本發(fā)明涉及一種光纖量子密鑰分配系統(tǒng)及紅外單光子探測器的溫度檢測方法，尤其涉及一種纖量子密鑰分配系統(tǒng)中光電子器件的高精度溫度檢測裝置。

背景技術(shù)：

光纖量子密鑰分配系統(tǒng)實現(xiàn)中發(fā)射端一般采用分布反饋（DFB）激光器作為量子光激光器和同步光激光器，接收端一般采用銦鎵砷（InGaAs/InP）雪崩光電二極管（以下簡稱APD）作為單光子探測器，工作溫度對這些器件的性能有著很大的影響。光纖量子密鑰分配系統(tǒng)中發(fā)射端的量子光激光器波長為1549.32nm，同步光激光器波長為1550.92nm，兩個激光器的輸出光脈沖輸入到密集型波分復(fù)用器對應(yīng)的波長通道（以下簡稱DWDM）合波后經(jīng)光纖傳輸出去，如果激光器的工作溫度發(fā)生改變，激光器的波長隨之發(fā)生漂移，激光脈沖所在的DWDM通道的插入損耗隨之變大。如果是量子光激光器波長發(fā)生偏移使得量子光衰減加大，導(dǎo)致整個量子密鑰分配系統(tǒng)最終成碼率降低，如果是同步光激光器波長發(fā)生偏移使得同步光衰減加大，導(dǎo)致收發(fā)雙方無法建立起有效的同步機制量子密鑰分配系統(tǒng)無法正常運行。同樣的情況如果探測器中的APD工作溫度發(fā)生變化使得APD的雪崩電壓隨之改變，導(dǎo)致探測效率發(fā)生變化，量子密鑰分配系統(tǒng)無法正常運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖量子密鑰分配系統(tǒng)中光電子器件的高精度溫度檢測裝置，本光纖量子密鑰分配系統(tǒng)中光電子器件的高精度溫度檢測裝置通過精確采集微弱的電壓變化就可以準確計算器件當前的工作溫度。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為： 光纖量子密鑰分配系統(tǒng)中光電子器件高精度溫度檢測裝置，其特征在于：包括偏置電壓源P1、熱敏電阻RT、溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2、間接電流反饋儀表放大器U1和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U3；

熱敏電阻RT一端通過固定阻值電阻R1連接偏置電壓P1，另一端接地；熱敏電阻RT遠地端還與間接電流反饋儀表放大器U1連接，溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U3分別與間接電流反饋儀表放大器U1連接；

間接電流反饋儀表放大器U1包含放大器C、跨導(dǎo)放大器A和跨導(dǎo)放大器B；跨導(dǎo)放大器A和跨導(dǎo)放大器B分別用于將輸入差分電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流，并抑制所有的輸入共模電壓；當間接電流反饋儀表放大器U1穩(wěn)定工作時，跨導(dǎo)放大器A的輸出電流與跨導(dǎo)放大器B的輸入電流相等，即通過高增益放大器C的反饋實現(xiàn)跨導(dǎo)放大器A的輸出電流和跨導(dǎo)放大器B的輸入電流的匹配，同時使得跨導(dǎo)放大器B輸入端的差分電壓與跨導(dǎo)放大器A的輸入差分電壓相同；間接電流反饋儀表放大器U1還包含兩級輸出，第一級輸出是跨導(dǎo)放大器B的輸入差分電壓，第二級輸出是高增益放大器C的輸出電壓，即為間接電流反饋儀表放大器U1的最終輸出電壓?？鐚?dǎo)放大器A的輸出電流和跨導(dǎo)放大器B的輸入電流，兩者相等也就實現(xiàn)了他們兩個的匹配。

進一步的，在跨導(dǎo)放大器B的REF引腳加上一個任意的參考電壓Vref，從而為輸出電壓提供偏置，此時Vout=Av*Vdiff+Vref；參考電壓Vref由外置的參考電壓源P2提供，外置的參考電壓源P2一端連接跨導(dǎo)放大器B的REF，另一端接地。外置的參考電壓源P2是一個外置的參考電壓源，它為跨導(dǎo)放大器B提供一個參考電壓Vref，REF引腳參考電壓輸入端。

熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化，阻值發(fā)生變化在電路的分壓也相應(yīng)的發(fā)生改變。激光器和APD的溫度檢測就是基于熱敏電阻的溫度-電壓轉(zhuǎn)換，通過精確采集微弱的電壓變化就可以準確計算器件當前的工作溫度。傳統(tǒng)采樣方法是基于電橋和三運放儀表放大器，熱敏電阻在電橋上的分壓經(jīng)儀表放大器放大后輸出到單片機ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換)芯片采集當前溫度，三運放結(jié)構(gòu)放大器具有高增益、高共模抑制比。由于溫度對光電子器件的影響特別大需要更寬的溫度采樣范圍和更高的采樣精度，然而三運放結(jié)構(gòu)儀表放大器在單電源供電時，輸入共模電壓范圍受到限制并且三運放儀表放大器的第一級輸出信號不僅包含了放大后的差分電壓，還包含沒有被抑制的共模電壓，輸出存在較大的局限性不能同時兼容很寬的電壓采樣范圍和很高的電壓采樣精度。

本發(fā)明采用高精密熱敏電阻、超低溫票DA（數(shù)模轉(zhuǎn)換）芯片和間接電流反饋結(jié)構(gòu)的儀表放大器構(gòu)成，間接電流反饋結(jié)構(gòu)的儀表放大器具有更低的失調(diào)電壓、更高的共模抑制比和更寬的共模輸入范圍，間接電流反饋結(jié)構(gòu)儀表放大器的第一級輸出信號已經(jīng)將共模信號濾除僅包含差分信號，輸出精度更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的間接電流反饋儀表放大器U1的功能框圖；

圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

實施例1

參見圖1，本光纖量子密鑰分配系統(tǒng)中光電子器件高精度溫度檢測裝置，偏置電壓源P1、熱敏電阻RT、溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2、間接電流反饋儀表放大器U1和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U3； 熱敏電阻RT一端通過固定阻值電阻R1連接偏置電壓P1，另一端接地；熱敏電阻RT遠地端還與間接電流反饋儀表放大器U1連接，溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U3分別與間接電流反饋儀表放大器U1連接；間接電流反饋儀表放大器U1包含放大器C、跨導(dǎo)放大器A和跨導(dǎo)放大器B；跨導(dǎo)放大器A和跨導(dǎo)放大器B分別用于將輸入差分電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流，并抑制所有的輸入共模電壓；當間接電流反饋儀表放大器U1穩(wěn)定工作時，跨導(dǎo)放大器A的輸出電流與跨導(dǎo)放大器B的輸入電流相等，即通過高增益放大器C，高增益放大器是本領(lǐng)域技術(shù)名詞，是約定俗成的專有名詞，的反饋實現(xiàn)跨導(dǎo)放大器A的輸出電流和跨導(dǎo)放大器B的輸入電流的匹配，同時使得跨導(dǎo)放大器B輸入端的差分電壓與跨導(dǎo)放大器A的輸入差分電壓相同；間接電流反饋儀表放大器U1還包含兩級輸出，第一級輸出是跨導(dǎo)放大器B的輸入差分電壓，第二級輸出是高增益放大器C的輸出電壓，即為間接電流反饋儀表放大器U1的最終輸出電壓?？鐚?dǎo)放大器A的輸出電流和跨導(dǎo)放大器B的輸入電流，兩者相等也就實現(xiàn)了他們兩個的匹配。

進一步的，在跨導(dǎo)放大器B的REF引腳加上一個任意的參考電壓Vref，從而為輸出電壓提供偏置，此時Vout=Av*Vdiff+Vref；參考電壓Vref由外置的參考電壓源P2提供，外置的參考電壓源P2一端連接跨導(dǎo)放大器B的REF，另一端接地。外置的參考電壓源P2是一個外置的參考電壓源，它為跨導(dǎo)放大器B提供一個參考電壓Vref，REF引腳參考電壓輸入端。

圖1是間接電流反饋儀表放大器U1的功能框圖，它包含一個高增益放大器C和兩個跨導(dǎo)放大器A、B。每個跨導(dǎo)放大器將輸入差分電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流，并抑制所有的輸入共模電壓。當間接電流反饋儀表放大器U1穩(wěn)定工作時，跨導(dǎo)放大器A的輸出電流與跨導(dǎo)放大器的輸入電流相等，通過放大器C的反饋實現(xiàn)這一電流的匹配，同時使得跨導(dǎo)放大器B輸入端的差分電壓與跨導(dǎo)放大器A的輸入差分電壓相同。儀表放大器包含兩級輸出，第一級輸出是跨導(dǎo)放大器B的輸入差分電壓，第二級輸出是放大器C的輸出電壓即為儀表放大器的最終輸出電壓。

