专利名称：一种用于被动型小氢钟快速调制锁定的数字移相装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于被动型小氢钟实现快速调制锁定的数字移相装置。
背景技术：
被动型小氢钟微波腔的品质因数高，存在腔牵引效应；所以被动型小氢钟在控制压控晶体振荡器的同时，需要控制微波腔的频率。利用不同的调制频率很难分离出两个误差信号。为了解决这个问题，通常采用快速调制技术。它可以向微波腔注入一个被调制的探测信号，调制频率等于或者小于微波腔谐振线的半线宽，但是大于氢原子共振线的半线宽。 利用一个调制频率通过相位关系分离出两个误差信号，实现了压控晶体振荡器和微波腔的同时锁定。从微波腔得到的信号经过前置放大、混频、中放、检波及带通滤波后得到误差信号，这个误差信号中包含有两个误差信息，分别代表着压控晶体振荡器的电压控制误差和微波腔的电压控制误差。需要移相装置分离这两种误差信息。目前在被动型小氢钟快速调制要实现移相，通常采用直接对模拟信号进行移相的方式，如阻容移相等。采用这种方式实现的移相器存在着输出波形受输入波形的影响，移相操作不方便，移相角度随所接负载和时间等因素的影响而产生漂移等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单可行的用于被动型小氢钟快速调制锁定的数字移相装置。本发明的一种用于被动型小氢钟快速调制锁定的数字移相装置，包括一可编程控制芯片，所述可编程控制芯片接收由一压控晶体振荡器提供的输入参考时钟信号；所述可编程控制芯片分别输出一用于控制所述被动型小氢钟的数字调制的调制控制信号，以及用于分离信号的具有相位差的两个移相信号；所述可编程控制芯片包括对所述输入参考时钟信号移动第一相位的第一移相电路，以输出第一移相信号，以及将所述第一移相信号滞后第二相位的第二移相电路，以输出第二移相信号。在被动型小氢钟实现快速调制锁定时采用本发明的数字移相装置与传统的模拟移相方式相比成本低、易于实现、参数调整方便，且硬件电路简单，便于被动型小氢钟的小型化，由于使用数字集成芯片，相较于传统方式有集成度高，体积小的优势。
图1示出了被动型小氢钟实现快速调制锁定的系统框图。图2示出了根据本发明的实施例的数字移相与同步检波的框图。图3示出了采用图2所示数字移相与同步检波后实际产生的移相信号以及对误差信号的分离作用图。图4示出了本发明实现数字移相的框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施方式
做进一步说明图1示出了实现被动型小氢钟快速调制锁定的系统框图。压控晶体振荡器输出 IOMHz的正弦信号，该信号经过一系列的数字调制、混频、衰减后得到一探测信号，该探测信号进入物理部分，即被动型小氢钟的微波腔，通过该微波腔后得到的脉泽信号经过前置放大、混频、中放、检波及带通滤波后，得到带有误差信息的正弦误差信号，该误差信号包含有两个误差信息，通常该误差信号的范围等于或者小于该被动型小氢钟的微波腔谐振线的半线宽且大于氢原子共振线的半线宽，在本实施例中该带有误差信息的正弦误差信号为 12. 5KHz。该误差信号分成两路，在两个移相信号的作用下经过同步检波得到两个误差信息。被分离出来的这两个误差信息经过积分放大得到控制电压，分别控制微波腔和压控晶体振荡器，从而形成环路。这里输送至综合器的用于被动型小氢钟的数字调制的调制控制信号，两个移相信号都来自同一个CPLD芯片，从而保证整个系统的同步，该CPLD芯片的输入参考时钟由IOM 晶振提供。如图2所示，本发明通过采用数字移相的方法实现被动型小氢钟快速调制锁定中的移相需求。在具体实施例中，数字移相通过一可编程控制芯片CPLD实现，该CPLD芯片选择了 Altera公司生产的一款典型CPLD芯片EPM570。系统提供一 IOMHz方波输出作为CPLD 芯片的输入时钟信号。该CPLD芯片输出两个相位可移动的方波信号，分别叫做第一移相信号和第二移相信号，这两个方波信号的频率与前述带有误差信息的正弦误差信号的频率相同，且其等于或者小于该被动型小氢钟的微波腔谐振线的半线宽且大于氢原子共振线的半线宽。在本实施例中，这两个方波信号的频率均为12. 5KHz。如图所示，前述12. 5KHz的带有误差信息的正弦误差信号分别与第一移相信号和第二移相信号经同步检波作用后得到晶振误差信息和微波腔误差信息，然后分别经积分放大后输送至压控晶体振荡器和微波腔，实现了压控晶体振荡器和微波腔的同时锁定。