原子钟控制环路系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于原子频标技术领域，特别设及一种原子钟控制环路系统。
【背景技术】
[0002] 被动型钢原子频标中，物理系统是整个原子频标的核屯、部件，它提供一个频率稳 定、线宽较窄的原子共振吸收线。经综合调制后，电子线路产生的源于石英晶体振荡器VCXO 的带调制的微波探询信号作用于物理系统，经量子鉴频后，通过伺服电路对量子鉴频信息 的处理，最终将石英晶体本振的输出频率锁定在钢原子的基态超精细0-0跃迁中屯、频率 上。现有大多数伺服电路根据综合提供的同步鉴相信号对量子鉴频信号进行同步鉴相，并 根据鉴相结果信息采用独立的D/A压控本振的方式来实现整机的闭环锁定，最终通过本振 输出稳定度较高的频率信号。但是，由于整机存在相位噪声，故传统的在综合模块中产生两 路相位同步的综合调制信号和同步鉴相信号，经过物理系统的鉴频作用后，在伺服模块中 进行同步鉴相的同步鉴相信号和量子鉴频信号存在一定的相位差，运样会对伺服模块的同 步鉴相结果产生影响，从而进一步影响原子频标的整机频率稳定度。
[0003] 鉴于此，本专利提出一种能够根据实际的原子钟，精确修改同步鉴相信号的相位， 从而提高伺服同步鉴相的精度的方法。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型提供一种原子钟控制环路系统，解决了或部分解决了现有技术中上述 技术问题。
[0005] 基于本实用新型的一个方面，提供了一种原子钟控制环路系统，包括:微处理器， 发送频率合成指令、79Hz键控调频信号和79化鉴相信号；频率合成器，与所述微处理器连 接，用于接收所述频率合成指令和79化键控调频信号，并生成综合调制信号;物理系统，对 所述综合调制信号进行量子鉴频，产生物理系统鉴频信号;相位调整模块，接收所述79化鉴 相信号并对所述79化鉴相信号进行相位调整；同步鉴相模块，接收所述物理系统鉴频信号 和经相位调整后的所述79化鉴相信号，进行同步鉴相;其中，所述同步鉴相模块将同步鉴相 的结果传输至所述微处理器，使所述微处理器产生对应的同步鉴相压控信号传输至晶体振 荡器。
[0006] 可选的，所述微处理器与所述频率合成器W串行通讯的方式进行信号传输，且所 述微处理器通过所述频率合成器的键控调频引脚传输所述79化键控调频信号。
[0007] 本实用新型提供的原子钟控制环路系统，通过微处理器发送频率合成指令、79Hz 键控调频信号和79化鉴相信号;频率合成器与所述微处理器连接，用于接收所述频率合成 指令和79化键控调频信号，并生成综合调制信号;物理系统对所述综合调制信号进行量子 鉴频，产生物理系统鉴频信号；相位调整模块接收所述79化鉴相信号并对所述79化鉴相信 号进行相位调整；同步鉴相模块接收所述物理系统鉴频信号和经相位调整后的所述79化鉴 相信号，进行同步鉴相；最后，所述同步鉴相模块将同步鉴相的结果传输至所述微处理器， 使所述微处理器产生对应的同步鉴相压控信号传输至晶体振荡器。实现了本实用新型根据 实际原子钟，精确修改同步鉴相信号的相位，W达到提高伺服同步鉴相的精度的有益效果。
【附图说明】
[0008] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运 些附图获得其他的附图。
[0009] 图1为本实用新型实施例提供的原子钟控制环路系统的原理结构框图；
[0010] 图2为本实用新型实施例提供的用于同步鉴相的方法的流程示意图；
[0011] 图3为本实用新型实施例提供的用于同步鉴相的装置的结构框图；
[0012] 图4为本实用新型实施例提供的物理系统鉴频输出锁定信号波形示意图；
[0013] 图5为本实用新型实施例提供的同步鉴相原理图；
[0014] 图6为本实用新型实施例提供的相位调整后的同步鉴相原理图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属 于本实用新型保护的范围；其中本实施中所设及的"和/或"关键词，表示和、或两种情况，换 句话说，本实用新型实施例所提及的A和/或B，表示了 A和B、A或B两种情况，描述了 A与B所存 在的=种状态，如A和/或B，表示：只包括A不包括B;只包括B不包括A;包括A与B。
