[发明专利]一种数字一体化的CPT原子钟控制系统

摘要

本发明公开了一种数字一体化的CPT原子钟控制系统，包括微控制器、多路D/A转换器、温补晶振、倍频电路、加法器、压控电流源、Bias-T、光电转换电路、高Q值滤波器以及相敏检波电路；整个电路系统在微控制器的控制下工作，电路结构简单，调试方便；电路系统共用一个相敏检波电路，原子钟锁定时相敏检波电路为复用电路，通过软件设置可实现激光频率与微波频率的锁定，减小了电路的体积和功耗；在光电转换电路和相敏检波电路之间加入高Q值滤波器，大幅提高了电路的信噪比。

主权项

一种数字一体化的CPT原子钟控制系统，其特征在于，包括微控制器(1)、多路D/A转换器(2)、温补晶振(3)、倍频电路(4)、加法器(5)、压控电流源(6)、Bias‑T(7)、光电转换电路(8)、高Q值滤波器(9)以及相敏检波电路(10)；所述微控制器(1)用于控制温补晶振(3)的输出频率；控制倍频电路(4)的倍频系数和输出微波功率；控制高Q值滤波器(9)的通道中心频率在激光调制频率和微波调制频率之间切换；向相敏检波电路(10)输出参考方波：当将高Q值滤波器(9)的通道中心频率切换到激光器调制频率时，将参考方波的频率调节成与激光调制频率一致后向相敏检波电路(10)输出；当将高Q值滤波器(9)的通道中心频率切换到微波调制频率时，将参考方波的频率调节成与微波调制频率一致后向相敏检波电路(10)输出；高Q值滤波器(9)从光电转换电路(8)接收电压调制信号，并根据当前被切换的通道中心频率对所述电压调制信号进行滤波降噪，并送入相敏检波电路(10)；所述相敏检波电路(10)依据所述参考方波将调制信号检测转换成直流信号，作为锁定信号；所述微控制器(1)从相敏检波电路(10)接收得到的对应于激光信号的锁定信号时，对该直流电压信号进行采样并判断：当该直流电压信号大于设定值时，控制多路D/A转换器输出的直流偏置信号减小；反之，增大直流偏置信号；当接收得到的对应于微波信号的锁定信号时，对该直流电压信号进行采样并判断：当该直流电压信号大于设定值时，控制温补晶振输出的频率减小；反之，增大温补晶振输出频率；同时，控制多路D/A转换器输出与激光调制频率一致的低频调幅信号；所述倍频电路(4)根据所述倍频系数、输出微波功率以及从温补晶振(3)接收的输出频率，输出相应的微波信号；加法器(5)将多路D/A转换器(2)输出的直流偏置控制信号与所述低频调幅信号相加，送至压控电流源(6)；所述压控电流源(6)将接收的信号转换为电流信号；所述Bias‑T(7)将微波信号、激光器偏置直流信号以及低频调幅信号的直流信号相加，输出至激光器；所述激光器产生被微波信号调制的激光信号；所述光电转换电路(8)将激光信号转换为具有激光低频调制信号和微波低频调制信号的电压调制信号。