本申請涉及電子電路領域，尤其涉及一種超低頻超導電壓源和驅動裝置。

背景技術：

量子化超低頻電壓標準中，超導陣列由多個結陣串聯而成，在特定微波的輻照下，通過偏置源對指定結陣進行驅動，超導器件就可產生量子化的電壓臺階，當驅動不同個數的超導器件結陣時，超導器件就可產生相應結陣疊加的電壓值，由此，可得到一定范圍內任意所需的量子電壓。以往的偏置源通常采用多路輸出電壓的方式驅動超導器件，但由于超導器件的自身阻抗特性對偏置源的帶載能力要求很高，而提高帶載能力又會造成電壓輸出準確度下降。

技術實現要素：

本發明提出一種超導陣列驅動裝置、超低頻超導電壓源和控制方法，提高超導陣列驅動能力和電壓輸出準確度。

本申請實施例提供超導陣列驅動裝置，用于使超導陣列產生1mHz-10Hz超低頻量子電壓，所述超導陣列包含多個超導結陣；所述超導結陣進一步包含一個或多個超導單元；所述多個超導單元相互串聯；所述驅動裝置包括控制單元、恒流源組；所述恒流源組包含多個恒流源，用于產生多路驅動電流，每個恒流源獨立工作，分別產生一路驅動電流；所述多路驅動電流，分別用于驅動所述多個超導結陣；所述控制單元，用于分別控制所述每一個恒流源，使所述驅動電流中的每一路獨立地在恒定的正電流、負電流或0之間切換。

作為本發明超導陣列驅動裝置進一步優化的實施例，所述控制單元還用于控制所述恒流源，改變所述驅動電流的輸出量值。

優選地，所述超導陣列驅動裝置進一步包含保護單元，連接于所述恒流源的輸出端，用于限流。

優選地，所述超導陣列驅動裝置進一步包含隔離模塊，所述隔離模塊用光纖傳輸所述控制單元發出的控制信號。

優選地，所述超導陣列驅動裝置進一步包含隔離供電模塊，用于為所述恒流源供電；所述供電模塊與市網隔離。

優選地，所述控制單元控制所述恒流源組，使至少一個所述恒流源輸出的驅動電流在正電流、負電流或0之間按照時序變化。

本申請實施例還提供一種超低頻超導電壓源，包含超導陣列和本發明任意一項實施例所述超導陣列驅動裝置，所述超導陣列包含多個超導結陣；所述超導結陣進一步包含一個或多個超導單元；所述多個超導單元相互串聯；其特征在于，每一個所述超導結陣用于輸入一路所述驅動電流、產生一個量子電壓；所述每一個超導結陣中串聯的超導單元數為2的N次冪，其中N為非負整數。

優選地，所述超低頻超導電壓源，包含積分單元；所述積分單元用于累積所述多個超導結陣產生的量子電壓，合成一個量子化超低頻電壓值。

作為本發明超低頻超導電壓源進一步優化的實施例，所述控制單元用于在至少一個時間周期內按照多個離散時間點分別控制恒流源組中的恒流源輸出的驅動電流變化，使所述超導陣列中的各個超導結陣分別按照所述離散時間點輸出預定量值的量子電壓，合成超低頻正弦波形。

本申請實施例還提供一種超低頻超導電壓源控制方法，用于所述超低頻超導電壓源，在至少一個時間周期內按照多個離散時間點控制恒流源組中的恒流源輸出的驅動電流變化，使超導陣列中的各個超導結陣分別按照所述離散時間點輸出預定量值的量子電壓，合成超低頻正弦波形。