[0016] 同时，本实用新型实施例中，当组件被称为"固定于"另一个组件，它可W直接在另 一个组件上或者也可W存在居中组件。当一个组件被认为是"连接"另一个组件，它可W是 直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是"设置于"另一个 组件，它可W是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本实用新型实施例 中所使用的术语"垂直的"、"水平的"、"左"、"右"W及类似的表述只是为了说明目的，并不 是旨在限制本实用新型。
[0017] 请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种原子钟控制环路系统，包括:微处理器 110、频率合成器120、同步鉴相模块130、相位调整模块140和物理系统150。
[0018] 其中，微处理器110通过串行通讯方式向频率合成器120发送频率合成指令，同时 微处理器110直接向频率合成器120的键控调频引脚（即FSK)送一路79化键控调频信号。同 时，频率合成器120-方面，接收微处理器110发来的频率合成指令，W外部时钟为参考源产 生直接数字频率合成的5.3125MHz± Af的综合调制信号，其中Af的大小由原子频标物理 系统的具体线宽决定。另一方面接收微处理器110的79化键控调频信号，用W控制频率合成 器120 W 79Hz为频率周期键控输出5.3125MHz+ A f和5.3125MHz- A f综合调制信号。
[0019] 同时，所述5.3125MHz ± A f的综合调制信号经微波倍、混频后产生6834.6875MHz ± Af的微波探询信号作用于物理系统150,经物理系统150的量子鉴频作用后，产生物理系 统鉴频信号送至同步鉴相模块130,同时微处理器110产生的与送至频率合成器120中79化 键控调频信号具有相同相位的79化鉴相信号亦送至同步鉴相模块130。物理系统150的鉴频 信号与79化鉴相信号在同步鉴相模块130中进行同步鉴相，并将结果送至微处理器110,用 W产生相应的同步鉴相压控信号作用于晶体振荡器。
[0020]在本实用新型实施例中，需要特别说明的是，理论上通过微处理器110产生两路相 位相同的79Hz键控调频信号和79Hz同步鉴相信号，但是由于整个原子频标系统存在电路上 的相位噪声，W及为了方便同步鉴相进行电压差采集，需要在不同的系统进行79Hz键控调 频信号和79化同步鉴相信号的相位调整，故在本申请中引入了相位调整模块140,其调整的 机理如下:从传统的原子频标电路出发，对环路各点信号进行详细的分析。假定综合调制信 号为S = AsinU时t);则物理系统光电池光检基波输出为：Si = ABsinU时t+(6 + (1) 1)，其中， (1)等于0或180度，d) 1是调相和倍频电路引入的相移。
[0021 ] 经过选频放大之后，信号表达式为52=1(3483；[]1(2村1+<1) + <1)1+<1)2)，<1)2是原子频 标电路中选频放大器的相移。
[0022] 巧为相敏捻泌的猶举亲巧是乘巧器，经讨相敏放大器之后，信号为
经过积分器的滤波作 用，和歌々义天帯綱出中的父m分重将做継;巧，最旧綱出的比粒电比刃SV= (1/2化aKpABcos ((6 + (61+(1)2),任何原因引起（(61+(1)2)的变化，都将引起系统的增益变化，从而产生频率漂 移。为了使系统正常工作并具有最大的增益，必须在系统中加入移相器W抵消（4 1+4 2)的 相移。
[0023] 另外，传统技术中由于采用了信噪比较高的数字化元器件，故在一定程度上会减 小（4 1+4 2)的相移，但仍然会存在，其影响如何必然反映到整个原子频标系统的末级伺服 同步鉴相中，而其核屯、技术是对物理系统输出的锁定信号进行电压差的采集。加在综合器 上用W实现键控调频的79化方波调频信号频率决定着W怎样的速度来切换对准量子中屯、 频率左右的频率信号，由于原子自旋的张驰时间的存在，所W加到物理系统中的键控调频 微波信号经物理系统的鉴频作用后，会产生如附图4所示的锁定信号波形进一步的，在附图 4所示的锁定信号波形中，除考虑到原子自旋的张驰时间C区外，对于电路设计时更应把着 重点放在图中的A、B上，因为A、B区正是伺服模块进行同步鉴相信号电压差采集的区域。在 孤S环节中，键控调频用的79化方波信号是由微处理器产生的，那么伺服系统采集用的79化 同步鉴相的时序也由它产生，并且两路信号相位相同。由于微处理器110的外部时钟仍然是 采用与DDS部分相同的高稳频率源，故两路信号相位的差值只要在一开始设定，在允许的范 围内本实用新型认为相位差是不变的，运点保证了伺服系统在同步鉴相信号电压差采样 时，每次采样的位置A、B都是一定的。