专利名称：Ramsey相干布居囚禁脉冲信号源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及原子钟领域，特别涉及一种Ramsey-CPT (Coherent PopulationTrapping,相干布居囚禁)脉冲信号源装置。
背景技术：
CPT原子频标是利用原子与相干激光相互作用所产生的一种量子干涉现象而实现的一种新型原子频标，也是目前从原理上唯一可实现微型化的原子频标，其体积、功耗均比氢原子频标、铯原子频标要小，甚至与目前体积、功耗最小的铷原子频标相比还要小得多。然而，由于受到原子谱线多普勒加宽的限制，原子谱线的线宽较宽，导致CPT原子频标的稳定度偏低，为此，可以将时域的Ramsey分离振荡场技术与CPT现象相结合，采用脉冲激光和原子相互作用的工作方式获得线宽更窄、信噪比更佳的Ramsey-CPT干涉谱线，然后通过光检产生鉴频信号，可以实现稳定度更高的Ramsey-CPT原子频标。现有的Ramsey-CPT原子频标主要包括半导体激光器、AOM (Acoustic Optical Modulator,声光调制器)、AOM驱动装置、物理部分以及电子线路。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:目前已有的Ramsey-CPT原子频标中AOM驱动装置的体积较大、功耗较高，限制了Ramsey-CPT原子频标向微型化和低功耗原子频标方向的发展，同时AOM驱动装置输出的信号相位噪声差、频率分辨率低， 影响了 Ramsey-CPT原子频标的整体性能。
实用新型内容为了解决现有技术中AOM驱动装置体积大、功耗高等问题，本实用新型实施例提供了一种Ramsey-CPT脉冲信号源装置。所述技术方案如下:本实用新型实施例提供了一种Ramsey-CPT脉冲信号源装置，所述装置包括:压控晶体振荡器；用于以所述压控晶体振荡器作为参考时钟源，产生模拟正弦波信号的直接数字式频率合成器；用于采用所述直接数字式频率合成器的输出信号作为参考信号，输出频率为参考信号频率N/R倍的微波信号的锁相环频率合成器，其中，N为可变分频比，R为固定分频比；用于控制所述微波信号通断，以获得脉冲信号的可编程数字功率衰减器；以及用于控制所述直接数字式频率合成器产生的所述模拟正弦波信号的频率和相位，设定所述锁相环频率合成器的所述可变分频比N的值，控制所述可编程数字功率衰减器交替开启和关闭的控制模块；其中，所述直接数字式频率合成器分别与所述压控晶体振荡器和所述锁相环频率合成器电连接，所述可编程数字功率衰减器与所述锁相环频率合成器电连接，所述控制模块分别与所述直接数字式频率合成器、所述锁相环频率合成器以及所述可编程数字功率衰减器电连接。[0014]优选地，所述压控晶体振荡器为压控温度补偿晶体振荡器。其中，所述直接数字式频率合成器包括AD9954芯片、以及与所述AD9954芯片电连接的稳压电源和第一低通滤波器。其中，所述锁相环频率合成器包括ADF4350芯片、以及与所述ADF4350芯片电连接的线性稳压器和环路滤波器，所述环路滤波器与所述可编程数字功率衰减器电连接。其中，所述控制模块为微处理器或可编程逻辑控制器。进一步地，所述装置还包括:设于所述直接数字式频率合成器和所述锁相环频率合成器之间的滤波器。进一步地，所述装置还包括:与所述可编程数字功率衰减器电连接的阻抗匹配电路。本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过压控晶体振荡器、DDS、锁相环频率合成器和可编程数字功率衰减器作为脉冲信号源输出脉冲信号，利用DDS的高分辨率保证了足够小的频率步进，同时锁相环频率合成器的带通特性很好地抑制了 DDS输出频谱中的部分杂散，实现了 DDS和锁相环频率合成器的优势互补，兼顾了各个方面的性能，具有小体积、低功耗、较高频率、较快频率转换速度和较高频率分辨率的特点。
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提供的Ramsey-CPT脉冲信号源装置的结构示意图。
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。实施例本实用新型实施例提供了一种Ramsey-CPT脉冲信号源装置，参见图1，该装置包括:压控晶体振荡器1、DDS (Direct Digital Synthesizer,直接数字式频率合成器)2、锁相环频率合成器4、可编程数字功率衰减器5、阻抗匹配电路6以及控制模块7 ;其中，DDS2分别与压控晶体振荡器I和锁相环频率合成器4电连接，可编程数字功率衰减器5分别与锁相环频率合成器4和阻抗匹配电路6电连接，控制模块7分别与DDS2、锁相环频率合成器4以及可编程数字功率衰减器5电连接；DDS2用于以压控晶体振荡器I作为参考时钟源，产生模拟正弦波信号；锁相环频率合成器4用于采用DDS2的输出信号作为参考信号，输出频率为参考信号频率N/R倍的微波信号，其中，N为可变分频比，R是固定分频比；可编程数字功率衰减器5用于控制微波信号通断，以获得脉冲信号；控制模块7用于控制DDS2产生的模拟正弦波信号的频率和相位，设定锁相环频率合成器4的可变分频比N的值，控制可编程数字功率衰减器5交替开启和关闭。[0027]其中，压控晶体振荡器I为压控温度补偿晶体振荡器。具体地，DDS2包括AD9954芯片、以及与AD9954芯片电连接的稳压电源和第一低通滤波器。稳压电源可选为LP3878MR-ADJ型。AD9954芯片频率控制字为32位，工作时钟为10MHz，输出时钟的频率分辨率f = 10X106/232=0.0023Hz。AD9954相位控制字为14位，输出时钟的相位分辨率为360° /214=0.022°。容易知道，控制模块7通过上述频率控制字和相位控制字来控制DDS2的输出信号的频率和相位。该DDS具有高性能、低噪声稳压以及良好的频率分辨率和相位分辨率等优点。其中，锁相环频率合成器4包括ADF4350芯片(见图1虚线框部分)、以及与ADF4350芯片电连接的线性稳压器和环路滤波器。线性稳压器为ADF4350芯片提供恒定电压，ADF4350芯片的输出端接环路滤波器，环路滤波器输出端连接至可编程数字功率衰减器