本申請實施例采用的上述至少一個技術方案能夠達到以下有益效果：本發明采用電流輸出模式的偏置源，避免了采用電壓輸出模式而造成了帶載特性差的問題。以往的電壓輸出式偏置源在對較大電壓的超導器件進行偏置時，由于超導器件自身阻抗的變化，容易產生帶載能力差，驅動能力不夠的問題，而電流式偏置源采用了恒流驅動模式，超導器件自身的阻抗變化不會對驅動能力造成影響。控制單元直接對恒流源組進行控制，輸出指定的驅動電流，避免了其他干擾信號的引入，驅動電流穩定，超導陣列輸出的超低頻電壓波形穩定性高。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明超導陣列驅動裝置的實施例；

圖2為本發明超導陣列驅動裝置的另一實施例；

圖3為本發明超導陣列驅動裝置包含保護單元的實施例；

圖4為本發明超導陣列驅動裝置包含供電模塊的實施例；

圖5為本發明超導陣列驅動裝置包含隔離模塊的實施例；

圖6為本發明超低頻超導電壓源的實施例；

圖7為本發明超低頻超導電壓源超導陣列示意圖；

圖8為本發明超低頻超導電壓源包含積分單元的實施例；

圖9為輸出電壓示意圖。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本申請具體實施例及相應的附圖對本申請技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。

以下結合附圖，詳細說明本申請各實施例提供的技術方案。

圖1為本發明超導陣列驅動裝置的實施例。超導陣列驅動裝置，用于使超導陣列產生量子電壓，所述超導陣列包含多個超導結陣；所述超導結陣進一步包含一個或多個超導單元；所述多個超導單元相互串聯；在本發明全部實施例中，所述超導單元是指超導器件的最小單元。所述超導陣列的驅動裝置包括恒流源組1、控制單元3；所述恒流源組包含多個恒流源11，12，…，1N，用于產生多路驅動電流I₁，I₂，…，I_N；每個恒流源獨立工作，分別產生一路驅動電流；所述多路驅動電流，分別用于驅動所述多個超導結陣；所述控制單元，用于分別控制所述每一個恒流源，使所述驅動電流中的每一路獨立地在恒定的正電流、負電流或0之間切換。

優選地，所述控制單元控制所述恒流源組，使至少一個所述恒流源輸出的驅動電流在正電流、負電流或0之間按照時序變化。最佳地，每一個所述恒流源輸出的驅動電流都能獨立地在正電流、負電流或0之間按照時序變化。

例如，通過控制恒流源內的數模轉換器，能夠實現恒流源分別輸出正電流、負電流和零值。

需要說明的是，所述恒流源組由多路分立的恒流源組成，實現對超導陣列中的多個結陣的獨立驅動，各路恒流源之間分別對地隔離。

作為優化實施例，所述控制單元輸出第一控制信號C1，按時序分別控制所述多個恒流源。實現特定多路電流輸出到所述超導陳列中特定的超導結陣，驅動所述超導陣列產生連續的超低頻電壓信號。

圖2為本發明超導陣列驅動裝置的另一實施例。在圖1所述實施例基礎上，所述控制單元還用于控制所述恒流源，改變所述驅動電流的輸出量值。需要說明的是，由于工藝的原因，每一個超導結陣在輸出額定電壓時所需要的驅動電流值存在差異。一般地，恒流源的輸出電流連續可調，電流值的大小根據所對應結陣的低溫參數設定。所述控制單元輸出第二控制信號C2，用于調整所述恒流源輸出電流強度；進一步優化的方案是，所述第二控制信號分別獨立地作用于所述多個恒流源，分別改變所述多個恒流源的輸出電流強度。例如，可使用計算機控制所述恒流源組產生期望值的多路電流輸出，所述恒流源組根據計算機控制信號產生相應多路驅動電流。

圖3為本發明超導陣列驅動裝置包含保護單元的實施例。在圖2所示實施例基礎上，所述超導陣列驅動裝置進一步包含保護單元41，42，…4N，連接于所述恒流源組的輸出端，用于限流。

