一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置，包括铷原子钟、单片机、积分器和晶振模块，所述铷原子钟的物理部分提供ADC模块与单片机相连接，所述单片机与积分器相连接，所述积分器通过加法器与DAC模块相连接，所述DAC模块与晶振模块相连接，所述晶振模块与频率综合器相连接，所述频率综合器分别与单片机和铷原子钟的物理部分相连接。本实用新型专利技术采用数字伺服装置，电路温度漂移小，不存在参数的影响，可以提高稳定性，可以提高铷原子钟守时精度；而且还可以模块化设计，拼装构成适用于各种情况的复杂的算法，此外，还可显著改善铷原子钟的可靠性，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置


[0001]本技术涉及信号频率控制装置
，尤其涉及一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置。

技术介绍

[0002]铷钟又被称为铷原子钟，铷原子钟由铷量子部分和压控晶体振荡器组成。压控晶体振荡器的频率经过倍频和频率合成，送到量子系统与铷原子跃迁频率进行比较。误差信号送回到压控晶体振荡器，对其频率进行调节使其锁定在铷原子特有的能级跃迁所对应的频率上。铷原子频标短期稳定度最高可达10
‑
12
量级，准确度为
±5×
10
‑
11
。
[0003]铷频率标准不需要真空系统、致偏磁铁和原子束，因而体积小、质量小、预热时间短、价格便宜，但准确度差、频率漂移比较大，仅能用作二级标准。铷频率标准可通过GPS进行快速驯服和外秒同步，克服铷振荡器本身的漂移，可被看作是一个基本的同步时钟单元。通过设计和工艺的改进，产品的可靠性和批量生产也得到保证，现已具备产业化的条件。可以预计，这种带外秒驯服的高性能小型化铷钟将应用于无人值守等苛刻环境，将大大拓展铷钟的应用领域。
[0004]铷原子钟主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成。铷频标是一种被动型原子频率，利用的是基态超精细能级之间的跃迁，相应的跃迁频率为6834.682614MHz。原子迁跃对微波信号起鉴频作用而产生误差信号，通过锁相环路伺服晶振的频率，使激励信号频率锁定到原子跃迁频率，实现晶振输出频率的高度稳定和准确。/>[0005]铷原子钟通常应用于高性能守时装置，守时铷原子钟原理的原理为：铷原子钟的伺服系统环路包括晶振、频率综合系统、物理部分和伺服系统。晶振频率(通常是10MHz)通过频率综合系统倍频至6.835GHz，在物理部分的作用下，得到光检测信号。通过伺服系统得到频率误差信号，并进行反馈控制，使晶振频率与铷原子钟跃迁谱线锁定。驯服守时环路利用TDC(时间数字转换器) 测量铷原子钟的输出相位与参考PPS(多项式相位信号)相位之差，通过驯服系统反馈微调控制铷原子钟的输出频率。铷原子钟的跃迁谱线的温度系数通常在1E
‑
12/℃以内。但是铷原子钟的实际输出是采用晶振作为本地振荡器。晶振温度系数可达1E
‑
10/℃，在采用传统的模拟PID(比例
‑
积分
‑
微分)控制系统实现铷钟伺服装置的情况下，晶振的快速频率变化会使晶振的输出相位与铷原子钟跃迁谱线的相位(跃迁频率的积分)出现偏差，从而会影响铷原子钟的频率稳定度和在定时和守时过程中的相位精度。

技术实现思路

[0006]本技术的目的是提供一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置，以解决传统的模拟PID(比例
‑
积分
‑
微分)控制系统实现铷钟伺服装置的情况下，晶振的快速频率变化会使晶振的输出相位与铷原子钟跃迁谱线的相位(跃迁频率的积分)出现偏差，从而会影响铷原子钟的频率稳定度和在定时和守时过程中的相位精度的技术问题。
[0007]本技术的目的是采用以下技术方案实现的：一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置，包括铷原子钟、单片机、积分器和晶振模块，所述铷原子钟的物理部分提供ADC模块与单片机相连接，所述单片机与积分器相连接，所述积分器通过加法器与DAC模块相连接，所述DAC模块与晶振模块相连接，所述晶振模块与频率综合器相连接，所述频率综合器分别与单片机和铷原子钟的物理部分相连接。
[0008]进一步的，所述单片机包括同步检波器和低通滤波器，所述同步检波器的输入端通过ADC模块与铷原子钟的物理部分相连接，所述同步检波器的输出端与低通滤波器的输入端相连接，所述低通滤波器的输出端与积分器相连接。
[0009]进一步的，所述单片机还包括信号发生器，所述信号发生器分别与同步检波器和频率综合器相连接。
[0010]进一步的，所述低通滤波器采用级联积分梳状滤波器。
[0011]进一步的，所述积分器包括一阶积分器和二阶积分器，所述一阶积分器和二阶积分器的输入端均与单片机相连接，所述一阶积分器和二阶积分器的输出端均与加法器相连接。
[0012]本技术的有益效果在于：采用数字伺服装置，电路温度漂移小，不存在参数的影响，可以提高稳定性，可以提高铷原子钟守时精度；而且还可以模块化设计，拼装构成适用于各种情况的复杂的算法，此外，还可显著改善铷原子钟的可靠性，降低成本。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0014]图1为本技术结构示意图；
[0015]图2为本技术闭环幅频特性图；
[0016]图3为传统铷钟伺服装置闭环幅频特性图；
[0017]图4为相位测量结果图；
[0018]图5本技术频率稳定度结果图；
[0019]图6为传统铷钟伺服装置频率稳定度结果图。
具体实施方式
[0020]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0021]因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0022]实施例1：
[0023]参阅图1，一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置，包括铷原子钟、单片机、积分器和晶振模块，所述铷原子钟的物理部分提供ADC模块与单片机相连接，所述单片机与积分器相连接，所述积分器通过加法器与DAC模块相连接，所述DAC模块与晶振模块相连接，所述晶振模块与频率综合器相连接，所述频率综合器分别与单片机和铷原子钟的物理部分相连接。
[0024]在本实施例当中，所述单片机包括同步检波器和低通滤波器，所述同步检波器的输入端通过ADC模块与铷原子钟的物理部分相连接，所述同步检波器的输出端与低通滤波器的输入端相连接，所述低通滤波器的输出端与积分器相连接。
[0025]在本实施例当中，所述单片机还包括信号发生器，所述信号发生器分别与同步检波器和频率综合器相连接，进一步的，所述信号发生器用以产生调制信号，信息调制信号为方波信号，所述方波信号对频率综合单元输出的微波频率进行方波调制。进一步的，首先，将晶振单元压控初始值设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置，包括铷原子钟，其特征在于，还包括单片机、积分器和晶振模块，所述铷原子钟的物理部分提供ADC模块与单片机相连接，所述单片机与积分器相连接，所述积分器通过加法器与DAC模块相连接，所述DAC模块与晶振模块相连接，所述晶振模块与频率综合器相连接，所述频率综合器分别与单片机和铷原子钟的物理部分相连接。2.如权利要求1所述的一种基于二阶积分的铷原子钟数字伺服装置，其特征在于，所述单片机包括同步检波器和低通滤波器，所述同步检波器的输入端通过ADC模块与铷原子钟的物理部分相连接，所述同步检波器的输出端与低通滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，盛保杰，李华，
申请(专利权)人：成都同相科技有限公司，
类型：新型
国别省市：