多档位直流测量盒及多档位直流测量系统的制作方法

本公开涉及超导量子计算领域，更具体地涉及一种多档位直流测量盒及多档位直流测量系统。

背景技术：

1、在超导量子计算领域中通常使用小电流电源对约瑟夫森结常温电阻进行检测，现有技术中小电流电源内的供电电压通常为毫伏级别的电压，利用小电流电源搭配探针台和源表，通过二引线或四引线的测试方法对约瑟夫森结常温电阻进行测量。但是，小电流电源的成本造价高，为了便于测试，研发人员通过自制的测量盒搭配探针台和源表对约瑟夫森结常温电阻进行电学参数的检测。

2、在实现上述发明构思的过程中，发明人发现：由于在超导量子计算领域中，现有的测量盒的电源规格和线路不统一，从而导致操作混淆，同时，现有测量盒无法满足二引线测量法和四引线测量法的线路切换，使测试得到的约瑟夫森结常温电阻的精度下降且测试效率低的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种多档位直流测量盒及多档位直流测量系统。

2、根据本公开的第一个方面，提供了一种多档位直流测量盒，应用于超导量子计算领域，所述多档位直流测量盒，包括：供电模块、限流模块和外接端口模块；其中，供电模块，用于为约瑟夫森结常温电阻供电；限流模块，限流模块的第一端与供电模块的第一端电连接，用于控制供电模块向约瑟夫森结常温电阻供电的测试功率；外接端口模块，外接端口模块包括取样电阻、第一开关和接线端口子模块，取样电阻的第一端与限流模块的第二端电连接，取样电阻的第二端与供电模块的第二端电连接，第一开关的第一端与限流模块的第二端电连接，第一开关的第二端与限流模块的第二端电连接，外接端口模块的第一端与限流模块的第二端电连接，外接端口模块的第二端与供电模块的第二端电连接，外接端口模块用于在第一开关闭合的情况下，切换至四引线法测试模式对约瑟夫森结常温电阻进行检测，在第一开关断开的情况下，切换至二引线法测试模式对约瑟夫森结常温电阻进行检测，接线端口子模块与探针台和源表电连接，以便于通过探针台的探针来对约瑟夫森结常温电阻的电学参数进行测试。

3、根据本公开的实施例，供电模块包括直流源、第一档位器和第二开关；其中，直流源，直流源的第一端与第二开关的第一端电连接，直流源的第二端与第一档位器的第一端电连接，用于为约瑟夫森结常温电阻供电；第一档位器，第一档位器的第一端与直流源的第二端电连接，第一档位器的第二端与限流模块电连接，用于选择直流源的供电电压；第二开关，第二开关的第一端与直流源的第一端电连接，第二开关的第二端与外接端口模块的第二端电连接，用于控制多档位直流测量盒的电路开启或关断。

4、根据本公开的实施例，直流源包括第一电源、第三开关、第二电源和第四开关；其中，第一电源，第一电源的第一端与第二开关的第一端电连接，第一电源的第二端与第三开关的第一端电连接；第三开关，第三开关的第一端与第一电源的第二端电连接，第三开关的第二端与第一档位器的第一端电连接；第二电源，第二电源的第一端与第二开关的第一端电连接，第二电源的第二端与第四开关的第一端电连接；第四开关，第四开关的第一端与第二电源的第二端电连接，第四开关的第二端与第一档位器的第一端电连接。

5、根据本公开的实施例，限流模块包括第二档位器和限流子模块；其中，第二档位器，第二档位器的第一端与第一档位器的第二端电连接，第二档位器的第二端与限流子模块的第一端电连接，用于在根据约瑟夫森结常温电阻的测试功率的情况下，选择限流子模块的限流电阻，以便于向约瑟夫森结常温电阻输出与测试功率对应的供电电压；限流子模块，限流子模块的第一端与第二档位器的第二端电连接，限流子模块的第二端与外端接口模块电连接，用于对多档位直流测量盒的电路进行限流，以控制向约瑟夫森结常温电阻输出的测试功率。

6、根据本公开的实施例，限流子模块包括第一电阻和第二电阻；其中；第一电阻，第一电阻的第一端与第二档位器的第二端电连接，第一电阻的第二端与外端接口模块电连接；第二电阻，第二电阻的第一端与第二档位器的第二端电连接，第二电阻的第二端与外端接口模块电连接。

7、根据本公开的实施例，接线端口子模块包括第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口、第五外接端口、第六外接端口、第五开关和第六开关；其中，第一外端接口和第二外接端口与源表电连接；第三外接端口、第四外接端口、第五外接端口和第六外接端口与探针台电连接；第五开关，第五开关的第一端与第五外接端口电连接，第五开关的第二端与第三外接端口电连接；第六开关，第六开关的第一端与第四外接端口电连接，第六开关的第二端与第六外接端口电连接。

