一种芯片原子钟专用伺服控制芯片SIP系统、测试装置和方法制造方法及图纸

本申请公开了一种芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，包括集成在SIP封装内部的MCU、光检信号采集电路、激光器驱动电路、温度采集电路、激光器温控电路，以及置于SIP封装外部的配置电路。本申请还包含所述SIP系统的测试装置和测试方法。本申请解决现有技术的原子钟系统体积和功耗大的问题。钟系统体积和功耗大的问题。钟系统体积和功耗大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片原子钟专用伺服控制芯片SIP系统、测试装置和方法


[0001]本申请涉及电子
，尤其涉及一种芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统、测试装置和测试方法。

技术介绍

[0002]原子钟是现代量子力学和电子学相结合的产物，其原理是利用原子能级之间的跃迁所发射或吸收的电磁波频率作为标准，具有高准确性和高稳定性等特点。根据《2019
‑
2025年中国芯片原子钟行业市场运营态势及发展前景预测报告》，芯片原子钟具有低功耗、体积小等优点，可为卫星导航接收机、时频体系节点、水下导航等应用领域提供高精度小型化频率标准，提高导航精度，缩短通信网络同步时间。
[0003]在卫星导航领域，由于卫星导航系统固有的脆弱性，使得导航信号并不能覆盖全球各个角落，在某些极端情况下，卫星导航系统的服务可能中断。芯片原子钟是自主导航终端的关键设备，可作为高准确度和高稳定度的时间频率源。在网络系统中，时间基准的统一是系统运行管理中的不可或缺的部分。芯片原子钟可用于时间统一系统终端设备的时间频率源，不仅为设备提供高精度的时间频率信息，还具有一定的守时功能，在一定时间内保障网络系统的时间精度要求。
[0004]目前，美国最先进的芯片原子钟CSAC SA65尺寸达到16mm
×
13.9mm
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4.6mm，重量小于35g，常温下功耗小于120mW；在国内方面，成都天奥推出的芯片原子钟原理样机尺寸45mm
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36mm，功耗0.6W；波时科技研制的B
‑/>AC01型芯片原子钟体积16.8cm3，常温功耗小于0.55W。芯片原子钟控制电路的小型化轻量化有助于进一步减小芯片原子钟的尺寸及功耗。目前国内尚没有基于SIP技术方案设计的芯片原子钟专用伺服控制芯片。

