一種用于cpt鐘的3.4g數字鎖相倍頻器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，主要解決了現有技術中存在的數字鎖相倍頻電路很難實現高性能的CPT鐘的問題。該一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器包括鎖相環芯片，輸入端與鎖相環芯片相連的環路濾波器，輸入端與環路濾波器相連的壓控振蕩器，輸入端與壓控振蕩器相連的功分器，輸入端分別與功分器相連的衰減器和正交混頻器，輸出端分別與鎖相環芯片相連的壓控溫補晶振和FPGA，輸入端與FPGA相連、輸出端與正交混頻器相連的兩路D/A轉換器，所述正交混頻器的輸出端與鎖相環芯片相連，所述壓控溫補晶振的輸出端與FPGA相連。通過上述方案，本實用新型達到了技術指標較優、數字化程度高且實施方便的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】—種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種倍頻器，具體地說，是涉及一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器。
【背景技術】
[0002]CPT(Coherent Population Trapping)鐘是利用激光與原子發生相干共振機制的新型原子頻標，由于這種原子鐘不再需要微波腔，因而體積減小程度理論上不受限制，代表了小型化原子鐘發展的方向，也由于體積、功耗上的優勢，CPT鐘已被廣泛應用于軍碼接收機、手持導航儀、潛艇設備等，占據著高端晶振的應用領域，市場前景十分廣闊，因而備受關注。根據構成單元的功能，CPT鐘可以簡單地分為物理系統和電子學系統，其中，物理系統起原子鑒頻作用，主要由激光管、1/4偏振片、吸收泡、C場和光電池構成；電子學系統除溫度控制外，還通過電流負反饋鎖定激光頻率，通過電壓負反饋鎖定微波頻率，主要由微波倍頻電路、伺服電路和電源電路組成。
[0003]上述中，微波倍頻電路的作用是把標準壓控晶振的輸出頻率通過頻率綜合得到CPT鐘1/2銣原子超精細霹靂頻率的3.41734375GHz微波信號。CPT鐘傳統的微波鎖相倍頻方式為采用小數分頻鎖相，頻率調制則通過周期改變小數分頻比來實現，這種方式的優點是電路體積小，功耗低。但該方案由于小數分頻的相噪基底較差，因此相位噪聲較整數分頻鎖相明顯惡化，從而導致CPT鐘短穩指標較差。另外，由于通用集成小數分頻鎖相芯片的分辨率只有小于25位的精度，因此使得CPT鐘輸出頻率準確度不夠精細，進而在一定程度上限制了 CPT鐘的應用。
[0004]綜上所述，傳統的小數分頻鎖相電路采用雖然具有體積和功耗上的優勢，但由于采用該電路產生的微波倍頻源在相位噪聲和頻率分辨率兩項指標上有較大差距，因此對CPT鐘整機指標有較大惡化，從而很難實現高性能的CPT鐘。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種用于CPT的3.4G數字鎖相倍頻器，主要解決現有技術中存在的數字鎖相倍頻電路產生的微波倍頻源在相位噪聲和頻率分辨率兩項指標上有較大差距，因此對CPT鐘整機指標有較大惡化，從而很難實現高性能的CPT鐘的問題。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0007]—種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，包括鎖相環芯片，輸入端與鎖相環芯片相連的環路濾波器，輸入端與環路濾波器相連的壓控振蕩器，輸入端與壓控振蕩器相連的功分器，輸入端分別與功分器相連的衰減器和正交混頻器，輸出端分別與鎖相環芯片相連的壓控溫補晶振和FPGA，輸入端與FPGA相連、輸出端與正交混頻器相連的兩路D/A轉換器，所述正交混頻器的輸出端與鎖相環芯片相連，所述壓控溫補晶振的輸出端與FPGA相連。
[0008]進一步地，所述鎖相環芯片包括輸入端與壓控溫補晶振相連、輸出端與環路濾波器相連的鑒相器，輸入端分別與正交混頻器和FPGA相連、輸出端與鑒相器相連的環路分頻器，該鑒相器和環路分頻器集成于鎖相環芯片內。
[0009]具體地說，所述FPGA包括選擇開關，輸出端均與選擇開關相連的時序產生電路和兩路頻率寄存器，輸入端與選擇開關相連的相位累加器，輸入端與相位累加器相連的相位截斷處理器，所述時序產生電路和相位累加器的輸入端均與壓控溫補晶振相連。
[0010]作為優選，所述鎖相環芯片為HMC704 ;所述壓控振蕩器為HMC389 ;所述正交混頻器為 HMC495。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0012](I)本實用新型通過對鎖相倍頻器的巧妙設置，使用較少的器件模塊達到了相位噪聲低、雜散小、頻率分辨率高、易于調試等特點，可用于制作高性能CPT鐘，性價比較高，符合實際需求，具有實質性特點和進步，適合大規模推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0013]圖1為本實用新型的系統框圖。
