用于铯芯片级原子钟的4.596 GHz射频源研制

芯片级原子钟主要包括射频模块、物理封装模块以及其他的外围控制模块。射频模块的设计关系到芯片级原子钟的短期稳定度,所以射频模块在芯片级原子钟的设计时是非常重要的一部分。本文利用数字锁相环技术实现频率为4.596 GHz的射频源,射频源由三部分组成,包括小数分频频率综合器、压控振荡器和环路滤波器。数字锁相环具有相位噪声低,频谱稳定度高等特点。此外,由于小数分频频率综合器是可编程的,可以通过配置N分频器与R分频器实现输出频率的快速扫描。与此同时,根据相关公式,可以计算出三阶无源环路滤波器的近似参数值,所设计的环路滤波器具有300 kHz的环路带宽以及55的相位裕度。最后,整个基于数字锁相环技术实现的射频源通过仿真、硬件实现以及测试。测试结果显示,射频源的相位噪声为-74.02 dBc/Hz@300 Hz,符合芯片级原子钟射频源的设计要求。     

直接序列扩频系统中数字Costas环的设计与实现

主要针对直接序列扩频系统(DSSSS)的载波同步,研究了数字Costas环的设计和实现方法.介绍了数字Costas环的结构和其提取载波频率和相位、实现载波同步的基本原理.以典型的二阶连续系统的离散数字化方法为基础,分析了线性数字锁相环(DPLL)的参数设计方法,为非线性的数字Costas环的设计提供了参考.提出了一种在高速数字信号处理器(DSP)中数字Costas环的软件实现方案;经过试验验证,能够实现载波同步,并且应用更加简单、灵活,性能更加稳定.     

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。     

基于RTW的单相锁相环控制新方法研究

给出了一种基于DSP TMS320F2812和MATLAB实时代码生成工具(RTW)的单相整流器锁相环控制系统,介绍了MATLAB实时仿真控制系统的搭建过程和实际系统的硬件结构;并在此防控一体化控制平台上,介绍并改进了一种双坐标反馈方法设计锁相环的算法,首先利用Matlab/Simulink工具建立了算法模型,并给出了其仿真结果,结果显示功率因数基本为1;然后将仿真模型转换成实时代码,并将代码烧写到DSP控制实际系统中给出了实验结果,实验结果显示相位差为-2度左右,电流稳定在一定值,与仿真结果吻合,证明了这种由可视化模型生成代码的方法不仅缩短了开发周期,而且提高了系统的能观能控性。     

基于无源超高频射频识别标签的湿度传感器设计

针对无源超高频射频识别传感器标签大规模运用的需求,采用中芯国际0.35μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计并制造了一种低成本、低功耗的湿度传感器.湿度传感器单元采用聚酰亚胺作为感湿材料,利用顶层金属层制作叉指结构电极,制造过程与标准CMOS制造工序兼容,无需任何后处理工艺.接口电路部分基于锁相环原理,采用全数字电容.数字直接转换结构,能够工作在接近工艺阈值电压下.后期测试结果显示,该湿度传感器在常温下灵敏度为36.5 fF%RH,最大回滞偏差为7%,响应时间为20 ms,0.6 V电源电压下消耗2.1μW功率.     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop,PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案.该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN总线通信功能,运用PLL技术和DDS技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出.将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性.     

分谐波采样锁相环和分频式锁相环的性能比较

锁相环路(PLL)是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，具有载波跟踪特性，可以提取淹没在噪声中的信号。锁相环可分为全数字锁相和取样锁相环。其中取样锁相环为数模混合锁相环路，又可分为分谐波采样锁相环和分频式锁相环。分频式锁相环具有较高的稳定度、较低的相位噪声和易于集成等优点，而分谐波采样锁相环还可以提供更低的相位噪声，它们在通信技术中都有着广泛的应用。     

两台独立飞秒钛宝石振荡器的高精度主动同步研究

对两台独立钛宝石飞秒振荡器的高精度主动同步进行了研究.实验中共采用三套锁相环对它们输出的激光脉冲进行了主动同步控制，最终得到了时间抖动低于30fs的同步精度；由于通过计算机智能监控两台振荡器的相对腔长变动，使得高精度同步维持的时间高达40min.     

锁相环的相位模型与实验电路

讨论了锁相环的相位数学模型,给出了一种适合于数学的锁相环实验电路．     

基于数字非线性锁相环的相干态相位估计

基于量子理论获取相位参数的导航机制,理论上可以突破经典物理极限对导航精度的限制.利用量子零拍探测对相干态光场相位进行测量时,通常需要相位与之正交的本振光才能使测量精度达到量子标准极限.由于导航信号相位的高非线性特点,想要利用传统的线性锁相环获取完全满足条件的本振光具有一定的难度.为此,本文设计了一种基于容积准则的非线性锁相环,实现了在非正交本振光的条件下对相干态相位进行精确测量的功能.首先,利用相干态的Wigner函数推导了其相位在量子零拍探测的输出结果,设计了量子相位估计的非线性数字锁相环框架.然后基于正交单纯形容积准则设计了非线性滤波算法实现锁相环功能,该锁相环通过对本振相位进行多次状态更新,最终实现非线性迭代估计.实验结果表明,本文方法突破了本振光相位需与相干态相位正交的局限性,避免了传统量子锁相环方法引入的线性化误差,实现了对相干态相位的准确、稳定估计.