数字BPM时钟锁相电路的设计与实现

为实现数字BPM时钟系统的锁相,设计了一种基于锁相环同步原理的低抖动、低相位噪声的时钟同步系统。根据锁相环电路工作原理,对数字BPM时钟同步系统的硬件及固件程序进行了设计,实现了外部输入时钟信号与系统内部产生的主工作时钟信号的锁相,并且时钟信号输出的频率及相位均可调整以满足后端ADC采样的要求。测试结果表明,设计可以完成对一定频率范围内变化的外部输入时钟信号的锁相,输出时钟信号抖动满足束流实验要求,为数字BPM后续算法研究提供了基础。     

双同步坐标系锁相环在AC-LINK充电电源中的应用

为提高电源在电网非理想输入情况下工作的适应性,采用解耦双同步坐标系下的三相锁相环,能够获取电网电压的相位与频率信息,并通过FIR滤波环节提取输入线电压的基波幅值,及时准确地为电源提供控制参数。建立了Matlab/Simulink仿真模型,在三相输入不平衡、频率变化、电压畸变等情况下进行仿真,并基于DSP2812芯片编写了控制程序进行测试。仿真与实验结果表明:在各种电网输入情况下,该方法都能够准确提取输入线电压的幅度、相位以及频率信息,为电源的良好运行提供保障。     

面向脉冲量子级联激光器气体检测的锁相放大器

为了在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测系统中,精确提取窄脉冲传感信号的幅度,设计并实现了一种微秒级窄脉冲锁相放大器.根据微秒级窄脉冲的特点,窄脉冲信号经过窄带通滤波电路,得到基频正弦波信号,再经过主放大、移相、相敏检波电路,得到与脉冲幅值有关的直流信号.利用信号发生器产生的幅度、频率、相位可调的窄脉冲待测信号,对锁相放大器进行功能验证实验.结果表明,锁相放大器输出直流信号与输入信号的幅度呈良好的线性关系,线性拟合度约为98.043%;信号幅值的相对测量误差不超过3%;在1 h的测试时间内,信号波动范围在1‰以内.利用配备的不同浓度的一氧化碳样品及研制的锁相放大器,开展了一氧化碳气体检测实验.在0~180 ppm范围内,随着一氧化碳浓度的增加,锁相放大器的输出电压值与一氧化碳浓度呈现良好的e指数关系.根据A11an方差预测的系统检测下限为0.4123ppm.与商用锁相放大器相比,该放大器具有体积小、成本低、易于集成等特点,在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测中具有较好的应用前景.     

高性能注入锁相光电振荡器

提出一种基于注入锁定和锁相环技术的注入锁相光电振荡器.利用注入锁定来改善光电振荡器的近载频相噪以及杂散抑制度.将光电振荡器的输出信号与外注入源进行鉴相,通过锁相环来提升频率稳定性,并进一步改善光电振荡器的近载频相噪.实验结果表明:注入锁相光电振荡器在电滤波器中心频率为9.5GHz、3dB带宽为20 MHz和光纤环长度为6km的情况下,实现了输出信号频率为9.5GHz的单模振荡;当注入锁定带宽为1.98kHz时,光电振荡器输出信号在1kHz频偏处的相位噪声为-125dBc/Hz,在10kHz频偏处的相位噪声为-147dBc/Hz,杂散抑制度高于80dB,阿伦偏差接近1.37×10~(-11)@1s和1.22×10~(-11)@1000s.     

基于LabVIEW FPGA的三相锁相环设计与实现

针对传统FPGA模式开发的锁相环在实时人机交互方面的不足,设计了基于LabVIEW FPGA技术的三相锁相环;方案以sbRIO-9631模块为硬件平台,利用LabVIEW编程控制FPGA逻辑,在FPGA中分三级流水线实现了基于dq变换的锁相环算法,并通过FIFO实时上传采集信号、锁定相位至PC机,最后在PC机上实现对锁相环性能分析、PI参数调控和数据显示;经过实验,该锁相环具有较高的精度,锁相时间约为两个周期,锁相误差约为0.03 rad,通过PC机可实时调节锁相性能。     

光阴极电子枪微波与激光同步系统研究

光阴极微波电子枪中,微波与激光脉冲的同步问题是其能否稳定工作的关键之一.我们自行设计、采用了一种取样锁相电路,用频率不很稳定的激光脉冲的基波与S波段高频微波直接取样鉴相,提高了锁相精度,实现了超快激光脉冲与高频微波的精准同步,这在国内还是第一次.均方根时间抖动为0.57ps,时间抖动的最大值为2.6ps,锁相精度完全满足SDUV项目光阴极微波电子枪的要求.     

