本發(fā)明涉及一種銣原子頻標(biāo)電路，適用于原子頻標(biāo)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

原子頻標(biāo)是一種具有優(yōu)良穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的頻率源，已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定位和導(dǎo)航、守時(shí)授時(shí)、通信、儀器儀表以及天文等領(lǐng)域。伽原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(鉚原子頻標(biāo))因其具有體積小、重量輕、功耗低、成本低等優(yōu)勢(shì)而成為目前應(yīng)用最為廣泛的原子頻標(biāo)。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)時(shí)間頻率計(jì)量準(zhǔn)確度和精密度的要求越來(lái)越高。

由于銣原子頻標(biāo)的優(yōu)勢(shì)，即其量子物理部分很小、電子線路簡(jiǎn)單，使得其造價(jià)越來(lái)越低，體積也越來(lái)越小，已經(jīng)在通信設(shè)備、儀器儀表等工程領(lǐng)域中逐漸代替了高穩(wěn)定石英晶體振蕩器的應(yīng)用。特別是近10多年來(lái)，隨著加工工藝和技術(shù)的發(fā)展，使得銣氣泡、諧振腔體積變小，電子電路體積變小，這些都使得銣原子頻標(biāo)在頻率穩(wěn)定度指標(biāo)、適應(yīng)惡劣環(huán)境、小型化等方面取得重大進(jìn)展，最終使得銣原子頻標(biāo)成為了使用數(shù)量最多的原子頻標(biāo)。

在國(guó)內(nèi)，銣頻標(biāo)研制單位也不少，但是具有自主研發(fā)商品原子頻標(biāo)能力的單位只有四川天奧星華時(shí)頻技術(shù)有限公司和武漢中科時(shí)潤(rùn)頻標(biāo)技術(shù)有限公司，它們的銣鐘產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。

銣原子頻標(biāo)的研制方向主要有兩個(gè):一是高性能，二是小型化。高性能主要是指對(duì)頻率準(zhǔn)確度、相位噪聲等指標(biāo)要求進(jìn)行改善，是考慮到銣頻標(biāo)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，減小外部干擾對(duì)其的影響。小型化主要是考慮到經(jīng)濟(jì)成本，力求做到體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和功耗低等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種銣原子頻標(biāo)電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，成本較低，可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)且在干擾下失鎖后能迅速的回到鎖定狀態(tài)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：銣原子頻標(biāo)電路由伺服放大器電路、積分掃描控制電路、壓控晶體振蕩器電路、三倍頻電路和系統(tǒng)電源電路組成。

所述伺服放大器電路由三級(jí)電容耦合放大電路，第一路是經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大得到同相信號(hào)，第二路是經(jīng)過(guò)三級(jí)放大得到反相信號(hào)。Vin是經(jīng)前級(jí)放大的光吸收信號(hào)，R1、R2和R4、R5和R8、

R9分別決定三個(gè)放大器的增益，而反饋電阻和反饋電容決定其通帶截止頻率，第一級(jí)和第二級(jí)放大電路都是帶通濾波放大。

所述積分掃描控制電路中，A點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，同步解調(diào)器得到的誤差信號(hào)1將作為反相積分U3的輸入信號(hào)，反相積分U3對(duì)誤差信號(hào)1進(jìn)行積分，得到壓控晶體振蕩器的糾偏電壓Vcon，反相積分器的輸出與其正負(fù)輸入端的電壓差成比例，當(dāng)負(fù)輸入端比正輸入端高1V時(shí)，其輸出以O(shè).5V/s的速度減小，直到達(dá)到其最小輸出或者正負(fù)輸入端沒(méi)有電壓差時(shí)，輸出才保持不變。

所述壓控晶體振蕩器電路采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易起振和調(diào)試簡(jiǎn)單的柯?tīng)柶テ澱袷庪娐穼?shí)現(xiàn)，變?nèi)荻O管采用與石英諧振器串聯(lián)模式?？刂齐妷簐con是由積分掃描控制電路的輸出提供。壓控晶體振蕩器控制電壓在枷原子頻標(biāo)鎖定情況下為5.5V，這時(shí)的輸出頻率為20MHz，當(dāng)鉚原子頻標(biāo)沒(méi)有鎖定時(shí)，其壓控電壓的范圍是:O.5V～11.5V。壓控晶體振蕩器的輸出頻率以20MHz為中心，調(diào)諧范圍約1KHz。

所述三倍頻電路采用了自偏置方式，Cl為隔直電容，Re為射極偏置電阻，利用射極電流在其壓降得到適當(dāng)?shù)膲航怠l為隔交流電感，C3為輸出隔離耦合電容，C2和L2組成諧振回路，調(diào)諧于60MHz。

