星載MEMS原子鐘穩頻系統的優(yōu)化及實(shí)驗研究
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3．1 調制器
該系統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(chǎn)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(jìn)后的維恩振蕩電路實(shí)現 RC正弦振蕩信號，得到實(shí)際頻率為9．79 kHz，與理論9．95 kHz相差160Hz，幅值調節范圍為50～1 100 mV。頻率及幅值均可滿(mǎn)足系統設計要求。
3．2 移相器
移相器用補償相位移動(dòng)，或對信號進(jìn)行反相處理。需要實(shí)現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(diǎn)是保持增益為1，調節時(shí)間常數可調節移相范圍。圖1為移相器原理圖及相移曲線(xiàn)。其傳遞函數為：本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/195694.htm
為使得9．79 kHz信號移相90°，設計移相器參數如下：R=1．6 Ω，R1=10 kΩ，C=10 nF；欲實(shí)現－90°移相，只需將圖1a中R與C調換。故選用與90°移相器相同參數即可實(shí)現－90°移相。180°移相可采用反相器實(shí)現。相位微調仍可采用全通濾波器實(shí)現，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(mǎn)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(guò)檢測探測信號與參考信號的相位關(guān)系，給出與相位差對應的誤差信號，供校準器調節使用。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(shí)，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(shí)，相位差為0°或 180°時(shí)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(kāi)關(guān)3部分構成，其作用是校正鑒相器輸出的誤差信號，改善系統快速性與準確性。當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。根據設定功能要求，圖2為校準器原理。
圖2中，誤差零點(diǎn)調節的作用是使誤差信號經(jīng)PI控制器校準輸出鑒頻曲線(xiàn)的零點(diǎn)與中心頻率相對應。PI控制器零點(diǎn)調節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(jìn)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(jīng)多次實(shí)驗比較，選取C1=220 nF，C2=15 nF，R1=30 kΩ，R2=50 kΩ。
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