强流短脉冲相对论速调管放大器实验研究

 利用无箔空心石墨阴极和0.65T的脉冲引导磁场，从Sinus加速器二极管引出了电压约750kV、电流约8.6kA、脉宽40ns的环形电子束，经过输入腔和中间腔间隙调制后,得到了7kA/43ns的基波调制电流，经过输出腔间隙后，得到了2.1GW/15ns的最大微波输出功率，束波转换效率33％，最高增益为40dB,并发现脉冲缩短现象。     

基于FPGA的半导体激光器稳频系统

半导体激光器由于波长覆盖范围大、易调谐、体积小、重量轻、结构简单、功耗低、寿命长等优势,在量子信息、精密测量、光学传感等领域均有广泛应用。由于自由运转的半导体激光器输出频率起伏较大,在应用中需要对其频率进行反馈控制。然而传统反馈控制系统存在结构复杂、体积庞大、稳定性差等缺点,因此我们搭建了一套基于FPGA的外腔半导体激光器稳频系统。该系统以铯原子饱和跃迁线为参考频率,以FPGA电路模块代替信号发生器、锁相放大器、PID、示波器等器件,对激光器工作电流施加反馈,成功将激光器的输出频率分别稳定到|6²S_1/2,F=4→|6²P_3/2,F=4,5交叉峰和|6²S_1/2,F=4→|6²P_3/2,F=5跃迁线对应的频率。80 s内激光器输出频率起伏为3.0(0.3) MHz。该系统简单易用,集成度高,可用于多种锁定系统。     

脉冲氙灯电源研究

高速摄影的同步照明光源是利用脉冲氙灯作为输出负载的一种高亮度闪光光源。它的驱动电路采用脉冲形成网络PFN电路,利用Orcad Pspice软件对PFN放电电流仿真,其仿真结果具有一定的指导意义。电源具有手动触发和同步触发功能,同时输出脉冲的前沿和后沿具有良好的时间响应,氙灯充电电压0~3.5 kV可调,触发信号与光波形延时时间125 μs;实验结果验证了电源设计原理和技术方案的可行性。     

利用电光强度调制器频移特性实现可调延迟

针对光纤通信系统中数据同步处理时对脉冲可调延迟的要求,提出了一种可调延迟器的结构设计方案。对电光强度调制器(EOIM)的光频移特性进行了研究,基于EOIM对各级边带和强度的调制作用,利用EOIM对受激布里渊散射慢光装置中的泵浦光进行强度调节,从而实现延迟量可调。建立了可调延迟的数学模型,通过实验研究分别得出了在一定微波调制功率下EOIM调制深度和直流偏置电压随脉冲延迟量的变化关系。从实验结果中可以看出:在引起失真的主要因素为零的情况下,当直流偏置电压为半波电压的1/2时,脉冲相对群延迟随调制深度的增大逐渐减小;当调制深度为1.39时,脉冲相对群延迟随直流偏置电压的增大逐渐增大,延迟量最大可达到未调制情况下的1.106倍,实现了较大范围的延迟量调节。     

利用光锁相环路实现40 Gb/s时钟恢复

提出并建立了一种新型的基于光纤四波混频效应和压控光脉冲源的光锁相环路(OPLL),用于光时分复用系统(OTDM)中的时钟恢复过程。从理论上分析了其工作原理,及各模块结构和功能。利用高非线性光纤中的四波混频效应实现全光鉴相器,有效缩短了光纤长度,减小了光纤色散引起的脉冲走离,鉴相器消光比超过30 dB。采用再生锁模光纤激光器实现压控光脉冲源,在保证脉冲质量的前提下,重复频率调节范围达到380 kHz。在40 Gb/s时钟恢复实验中,获得脉宽为7.2 ps、接近变换极限的时钟脉冲,时间抖动(RMS)为152 fs,超模抑制比大于60 dB。实验证明,输入信号幅度波动和码型效应对环路影响很小。     

光学相位锁定激光在原子玻色-爱因斯坦凝聚中实现拉曼耦合

采用光学相位锁定环路技术将外腔反馈式半导体激光器锁定到与钛宝石激光器输出激光频率上. 锁定后两束激光的差频线宽从MHz降低到Hz量级, 同时两束激光的频率差可实现几百兆赫兹到7 GHz的精密调节. 锁定的两束激光作用在铷原子玻色-爱因斯坦凝聚的两个基态超精细态F=2, 1, 观测到在两个超精细态之间的拉曼跃迁. 该技术可用于超冷原子两个超精细态之间自旋轨道耦合.     

High efficiency, phase-locked operation of the harmonic-multiplyinginverted gyrotwystron oscillator

The inverted gyrotwystron (phigtron) is a millimeter wave frequency-doubling amplifier that has been demonstrated to produce over 300 kW peak power at twice the input frequency (centered at f_in =16.85 GHz and f_out=33.7 GHz) over a 0.5% bandwidth with a saturated gain of 30 dB and efficiency greater than 35%. The device has also been studied both theoretically and experimentally in a different operating regime where frequency-doubled, phase-locked oscillation is possible. A signal, injected via a fundamental gyro-traveling wave tube input section, modulated a 55 kV, 10 A electron beam. After transit through a drift section, the prebunched electron beam produced phase-locked, second harmonic oscillations in a TE₀₃ mode output cavity. RF output centered at either of two frequencies, 34.42 and 34.62 GHz, with a maximum output power of 180 kW, an efficiency of 32% and a locked signal gain of 35 dB was measured. A theoretical prediction of locking bandwidth, a design overview, and the experimental results are presented followed by a summary and discussion of the results     

