基于SNS型双路约瑟夫森结阵驱动方法研究
发布时间：2021-08-25 17:54
根据SNS型双路约瑟夫森结阵的驱动原理以及结阵分段特点,提出了平衡三进制驱动算法,实现了双路约瑟夫森结阵偏置状态的快速计算。根据约瑟夫森结阵的偏置状态以及组合方式,采用节点电压法,准确合成了双路阶梯波交流量子电压的台阶电压值,最终实现了最小分辨率为2个结,有效位为15位的交流量子电压输出。双路交流量子电压互测实验结果表明,合成交流量子电压的最大误差为0. 06μV,双路信号同步性测试实验中,两个通道的相位差为-0. 01μrad,证明了合成双路交流量子电压具有较高的幅值准确度和相位同步性。
【文章来源】：计量学报. 2020,41(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 双路驱动系统框图
根据约瑟夫森效应[31]，当一定频率微波辐射在约瑟夫森结上时，微波n次谐波与结辐射的电磁波发生共振，恒压电流随着n的改变呈现阶梯状，这些台阶也称为夏皮罗台阶(Shapiro steps)，结阵的I-V特性曲线如图2所示。PJVS采用非回滞的约瑟夫森结阵，偏置状态与偏置电流相互独立，且20段结阵之间I-V特性存在差异。结阵正、零、负偏置状态对应的台阶中心电流分别为+I0,0和-I0，ΔI表示台阶电流宽度。当频率为f0的微波辐射在约瑟夫森结阵上，给每段结阵通上其相应的台阶中心偏置电流，输出端就能产生相应的量子电压值，第i段结阵输出的量子电压值Vi可由式(1)计算得出[32]:
基于NIST新型2 V SNS结阵，20段结阵的偏置状态需要21路DAC提供每段结阵所需的偏置电流，如图3所示。DAC输入2 V SNS型双路约瑟夫森结阵后，结阵共产生两路量子电压信号Vtop与Vbottom,DAC 11对应的输出端作为两路信号的低端。其中，PXI-6230作为偏置源输出DAC,DAC经过JEFT型放大器放大驱动电流，R为偏置电阻，r为线阻与对地电阻之和。通过每段约瑟夫森结阵I-V特性可以得到对应分段的中心电流值，根据每段结阵的偏置状态以及其中心电流值，利用节点电压法计算所有DAC支路的理论电压值，任意一路DAC的电压参数由式(2)计算可得:
【参考文献】：
期刊论文
[1]SI基本单位量子化重新定义及其意义[J]. 马爱文,曲兴华. 计量学报. 2020(02)
[2]论新国际单位制（SI）的“秒制”特征及其未来发展[J]. 宋明顺,方兴华,马爱文,吴增源. 计量学报. 2019(04)
[3]能量天平水平安培力与电磁转矩引起对准能量误差的评估[J]. 曾涛,鲁云峰,李正坤,张钟华,陈乐,陈小明. 计量学报. 2018(06)
[4]基于可编程SNS型约瑟夫森结阵的驱动系统研究[J]. 刘志尧,贾正森,王磊,黄洪涛. 电测与仪表. 2018(08)
[5]交流量子电压标准研究综述[J]. 周琨荔,屈继峰,张钟华,赵伟. 计量学报. 2017(04)
[6]实现质量量子基准的两种途径[J]. 李辰,韩冰,贺青,张钟华,李正坤. 计量学报. 2014 (05)
[7]用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森单结的研制[J]. 曹文会,李劲劲,钟青,郭小玮,贺青,迟宗涛. 物理学报. 2012(17)
[8]交流约瑟夫森电压合成装置的研究[J]. 王曾敏,高原,李红晖. 计量学报. 2012 (02)
[9]建立新一代约瑟夫森电压基准——正弦量子电压信号的合成[J]. 王曾敏,高原,李红晖. 仪器仪表学报. 2010(09)
[10]我国的1V及10V约瑟夫森量子电压基准装置[J]. 高原,李红晖,沈雪槎. 现代测量与实验室管理. 2005(03)
本文编号：3362583
【文章来源】：计量学报. 2020,41(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 双路驱动系统框图
根据约瑟夫森效应[31]，当一定频率微波辐射在约瑟夫森结上时，微波n次谐波与结辐射的电磁波发生共振，恒压电流随着n的改变呈现阶梯状，这些台阶也称为夏皮罗台阶(Shapiro steps)，结阵的I-V特性曲线如图2所示。PJVS采用非回滞的约瑟夫森结阵，偏置状态与偏置电流相互独立，且20段结阵之间I-V特性存在差异。结阵正、零、负偏置状态对应的台阶中心电流分别为+I0,0和-I0，ΔI表示台阶电流宽度。当频率为f0的微波辐射在约瑟夫森结阵上，给每段结阵通上其相应的台阶中心偏置电流，输出端就能产生相应的量子电压值，第i段结阵输出的量子电压值Vi可由式(1)计算得出[32]:
基于NIST新型2 V SNS结阵，20段结阵的偏置状态需要21路DAC提供每段结阵所需的偏置电流，如图3所示。DAC输入2 V SNS型双路约瑟夫森结阵后，结阵共产生两路量子电压信号Vtop与Vbottom,DAC 11对应的输出端作为两路信号的低端。其中，PXI-6230作为偏置源输出DAC,DAC经过JEFT型放大器放大驱动电流，R为偏置电阻，r为线阻与对地电阻之和。通过每段约瑟夫森结阵I-V特性可以得到对应分段的中心电流值，根据每段结阵的偏置状态以及其中心电流值，利用节点电压法计算所有DAC支路的理论电压值，任意一路DAC的电压参数由式(2)计算可得:
【参考文献】：
期刊论文
[1]SI基本单位量子化重新定义及其意义[J]. 马爱文,曲兴华. 计量学报. 2020(02)
[2]论新国际单位制（SI）的“秒制”特征及其未来发展[J]. 宋明顺,方兴华,马爱文,吴增源. 计量学报. 2019(04)
[3]能量天平水平安培力与电磁转矩引起对准能量误差的评估[J]. 曾涛,鲁云峰,李正坤,张钟华,陈乐,陈小明. 计量学报. 2018(06)
[4]基于可编程SNS型约瑟夫森结阵的驱动系统研究[J]. 刘志尧,贾正森,王磊,黄洪涛. 电测与仪表. 2018(08)
[5]交流量子电压标准研究综述[J]. 周琨荔,屈继峰,张钟华,赵伟. 计量学报. 2017(04)
[6]实现质量量子基准的两种途径[J]. 李辰,韩冰,贺青,张钟华,李正坤. 计量学报. 2014 (05)
[7]用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森单结的研制[J]. 曹文会,李劲劲,钟青,郭小玮,贺青,迟宗涛. 物理学报. 2012(17)
[8]交流约瑟夫森电压合成装置的研究[J]. 王曾敏,高原,李红晖. 计量学报. 2012 (02)
[9]建立新一代约瑟夫森电压基准——正弦量子电压信号的合成[J]. 王曾敏,高原,李红晖. 仪器仪表学报. 2010(09)
[10]我国的1V及10V约瑟夫森量子电压基准装置[J]. 高原,李红晖,沈雪槎. 现代测量与实验室管理. 2005(03)
本文编号：3362583
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