用于被动型氢钟的高精度控制器设计

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1、2010年6月第30卷第3钥宇航计测技术JournalofAslronauli(_。MetrologyandMeasurementJun．，2010V01．30．No．3文章编号：1000—7202(2010)03—0001一05中图分类号：TM935．115用于被动型氢钟的高精度控制器设计文献标识码：A曲豹创1陈从颜1刘铁新2邱实1林兆伟2(1．东南大学空间科学技术研究院，江苏南京210096；2．上海天文台，上海200030)摘要根据被动型氢钟数字伺服系统的特点，设计并实现了高精度数字伺服系统。硬件电路采用了高速DSP处理芯片，两种DA转换芯片组

2、合实现了最小步长10“V范围10V的控制输出，高速AD转换芯片可以满足被动型氢钟慢速调制和快速调制的要求。整个系统以较低的代价达到了设计要求，并进行了硬件测试，结果表明控制电路满足输出要求。关键词被动型氢钟控制系统DesignofControllerusedinPassiveHydrogenMaserQUBao．chuan91CHENCong．yanlLIUTie．xin2QIUShilLINZhao·wei2(1．SchoolofSpaceScienceandTechnology，SoutheastUniversity，Nanjing210096；

3、2．ShanghfiAstronomicalObservatory，ChineseAcademyofScience，Shanghai200030)AbstractAhilghprecisefrequeneycontrollercircuitwasdesignedaccordingtothecharacterofpassivehydrogenmaser．AhighspeedUSPprocessorisusedinthecircuitboard．TwokindsofDAchipstogethermakestheoutputvoltchangesina10

4、“Vstepfrom0V～10V．Itsufficesthedesignneedswithlowerprice，andsatisfiestheoutputneedsaftertest．KeywordsHydrogenmaserControlsystem引言数字伺服控制电路应用在被动型氢钟上可以方便地测试环路参数，利用数字信号处理技术提高性能。由于被控量足压控晶体振荡器的震荡频率，为r达到稳定度要求，需要的控制精度高、卜；随着物理、电路老化需要的控制范围大。以常用的VCX08789为例，如果秒级住10—2，需要控制电压的变化大约在lO斗V的量级；并且根

5、据晶体的压控范围，需要的最大控制范围在0V—10V。2系统设计2．1整体方案基于DSP技术的频率控制系统的整体原理方案如图1所示。其中系统实现的关键环节是后向的双DA输出环路满足动态控制需求。前项取样和后向控制通过控制器连接在一起可以用来测试开环系统响应、环路增益。闭环可根据这些参数实现自动锁频控制，达到智能化锁频的目的。系统应用背景一。需要很高的町靠性。图1控制部分的主要功能结构图·2·宇航计测技术20lO年2．2系统的性能要求及器件选择2．2．1高精度电压输出设计精密的电压输出是本系统一个最主要的性能。由于该部分的精度较高，在设计过程当中给予了较

6、多的考虑。2．2．1．1DAC的选择为了达到不大于lo¨V的控制输出步长，控制电压OV—lOV，数模转换器的位数Ⅳ为1nIV=l092丽ILl≈20bit(1)考虑到数模转换的非线性，温度漂移以及实际最小分辨的位数小于标称位数等因素，需要的标称转换位数可能更高。目前通过市场渠道可得到的分辨力达到20bits的常见芯片仅有一款：r11公司的DACl220，是一片△∑原理的低速DA转换芯片，满量程0V一5V，20bits的建立时间为15ms；由于该芯片输出电压最小分辨力为5斗V，满足了最小分辨力的要求。以VCx08789为例，年变化量所需要的控制电压范围

7、为0．35V。将DACl220电压输出衰减5倍以A达到动态控制要求，并为系统设计留有余量。为了扩大电压的输出范围，需要在控制电压上叠加一个固定的偏移量[2]，固定偏移量的要求就是输出一个稳定的电压。固定偏移量可以由如下几种实现方式：精密模拟电位器调节，精密数字电位器调节，多个电压基准源切换，高精度基准源的多位DA转换芯片。考虑到控制的灵活性和高精度，我们采用了多位DA转换芯片来提供固定偏移量以使偏移量的调节更为精细。DACl220对于滤波外用电容的要求比较高，只有薄膜电容和专门用于精密信号滤波的电容才能达到要求的精度，减小噪音。应用电路图如图2所示，

8、其中两个滤波电容皆采用薄膜电容。图中的数据传入线采用分压的方式给出。主要基于以下两点考虑：1、虽然DACl2