8、本公开的第二方面提供了一种多档位直流测量系统，应用于超导量子计算领域，所述多档位直流测量系统，包括：多档位直流测量盒、探针台和源表，其中，多档位直流测量盒，包括：供电模块、限流模块和外接端口模块；其中，供电模块，用于为约瑟夫森结常温电阻供电；限流模块，限流模块的第一端与供电模块的第一端电连接，用于控制供电模块向约瑟夫森结常温电阻供电的测试功率；外接端口模块，外接端口模块包括取样电阻、第一开关和接线端口子模块，取样电阻的第一端与限流模块的第二端电连接，取样电阻的第二端与供电模块的第二端电连接，第一开关的第一端与限流模块的第二端电连接，第一开关的第二端与限流模块的第二端电连接，外接端口模块的第一端与限流模块的第二端电连接，外接端口模块的第二端与供电模块的第二端电连接，外接端口模块用于在第一开关闭合的情况下，切换至四引线法测试模式对约瑟夫森结常温电阻进行检测，在第一开关断开的情况下，切换至二引线法测试模式对约瑟夫森结常温电阻进行检测，接线端口子模块与探针台和源表电连接，以便于通过探针台的探针来对待测器件的电学参数进行测试。

9、根据本公开的实施例，供电模块包括直流源、第一档位器和第二开关；其中，直流源，直流源的第一端与第二开关的第一端电连接，直流源的第二端与第一档位器的第一端电连接，用于为约瑟夫森结常温电阻供电；第一档位器，第一档位器的第一端与直流源的第二端电连接，第一档位器的第二端与限流模块电连接，用于选择直流源的供电电压；第二开关，第二开关的第一端与直流源的第一端电连接，第二开关的第二端与外接端口模块的第二端电连接，用于控制多档位直流测量盒的电路开启或关断。

10、根据本公开的实施例，限流模块包括第二档位器和限流子模块；其中，第二档位器，第二档位器的第一端与第一档位器的第二端电连接，第二档位器的第二端与限流子模块的第一端电连接，用于在根据约瑟夫森结常温电阻的测试功率的情况下，选择限流子模块的限流电阻，以便于向约瑟夫森结常温电阻输出与测试功率对应的供电电压；限流子模块，限流子模块的第一端与第二档位器的第二端电连接，限流子模块的第二端与外端接口模块电连接，用于对多档位直流测量盒的电路进行限流，以控制向约瑟夫森结常温电阻输出的测试功率。

11、根据本公开的实施例，接线端口子模块包括第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口、第五外接端口、第六外接端口、第五开关和第六开关；其中，第一外端接口和第二外接端口与源表电连接；第三外接端口、第四外接端口、第五外接端口和第六外接端口与探针台电连接；第五开关，第五开关的第一端与第五外接端口电连接，第五开关的第二端与第三外接端口电连接；第六开关，第六开关的第一端与第四外接端口电连接，第六开关的第二端与第六外接端口电连接。

12、根据本公开的多档位直流测量盒及多档位直流测量系统，本实施例的多档位直流测量盒通过采用供电模块、限流模块和外接端口模块，使供电模块输出供电电压和供电电流，供电电流经过限流模块，限流模块通过内置的高电阻对接收到的供电电流进行限流，使限流后的供电电流传输至外端接口模块，外端接口模块中的接线端口子模块与源表和探针台电连接，探针台的探针搭在约瑟夫森结常温电阻的两端，限流后的供电电流经过探针台的探针流入至约瑟夫森结常温电阻，源表显示约瑟夫森结常温电阻两端的电压和流经约瑟夫森结常温电阻的电流，第一开关可以控制在二引线法测试模式和四引线法测试模式下取样电阻的是否被短路的短路状态，在外接端口模块处于第一开关闭合的情况下，表征为此时多档位直流测量盒被切换至四引线法测试模式对约瑟夫森结常温电阻进行检测，在外接端口模块处于第一开关断开的情况下，表征为此时多档位直流测量盒被切换至二引线法测试模式对约瑟夫森结常温电阻进行检测，实现了对约瑟夫森结常温电阻的小功率供电，避免较大的电流对小功率元器件的损坏，同时，对约瑟夫森结常温电阻的电学参数的检测，通过预先固定好二引线法测试模式和四引线法测试模式下的测试电路，设置第一开关控制二引线法测试模式和四引线法测试模式的切换，统一多档位直流测量盒的电源规格，避免多档位直流测量盒的线路混乱，便于切换测试模式的线路从而对约瑟夫森结常温电阻进行测试，提高了测试精度和多档位直流测量盒的测试效率，进一步的多档位直流测量盒内的供电电阻还可以采用普通的电池组，从而无需使用毫伏级别的小电源，节省了多档位直流测量盒的制备成本。