在毫米波区域中对气体的吸收频谱的检测及锁定制造技术

本申请案涉及在毫米波区域中对气体的吸收频谱的检测及锁定。本发明专利技术揭示一种频率参考装置(100)，其包含用以基于气体的吸收线产生频率参考信号的频率参考产生单元(402)。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请案涉及在毫米波区域中对气体的吸收频谱的检测及锁定。本专利技术揭示一种频率参考装置(100)，其包含用以基于气体的吸收线产生频率参考信号的频率参考产生单元(402)。【专利说明】在毫米波区域中对气体的吸收频谱的检测及锁定
本申请案涉及频谱检测。
技术介绍
频谱及频谱仪可用作各种测量及参考工具。此类工具可对几乎任一形式的物质使用大量测量技术。测量技术可取决于所关注的材料，所述材料可决定何种频率/波长可最适于测量。举例来说，频谱仪可适于测量发射及吸收频谱。此外，传输频谱仪可特定寻找材料的特性吸收线。吸收线可用于从一系列已知频谱识别未知物质，或吸收线可用于检测样本中的已知物质的量。一般来说，频谱原理可用于各种测量或用于基于频率或波长界定参考。
技术实现思路
频谱原理可用于一种包含用以基于气体的吸收线产生频率参考信号的频率参考产生单元的频率参考装置中。 频谱原理还可实施于一种产生参考频率的方法中，所述方法包含:接收经发射穿过含有气体的气体吸收池的射频(RF)信号，借助所述RF信号检测所述气体的吸收线，及基于所述吸收线的频率产生参考频率。 频谱原理可进一步用于一种用于产生参考频率信号的系统中，所述系统包含含有气体的气体吸收池及信号产生与检测单元。所述信号产生与检测单元用于产生RF信号，检测所述气体的吸收线，锁定所述吸收线，及基于所述吸收线输出参考频率信号。 【专利附图】【附图说明】 针对本专利技术的示范性实施例的详细说明，现在将参考所附图式，其中: 图1展示根据如本文中所描述的各种实例的单个封装参考产生装置100的框图； 图2展示根据本文中所论述的各种实例的时钟参考系统的框图； 图3展示根据如本文中所论述的各种实例的吸收池的实例； 图4展示根据本文中所论述的各种实例的IC 206的框图； 图5展示在各种压力下水的183.31 GHz吸收线的传输频谱的曲线图； 图6是根据本文中所论述的各种实例的用于产生频率参考的方法的流程图；及 图7展示根据本文中所论述的各种实例的频谱仪。 符号及命名法 遍及以下说明及权利要求书使用特定术语来指特定系统组件。如所属领域的技术人员将了解，公司可以不同名称提及一组件。本文件不打算区分在名称但非功能上不同的组件。在以下论述中及在权利要求书中，术语“包含(including) ”及“包括(comprising)”是以开放式方式使用的，且因此应解释为意指“包含但不限于…”。此外，术语“耦合(couple或couples) ”打算意指间接或直接连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置及连接的间接连接。 【具体实施方式】 以下论述针对于本专利技术的各种实施例。虽然这些实施例中的一或多者可为优选的，但所揭示的实施例不应被解释为或以其它方式用作限制包含权利要求书的本专利技术的范围。另外，所属领域的技术人员将理解，以下说明具有广泛应用，且对任一实施例的论述仅意欲为所述实施例的示范性的，且不打算暗示包含权利要求书的本专利技术的范围限于所述实施例。 可以各种方式且在宽广频率范围下利用频谱。可使用频谱分析来确定样本的光学特性，样本为(举例来说)气体或固体。还可使用频谱分析来确定(举例来说)分子的固有特性、特性吸收机制及其对应频率。多年来，已分析大多数元件及容易发生的分子以提供这些已知物质的频谱数据库。此数据库可用于(例如)通过对未知气体样本执行频谱且接着将任何经检测吸收峰值及其对应频率与所述数据库进行比较而帮助确定所述样本的构成。另外，经测量频谱还可用于确定样本中的特定气体的量。除使用频谱仪之外，还可使用分析工具、频谱原理来产生频率参考以用作(举例来说)电子器件的时钟信号。 