一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器，包括10MHz壓控晶振，還包括R分頻器、鑒相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器、微波功分器、N分頻器、微波功率放大器和階躍匹配電路，10MHz壓控晶振與R分頻器連接，R分頻器和N分頻器與鑒相器連接，鑒相器與電荷泵連接，電荷泵依次通過環路濾波器、壓控振蕩器、微波功分器、微波功率放大器和階躍匹配電路連接，微波功分器與N分頻器連接。本實用新型專利技術具有結構簡單、數字化程度高、參數優化簡單易行的特點。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及到銣原子頻標，具體涉及一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器，可適用于制作高性能小型化商用銣原子頻標。
技術介紹
原子頻標是利用原子的躍遷信號鎖定壓控晶振從而產生高穩定時頻信號的設備，在守時、授時、通信、導航等領域有廣泛用途。銣原子頻標具有體積小、重量輕、功耗低的特點，是目前使用最廣泛的原子頻標。根據構成單元的功能，銣原子頻標可以簡單地分為量子系統和電路系統兩部分。電路系統一般由射頻倍頻器、頻率綜合器、調制器和同步檢波器組成。傳統射頻倍頻器是采用晶體管組成的差分對管將把壓控晶振10MHz輸出頻率9次倍頻到90MHz，同時10MHz信號輸入到頻率綜合器產生5.3125MHz小數頻率，90MHz與5.3125MHz兩個信號同時輸入到銣原子頻標內量子系統的微波腔進行階躍倍頻和混頻得到激勵銣原子躍遷的6834MHz微波信號。這種方案的優點是電路采用分離器件制作，成本較低。但由于在微波腔需要進行高達76次的高次階躍倍頻，效率較為低下，要求輸入微波腔的射頻信號功率比較大，這樣會增加射頻倍頻器的制作難度。并且，由于采用整數頻率與小數頻率在微波腔中混頻的方式，微波腔內存在5.3125MHz間隔的旁頻。此外，由于還需要專門制作一個綜合器來產生5.3125MHz的小數頻率信號，使電路的復雜程度增加。針對這種情況，出現了一種改進的電路方案，它采用對小數晶振信號直接倍頻得到6834MHz信號，可去掉綜合器。但精確的小數晶振的制作成本高，且調節頻標標準輸出頻率信號的準確度比較困難。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器，具有結構簡單、數字化程度高、參數優化簡單易行的特點。為了實現上述目的，本技術通過以下技術方案實現：一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器，包括10MHz壓控晶振，還包括R分頻器、鑒相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器、微波功分器、N分頻器、微波功率放大器和階躍匹配電路，10MHz壓控晶振與R分頻器連接，R分頻器和N分頻器與鑒相器連接，鑒相器與電荷泵連接，電荷泵依次通過環路濾波器、壓控振蕩器、微波功分器、微波功率放大器和階躍匹配電路連接，微波功分器與N分頻器連接。如上所述的壓控振蕩器輸出的455.64582MHz的微波信號，R分頻器為1分頻，N分頻器為45.564582分頻。如上所述的壓控振蕩器輸出的6834.6826MHz的微波信號，R分頻器為1分頻，N分頻器為683.46826分頻。本技術相對于現有技術具有如下優點：1、具有分辨率很高的小數頻率輸出能力。本技術把N分頻器內插于數字鎖相環（PLL），倍頻輸出信號的分辨率由N分頻器的頻率數據位寬決定，而24位的位寬使輸出頻率的分辨率達毫赫茲水平。2、具有快速鎖定的能力。由于HMC703的N分頻器具有24位的位寬，可以產生精確的小數分頻，相應形成的相鄰脈沖間隔周期很短，因而可以實現鎖相環路的快速鎖定。3、具有低相位噪聲本底和良好的雜散性能。本技術可以采用數字鎖相環芯片HMC703，它具有極佳的相位噪聲和雜散性能，相位噪聲本底低，Δ-Σ調制器模式的選擇和使用可以有效降低小數雜散。4、電路結構精簡。本技術可以采用的數字鎖相環芯片HMC703，集成了分辨率很高的小數型N分頻器，可以將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在其頻率控制范圍內幾乎任意的精確小數頻率上，故省掉了傳統門電路或DDS等數字電路構成的5.3125MHz小數頻率綜合器。利用單片機對HMC703進行頻移鍵控（FSK）來實現對輸出的小數頻率微波信號的直接調頻，可省掉傳統的銣原子頻標中必需的專用調制頻率產生電路和調頻電路。5、參數軟件設置、調試簡單易行。本技術通過單片機設定，既能夠控制輸入到微波腔內6834MHz微波調頻信號的調制速率和調制深度，還可給N分頻器設置不同的小數分頻比來調節銣原子頻標輸出頻率的準確度。