[实用新型]一种用于CPT原子钟的正交锁相放大系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锁相放大系统，特别是涉及一种用于CPT原子钟的正交锁相放大系统。

背景技术

原子频标系统可以提供精密的时间基准信号，在卫星导航与科学实验等领域有很重要的作用。CPT原子钟作为小型化原子钟研制的一个热点在国内外得到了广泛的关注，它是利用双色相干光与碱金属原子体系作用产生的CPT现象而实现的一种具有小体积与低功耗的新型频标。在物理系统的设计上，CPT频标不需要微波腔，而且可以用半导体激光管取代传统被动性铷原子频标的谱灯。

在电路系统的设计上，小型化的伺服系统是设计的一个难点。CPT原子钟的伺服系统包括两部分，激光伺服系统与微波伺服系统，这样在对光检信号进行锁相放大时，就需要两套锁相系统。并保证精度的同时，为了小型化与低功耗的要求，锁相系统必须使用比较少的硬件资源。

因此，需要提供一种既能同时实现对激光伺服系统和微波伺服系统进行锁相放大，又能保证硬件资源消耗少，体积小的所想放大系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于CPT原子钟的正交锁相放大系统，以克服现有技术中不能同时对激光伺服系统和微波伺服系统同时进行锁相放大，且保证硬件消耗少，体积小的问题，同时满足CPT原子钟伺服系统小型化、低功耗与高精度的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案。

一种用于CPT原子钟的正交锁相放大系统，该系统包括

正弦波锁相放大单元，用于对待测信号进行正弦波锁相放大；和

方波锁相放大单元，用于对待测信号进行方波信号锁相放大。

优选的，该系统进一步包括第一滤波器，用于对待测信号进行滤波，并获得正弦波信号；第二滤波器，用于对待测信号进行滤波，并获得方波信号。

优选的，所述第一滤波器为5KHz带通的FIR滤波器，其通带带宽为800Hz；所述第二滤波器为500Hz带通的FIR滤波器，其通带带宽为200Hz。

优选的，所述正弦波锁相放大单元包括

参考信号源，用于产生两路正交的参考信号；

移相器，用于调整参考信号相位，使其与待测正弦波信号相位一致；

第一乘法器，用于将待测正弦波信号与第一路参考信号相乘，获得相乘后待测信号的幅度和相位差余弦值乘积；

第二乘法器，用于将待测正弦波信号与第二路参考信号相乘，获得相乘后待测信号的幅度和相位差余弦值乘积；

第一除法器，用于对第一乘法器和第二乘法器输出的乘积进行除法运算，获得两个乘积信号的相位误差的正切值；和

查表器，用于将所述相位误差的正切值进行反正切运算，获得相位误差，并通过该相位误差调整参考信号的初始相位；

优选的，所述正弦波锁相放大单元进一步包括

连接在第一乘法器和第一除法器之间的第一积分器；

连接在第二乘法器和第一除法器之间的第二积分器。

优选的，所述正弦波锁相放大单元包括

计数器，用于对时间分频，获得预定频率的方波参考信号；

第一延时器，用于调整方波参考信号的相位，使其余待测方波信号相位一致，并输出两路方波参考信号；

第二延时器，用于将两路方波参考信号的其中一路延时，使两路方波参考信号成为正交的方波参考信号；

第三乘法器，用于将待测方波信号和第一路方波参考信号相乘，获得相乘后待测方波信号的幅度和相位差余弦值乘积；

第四乘法器，用于将待测方波信号和与第一路方波参考信号正交的方波参考信号相乘，获得相乘后待测方波信号的幅度和相位差余弦值乘积；

累加器，用于对第三乘法器和第四乘法器输出的乘积进行累加，获得四个相位误差区间；和

第二除法器，利用循环比较法计算得到两两之间商的整数数值，通过该整数数值调整第一延时器，使方波参考信号与待测方波信号一致。

优选的，所述正弦波锁相放大单元还包括连接在累加器和第二除法器之前的区间判决模块。

一种包含上述的正交锁相放大系统的FPGA。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案采用基于FPGA的正交锁相放大系统，此方案可同时完成方波与正弦波的锁相；本实用新型采用正交手段，锁相精度可以达到0.05弧度的精度，提高CPT原子钟的频标精度；本实用新型的硬件资源利用率低，可满足小型化与低功耗的要求；全部设计在数字域实现，利用在线分析技术方便电路调试。

附图说明