专利名称：用于原子频标的程控增益放大电路及原子频标的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及原子频标领域，特别涉及一种用于原子频标的程控增益放大电路及原子频标。
背景技术：
为获得大自然中比较稳定的时间频率，人们通过对铷、铯、氢等原子施加弱磁场，使其原子能级由基态转变为激发态，利用不受外界磁场干扰的基态超精细结构0-0跃迁中心频率作为参照时间频率值。原子频标是利用对压控晶振输出信号进行调制得到微波探寻信号，然后通过物理单元对微波探寻信号进行鉴频，得到光检信号，再对光检信号进行放大，然后进行同步鉴相得到纠偏电压作用与压控晶振，使得压控晶振的输出频率锁定原子基态超精细结构0-0跃迁中心频率。其中，如何获得低噪声、高精度的放大信号，对原子频标的整机锁定十分重要。
实用新型内容为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种用于原子频标的程控增益放大电路及原子频标。所述技术方案如下:一方面，本实用新型实施例提供了一种程控增益放大电路，所述电路包括:用于对原子频标的物理单元输出的光检信号进行增益放大，并将放大后的信号输出到同步鉴相单元的程控放大单元；用于对所述程控放大单元的增益值进行控制的处理器；其中，所述程控放大单元分别与所述处理器、所述物理单元和所述同步鉴相单元电连接。其中，所述程控放大单元包括差分仪用放大电路，所述差分仪用放大电路包括第一运算放大器Al、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3和用于调节所述第三运算放大器A3增益值的数字电位计Rk，所述数字电位计Rk连接在所述第三运算放大器A3的反相输入端以及输出端之间，所述第三运算放大器A3的同相输入端与所述第一运算放大器Al的输出端电连接，所述第三运算放大器A3的反相输入端与所述第二运算放大器A2的输出端电连接，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的同相输入端与所述物理单元中的光电池电连接。其中，所述第一运算放大器Al和所述第二运算放大器A2的反相输入端通过电阻Rf连接。另一方面，本实用新型实施例还提供了一种原子频标，所述原子频标包括:压控晶振、隔离放大器、微波倍混频模块、物理单元、综合模块、如上所述的程控增益放大电路和同步鉴相单元，所述隔离放大器分别与所述压控晶振、所述微波倍混频模块和所述综合模块电连接，所述微波倍混频模块还分别与所述物理单元和所述综合模块电连接，所述程控增益放大电路分别与所述物理单元和所述同步鉴相单元电连接，所述同步鉴相单元还分别与所述压控晶振和所述综合模块电连接。本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过采用程控放大单元对光检信号进行放大，使得输出到同步鉴相单元的信号具有低噪声、高精度的优点，采用处理器对增益值进行调节，使得放大电路更加智能可控。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。图1是本实用新型实施例一提供的用于原子频标的程控增益放大电路结构示意图；图2是本实用新型实施例一提供的用于原子频标的程控增益放大电路中程控放大单元的电路示意图；图3是本实用新型实施例二提供的原子频标的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。实施例一本实用新型实施例提供了一种用于原子频标的程控增益放大电路，参见图1，该电路包括:用于对原子频标的物理单元100输出的光检信号进行增益放大，并将放大后的信号输出到同步鉴相单元200的程控放大单元300 ；用于对程控放大单元300的增益值进行控制的处理器400 ；其中，程控放大单元分别与处理器400、物理单元100和同步鉴相单元200电连接。参见图2，程控放大单元300包括差分仪用放大电路301。该差分仪用放大电路301包括第一运算放大器Al、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3和用于调节第三运算放大器A3增益值的数字电位计Rk，数字电位计Rk连接在第三运算放大器A3的反相输入端以及输出端之间，第三运算放大器A3的同相输入端与第一运算放大器Al的输出端电连接，第三运算放大器A3的反相输入端与第二运算放大器A2的输出端电连接，第一运算放大器和第二运算放大器的同相输入端与物理单元100中的光电池电连接。进一步地，第一运算放大器Al和第二运算放大器A2的反相输入端通过电阻Rf连接。在原子频标中，两个光电池分别放置于原子频标中腔泡系统尾部两侧，光电池接收光谱灯发出的光经过腔泡系统后照射出的光子，并形成光检信号光电流11、12。光电池米集得到的光检信号I1、12经阻抗变换后输送至第一运算放大器Al、第二运算放大器A2的同相输入端。[0028]程控放大单元300中的程控增益通过处理器改变数字电位计Rk的阻值进行调节，最终得到合适的信号输送到同步鉴相单元。