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星載MEMS原子鐘穩(wěn)頻系統(tǒng)的優(yōu)化及實驗研究

作者: 時間:2009-10-20 來源:網絡 收藏

3.1 調制器
該系統(tǒng)設計的伺服控制電路中,欲用10 kHz的正弦信號作為調制信號,故選用RC振蕩電路。正弦波發(fā)生器產生信號分2路,1路用作調制信號,1路用作解調信號。采用改進后的維恩振蕩電路實現(xiàn) RC正弦振蕩信號,得到實際頻率為9.79 kHz,與理論9.95 kHz相差160Hz,幅值調節(jié)范圍為50~1 100 mV。頻率及幅值均可滿足系統(tǒng)設計要求。
3.2 移相器
移相器用補償相位移動,或對信號進行反相處理。需要實現(xiàn)0°~360°范圍移相,并且有相位精調功能。采用全通濾波器設計,其特點是保持增益為1,調節(jié)時間常數(shù)可調節(jié)移相范圍。圖1為移相器原理圖及相移曲線。其傳遞函數(shù)為:

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/195694.htm

為使得9.79 kHz信號移相90°,設計移相器參數(shù)如下:R=1.6 Ω,R1=10 kΩ,C=10 nF;欲實現(xiàn)-90°移相,只需將圖1a中R與C調換。故選用與90°移相器相同參數(shù)即可實現(xiàn)-90°移相。180°移相可采用反相器實現(xiàn)。相位微調仍可采用全通濾波器實現(xiàn),將其中的R或C換成可調的器件即可。保持C不變,設定R的變化范圍為1~7 kΩ,可滿足-47°~50°范圍內的微調。
3.3 鑒相器
鑒相器由模擬乘法器與低通濾波器構成,可通過檢測探測信號與參考信號的相位關系,給出與相位差對應的誤差信號,供校準器調節(jié)使用。模擬乘法器有多種用途,如增益控制、附加增益調整、作除法、壓控濾波器、鑒相器等。這里用到的是其鑒相器功能。當兩路正弦信號輸入乘法器,得到差頻、和頻兩種分量信號。當信號頻率相同時,濾掉和頻信號,得到差頻信號為一直流信號,反映兩路信號的相位差。同時,相位差為0°或 180°時得到直流信號最大,這也就是要加移相器以補償相位獲得最佳誤差信號的原因所在。
3.4 校準器
校準器由PI控制器、三角波發(fā)生器、模擬開關3部分構成,其作用是校正鑒相器輸出的誤差信號,改善系統(tǒng)快速性與準確性。當激光器受外界干擾跳出鎖頻范圍時,能自動尋找峰值點,自動上鎖。根據設定功能要求,圖2為校準器原理。

圖2中,誤差零點調節(jié)的作用是使誤差信號經PI控制器校準輸出鑒頻曲線的零點與中心頻率相對應。PI控制器零點調節(jié)與增益放大電路如圖3所示,其中R1=2 kΩ,R2=500 Ω,R3=10 kΩ,增益A=0.25~5.25。

PI控制器用于濾除高頻噪聲,并對低頻信號進行積分放大。據此功能要求,設計如圖4所示的PI控制器原理圖。


其傳遞函數(shù)為:

鑒相器中低通濾波器截止頻率為200 Hz,故設定Pl控制器截止頻率為200 Hz。經多次比較,選取C1=220 nF,C2=15 nF,R1=30 kΩ,R2=50 kΩ。



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