需要說明，所述保護單元是用于對所述恒流源的輸出進行限制，由于第一控制信號的作用，恒流源輸出驅動電流成方波狀，在變化瞬間會產生尖峰脈沖，易導致超導器件凍結磁通而不能正常工作，因此對驅動電流進行限制，以防止過大脈沖影響超導器件的工作。

例如，恒流源組的每一路電流輸出端分別與每一個保護單元的信號輸入端相連，每一個保護單元的信號輸出端與超導陣列中一個超導結陣的驅動輸入端相連。所述多個保護單元作為一個整體，構成保護單元組4。

圖4為本發明超導陣列驅動裝置包含隔離模塊的實施例，在圖3所示實施例的基礎上，所述超導陣列驅動裝置進一步包含隔離模塊5，所述隔離模塊用光纖傳輸所述控制單元發出的控制信號。

需要說明的是，所述隔離模塊用光纖傳輸的方式對所述控制單元發出的控制信號進行隔離，防止計算機產生的噪聲及干擾信號進入驅動電流，進而對低溫下超導器件的工作狀態造成干擾。

作為所述隔離模塊的具體實施例，進一步包含電光轉換單元51、傳輸光纖52、光電轉換單元53。所述電光轉換單元位于所述隔離模塊的輸入端，用于接收所述控制信號；所述傳輸光纖連接所述電光轉換單元和所述光電轉換單元，用于傳輸所述控制信號；所述光電轉換單元位于所述隔離模塊的輸出端，用于將所述控制信號發送至所述控制單元，控制單元將控制信號轉換成適合恒流源組接收的一系列代碼，分別發送至各個恒流源，控制各路恒流源輸出指定電流量值。例如，用于控制的計算機與隔離模塊的輸入端相連，輸出控制信號進入隔離模塊，隔離模塊的輸出信號進入控制單元，控制單元輸出的控制代碼分別對恒流源模塊進行控制；信號光纖隔離模塊的輸出端與控制單元的輸入端相連，控制單元的輸出端分別與恒流源組的控制輸入端相連。

圖5為本發明超導陣列驅動裝置包含供電模塊的實施例。在圖4所示實施例基礎上，所述超導陣列驅動裝置進一步包含供電模塊6，用于為所述恒流源供電；所述供電模塊與市網隔離。

需要說明的是，所述供電模塊組用于給所述恒流源供電，由于市網供電會給驅動裝置引入市網噪聲的影響，導致低溫下的超導器件工作不穩定，因此為了防止引入市網干擾，與市網隔離。優選地，本裝置采用充電電池為所述恒流源供電。

圖6為本發明超低頻超導電壓源的實施例。本申請實施例還提供一種超低頻超導電壓源，包含超導陣列7和本發明任意一項實施例所述超導陣列驅動裝置。所述超導陣列包含多個超導結陣71，72，…，7N；所述超導結陣進一步包含一個或多個超導單元；所述多個超導單元相互串聯；其特征在于，每一個所述超導結陣用于輸入一路所述驅動電流、產生一個量子電壓；所述每一個超導結陣中串聯的超導單元數為2的N次冪，其中N為非負整數。最佳地，所述超導陣列置于液氦杜瓦8中。所述恒流源組通過同步控制，對各個超導結陣同時進行驅動，使之產生量子化的超低頻電壓值。

圖7為本發明超低頻超導電壓源超導陣列示意圖。超導陣列由多個超導結陣組成，恒流源組輸出多路驅動電流I₁，I₂，…，I_N，超導陣列中的每一個超導結陣對應一路驅動電流，受驅動的多個超導結陣會各自產生相同或不同的特定量子電壓值，選擇驅動不同的結陣就能獲得不同的量子電壓。圖中給出了量子電壓值的示例。超導結陣由多個超導單元串聯時，輸出的量子電壓值為多個超導單元所產生電壓的總和。需要說明的是，I₁，I₂，…，I_N≈I₀；由于每個超導單元由于工藝的原因存在差異，使每一個超導結陣在輸出額定電壓時所需要的驅動電流值存在差異。

