[實用新型]一種用于CPT原子鐘的正交鎖相放大系統

有效

• 申請號: 201420472193.6
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN204168278U
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 張振偉;崔永順;石凡;楊仁福
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本實用新型涉及一種鎖相放大系統，特別是涉及一種用于CPT原子鐘的正交鎖相放大系統。

背景技術

原子頻標系統可以提供精密的時間基準信號，在衛星導航與科學實驗等領域有很重要的作用。CPT原子鐘作為小型化原子鐘研制的一個熱點在國內外得到了廣泛的關注，它是利用雙色相干光與堿金屬原子體系作用產生的CPT現象而實現的一種具有小體積與低功耗的新型頻標。在物理系統的設計上，CPT頻標不需要微波腔，而且可以用半導體激光管取代傳統被動性銣原子頻標的譜燈。

在電路系統的設計上，小型化的伺服系統是設計的一個難點。CPT原子鐘的伺服系統包括兩部分，激光伺服系統與微波伺服系統，這樣在對光檢信號進行鎖相放大時，就需要兩套鎖相系統。并保證精度的同時，為了小型化與低功耗的要求，鎖相系統必須使用比較少的硬件資源。

因此，需要提供一種既能同時實現對激光伺服系統和微波伺服系統進行鎖相放大，又能保證硬件資源消耗少，體積小的所想放大系統。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種用于CPT原子鐘的正交鎖相放大系統，以克服現有技術中不能同時對激光伺服系統和微波伺服系統同時進行鎖相放大，且保證硬件消耗少，體積小的問題，同時滿足CPT原子鐘伺服系統小型化、低功耗與高精度的需求。

為解決上述技術問題，本實用新型采用下述技術方案。

一種用于CPT原子鐘的正交鎖相放大系統，該系統包括

正弦波鎖相放大單元，用于對待測信號進行正弦波鎖相放大；和

方波鎖相放大單元，用于對待測信號進行方波信號鎖相放大。

優選的，該系統進一步包括第一濾波器，用于對待測信號進行濾波，并獲得正弦波信號；第二濾波器，用于對待測信號進行濾波，并獲得方波信號。

優選的，所述第一濾波器為5KHz帶通的FIR濾波器，其通帶帶寬為800Hz；所述第二濾波器為500Hz帶通的FIR濾波器，其通帶帶寬為200Hz。

優選的，所述正弦波鎖相放大單元包括

參考信號源，用于產生兩路正交的參考信號；

移相器，用于調整參考信號相位，使其與待測正弦波信號相位一致；

第一乘法器，用于將待測正弦波信號與第一路參考信號相乘，獲得相乘后待測信號的幅度和相位差余弦值乘積；

第二乘法器，用于將待測正弦波信號與第二路參考信號相乘，獲得相乘后待測信號的幅度和相位差余弦值乘積；

第一除法器，用于對第一乘法器和第二乘法器輸出的乘積進行除法運算，獲得兩個乘積信號的相位誤差的正切值；和

查表器，用于將所述相位誤差的正切值進行反正切運算，獲得相位誤差，并通過該相位誤差調整參考信號的初始相位；

優選的，所述正弦波鎖相放大單元進一步包括

連接在第一乘法器和第一除法器之間的第一積分器；

連接在第二乘法器和第一除法器之間的第二積分器。

優選的，所述正弦波鎖相放大單元包括

計數器，用于對時間分頻，獲得預定頻率的方波參考信號；

第一延時器，用于調整方波參考信號的相位，使其余待測方波信號相位一致，并輸出兩路方波參考信號；

第二延時器，用于將兩路方波參考信號的其中一路延時，使兩路方波參考信號成為正交的方波參考信號；

第三乘法器，用于將待測方波信號和第一路方波參考信號相乘，獲得相乘后待測方波信號的幅度和相位差余弦值乘積；

第四乘法器，用于將待測方波信號和與第一路方波參考信號正交的方波參考信號相乘，獲得相乘后待測方波信號的幅度和相位差余弦值乘積；

累加器，用于對第三乘法器和第四乘法器輸出的乘積進行累加，獲得四個相位誤差區間；和

第二除法器，利用循環比較法計算得到兩兩之間商的整數數值，通過該整數數值調整第一延時器，使方波參考信號與待測方波信號一致。

優選的，所述正弦波鎖相放大單元還包括連接在累加器和第二除法器之前的區間判決模塊。

一種包含上述的正交鎖相放大系統的FPGA。

本實用新型的有益效果如下：

本實用新型所述技術方案采用基于FPGA的正交鎖相放大系統，此方案可同時完成方波與正弦波的鎖相；本實用新型采用正交手段，鎖相精度可以達到0.05弧度的精度，提高CPT原子鐘的頻標精度；本實用新型的硬件資源利用率低，可滿足小型化與低功耗的要求；全部設計在數字域實現，利用在線分析技術方便電路調試。

附圖說明