Properties of Optical Phase-Locked Loop Based on Four Wave Mixing in Semiconductor Laser Amplifiers

In this paper, the properties of the optical phase-locked loop(PLL) based on the four-wave mixing in the semiconductor laser amplifiers (SLAs) are discussed. The components that achieve the function of detecting the bit phase of the input optical signal are concerned and discussed in detail together as a function module named as the optical bit phase detector referred to the general electronic PLL. Therefore, most of the properties of the optical PLL can be analyzed by applying the general phase-locked theory. Here the stability of the optical PLL is discussed. It's shown that the variance of input signal power in the practical application will cause optical PLL system unstable because of its long loop delay. The influence on the output phase jitter of the optical PLL is also investigated.     

大气压氦氩混合气体介质阻挡放电电学和光谱特性研究

以聚对苯二甲酸乙二醇酯作为介质,在大气压下产生氦氩混合气体放电等离子体。利用电压电流探头、数字示波器和数码相机研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯介质阻挡氦氩混合气体放电的电学特性和发光特性。发现随氩气含量增加,每半个电压周期出现一个或多个电流脉冲,放电由均匀放电转变为斑图放电。利用衍射光栅和CCD探测器组成的光谱系统测量了氩原子谱线（696.54, 763.13, 772.09, 811.17和911.81 nm）光谱强度。研究了氩气含量、峰值电压对氩原子谱线光谱强度的影响。实验结果表明：在峰值电压较低时,上述五条氩原子谱线光谱强度随氩气含量的增加均呈现先增强-后减弱-再增强的变化规律;在峰值电压较高时,波长为696.54, 763.13和772.09 nm三条谱线光谱强度增强,波长为811.17和911.81 nm谱线光谱强度减弱。上述情况表明：在低峰值电压下,上述五条氩原子谱线光谱强度的变化规律是由于在放电过程中放电模式发生了变化;而在髙峰值电压下,五条谱线强度变化与气体激发机制有关。在氩气含量低于30%或高于80%时,氩原子谱线光谱强度随峰值电压的增加先保持不变,再增强到稳定值;在氩气含量介于30%～80%之间时,氩原子谱线光谱强度随峰值电压的增加也呈现先增强-后减弱-再增强的变化规律;利用玻尔兹曼图形法计算了氩原子放电的电子激发温度,得到了不同峰值电压下电子激发温度随氦气/氩气比例变化的规律：高峰值电压下电子激发温度明显高于低峰值电压下电子激发温度;电子激发温度随氩气含量增加而减小。出现上述变化规律的原因主要是由于电子与氦原子碰撞截面小,电子与氩原子碰撞截面大,而氦气扩散系数大于氩气扩散系数。     

相位式激光测距全数字锁相环控制系统

针对减小相位式激光测距中的误差,介绍了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）实现的全数字锁相环（ADPLL）控制系统的技术原理。此系统可以提高相位频率检测器的精度,同时不受温度和电压的影响,大幅降低相位式激光测距在测相过程中的频率误差。系统主要由数字鉴相器、数字滤波器和数字控制振荡器等逻辑设备组成,系统中的信号全部为数字信号。实验结果表明,当FPGA内部的参考信号为40 Hz时,采样周期为0.025 s,滤波器在300 ms达到约5 V的电压饱和状态。ADPLL系统避免了模拟电路中常常遇到的不全传输、寄生能力、温度浮动及老化等问题,并且可以在使用重置器件的情况下运行,因此很容易测试和复原。     

LHCD系统微波激励源性能优化设计

使用数字锁相环技术实现一定带宽内高精度可调节的频率输出,解决了速调管长期工作后响应频率发生偏移,模拟锁相环无法工作在系统最佳频率的问题;在移相器后增加功率幅度控制电路,保证了线性放大器的输出功率不会受到相位调节的影响;设计了一种基于数模转换(D/A)技术与微波电调技术相结合的波形控制单元,解决了激励源输出波形不可控的问题。通过以上三方面的改进,完成了HL-2M装置LHCD系统微波激励源的性能优化设计。     

Fundamental aspects of pulse phase-locked loop technology-based methods for measurement of ultrasonic velocity.

A new instrument based on a constant frequency pulse phase-locked loop concept has been developed to accurately measure the ultrasonic phase velocity in condensed matter. Measurements of the sound velocity in ultrapure water are reported in which both damped and undamped transducers are used with the instrument together with reflectors of various thicknesses placed in the sound propagation path. An analysis of measurements made with the new instrument and similar measurements, taken under identical experimental conditions, using a popular variable frequency pulsed-phase-locked loop instrument is reported. Uncertainties in both measurement systems are analyzed and discussed. A method for measuring inherent phase shifts, not addressed by previous investigators, within the variable frequency pulsed phase-locked loop system and a derivation of the equations that govern the overall use of variable frequency systems using phase-sensitive comparisons are presented. The effects of a finite pulse length on the measurements of phase velocity in dispersive media are addressed in detail.