基于相位群同步的高精度頻率鏈接技術(shù)研究.pdf

1、本文提出了周期性現(xiàn)象間相位變化的規(guī)律性，提出了相位群同步、相位量子等物理特性，深化了有關(guān)最大公因子頻率、等效鑒相頻率等概念的理論。并把這些新的理論概念應(yīng)用到原子鐘中，與傳統(tǒng)處理方法相比簡(jiǎn)化和改進(jìn)了原子鐘的線路部分，并且將原子頻標(biāo)性能得到提高，產(chǎn)生了基于周期性信號(hào)間相位群同步和相位群處理方法的高精度頻率鏈接技術(shù)。
　　本文根據(jù)周期信號(hào)之間的相位關(guān)系變化規(guī)律，基于相位群同步的理論知識(shí)和相位群處理的方法，通過(guò)比對(duì)兩個(gè)壓控晶體振蕩器輸出信

2、號(hào)的相位差，即時(shí)間間隔，經(jīng)過(guò)反饋和數(shù)據(jù)結(jié)果處理后對(duì)其中輸出頻標(biāo)信號(hào)的壓控晶體振蕩器進(jìn)行鎖相控制，從而達(dá)到高精度頻率鏈接的目的。這種頻率鏈接技術(shù)簡(jiǎn)化且改進(jìn)了傳統(tǒng)原子頻標(biāo)結(jié)構(gòu)中的線路部分，使得倍頻與頻率合成線路、反饋及控制電路實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單且集成化，不僅減小了傳統(tǒng)頻率歸一化方法中頻率變換電路所帶來(lái)的相位噪聲，而且明顯地提高了原子鐘輸出信號(hào)的性能，使原子頻標(biāo)的輸出有好的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度指標(biāo)，同時(shí)保持了壓控晶振本身好的短期穩(wěn)定度和相位噪聲指標(biāo)，達(dá)

3、到了頻率高精度鏈接的技術(shù)目的。
　　銫原子鐘具有最高的準(zhǔn)確度和良好的穩(wěn)定度，主要用于衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用。氫原子鐘具有最高的穩(wěn)定度，目前處于研究和擴(kuò)展應(yīng)用的階段。銣原子鐘的優(yōu)勢(shì)在于體積小，主要用于商用。經(jīng)過(guò)對(duì)比，本論文原子物理部分選用銫原子，經(jīng)過(guò)頻率鏈接技術(shù)后輸出10MHz的頻標(biāo)信號(hào)。
　　本論文所設(shè)計(jì)的銫原子鐘硬件電路主要分為四個(gè)部分：信號(hào)整形模塊，是對(duì)線路中兩個(gè)受控振蕩器輸出的頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、施密特觸發(fā)器后輸出脈沖信號(hào)

4、；CPLD分頻模塊，是對(duì)10MHz的受控振蕩器10000000分頻后輸出1Hz的信號(hào)；時(shí)差測(cè)量模塊，是對(duì)分頻后的1Hz頻率信號(hào)和14.591479MHz頻率信號(hào)進(jìn)行相位比對(duì)，讀出它們?cè)诿總€(gè)最小公倍數(shù)周期1s內(nèi)的時(shí)間間隔；MCU模塊，對(duì)時(shí)差測(cè)量芯片的控制和對(duì)10MHz壓控振蕩器的控制。其中，對(duì)受控振蕩器進(jìn)行分頻部分是利用Quartus II軟件用Verilog語(yǔ)言對(duì)CPLD在線編程進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器分頻的功能。利用IAR軟件對(duì)MSP4