所有类型的计算装置中所使用的时钟参考按常规由晶体(通常为石英)制作，其使用晶体的本质振荡作为频率参考。晶体振荡器可制作成可用于计算机系统及移动计算装置中的小的外观尺寸，但可具有百万分率的准确性的上限。此准确性限制意指对参考频率或系统时钟的改变敏感的计算及通信应用可能有时不恰当地操作。在频谱的另一端，原子时钟为极度准确的(在114的范围内)，但由于其组件而可为小型汽车的大小。因此，对于许多应用及系统，用于计算及通信装置的小的外观尺寸、准确时钟可为合意的。 本文中描述一种用于基于气体的吸收线产生芯片级频率参考的方法及系统。所述方法及系统使用气体的吸收线的中心频率作为参考频率，所述中心频率是使用电磁(EM)频谱的毫米波(mm波)、微波及太赫兹(THz)频率部分中的射频(RF)信号检测的。在检测到吸收线后，吸收线可即刻被系统锁定并跟踪。跟踪吸收线可允许系统产生稳定频率参考。 图1展示根据如本文中所描述的各种实例的单个封装参考产生装置100的框图。装置100可包含测量与控制集成电路(IC) 102及吸收池104 (吸收池104还可称为池104)。测量与控制IC 102可为安装到池104的单个1C。测量与控制IC 102可包含RF信号产生、发射及检测组件，信号分析单元及参考频率信号产生单元。测量与控制IC 102可安装到池104使得所产生的RF信号被发射到池102中，且在RF信号通过池104之后从池104接收。或者，测量与控制IC 102可由互连且安装到池104的多个IC芯片构成。 池104可包括填充有(举例来说)气体、水蒸气的内部波导，且可包含用于RF信号在进入到池104中及从池104出来的途中通过的出入端口或出入窗口。可使借助池104含纳的气体保持在低压(举例来说，0.1毫巴)下以促进气体的特性吸收线的检测。还可实施其它压力且其并非装置100的限制方面。池104中的气体的压力可帮助区别吸收线与背景，此又可减少装置100的检测时间。 测量与控制IC 102可产生并调制发射到池104中的RF信号。可通过使RF信号扫掠过一频率范围以检测池104中的气体的吸收线而使用RF信号来首先检测所述吸收线。可通过所采用的调制方案促进吸收线的检测。所使用的频率范围可与吸收线的已知频率(包含吸收线的宽度的变化)一致。吸收线的宽度可受各种因素(例如池104中的气体的压力及温度)影响。 一旦已检测到吸收线，测量与控制IC 102便可产生用于调整在其处发射RF信号的频率的误差信号使得吸收线由装置100跟踪或锁定。测量与控制IC 102可接着使用RF信号的频率来计算并输出频率参考信号f_106。举例来说，如果池104中的气体为水蒸气且经检测吸收线对应于水的183.31 GHz吸收线，那么频率参考信号106可为183.3IGHz。 在装置100启动时或周期性地取决于气体的吸收线如何动态，装置100可实施校准过程。校准过程可用于从所关注的吸收线的频谱测量移除任一背景频谱及噪声。校准过程可估计池104及同测量与控制IC 102相关联的检测器的性能特性。可接着使用池104及检测器的所估计性能特性来从所接收RF信号移除背景频谱。可在装置100产生频率参考信号106时连续地执行此移除或补偿计算。 图2展示根据本文中所论述的各种实例的时钟参考系统200的框图。时钟参考系统200可为图1的单个封装参考产生装置100的另一实施方案。时钟参考200可使用焊料球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率参考装置(100)，其包括：频率参考产生单元(402)，其用以基于气体的吸收线产生频率参考信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·M·纳多，贾安戈·特朗布利，巴赫尔·S·哈龙，斯利纳特·M·拉马斯瓦米，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US