[0014]圖2為本實用新型中FPGA的內部框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0016]為了解決現有技術中存在的數字鎖相倍頻電路產生的微波倍頻源在相位噪聲和頻率分辨率兩項指標上有較大差距，因此對CPT鐘整機指標有較大惡化，從而很難實現高性能的CPT鐘的問題，如圖1所示，本實用新型公開了一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，包括輸出端依次相連(即前者的輸出端與后者的輸入端相連)的正交混頻器、環路分頻器、鑒相器、環路濾波器、壓控振蕩器、功分器和衰減器，其中，功分器的輸出端還與正交混頻器相連，正交混頻器的輸入端還連接有兩路D/A轉換器，兩路D/A轉換器的的輸入端連接有FPGA，該FPGA的輸出端與環路分頻器相連，輸入端連接有20M壓控溫補晶振，該20M壓控溫補晶振的輸出端與鑒相器相連。
[0017]其中，鑒相器和環路分頻器集成于鎖相環芯片內，FPGA由輸出端依次相連(即前者的輸出端與后者的輸入端相連)的兩路頻率寄存器、選擇開關、相位累加器和相位截斷處理器，以及輸出端與選擇開關相連、輸入端與20M壓控溫補晶振相連的時序產生電路，該相位累加器亦與20M壓控溫補晶振的輸出端相連。
[0018]在應用時，優選壓控振蕩器輸出信號頻率范圍為3.35^3.55GHz，該微波信號經功分器分為兩路，一路經衰減器衰減后作為CPT鐘激光調制用微波源直接輸出給CPT鐘激光物理系統；另一路輸送至正交混頻器HMC495，與由FPGA及兩個D/A轉換器產生的兩路信號相互正交、中心頻率為2.65625MHz的低頻調制信號進行正交混頻得到3.42GHz附近的射頻信號，該信號再反饋給鎖相環芯片HMC704，并經該芯片內部的環路分頻器分頻至20MHz附近，然后與來自20M壓控溫補晶振的另一路信號進行鑒相，鑒相器輸出的相位誤差信號經環路濾波器濾波后輸送至壓控振蕩器HMC389調諧端，使其輸出信號頻率鎖定在CPT鐘1/2銣原子超精細霹靂頻率3.41734375GHz上。
[0019]如圖2所示，在FPGA內部，類似于DDS原理產生兩路頻率可微調、相位時鐘相差90度的數字信號，這兩路正交的數字信號通過電路性能完全相同的D/A轉換器轉換成模擬信號后由于相位延遲基本一致，因此相位仍然能保持正交，從而保證了正交混頻器輸出信號的頻譜純度，確保3.4G數字鎖相環路不會錯鎖。優選采用32位相位步進字，由此得出最小頻率微調絕對值為20MHz/232，即0.004566Hz，相對3.41734375GHz微波倍頻輸出的最小頻率微調相對值為1.362E-12。
[0020]本方案中，對3.41734375GHz微波源的調制是FPGA通過周期地更改輸出兩路正交低頻信號的頻率來實現，這樣就省掉了專門的調頻電路，另外，由于用來產生正交低頻調制信號的硬件資源可與整個CPT鐘的其它數字控制電路共用一片FPGA，因此相對于通用的DDS電路來說，可在較大程度上節省硬件開銷。再者，兩路正交的低頻調制信號采用數字波形產生方式形成則在各種頻率上都有極好的相位正交度，相對模擬的90度功分電路則有更高的相位精度，能保證正交混頻器輸出射頻信號中鏡像邊帶抑制性能。
[0021]綜上所述，3.4G數字鎖相倍頻器具有相位噪聲低、雜散小、頻率分辨率高、易于調試等特點，可用于制作高性能CPT鐘。
[0022]按照上述實施例，便可很好地實現本實用新型。
【權利要求】
1.一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，其特征在于，包括鎖相環芯片，輸入端與鎖相環芯片相連的環路濾波器，輸入端與環路濾波器相連的壓控振蕩器，輸入端與壓控振蕩器相連的功分器，輸入端分別與功分器相連的衰減器和正交混頻器，輸出端分別與鎖相環芯片相連的壓控溫補晶振和FPGA，輸入端與FPGA相連、輸出端與正交混頻器相連的兩路D/A轉換器，所述正交混頻器的輸出端與鎖相環芯片相連，所述壓控溫補晶振的輸出端與FPGA相連。
2.根據權利要求1所述的一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，其特征在于，所述鎖相環芯片包括輸入端與壓控溫補晶振相連、輸出端與環路濾波器相連的鑒相器，輸入端分別與正交混頻器和FPGA相連、輸出端與鑒相器相連的環路分頻器，該鑒相器和環路分頻器集成于鎖相環芯片內。
3.根據權利要求2所述的一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，其特征在于，所述FPGA包括選擇開關，輸出端均與選擇開關相連的時序產生電路和兩路頻率寄存器，輸入端與選擇開關相連的相位累加器，輸入端與相位累加器相連的相位截斷處理器，所述時序產生電路和相位累加器的輸入端均與壓控溫補晶振相連。
4.根據權利要求3所述的一種用于CPT鐘的3.4G數字鎖相倍頻器，其特征在于，所述鎖相環芯片為HMC704 ;所述壓控振蕩器為HMC389 ;所述正交混頻器為HMC495。
【文檔編號】H03L7/18GK203708219SQ201420074957
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】趙海清 申請人:成都天奧電子股份有限公司