一种用于铯原子钟的频率合成器

摘要

本发明公开了一种用于铯原子钟的频率合成器，通过利用AD9852芯片非线性输出的特点设计频率合成器，采用AD9852+滤波器的电路结构，实现了80MHz作为参考信号，输出频率为87.3MHz的信号，其电路结构简单、体积小，不需要额外使用本振信号，在保证输出信号质量的同时，实现了频标电路频率源的小型化，控制参数便于计算，可安装于3U机箱内部。

说明书

技术领域

本发明属于原子钟技术领域，具体涉及一种用于铯原子钟的频率合成器。

背景技术

处于基态(F＝3，mF＝0)的铯原子受到微波信号激励获取能量后，跃迁至激发态(F＝4，mF＝0)。而铯原子钟就是利用激励信号频率v和谱线中心频率v

目前常用的铯原子钟频率合成方案里，除了使用10MHz的本振信号外，通常需要另外使用100MHz的本振信号，与AD9852所产生的7.3MHz信号进行鉴相。该方案由于使用两块晶振，其电路结构较为复杂、体积较大，无法实现铯原子钟的频标电路的小型化。根据奈奎斯特采样定理可知，无法以80MHz作为参考信号，由DDS信号发生器直接输出87.3MHz的信号。DDS信号发生器采用直接数字频率合成(Direct Digital Synthesis，简称DDS)技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于铯原子钟的频率合成器，能够在保证输出信号质量的同时实现频标电路频率源的小型化。

本发明提供了一种用于铯原子钟的频率合成器，包括参考时钟、DDS信号发生器、滤波器1、放大器1、滤波器2和放大器2；所述参考时钟为AD9852滤波器输出的频率为87.3MHz的信号1，所述DDS信号发生器输出频率为7.3MHz的信号2；所述信号1和信号2经过所述滤波器1、放大器1、滤波器2和放大器2的处理形成频率为87.368230MHz信号。

进一步地，所述参考时钟由频标电路产生的10MHz本振8倍频所得的信号。

进一步地，所述滤波器1为高通滤波器。

进一步地，所述滤波器2为带通滤波器。

进一步地，所述滤波器2为声表面波滤波器，所述滤波器2的型号为LBN08801、中心频率为87.3MHz、2dB带宽为7.58MHz。

有益效果：

本发明通过利用AD9852芯片非线性输出的特点设计频率合成器，采用AD9852+滤波器的电路结构，实现了80MHz作为参考信号，输出频率为87.3MHz的信号，其电路结构简单、体积小，不需要额外使用本振信号，在保证输出信号质量的同时，实现了频标电路频率源的小型化，控制参数便于计算，可安装于3U机箱内部。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于铯原子钟的频率合成器的结构示意图。

图2为本发明提供的一种用于铯原子钟的频率合成器的滤波器2的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供的一种用于铯原子钟的频率合成器，其核心思想是：利用80MHz信号作为参考时钟，直接频率合成器生成的7.3MHz信号，其频谱成分中包含87.3MHz的频谱，因此，设计合理的环路滤波器，即可实现87.368230MHz信号的精确输出，用于后级电路鉴相，为铯束管提供精确受控的微波激励信号。

本发明利用AD9852芯片非线性输出的特点,采用AD9852+滤波器的电路结构，实现了80MHz作为参考信号，输出频率为87.3MHz的信号，其电路结构简单、体积小，在保证输出信号质量的同时，实现了频标电路频率源的小型化，控制参数便于计算，可安装于3U机箱内部。

本发明提供的一种用于铯原子钟的频率合成器，其结构如图1所示，包括参考时钟、DDS信号发生器、滤波器1、放大器1、滤波器2和放大器2。

其中，DDS信号发生器的参考时钟为80MHz，DDS信号发生器由铯钟内部的10MHz压控晶振倍频所得。DDS信号发生器使用直接数字合成芯片AD9852实现频率合成，输出信号频率为7.368230MHz。

DDS信号发生器通常选用高阶椭圆低通滤波器与AD9852配合，进行杂散信号滤波。但由于后级电路需要使用AD9852输出信号中的高频信号，因此，滤波器1设计为高通滤波器，如图2所示，即能对DDS信号发生器产生的杂散信号进行滤波，又能保留输出信号中的高频信号，且对AD9852输出的7.3MHz信号的功率有一定抑制作用，能够很好的提高精确频率合成器最终输出信号的频谱纯度。

放大器1选用芯片VAM-6，其作用是放大信号的功率，使信号能够驱动后级的滤波器2。

滤波器2设计为带通滤波器，本发明优选声表面波滤波器，其型号为LBN08801，中心频率为87.3MHz，2dB带宽为7.58MHz。能够很好的滤除7.3MHz的频率信号和其他频率成分，只保留87.3MHz作为输出信号。

放大器2为芯片VAM-6，其作用为放大87.3MHz信号的功率，使其能够与后级电路产生的信号实现鉴相功能。

以频标电路的10MHz信号作为本振信号，通过8倍频的方式产生80MHz信号，作为AD9852的参考时钟信号输入。

通过CPU为AD9852写频率控制字，使AD9852输出频率为7368230Hz的信号，并通过高通滤波器滤波，使用VAM-6芯片，进行微波功率调整后作为带通滤波器的输入信号，带通滤波器选用LBN08801声表面波滤波器，输出频率为87.368230MHz的信号。

将通过8倍频的方式产生80MHz信号再次倍频，产生9280MHz的信号。与9192.7MHz信号下混频，再与DDS输出的87.3MHz参考信号进行鉴相实现跟踪锁定9192.7MHz信号输出。即可为铯原子跃迁提供微波激励信号v。在铯原子钟工作时，频标电路通过CPU控制DDS的频率控制字进行扫频，检测铯束管内铯原子的最大跃迁几率，计算微波激励信号v与谱线中心频率v_0的差值，调整10MHz压控晶振的控制电压，使其处于锁定状态，实现铯原子钟输出10MHz信号准确，稳定的功能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。