圖8為本發明超低頻超導電壓源包含積分單元的實施例。優選地，所述超導電壓源包含積分單元9；所述積分單元用于累積所述多個超導結陣產生的量子電壓，合成一個量子化低頻電壓值。進一步優選地，所述積分單元，用于將輸入所述多個超導結陣的量子電壓，選擇一個或多個量子電壓積分輸出；作為本發明進一步優選的實施例，所述控制單元還用于輸出第三控制信號C3，用于控制所述積分單元選擇量子電壓。

因此，根據待合成超低頻電壓波形信息，在一個周期內對其進行多次采樣，得到各采樣點的理論值，通過驅動裝置對超導陣列進行驅動，分別在一個周期的對應時間點產生對應的電壓理論值，將這些離散的量子電壓值合成量子化的超低頻電壓波形。

作為本發明超低頻超導電壓源進一步優化的實施例，所述控制單元用于在至少一個時間周期內按照多個離散時間點分別控制所述恒流源組中的恒流源輸出的驅動電流變化，使所述超導陣列中的各個超導結陣分別按照所述離散時間點輸出預定量值的量子電壓，合成超低頻正弦波形。進一步地，所述控制單元用于在多個連續的時間周期內連續控制所述恒流源組，使得所述超導陣列持續輸出超低頻正弦波。

圖9為輸出電壓示意圖。圖中，每一個臺階就是待合成的分立量子電壓，在每一個時間周期內，利用控制單元控制恒流源組中每個恒流源各自產生所需要的驅動電流，驅動超導陣列輸出不同量值的量子直流電壓，就可以合成一個正弦波形，即獲得一個量子化的超低頻電壓波形。

本實施例還提供一種超導電壓源控制方法，用于所述超導電壓源，在至少一個時間周期內按照多個離散時間點控制恒流源組中的恒流源輸出的驅動電流變化，使超導陣列中的各個超導結陣分別按照所述離散時間點輸出預定量值的量子電壓，合成超低頻正弦波形。進一步地，在多個連續的時間周期內持續上述過程，使得所述超導陣列持續輸出超低頻正弦波。

本發明中，所述恒流源組輸出特定的多路驅動電流，用于分別對所述超導陣列中的各個超導結陣進行驅動，不同的超導結陣受到驅動后會產生相同或不同的量子直流電壓；多個超導結陣同時被驅動時，各自產生不同的直流量子電壓值，經過對一個周期內的分立量子電壓進行積分，最終合成為所需要的超低頻量子電壓值輸出。因此對恒流源模塊組的設置可以使超導單元產生想要的直流量子電壓，在一個連續時間上高速改變恒流源模塊組的設置，就可以在一個連續時間上獲得一個由分立的量子直流電壓合成的超低頻電壓波形，從而得到準確的量子化的超低頻電壓輸出。

本發明方案和各部件的技術效果在于，通過驅動裝置過向超導單元輸出多路穩定的電流信號對其實現驅動。所述驅動裝置包括：隔離模塊、控制單源、恒流源組、保護單元及供電單元。所述驅動裝置采用了恒流偏置技術，其原理是通過對超導器件進行電流驅動產生的高準確度的量子電壓。計算機通過隔離模塊向偏置源發送特定的控制代碼序列，隔離模塊隔離了計算機引入的噪聲。經過隔離的信號傳輸到控制單元，控制單元對該信號進行處理，整合成恒流源組可接受的代碼信號，控制恒流源組產生具有特定量值的多路驅動電流，實現同步輸出各路驅動電流。輸出后的多路驅動電流經過輸出保護模塊輸出到位于液氦杜瓦中的超導器件，驅動器產生超低頻量子電壓信號。隔離供電模塊組為恒流源組提供純凈的供電信號，防止引入電網干擾而造成驅動過程中超導器件的不穩定狀態。

還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的權利要求范圍之內。