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1、摇2014年2月宇航计测技术Feb.,2014第34卷摇第1期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol.34,No.1試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試文章编号:1000-7202(2014)01-0037-05摇摇摇摇中图分类号:TH714摇摇文献标识码:A一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现刘类骥摇赵海清摇曹远洪(成都天奥电子股份有限公司,成都611731)摇摇摘摇要摇分析了倍频器对芯片原子钟稳定度指标的影响,并以此提出了对倍频器的设计要求。介绍了国内外几种典型的
2、原子钟倍频器,提出了一种基于撞-D调制的芯片原子钟专用锁相倍频器方案,并采用分离器件对该方案进行了验证,实现了与传统铷钟物理系统的闭环锁定,铷原子频标稳定度指标达4.7E-12/s,能满足原子钟的研制需求。基于该方案开展了倍频器芯片的设计和流片,实现了3.4GHz的芯片原子钟专用芯片,与物理系统进行联调锁定后稳定度指标达5.5E-11/s,表明该芯片可满足芯片原子钟的设计要求。+摇摇关键词摇芯片原子钟摇倍频器摇专用芯片Design&RealizationofaSpecialFrequencyMultiplierforChip鄄scaleAtomicClockLIULei鄄ji摇ZHA
3、OHai鄄qing摇CAOYuan鄄hong(ChenduSpaceonElectronicsCO.,LTD.,Chengdu611731)摇摇Abstract摇Byanalyzingtheaffectiononatomicclockstability,thedemandingforthefrequencymultiplierhasbeenoffered.Incomparisonwithseveraltypicalconfigurations,anovelfrequencymultipli鄄erschemeconsistingofsynthesizer,orthogonalmixer
4、andDDShasbeendesigned.Guidedbythedesign,thefirstprototypefabricatedwithindividualcomponentshasbeencompleted;thefrequencystabilityis4.7E-12/safterlocking,andthisdesigncanbequalifiedforatomicclock.Basingonthedesignscheme,thespecial3.4GHzASIChasbeenfabricated,andthechip鄄scaleatomicclockincorporate
5、dtheASICarrivedto5.5E-11/s,whichprovesthattheASICcansatisfythedesignrequirementsofchip鄄scaleatomicclock.+摇摇Keywords摇Chip鄄scaleatomicclock摇Multiplier摇SpecialChip1摇引摇言组成。其中物理系统起原子鉴频作用,主要由激光管、1/4偏振片、吸收泡、C场和光电池构成。物理芯片原子钟要求小体积、低功耗,对电子线路提系统内部的吸收泡可采用MEMS工艺制造,热容量出了更高的要求。目前的芯片原子钟主要基于原子大大减小;整个物理系统采用真空封装,
6、使物理系统与激光的相干囚禁理论(CPT)[1],不再需要微波腔,的功耗从原来的瓦级降低到数十毫瓦,体积也小到[3]因而体积可以大幅减小,代表了原子钟的微型化发1个立方厘米。电子线路部分主要包括伺服电路展方向。芯片原子钟主要由物理系统和电子学系统和微波倍频器。前者可采用现有大规模数字集成电·38·宇航计测技术摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇2014年摇路,功耗低,技术成熟,主要工作集中在控制算法和分解的2n+1阶系数;S(2nf)———倍频器输出微ym软件设计;后者则是芯片原子钟电子线路研究的重波信号的第n阶噪声谱密度。点,倍频器的作用是将10MHz信号倍频到带尾数的将噪声谱密度转换为
7、相对应的相位噪声起伏,[6]微波信号,是电子线路相位噪声的主要来源,功耗也可表示为相对较大,目前也没有较好的倍频器芯片可选,设计2伊10L(2fm)/20fm滓()=(2)和制作难度较大。yf/1/20芯片原子钟要求倍频器具有功耗低、体积小、集式中:L(2f)———微波信号在频偏为2倍调制频率处m成度高等特点,因此研制专用芯片是倍频器设计的的相位噪声;2f———调制频率f的2次谐波;f———mmm主要技术途径。本文在分析国内外主要芯片原子钟调制频率;f——
