星載MEMS原子鐘穩(wěn)頻系統(tǒng)的優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究
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3．1 調(diào)制器
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的伺服控制電路中，欲用10 kHz的正弦信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，故選用RC振蕩電路。正弦波發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)分2路，1路用作調(diào)制信號(hào)，1路用作解調(diào)信號(hào)。采用改進(jìn)后的維恩振蕩電路實(shí)現(xiàn) RC正弦振蕩信號(hào)，得到實(shí)際頻率為9．79 kHz，與理論9．95 kHz相差160Hz，幅值調(diào)節(jié)范圍為50～1 100 mV。頻率及幅值均可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
3．2 移相器
移相器用補(bǔ)償相位移動(dòng)，或?qū)π盘?hào)進(jìn)行反相處理。需要實(shí)現(xiàn)0°～360°范圍移相，并且有相位精調(diào)功能。采用全通濾波器設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是保持增益為1，調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)可調(diào)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.ex-cimer.com/article/195694.htm
為使得9．79 kHz信號(hào)移相90°，設(shè)計(jì)移相器參數(shù)如下：R=1．6 Ω，R1=10 kΩ，C=10 nF；欲實(shí)現(xiàn)－90°移相，只需將圖1a中R與C調(diào)換。故選用與90°移相器相同參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)－90°移相。180°移相可采用反相器實(shí)現(xiàn)。相位微調(diào)仍可采用全通濾波器實(shí)現(xiàn)，將其中的R或C換成可調(diào)的器件即可。保持C不變，設(shè)定R的變化范圍為1～7 kΩ，可滿足-47°～50°范圍內(nèi)的微調(diào)。
3．3 鑒相器
鑒相器由模擬乘法器與低通濾波器構(gòu)成，可通過檢測(cè)探測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)的相位關(guān)系，給出與相位差對(duì)應(yīng)的誤差信號(hào)，供校準(zhǔn)器調(diào)節(jié)使用。模擬乘法器有多種用途，如增益控制、附加增益調(diào)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(dāng)兩路正弦信號(hào)輸入乘法器，得到差頻、和頻兩種分量信號(hào)。當(dāng)信號(hào)頻率相同時(shí)，濾掉和頻信號(hào)，得到差頻信號(hào)為一直流信號(hào)，反映兩路信號(hào)的相位差。同時(shí)，相位差為0°或 180°時(shí)得到直流信號(hào)最大，這也就是要加移相器以補(bǔ)償相位獲得最佳誤差信號(hào)的原因所在。
3．4 校準(zhǔn)器
校準(zhǔn)器由PI控制器、三角波發(fā)生器、模擬開關(guān)3部分構(gòu)成，其作用是校正鑒相器輸出的誤差信號(hào)，改善系統(tǒng)快速性與準(zhǔn)確性。當(dāng)激光器受外界干擾跳出鎖頻范圍時(shí)，能自動(dòng)尋找峰值點(diǎn)，自動(dòng)上鎖。根據(jù)設(shè)定功能要求，圖2為校準(zhǔn)器原理。
圖2中，誤差零點(diǎn)調(diào)節(jié)的作用是使誤差信號(hào)經(jīng)PI控制器校準(zhǔn)輸出鑒頻曲線的零點(diǎn)與中心頻率相對(duì)應(yīng)。PI控制器零點(diǎn)調(diào)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(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行積分放大。據(jù)此功能要求，設(shè)計(jì)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(shè)定Pl控制器截止頻率為200 Hz。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)比較，選取C1=220 nF，C2=15 nF，R1=30 kΩ，R2=50 kΩ。
評(píng)論