5。线性稳压器型号可选为LP5900SD-3.0。ADF4350芯片结合环路滤波器和参考信号使用时，可实现小数分频或整数分频。容易知道，ADF4350芯片具有一个集成电压控制振荡器，通过分频电路生成上述分频信号。通过比较分频信号与参考信号相位，获得压控电压作用于电压控制振荡器从而改变输出信号。该锁相环频率合成器4具有低噪声、低功耗、高稳定度和高可靠性等优点。其中，控制模块7可以是微处理器或PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)。控制模块7控制可编程数字功率衰减器5在Tl时间内输出，可以获得一个单频率的微波信号，然后关断可编程数字功率衰减器5输出，并持续T2，再使能可编程数字功率衰减器5输出，持续Tl，不断反复，从而获得脉冲信号。进一步地，该装置还包括:设于DDS2和锁相环频率合成器4之间的滤波器3。滤波器3用于对DDS2的输出信号进行滤波。具体地，采用相位噪声、谐杂抑制都很好的温度补偿压控晶体振荡器作为DDS2的参考时钟源，通过控制模·块7把频率控制字和相位控制字写入DDS2内部的寄存器中，DDS2便可以产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波信号；然后把DDS2的输出信号作为锁相环频率合成器4中PLL (Phase Locked Loop，锁相环)的参考信号，设定分频器的分频比N，便得到了频率为DDS2输出信号频率N/R倍的微波信号；通过可编程数字功率衰减器5实现脉冲形式的微波信号，再经过阻抗匹配电路6，最后输出脉冲信号至Ramsey-CPT原子频标的AOM中。本实用新型实施例通过压控晶体振荡器、DDS、锁相环频率合成器和可编程数字功率衰减器作为脉冲信号源输出脉冲信号，利用DDS的高分辨率保证了足够小的频率步进，同时锁相环频率合成器的带通特性很好地抑制了 DDS输出频谱中的部分杂散，实现了 DDS和锁相环频率合成器的优势互补，兼顾了各个方面的性能，具有小体积、低功耗、较高频率、较快频率转换速度和较高频率分辨率的特点，同时也很好地保证了系统杂散和相位噪声性倉泛。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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Ramsey相干布居囚禁脉冲信号源装置，其特征在于，所述装置包括: 压控晶体振荡器(I); 用于以所述压控晶体振荡器(I)作为参考时钟源，产生模拟正弦波信号的直接数字式频率合成器(2)； 用于采用所述直接数字式频率合成器(2)的输出信号作为参考信号，输出频率为参考信号频率N/R倍的微波信号的锁相环频率合成器(4)，其中，N为可变分频比，R为固定分频比； 用于控制所述微波信号通断，以获得脉冲信号的可编程数字功率衰减器(5)； 以及用于控制所述直接数字式频率合成器(2 )产生的所述模拟正弦波信号的频率和相位，设定所述锁相环频率合成器(4)的所述可变分频比N的值，控制所述可编程数字功率衰减器(5)交替开启和关闭的控制模块(7); 其中，所述直接数字式频率合成器(2)分别与所述压控晶体振荡器(I)和所述锁相环频率合成器(4 )电连接，所述可编程数字功率衰减器(5 )与所述锁相环频率合成器(4 )电连接，所述控制模块(7)分别与所述直接数字式频率合成器(2)、所述锁相环频率合成器(4)以及所述可编程数字功率衰减器(5)电连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压控晶体振荡器(I)为压控温度补偿晶体振荡器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直接数字式频率合成器(2)包括AD9954芯片、以及与所述AD9954芯片电连接的稳压电源和第一低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锁相环频率合成器(4)包括ADF4350芯片、以及与所述ADF4350芯片电连接的线性稳压器和环路滤波器，所述环路滤波器与所述可编程数字功率衰减器(5)电连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块(7)为微处理器或可编程逻辑控制器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:设于所述直接数字式频率合成器(2)和所述锁相环频率合成器(4)之间的滤波器(3)。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:与所述可编程数字功率衰减器(5)电连接的阻抗匹配电路(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种Ramsey相干布居囚禁脉冲信号源装置，属于原子钟技术领域。所述装置包括压控晶体振荡器、直接数字式频率合成器、锁相环频率合成器、可编程数字功率衰减器和控制模块。本实用新型通过压控晶体振荡器、DDS、锁相环频率合成器和可编程数字功率衰减器作为脉冲信号源输出脉冲信号，利用DDS的高分辨率保证了足够小的频率步进，同时锁相环频率合成器的带通特性很好地抑制了DDS输出频谱中的部分杂散，实现了DDS和锁相环频率合成器的优势互补，兼顾了各个方面的性能，具有小体积、低功耗、较高频率、较快频率转换速度和较高频率分辨率的特点，同时也很好地保证了系统杂散和相位噪声性能。
文档编号H03L7/099GK203119874SQ201320059649
公开日2013年8月7日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者雷海东 申请人:江汉大学