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原子钟全数字化控制电路的设计与实现

徐丹燕  
【摘要】: 科技的进步和社会的发展对时间度量的准确性要求越来越高,原子钟是目前最准确的计时工具,然而由于其设备复杂体积庞大,除了在航空航天、天文及物理科学等少数方面得到应用外很难应用于更广阔的领域。为了能够扩大原子钟的应用范围,原子钟的小型化和低成本研究势在必行。 本文课题来源是结合CPT(Coherent Population Trapping,相干布局数囚禁)原理展开对原子钟小型化的研究,并利用MEMS (Micro- Electro- Mechanical- System,微机电系统)技术实现微型化原子钟的制作。本文所研究的是微型化原子钟的控制电路部分,控制电路的主要功能是产生一个频率为3.4GHz的调制信号输入到原子钟的物理部分,再将其反馈回来的微弱误差信号提取出来,通过全数字调控电路处理后对输出调制频率进行自动调节与物理部分的原子精细能级跃迁同步,以达到使输出频率更精确的目的。 本文已完成主要工作如下: 首先,了解整体原子钟系统的工作原理和控制电路在系统中所起到的作用,对控制电路系统进行总体设计,确定电路的具体组成部分。 其次,根据电路的性能要求对芯片进行选型,了解芯片的工作原理与方式,并且根据电路的要求和芯片的性能对电路各单元组成部分进行细节设计。 最后,对电路进行调试编程,在调试过程中发现电路存在的问题和错误,根据发现的问题和错误对电路进行改进。并且在现有设计电路的基础上,对电路进行简化,使得电路产生的频率更加符合原子钟系统的需要。


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