芯片级原子钟射频模块与温度模块研制

摘要

原子钟利用本地振荡器去锁定原子超精细能级,从而得到准确性和稳定度非常高的频率基准。世界上第一台原子钟由美国NIST在1949年利用氨分子建造而成。传统的原子钟由于体积、重量和功耗较大,不适合应用于便携式仪器装备中。而另一方面,无线通讯、大地探测、电力网络、军事国防系统等需要精确的时钟信息,对低功耗微型原子钟的发展提出了要求。相对于传统技术,原子钟体积的缩小较为困难。这主要体现在传统型原子钟有微波谐振腔,腔体的大小与微波谐振波长有关,限制了原子钟向小型化发展。而CPT技术的提出和采用MEMS工艺制备原子谐振泡的出现,使得原子钟小型化成为可能。
　　本文旨在研究构成低功耗芯片级原子钟的关键部件,主要包括原子钟伺服环路中的温度模块与射频模块等。射频模块利用锁相环技术实现,输出相位噪声低于-70dBc/Hz@300Hz,温度模块通过精密恒流源实现控制温度恒定及平衡,最终实现整个原理样机的性能为:在1Hz频偏处相位噪声为-65.8dBc/Hz,短期稳定度达到5.356×10-11,长期稳定度达到4×10-12,功耗大约为200mW,样机尺寸为6*6cm2。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 本文主要研究内容

第二章 原子钟的架构及原理

2.1 被动式 CPT原子钟工作原理

2.2系统架构

2.3研究目标

第三章 谐振器电路与PLL电路设计与分析

3.1谐振器原理分析与电路设计

3.2 PLL电路原理分析与设计

第四章 温度模块电路设计与分析

4.1温度模块理论分析与电路设计

小结

第五章 其他伺服环路

5.1 电调衰减器

5.2 激光器电流控制电路

5.3低通滤波器设计

5.4其他开关电路

第六章 原理样机的制备与实验结果

6.1第一版原理样机实现（未锁定）

6.2第二版原理样机的实现（未锁定）

6.3第三版原理样机的实现（锁定）

6.4第四版原理样机的实现（锁定）

第七章 总结与展望

参考文献

发表论文、专利及科研报告情况

总结与致谢