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星载MEMS原子钟稳频系统的优化及实验研究
来源:本站整理  作者:佚名  2009-10-20 09:38:46




3.1 调制器
    该系统设计的伺服控制电路中,欲用10 kHz的正弦信号作为调制信号,故选用RC振荡电路。正弦波发生器产生信号分2路,1路用作调制信号,1路用作解调信号。采用改进后的维恩振荡电路实现 RC正弦振荡信号,得到实际频率为9.79 kHz,与理论9.95 kHz相差160Hz,幅值调节范围为50~1 100 mV。频率及幅值均可满足系统设计要求。
3.2 移相器
    移相器用补偿相位移动,或对信号进行反相处理。需要实现0°~360°范围移相,并且有相位精调功能。采用全通滤波器设计,其特点是保持增益为1,调节时间常数可调节移相范围。图1为移相器原理图及相移曲线。其传递函数为:

  

    为使得9.79 kHz信号移相90°,设计移相器参数如下:R=1.6 Ω,R1=10 kΩ,C=10 nF;欲实现-90°移相,只需将图1a中R与C调换。故选用与90°移相器相同参数即可实现-90°移相。180°移相可采用反相器实现。相位微调仍可采用全通滤波器实现,将其中的R或C换成可调的器件即可。保持C不变,设定R的变化范围为1~7 kΩ,可满足-47°~50°范围内的微调。
3.3 鉴相器
    鉴相器由模拟乘法器与低通滤波器构成,可通过检测探测信号与参考信号的相位关系,给出与相位差对应的误差信号,供校准器调节使用。模拟乘法器有多种用途,如增益控制、附加增益调整、作除法、压控滤波器、鉴相器等。这里用到的是其鉴相器功能。当两路正弦信号输入乘法器,得到差频、和频两种分量信号。当信号频率相同时,滤掉和频信号,得到差频信号为一直流信号,反映两路信号的相位差。同时,相位差为0°或 180°时得到直流信号最大,这也就是要加移相器以补偿相位获得最佳误差信号的原因所在。
3.4 校准器
    校准器由PI控制器、三角波发生器、模拟开关3部分构成,其作用是校正鉴相器输出的误差信号,改善系统快速性与准确性。当激光器受外界干扰跳出锁频范围时,能自动寻找峰值点,自动上锁。根据设定功能要求,图2为校准器原理。

    图2中,误差零点调节的作用是使误差信号经PI控制器校准输出鉴频曲线的零点与中心频率相对应。PI控制器零点调节与增益放大电路如图3所示,其中R1=2 kΩ,R2=500 Ω,R3=10 kΩ,增益A=0.25~5.25。

    PI控制器用于滤除高频噪声,并对低频信号进行积分放大。据此功能要求,设计如图4所示的PI控制器原理图。


    其传递函数为:

   

鉴相器中低通滤波器截止频率为200 Hz,故设定Pl控制器截止频率为200 Hz。经多次实验比较,选取C1=220 nF,C2=15 nF,R1=30 kΩ,R2=50 kΩ。

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