6、輸入到銣原子頻標微波腔中的信號頻譜純度高。因為本技術把壓控晶振輸出的10MHz信號直接倍頻調制到小數頻率455.64582MHz信號，該信號可直接進行15次階躍倍頻得到6834MHz調頻信號而無需傳統的尾數下混頻，故輸入到銣原子頻標微波腔的信號只有455.64582MHz這單一調制頻譜。7、在銣原子頻標微波腔中通過階躍倍頻得到激勵原子躍遷的微波信號的倍頻效率高。SRD倍頻器的倍頻效率與倍頻次數n存在平方反比關系，即正比于1/n2。本技術把壓控晶振輸出的10MHz信號直接倍頻到帶小數頻率的455.64582MHz微波頻段信號，該信號輸入到微波腔后只需進行15次階躍倍頻即可得到激勵銣原子躍遷的6834MHz微波信號，相較傳統90MHz的76次倍頻，具有倍頻次數低、倍頻效率高的優點。8、便于銣原子頻標小型化。本技術還具有集成度高、體積小、數字化程度高、易于調試等特點，適用于小型化銣原子頻標的規模化生產。附圖說明圖1為一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器的電路方框圖。圖中，1-R分頻器；2-鑒相器；3-電荷泵；4-環路濾波器；5-壓控振蕩器；6-微波功分器；7-N分頻器；8-微波功率放大器；9-階躍匹配電路。具體實施方式下面結合附圖對本技術作進一步說明。實施例1：如圖1可知，壓控晶振的10MHz信號連接到R分頻器1的輸入端，在R分頻器中實現對參考頻率的整數R次分頻，在本技術中可為經過1次分頻后輸出，連接鑒相器2的其中一個輸入端，作為鑒相參考信號，N分頻器7的輸出端連接鑒相器2的另一個輸入端，鑒相器2對兩路輸入信號比相得到的相位誤差信號，信號輸出端連接到電荷泵3的輸入端，電荷泵3將這個相位誤差信號轉變為電流信號，電流信號通過電荷泵3的輸出端傳輸到環路濾波器4的輸入端。環路濾波器4采用三階無源濾波器對該電流信號進行濾波和積分，得到壓控振蕩器5（VCO）的壓控信號，壓控信號通過環路濾波器4的輸出端傳輸到壓控振蕩器5（VCO）的壓控輸入端，壓控振蕩器5（VCO）的頻率輸出端連接到微波功分器6的輸入端，壓控振蕩器5（VCO）輸出的微波信號通過微波功分器6分為兩路信號，一路反饋給N分頻器7（其中N為軟件設定的小數分頻比）進行小數分頻得到用于比相的10MHz信號，另一路經微波功率放大器8放大并經過階躍匹配電路9進行阻抗匹配后，即得到本技術的輸出信號。10MHz信號作為本技術的輸入信號源經過R分頻器1后連接到鑒相器2的參考輸入端，鑒相器2的兩個輸入端均為差分輸入形式，輸出端連接電荷泵3的輸入端，電荷泵3的輸出信號為反映鑒相器2的兩路10MHz輸入信號相位差的脈沖電流信號，有較強的負載驅動能力，故環路濾波器4采用無源三階濾波器濾掉電荷泵3輸出信號中的高頻成分，剩余的慢速信號輸入到壓控振蕩器5（VCO）的電壓調諧端，去控制壓控振蕩器5（VCO）的輸出頻率，通過對N分頻器7的FSK調制來實現對壓控振蕩器5（VCO）輸出信號的調頻。實施例2：R分頻器1、鑒相器2、電荷泵3和N分頻7器可選用集成上述模塊的數字鎖相環芯片HMC703實現，數字鎖相環芯片HMC703由Hittite公司生產，小數模式的噪聲本底品質因數為-230dBc/Hz，相位噪聲和雜散性能均優于業內普遍水平。壓控振蕩器5（VCO）可采用Mini本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器，包括10MHz壓控晶振，其特征在于，還包括R分頻器（1）、鑒相器（2）、電荷泵（3）、環路濾波器（4）、壓控振蕩器（5）、微波功分器（6）、N分頻器（7）、微波功率放大器（8）和階躍匹配電路（9），10MHz壓控晶振與R分頻器（1）連接，R分頻器（1）和N分頻器（7）與鑒相器（2）連接，鑒相器（2）與電荷泵（3）連接，電荷泵（3）依次通過環路濾波器（4）、壓控振蕩器（5）、微波功分器（6）、微波功率放大器（8）和階躍匹配電路（9）連接，微波功分器（6）與N分頻器（7）連接。

【技術特征摘要】
1.一種用于銣原子頻標的數字鎖相調制倍頻器，包括10MHz壓控晶振，其特征在于，還包括R分頻器（1）、鑒相器（2）、電荷泵（3）、環路濾波器（4）、壓控振蕩器（5）、微波功分器（6）、N分頻器（7）、微波功率放大器（8）和階躍匹配電路（9），10MHz壓控晶振與R分頻器（1）連接，R分頻器（1）和N分頻器（7）與鑒相器（2）連接，鑒相器（2）與電荷泵（3）連接，電荷泵（3）依次通過環路濾波器（4）、壓控振蕩器（5）、微波功分器（6）、微波功率放大器（8）和階躍...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王晨，閻世棟，王鵬飛，邱紫敬，趙峰，王芳，祁峰，明剛，梅剛華，
申請(專利權)人：中國科學院武漢物理與數學研究所，
類型：新型
國別省市：湖北;42