基于相位群同步的高精度頻率鏈接技術(shù)研究.pdf

1、本文提出了周期性現(xiàn)象間相位變化的規(guī)律性，提出了相位群同步、相位量子等物理特性，深化了有關(guān)最大公因子頻率、等效鑒相頻率等概念的理論。并把這些新的理論概念應用到原子鐘中，與傳統(tǒng)處理方法相比簡化和改進了原子鐘的線路部分，并且將原子頻標性能得到提高，產(chǎn)生了基于周期性信號間相位群同步和相位群處理方法的高精度頻率鏈接技術(shù)。
　　本文根據(jù)周期信號之間的相位關(guān)系變化規(guī)律，基于相位群同步的理論知識和相位群處理的方法，通過比對兩個壓控晶體振蕩器輸出信

2、號的相位差，即時間間隔，經(jīng)過反饋和數(shù)據(jù)結(jié)果處理后對其中輸出頻標信號的壓控晶體振蕩器進行鎖相控制，從而達到高精度頻率鏈接的目的。這種頻率鏈接技術(shù)簡化且改進了傳統(tǒng)原子頻標結(jié)構(gòu)中的線路部分，使得倍頻與頻率合成線路、反饋及控制電路實現(xiàn)了簡單且集成化，不僅減小了傳統(tǒng)頻率歸一化方法中頻率變換電路所帶來的相位噪聲，而且明顯地提高了原子鐘輸出信號的性能，使原子頻標的輸出有好的準確度和長期穩(wěn)定度指標，同時保持了壓控晶振本身好的短期穩(wěn)定度和相位噪聲指標，達

3、到了頻率高精度鏈接的技術(shù)目的。
　　銫原子鐘具有最高的準確度和良好的穩(wěn)定度，主要用于衛(wèi)星導航的應用。氫原子鐘具有最高的穩(wěn)定度，目前處于研究和擴展應用的階段。銣原子鐘的優(yōu)勢在于體積小，主要用于商用。經(jīng)過對比，本論文原子物理部分選用銫原子，經(jīng)過頻率鏈接技術(shù)后輸出10MHz的頻標信號。
　　本論文所設計的銫原子鐘硬件電路主要分為四個部分：信號整形模塊，是對線路中兩個受控振蕩器輸出的頻率信號經(jīng)過放大、濾波、施密特觸發(fā)器后輸出脈沖信號

4、；CPLD分頻模塊，是對10MHz的受控振蕩器10000000分頻后輸出1Hz的信號；時差測量模塊，是對分頻后的1Hz頻率信號和14.591479MHz頻率信號進行相位比對，讀出它們在每個最小公倍數(shù)周期1s內(nèi)的時間間隔；MCU模塊，對時差測量芯片的控制和對10MHz壓控振蕩器的控制。其中，對受控振蕩器進行分頻部分是利用Quartus II軟件用Verilog語言對CPLD在線編程進行測試，實現(xiàn)了計數(shù)器分頻的功能。利用IAR軟件對MSP4