IN+、IN-為跨導(dǎo)放大器A的輸入端，（即儀表放大器的差分輸入端）假設(shè)輸入電壓為V_IN+和V_IN-，則輸入共模電壓V_CM= （V_IN++V_IN-）/2，輸入差分電壓Vdiff=V_IN+-V_IN-，由于放大器C的反饋，跨導(dǎo)放大器B的輸入差分電壓（儀表放大器的第一級輸出電壓）也等于Vdiff，此時儀表放大器的第一級輸出已經(jīng)將輸入共模電壓濾除。這樣在輸出電阻網(wǎng)絡(luò)就建立了一個指定的電流I=Vdiff/R1，該電流同樣流過R2。所以，放大器C的最終輸出電壓Vout(儀表放大器的輸出電壓)僅對輸入差分電壓進行放大，增益Av=（1+R2/R1）。根據(jù)不同的應(yīng)用場合可以在跨導(dǎo)放大器B的REF（參考電壓輸入端）引腳加上一個任意的參考電壓Vref，從而為輸出電壓提供偏置，此時Vout=Av*Vdiff+Vref。

熱敏電阻RT為高精密熱敏電阻，具體是指溫度采樣精度可達0.01℃，型號為PT1000；，熱敏電阻RT和固定阻值電阻R1在偏置電壓源P1上的分壓VRT=(RT/(RT+R1))*Vbias對應(yīng)光電子器件（光電子器件指的是需要精密溫控的光電子器件，比如激光器、銦鎵砷（InGaAs/InP）雪崩光電二極管）的實時工作溫度，當器件的工作溫度發(fā)生變化時，熱敏電阻RT的阻值隨之變化，分壓VRT也相應(yīng)的改變。

溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2為超低溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，具體是指輸出電壓溫漂增益溫度系數(shù)±2.5ppm，型號AD5624，；溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2用于設(shè)定光電子器件（光電子器件指的是需要精密溫控的光電子器件，比如激光器、銦鎵砷（InGaAs/InP）雪崩光電二極管）的工作溫度電壓VDAC，溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2內(nèi)置溫漂系數(shù)很低的基準電壓，所以溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2的輸出電壓在溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2的工作溫度范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。傳統(tǒng)的方法通常采用電阻分壓的方式來設(shè)定工作溫度電壓，但是由于電阻存在精度和溫漂的問題，稍有一點誤差經(jīng)過后續(xù)儀表放大電路就會凸顯出來，直接影響最終的溫度采樣精度。

設(shè)儀表放大器的差模增益為AV，熱敏電阻RT的分壓和溫漂數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U2的設(shè)定電壓同時輸入到間接電流反饋儀表放大器U1中，則間接電流反饋儀表放大器U1的輸入共模電壓VCM= （VRT +VDAC）/2，輸入差分電壓Vdiff=VRT - VDAC。輸入共模電壓是必須被抑制，差分電壓才是實際需要的溫度采集電壓。由上面對間接電流反饋儀表放大器的工作原理分析可知，間接電流反饋儀表放大器的第一級輸出信號就已經(jīng)將輸入共模電壓濾除僅包含輸入差分電壓，再由儀表放大器的第二級差模增益AV進一步抑制共模信號，所以間接電流反饋儀表放大器的輸入共模電壓被完全抑制了。根據(jù)實際應(yīng)用可以在間接電流反饋儀表放大器U1的基準電壓輸入端增加一個電壓值Vref的基準電源為輸出提供偏置，這樣間接電流反饋儀表放大器U1的最終輸出電壓VOUT=AV*Vdiff+Vref。

模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U3為精密模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，是指12位分辨率，微分非線性±0.25LSB，，當光電子器件（光電子器件指的是需要精密溫控的光電子器件，比如激光器、銦鎵砷（InGaAs/InP）雪崩光電二極管）的實際工作溫度達到設(shè)定溫度時，VRT=VDAC，則Vdiff=VRT - VDAC=0， VOUT= Vref。所以當模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U3采集到電壓等于Vref時表示器件工作溫度與設(shè)定溫度一致，此時若由于環(huán)境等其他因素使器件的工作溫度發(fā)生微弱的漂移即VRT 變化幅度很小，工作溫度電壓VDAC恒定不變，那么Vdiff=VRT - VDAC 的變化幅度同樣也很小，但是儀表放大器間接電流反饋儀表放大器U1有一個很大可調(diào)節(jié)的差模增益AV，即使Vdiff變化幅度很小，AV*Vdiff的變化幅度也會被放大，這樣即使器件的工作溫度發(fā)生很微弱的漂移系統(tǒng)也可以精確的采集到實現(xiàn)了溫度的精密檢測。