对于每一原子频标，由于物理系统及采用的压控晶振型号参数不同，故需要针对每一台原子频标中的程控放大单元的增益值进行设置，找到满足实际工作要求的增益值。这里增益值主要是根据压控晶振的压控斜率获得，即施加在压控晶振上的电压值引起频率变化值。压控斜率数值是压控晶振厂商提供的，是程控增益大小设置的参考依据。本实用新型实施例通过采用程控放大单元对光检信号进行放大，使得输出到同步鉴相单元的信号具有低噪声、高精度的优点，采用处理器对增益值进行调节，使得放大电路更加智能可控。实施例二本实用新型实施例提供了一种原子频标，参见图3，该原子频标包括:压控晶振1、隔离放大器2、微波倍混频模块3、物理单元4、综合模块5、如实施例一描述的程控增益放大电路6和同步鉴相单元7，隔离放大器2分别与压控晶振1、微波倍混频模块3和综合模块5电连接，微波倍混频模块3还分别与物理单元4和综合模块5电连接，程控增益放大电路6分别与物理单元4和同步鉴相单元7电连接，同步鉴相单元7还分别与压控晶振I和综合模块5电连接。其中，压控晶振I用于输出原始频率信号；隔离放大器2用于将压控晶振I的输出频率信号进行隔离和放大；综合模块5用于产生综合调制信号；微波倍混频模块3用于对隔离放大器2的输出信号和综合模块5产生的综合调制信号同时进行倍频和混频，以产生微波探询信号；物理单元4用于对微波探询信号进行鉴频，产生光检信号；程控增益放大电路6用于对光检信号进行放大；同步鉴相单元7用于对放大后的信号与参考信号进行同步鉴相，产生纠偏电压作用于压控晶振1，以调整压控晶振I的输出频率；通过上述结构单元，最终将压控晶振I的输出频率锁定在原子基态超精细0-0中心频率上。本实用新型实施例通过采用程控放大单元对光检信号进行放大，使得输出到同步鉴相单元的信号具有低噪声、高精度的优点，采用处理器对增益值进行调节，使得放大电路更加智能可控。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于原子频标的程控增益放大电路，其特征在于，所述电路包括: 用于对原子频标的物理单元(100)输出的光检信号进行增益放大，并将放大后的信号输出到同步鉴相单元(200)的程控放大单元(300)； 用于对所述程控放大单元(300)的增益值进行控制的处理器(400)； 其中，所述程控放大单元分别与所述处理器(400)、所述物理单元(100)和所述同步鉴相单元(200)电连接。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述程控放大单元(300)包括差分仪用放大电路(301)，所述差分仪用放大电路(301)包括第一运算放大器Al、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3和用于调节所述第三运算放大器A3增益值的数字电位计Rk，所述数字电位计Rk连接在所述第三运算放大器A3的反相输入端以及输出端之间，所述第三运算放大器A3的同相输入端与所述第一运算放大器Al的输出端电连接，所述第三运算放大器A3的反相输入端与所述第二运算放大器A2的输出端电连接，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的同相输入端与所述物理单元(100)中的光电池电连接。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一运算放大器Al和所述第二运算放大器A2的反相输入端通过电阻Rf连接。
4.一种原子频标，所述原子频标包括:压控晶振(I)、隔离放大器(2)、微波倍混频模块(3)、物理单元(4)、综合模块(5)、和同步鉴相单元(7)，所述隔离放大器(2)分别与所述压控晶振(I)、所述微波倍混频模块(3 )和所述综合模块(5 )电连接，所述微波倍混频模块(3 )还分别与所述物理单元(4)和所述综合模块(5)电连接，其特征在于，所述原子频标还包括:如权利要求1-3任一项所述的程控增益放大电路(6)，所述程控增益放大电路(6)分别与所述物理单元(4)和所述同步鉴相单元(7)电连接，所述同步鉴相单元(7)还分别与所述压控晶振(I) 和所述综合模块(5)电连接。
专利摘要本实用新型公开了一种用于原子频标的程控增益放大电路及原子频标，属于原子频标领域。所述电路包括用于对原子频标的物理单元输出的光检信号进行增益放大，并将放大后的信号输出到同步鉴相单元的程控放大单元；用于对所述程控放大单元的增益值进行控制的处理器；其中，所述程控放大单元分别与所述处理器、所述物理单元和所述同步鉴相单元电连接。本实用新型通过采用程控放大单元对光检信号进行放大，使得输出到同步鉴相单元的信号具有低噪声、高精度的优点，采用处理器对增益值进行调节，使得放大电路更加智能可控。
文档编号H03L7/26GK203086446SQ201320039390
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者雷海东 申请人:江汉大学