)數(shù)器相連，觀察它們?cè)诓煌瑥?qiáng)度背景光下的符合計(jì)數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們制作的11通道符合計(jì)數(shù)器工作正常，準(zhǔn)確完成了符合計(jì)數(shù)過程，可以滿足實(shí)驗(yàn)需要。
　　基于FPGA的多通道符合計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，與現(xiàn)有多通道符合計(jì)數(shù)系統(tǒng)