[发明专利]一种微型原子钟数字控制电路装置及方法

摘要

本发明公开了一种微型原子钟数字控制电路装置及方法；包含了VCSEL和原子气室温度控制环路、VCSEL频率锁定环路和压控晶振频率锁定环路。该装置以混合信号FPGA为处理器，同时采用分时温控和脉宽调制方波的温控方法减小了控制装置体积；该装置还采用增益可变放大的光检信号处理方法、高精度的VCSEL驱动电流控制方法、高精度的压控晶振压控端电压控制方法和相敏解调相位自动寻优方法提高了微型CPT原子钟性能、降低了调试难度。该装置体积小、功耗低且易于调试，适合微型CPT原子钟。

主权项

1.一种微型原子钟数字控制电路装置，其特征在于，包括：第一转换电路(1)、增益可变放大电路(2)、FPGA(3)、第二转换电路(4)、压控晶振(5)、锁相环(6)、环路滤波器(7)、压控振荡器(8)、偏置器(9)、多路选择器(10)、第一温度测量电路(11)、第二温度测量电路(12)、第一功率放大电路(13)、第二功率放大电路(14)；所述第一转换电路(1)的输入端用于接收光检信号；所述增益可变放大电路(2)第一输入端连接至第一转换电路(1)输出端，所述增益可变放大电路(2)第二输入端连接至FPGA(3)的第七输出端；所述FPGA(3)第一输入端连接至增益可变放大电路(2)输出端，所述FPGA(3)第二输入端连接至多路选择器(10)输出端；所述第二转换电路(4)输入端连接至FPGA(3)第一输出端；所述压控晶振(5)输入端连接至FPGA(3)第三输出端，所述压控晶振(5)第二输出端作为微型CPT原子钟的标准频率输出；所述锁相环(6)第一输入端连接至压控晶振(5)第一输出端，所述锁相环(6)第二输入端连接至FPGA(3)第二输出端，所述锁相环(6)第三输入端连接至压控振荡器(8)第一输出端；所述环路滤波器(7)的输入端连接至锁相环(6)的输出端；所述压控振荡器(8)输入端连接至环路滤波器(7)的输出端；所述偏置器(9)的第一输入端连接至压控振荡器(8)的第二输出端，所述偏置器(9)的第二输入端连接至第二转换电路(4)的输出端，所述偏置器(9)的输出端连接至物理系统VCSEL电流输入端；所述第一温度测量电路(11)输入端连接至物理系统VCSEL热敏电阻；所述第二温度测量电路(12)输入端连接至物理系统的原子气室的温度传感器；所述多路选择器(10)第一输入端连接至第一温度测量电路(11)输出端，所述多路选择器(10)第二输入端连接至第二温度测量电路(12)输出端，所述多路选择器(10)第三输入端连接至FPGA(3)第六输出端；所述第一功率放大电路(13)输入端连接至FPGA(3)第五输出端，所述第一功率放大电路(13)输出端连接至物理系统VCSEL加热器；所述第二功率放大电路(14)输入端连接至FPGA(3)第四输出端，输出端连接至物理系统原子气室加热器。