技术实现思路

[0005]本申请提出一种芯片原子钟专用伺服控制芯片系统级封装SIP(System In a Package)系统、测试装置和方法，解决现有技术的原子钟系统体积和功耗大的问题。
[0006]本申请实施例提出一种芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，芯片级原子钟可在卫星导航信号不可用等极端情况下，为自主导航终端、网络系统、水下探测及遥感系统等提供精确的授时服务。所述SIP系统包括集成在SIP封装内部的MCU、光检信号采集电路、激光器驱动电路、温度采集电路、激光器温控电路，以及置于SIP封装外部的配置电路；
[0007]所述光检信号采集电路，用于输入信号进行放大、滤波、模数转换后生成光强检测数据输入MCU；
[0008]所述激光器驱动电路，用于对MCU输出的激光器驱动控制数据经数模转换后生成激光器驱动电压连接在激光器控制端，实现激光器锁模；
[0009]所述温度采集电路，用于接收激光器和吸收泡的温度传感电压信号，经过模数转换后生成温度检测数据输入到MCU；
[0010]所述激光器温控电路，用于对MCU输出的温度控制数据进行数模转换后生成温控
电压控制激光器的TEC和吸收泡的功率管进行加热；
[0011]所述MCU，用于对光强检测数据进行处理，生成激光器驱动控制数据；对温度检测数据进行处理，生成温度控制数据；
[0012]所述配置电路包含：第一配置电路，用于调节光检信号的幅值；第二配置电路，用于改变激光器驱动电压；第三配置电路，用于改变温度传感系数；第四配置电路，用于改变温度控制系数；所述温度传感系数，包含检测的温度值和传感电压信号之间的比例关系；所述温度控制系数，包含温控电压和温度变化之间的比例关系。
[0013]优选地，所述SIP系统还包含集成在SIP封装内部的磁场控制电路，所述磁场控制电路用于接收来自MCU的磁场控制数据，经数模转换后控制磁场合成部件产生恒定磁场。
[0014]优选地，所述SIP系统还包含集成在SIP封装内部的射频锁相电路，用于对MCU输出的压控数据经数模转换后生成晶振控制电压连接在晶振的压控端，实现微波锁频；所述配置电路还包含：第五配置电路，用于调节晶振控制电压。
[0015]优选地，所述SIP系统中，所述配置电路的可调节部分设置于所述SIP封装外部，包含电阻、电容或电感。
[0016]优选地，所述SIP系统还包含设置于SIP封装内部的1pps校准电路，用于对时间间隔误差进行检测，利用计数器测量芯片原子钟与1PPS_IN端口输入的标准1pps信号的同步误差。
[0017]优选地，所述射频锁相环路还用于，对10MHz信号进行倍频。
[0018]优选地，所述光检信号采集电路，包含光电信号输入端口PD，经积分、低通放大、分成两种频率信号，分别经模数转换输入到MCU。
[0019]本申请实施例还提出一种测试系统，用于本申请任意一项实施例所述芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，所述测试系统包括：
[0020]热流罩测试装置和/或高低温测试装置；所述热流罩测试装置包括：热流罩连接于主机，通过主机向热流罩内输送压缩空气，被测件放置于热流罩内；所述高低温测试装置包括：高低温箱或升温台；
[0021]还包含作为被测件的所述SIP系统；
[0022]还包含计数器、频率测试仪、频谱仪、工控机；
[0023]所述工控机用于切换测试通道；所述频率测试仪用于测试射频锁相环电路输入、输出信号；所述示波器用于测试光检信号采集电路的输入输出信号；所述频谱仪用于测试原子钟输出信号；所述计数器，用于测试芯片原子中和标准1PPS信号的同步误差。
[0024]本申请实施例还提出一种测试方法，用于测试本申请任意一项实施例所述芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，包含以下步骤：
[0025]在高低温环境下测试吸收泡温度控制精度、激光器温度控制精度；测量激光频率和测试晶振频率；测量芯片原子钟和标准1PPS信号的同步误差；测试芯片原子钟频率准确度；测量锁相环路输出频率。
[0026]进一步地，还包含以下步骤：在热流罩内升温到指定温度，达到热平衡后测试以下功能：积分电路测试；滤波电路测试；1PPS_IN电路测试。
[0027]本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0028]本专利技术提出一种芯片原子钟专用伺服控制芯片的方法，并设计了适用于该SIP芯
片的测试方法。本专利技术采用SIP技术设计了一种芯片原子钟专用伺服控制芯片，主要服务于芯片原子钟，可使芯片原子钟的体积和功耗大幅降低。SIP封装技术可方便地兼容不同制造技术的芯片，缩小芯片线宽，提高集成化的程度，从而使封装由单芯片级进入系统级集成。芯片原子钟专用伺服控制芯片的研制，将可大幅缩小原子钟的体积和功耗，对目前的芯片原子钟的研制、扩展芯片原子钟的应用范围具有重要的意义。原子钟的小体积低功耗在卫星导航等诸多领域具有很大的应用前景。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，其特征在于，包括集成在SIP封装内部的MCU、光检信号采集电路、激光器驱动电路、温度采集电路、激光器温控电路，以及置于SIP封装外部的配置电路；所述光检信号采集电路，用于输入信号进行放大、滤波、模数转换后生成光强检测数据输入MCU；所述激光器驱动电路，用于对MCU输出的激光器驱动控制数据经数模转换后生成激光器驱动电压连接在激光器控制端，实现激光器锁模；所述温度采集电路，用于接收激光器和吸收泡的温度传感电压信号，经过模数转换后生成温度检测数据输入到MCU；所述激光器温控电路，用于对MCU输出的温度控制数据进行数模转换后生成温控电压控制激光器的TEC和吸收泡的功率管进行加热；所述MCU，用于对光强检测数据进行处理，生成激光器驱动控制数据；对温度检测数据进行处理，生成温度控制数据；所述配置电路包含：第一配置电路，用于调节光检信号的幅值；第二配置电路，用于改变激光器驱动电压；第三配置电路，用于改变温度传感系数；第四配置电路，用于改变温度控制系数；所述温度传感系数，包含检测的温度值和传感电压信号之间的比例关系；所述温度控制系数，包含温控电压和温度变化之间的比例关系。2.如权利要求1所述芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，其特征在于，还包含集成在SIP封装内部的磁场控制电路，所述磁场控制电路用于接收来自MCU的磁场控制数据，经数模转换后控制磁场合成部件产生恒定磁场。3.如权利要求1所述芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，其特征在于，还包含：集成在SIP封装内部的射频锁相电路，用于对MCU输出的压控数据经数模转换后生成晶振控制电压连接在晶振的压控端，实现微波锁频；所述配置电路还包含：第五配置电路，用于调节晶振控制电压。4.如权利要求1所述芯片原子钟专用伺服控制芯片的SIP系统，其特征在于，所述配置电路的可调节部分设置于所述SIP封装外部，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧君，薛潇博，吕宇涛，陈星，张升康，王学运，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：