图3示出了采用图2所示装置实际输出的移相方波时序图。两个移相信号间的相位差是一个可变的量，同时两个移相信号与带有误差信息的正弦误差信号间的相位差也是可以调整的。这个带有误差信息的正弦误差信号是一个相位和幅度变化的量，上图为某时刻的误差信号。分别通过第一移相信号和第二移相信号将该包含有两个误差信息的量分离开来。图4示出了实现本发明数字移相的框图。首先以IOMHz方波输入频率作为参考， 进行整体相位WiaSe_All的移动，以与前述正弦误差信号的相位对齐，该移动完成后，得到第一使能信号EN1。该使能信号分成两路，其中一路连接至一 800分频电路，使IOMHz的信号分频成12. 5KHz后输出，这一路输出信号即为第一移相信号。另外一路，使能第二移相电路，再移动相位WiaSe_X，移动完成后，得到第二使能信号EN2，再使该使能信号EN2连接至一 800分频电路，使IOMHz的信号分频成12. 5KHz后输出，这一路输出信号即为第二移相信号，这两路移相信号间的相位差为WiaSe_X。虽然本发明的实施例中采用可编程控制芯片实现数字移相，但应理解本发明也可采用其他方式实现上述数字移相，例如可利用数字芯片、 单片机等实现输出两个具有所需相位差的同频方波信号。可基于Quartus软件平台，通过使用计数器、分频器等芯片构成的原理图实现上述数字移相，相位移动由多个级联的计数器实现，通过改变计数量的大小可改变Wiase_All和WiaSe_X的值。也可以使用编写VHDL 代码的形式完成移相。对于使用代码实现移相的方案为代码检测输入时钟信号上升沿并计数达到预设W!aSe_All的值后分频输出第一移相信号，达到WiaSe_All+PhaSe_X的值后分频输出第二移相信号。通过改变WiaSe_All 的值来改变两个信号的整体相位，与实际误差信号对齐。改变WiaSe_X来改变两个信号的相位差。PhaSe_all每增加1则两个信号同时相位推后0. 45°，Phase_X每增加1则第二移相信号比第一移相信号的相位推后0.45°，反之亦然。可以根据实际实验结果确定最优的 Phase_All 和 Phase_X 的值。对于图4中的移相部分，可以通过下面公式计算移相精确度。
精确度=360° χ 115KHZ = 0.45° IOMHz 最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
1.一种用于被动型小氢钟快速调制锁定的数字移相装置，其特征在于，包括一可编程控制芯片，所述可编程控制芯片接收由一压控晶体振荡器提供的输入参考时钟信号；所述可编程控制芯片分别输出一用于控制所述被动型小氢钟的数字调制的调制控制信号，以及用于分离信号的具有相位差的两个移相信号；所述可编程控制芯片包括对所述输入参考时钟信号移动第一相位的第一移相电路，以输出第一移相信号，以及将所述第一移相信号滞后第二相位的第二移相电路，以输出第二移相信号。
2.如权利要求1所述的数字移相装置，所述第一与第二相位的值是可调的，可以通过改变计数量的大小来改变。
3.如权利要求1所述的数字移相装置，所述第一和第二移相信号分别与一带有误差信息的误差信号经同步检波作用后分离出晶振误差信息与微波腔误差信息，所述带有误差信息的误差信号由所述被动型小氢钟的微波腔输出的脉泽信号经前置放大、混频、中放、检波及带通滤波后得到。
4.如权利要求3所述的数字移相装置，其特征在于，所述第一和第二移相信号的频率与所述误差信号的频率相同，可根据所述误差信号的频率通过分别与所述第一和第二移相电路相连的分频电路调整所述第一和第二移相信号的输出频率。
全文摘要
本发明涉及一种用于被动型小氢钟快速调制锁定的数字移相装置，包括一可编程控制芯片，所述可编程控制芯片接收由一压控晶体振荡器提供的输入参考时钟信号；所述可编程控制芯片分别输出一用于控制所述被动型小氢钟的数字调制的调制控制信号，以及用于分离信号的具有相位差的两个移相信号；所述可编程控制芯片包括对所述输入参考时钟信号移动第一相位的第一移相电路，以输出第一移相信号，以及将所述第一移相信号滞后第二相位的第二移相电路，以输出第二移相信号。采用本发明可实现简单可行、成本低的数字移相。
文档编号H03L7/26GK102340310SQ20101023715
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者刘嘉阳, 刘铁新, 李玉莹, 林兆伟 申请人:中国科学院上海天文台