用于銫原子頻標(biāo)的低相噪壓控振蕩器的研制.pdf

1、相干布居囚禁(CPT)是一種量子干涉現(xiàn)象，由原子與相干光相互作用所產(chǎn)生，利用該技術(shù)制造的原子頻標(biāo)具有體積小、功耗低、啟動快等優(yōu)點。在原理上，CPT原子頻標(biāo)是唯一能把物理系統(tǒng)制成芯片級尺寸的原子頻標(biāo)，其可以用不同的原子來實現(xiàn)，其中銫原子頻標(biāo)具有最高的精度和穩(wěn)定度，因此具有更加廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)銫原子頻標(biāo)的工作原理，一個具有低功耗、小體積、低相位噪聲性能且能在4.596GHz頻率附近調(diào)諧的微波信號源是系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，用于在一定頻

2、率范圍內(nèi)進(jìn)行小步長掃描而獲得CPT的峰值信號，并實現(xiàn)銫原子頻標(biāo)的閉環(huán)鎖定?；诖?，本論文研制了一個可用為銫原子頻標(biāo)中微波信號源的低相位噪聲4.596GHz壓控振蕩器，要求其面積小于1cm2，功耗小于20mW，輸出功率高于-3dBm，自由運行時相位噪聲優(yōu)于-55dBc/Hz@1KHz，經(jīng)過鎖相環(huán)鎖定后的環(huán)路相位噪聲優(yōu)于-75dBc/Hz@300Hz。
　　對于該壓控振蕩器的設(shè)計，采用的方法是負(fù)阻分析法和帶虛擬地的傳輸分析法，并在時域

3、和頻域?qū)ζ湫阅苓M(jìn)行仿真評估。另外，為了實現(xiàn)電路的精準(zhǔn)仿真，對該壓控振蕩器中的關(guān)鍵部件，即變?nèi)荻O管進(jìn)行了實際工作環(huán)境下的參數(shù)提取，并為其建立了等效電路模型。最終，所實現(xiàn)壓控振蕩器的PCB大小為0.60cm2，功耗為19.6mW，輸出功率為-1dBm，自由運行的相位噪聲為-60.86dBc/Hz@1kHz，經(jīng)過鎖相環(huán)鎖定后的環(huán)路相位噪聲為-83.57dBc/Hz@300Hz，壓控調(diào)諧靈敏度約為110MHz/V，均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)。另外，所設(shè)計