高速电子技术在QKD系统与天文CCD成像系统中的研究

更新时间：2020-03-26 03:33:44 大小：22M 上传用户：gsy幸运查看TA发布的资源 标签：ccd 低噪声数据获取 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着科学技术的发展，人类对信息的获取和处理要求不断提高，电子学系统的进步使当代电子技术不断朝着高速的方向发展。而在不同的电子学系统中，电子技术的高速特性受到不同因素的影响和决定。

在一个模拟电路系统中，信号的速度直接体现在是否具有快速的上升、下降时间。而随着信号的速度不断提高，系统的带宽、噪声、抖动、信噪比等因素将更多的决定系统整体可以达到的速度水平。在高速的数字系统中，I/O速度的提高使得系统的可用最大抖动预算相应的减少，需要发展降低系统抖动的技术，才能进一步的提高系统的I/O速度。同时，集成电路的发展带来了芯片乃至系统向小型化、集成化的方向发展。这将促使电路朝着低功耗的方向设计。这时，必须降低系统的噪声，使得信号中保证一定的信噪比。因此，研究电子学系统中各种限制信号速度的因素，不断发展降低不利因素对信号速度影响的技术，是电子技术向高速方向发展的重要途径。

在本论文中，主要对高速电子技术在高速实时处理与控制、高精度低噪声数据获取、高速数据存储与传输等方面进行了一些研究，并将研究成果应用到了量子密钥分发与天文CCD成像这两个领域。

量子密钥分发是一种基于量子力学原理的新型量子信息技术。在量子力学体系中，量子密钥分发方案已经被证明是绝对安全的。因此，近年来量子密钥分发方案在世界各国得到了大力的发展。本文以合肥城域量子通信示范网项目为应用目标，利用高速电子技术，设计完成了点对点的QKD系统原型。原型系统在国内首次实现了实时的量子密钥分发，量子密钥实时生成率达到17kbps，并且实现了实时的加密语音通讯功能。

在QKD系统原型中，采用可重构的设计方案，完成了量子密码收发一体机。利用FPGA的并行数据处理特点，系统完成了高速的实时密钥提取算法，包括基矢比对、纠错和隐私放大，从而完成了上位机软件难以实现的实时密钥提取功能。本文对物理层各电子学功能模块的设计进行了具体介绍，设计了基于FPGA的真随机数发生器，给出了系统的控制方案，并完成了对密钥应用层中的加解密算法和密钥扩展算法的设计。另外，系统设计了信息同步机制，通过帧格式的同步光使发送方与接收方的量子信息得以同步。同时，为了满足对量子信息编码数据大数据量的数据缓存，系统对使用SRAM的高速数据存储技术进...