所述系統(tǒng)電源電路中，Q1為N溝道的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2N4091，其夾斷電壓UGS(off)=-40V，穩(wěn)壓管D4的穩(wěn)壓電壓為6.2V； Q2為T(mén)IP31C功率三極管，其集電極峰值電流可達(dá)5A。

初始狀態(tài)下，24V的直流電壓通過(guò)保險(xiǎn)管和防反偏壓二極管后輸入到場(chǎng)效應(yīng)管Ql漏極和三極管Q2集電極，由于此時(shí)Q1的柵極和源極電壓VGS=0，其耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬，漏源之間電阻R_DS僅為30歐，使得電壓幾乎全部加到Q2基極上，Q2導(dǎo)通，其射極電壓(VCC)比基極電壓低一個(gè)pn結(jié)壓降，R3與R6分壓使得U1B負(fù)輸入端電壓小于穩(wěn)壓管D4的穩(wěn)壓值(U1B正輸入端)，U1B的輸出為高電平，比U1B的電源電壓VCC低O.5V～1V，此高電平反饋到Ql柵極，使得Q耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄，VCC隨之降低到22V左右。

本發(fā)明的有益效果是：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，成本較低，可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)且在干擾下失鎖后能迅速的回到鎖定狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的伺服放大器電路。

圖2是本發(fā)明的積分掃描控制電路。

圖3是本發(fā)明的壓控晶體振蕩器電路。

圖4是本發(fā)明的三倍頻電路。

圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)電源電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，伺服放大器電路由三級(jí)電容耦合放大電路，第一路是經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大得到同相信號(hào)，第二路是經(jīng)過(guò)三級(jí)放大得到反相信號(hào)。Vin是經(jīng)前級(jí)放大的光吸收信號(hào)，R1、R2和R4、R5和R8、

R9分別決定三個(gè)放大器的增益，而反饋電阻和反饋電容決定其通帶截止頻率，第一級(jí)和第二級(jí)放大電路都是帶通濾波放大。

如圖2, 積分掃描控制電路中，A點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，同步解調(diào)器得到的誤差信號(hào)1將作為反相積分U3的輸入信號(hào)，反相積分U3對(duì)誤差信號(hào)1進(jìn)行積分，得到壓控晶體振蕩器的糾偏電壓Vcon，反相積分器的輸出與其正負(fù)輸入端的電壓差成比例，當(dāng)負(fù)輸入端比正輸入端高1V時(shí)，其輸出以O(shè).5V/s的速度減小，直到達(dá)到其最小輸出或者正負(fù)輸入端沒(méi)有電壓差時(shí)，輸出才保持不變。

如圖3，壓控晶體振蕩器電路采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易起振和調(diào)試簡(jiǎn)單的柯?tīng)柶テ澱袷庪娐穼?shí)現(xiàn)，變?nèi)荻O管采用與石英諧振器串聯(lián)模式?？刂齐妷簐con是由積分掃描控制電路的輸出提供。壓控晶體振蕩器控制電壓在枷原子頻標(biāo)鎖定情況下為5.5V，這時(shí)的輸出頻率為20MHz，當(dāng)銣原子頻標(biāo)沒(méi)有鎖定時(shí)，其壓控電壓的范圍是:O.5V～11.5V。壓控晶體振蕩器的輸出頻率以20MHz為中心，調(diào)諧范圍約1KHz。

如圖4，三倍頻電路采用了自偏置方式，Cl為隔直電容，Re為射極偏置電阻，利用射極電流在其壓降得到適當(dāng)?shù)膲航?。Ll為隔交流電感，C3為輸出隔離耦合電容，C2和L2組成諧振回路，調(diào)諧于60MHz。

如圖5，系統(tǒng)電源電路中，Q1為N溝道的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2N4091，其夾斷電壓UGS(off)=-40V，穩(wěn)壓管D4的穩(wěn)壓電壓為6.2V； Q2為T(mén)IP31C功率三極管，其集電極峰值電流可達(dá)5A。

初始狀態(tài)下，24V的直流電壓通過(guò)保險(xiǎn)管和防反偏壓二極管后輸入到場(chǎng)效應(yīng)管Ql漏極和三極管Q2集電極，由于此時(shí)Q1的柵極和源極電壓VGS=0，其耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬，漏源之間電阻R_DS僅為30歐，使得電壓幾乎全部加到Q2基極上，Q2導(dǎo)通，其射極電壓(VCC)比基極電壓低一個(gè)pn結(jié)壓降，R3與R6分壓使得U1B負(fù)輸入端電壓小于穩(wěn)壓管D4的穩(wěn)壓值(U1B正輸入端)，U1B的輸出為高電平，比U1B的電源電壓VCC低O.5V～1V，此高電平反饋到Ql柵極，使得Q耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄，VCC隨之降低到22V左右。