CN107340065A - 用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器 - Google Patents

Abstract

用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器，包括双路超高速比较电路单元1、可编程倍频电路单元2和鉴频鉴相电路单元3，可快速对冷原子干涉型重力仪中的拉曼光鉴频鉴相，具有高稳定性，响应快等优点。

Description

用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器

研究领域

本发明涉及激光相位锁定技术领域，特别是针对冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴相器。

技术背景

冷原子干涉型重力仪中拉曼光的相位锁定性能直接关系到干涉型重力仪的测量精度。在实验中需要将两台激光器的差频锁定在6.834GHz这个频率点，鉴频鉴相器是锁相环中一个非常关键的部分。但是现有鉴频鉴相器对冷原子干涉型重力仪中的拉曼光鉴频鉴相的响应速度慢、稳定性差、使用成本高。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器，主要功能是实现高速的鉴频鉴相，为锁相环控制器提供参考信号。完成对拉曼光的实时相位频率锁定。

本发明提供一种用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器，主要包括的功能单元有：双路超高速比较电路单元1、可编程倍频电路单元2和鉴频鉴相电路单元3。

所述双路超高速比较电路单元1包括信号输入端口P1和P2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10，双路超高速比较器U1。其中，信号输入口P1的第一端和R1的第一端相连，第二端和地相连，电阻R1的第二端和地相连，隔直电容C1的第一端和电阻R1的第一端相连，第二端和比较器的10号引脚相连，电阻R2的第一端和比较器的8号引脚相连，第二端和地相连，电容C2的第一端和比较器的9号引脚相连，第二端和地相连，信号输入口P2的第一端和电阻R3的第一端相连，第二端和地相连，电阻R3的第二端和地相连，隔直电容C3的第一端和电阻R3的第一端相连，电容C4的第一端和比较器U1的12号引脚相连，第二端和地相连，R4的第一端和比较器U1的13号引脚相连，第二端和地相连，比较器U1的1号引脚和电阻R5的第一端相连，2号引脚和R6的第一端相连，3号引脚和+5V相连，4号引脚和+1.66V相连，5号引脚和+3.33V相连，6号引脚和-5V相连，7号引脚和+5V相连，8号引脚和电阻R2的第一端相连，9号引脚和电容C2的第一端相连，10号引脚和电容C1的第一端相连，11号引脚和电容C3的第一端相连，12号引脚和电容C4的第一端相连，13号引脚和电阻R4的第一端相连，14号引脚和+5V相连，15号引脚和-5V相连，16号引脚和+3.33V相连，17号引脚和+1.66V相连，18号引脚和+5V相连，19号引脚和R10的第一端相连，20号引脚和R9的第一端相连，电阻R5的第一端和比较器U1的1号引脚相连，第二端和地相连，R6的第一端和比较器U1的2号引脚相连，第二端和地相连，电容C5的第一端和电阻R6的第一端相连，第二端和R7的第一端相连，电容C6的第一端和电阻R5的第一端相连，第二端和电阻R8的第一端相连，电阻R7第一端和电容C5的第二端相连，第二端和电容C7第一端相连，电阻R8的第一端和电容C6的第二端相连，第二端和电容C7的第一端相连，电容C7的第二端和地相连，电阻R9的第一端和比较器U1的20号引脚相连，第二端和地相连，电阻R10的第一端和比较器U1的19号引脚相连，第二端和地相连，电容C8的第一端和电阻R9的第一端相连，第二端和电阻R11的第一端相连，电容C9的第一端和R10的第一端相连，第二端和电阻R12的第一端相连，R11的第二端和电容C10的第一端相连，电阻R12的第二端和电容C10的第一端相连，C10的第二端和地相连。

所述可编程倍频电路单元2包括倍频芯片U2和U3，电阻R13，R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28，电容C11和C12，双排针连接器P3和P4。其中倍频芯片U2的0号引脚接地，1号引脚和+3.3V相连，2号引脚和电阻R7的第一端相连，3号引脚和电阻R8的第一端相连，4号引脚和电容C7的第一端相连，5号引脚接地，6号引脚接地，7号引脚悬空，8引脚接地，9号引脚和+3.3V相连，10号引脚和电阻R26的第一端引脚相连，11号引脚和电阻R25的第一端相连，12号引脚和+3.3V相连，13号引脚和双排针连接器P3的9号和11号引脚相连，14号引脚和地相连，15号引脚和双排针连接器P3的5号和7号引脚相连，16号引脚和双排针连接器P3的1号和3号引脚相连，双排针连接器P3的2号引脚和电阻R13的第一端相连，4号引脚和电阻R14的第一端相连，6号引脚和电阻R15的第一端相连，8号引脚和电阻R16的第一端相连，10号引脚和电阻R17的第一端相连，12号引脚和电阻R18的第一端相连，电阻R13的第二端接地，电阻R14的第二端接地，电阻R15的第二端接地，电阻R16的第二端接地，电阻R17的第二端接地，电阻R18的第二端接地，倍频芯片U3的0号引脚接地，1号引脚和+3.3V相连，2号引脚和电阻R11的第一端相连，3号引脚和电阻R12的第一端相连，4号引脚和电容C10的第一端相连，5号引脚接地，6号引脚接地，7号引脚悬空，8号引脚接地，9号引脚和+3.3V相连，10号引脚和电阻R28的第一端引脚相连，11号引脚和电阻R27的第一端相连，12号引脚和+3.3V相连，13号引脚和双排针连接器P4的9号和11号引脚相连，14号引脚和地相连，15号引脚和双排针连接器P4的5号和7号引脚相连，16号引脚和双排针连接器P4的1号和3号引脚相连，双排针连接器P4的2号引脚和电阻R19的第一端相连，4号引脚和电阻R20的第一端相连，6号引脚和电阻R21的第一端相连，8号引脚和电阻R22的第一端相连，10号引脚和电阻R23的第一端相连，12号引脚和电阻R24的第一端相连，电阻R19的第二端接地，电阻R20的第二端接地，电阻R21的第二端接地，电阻R22的第二端接地，电阻R23的第二端接地，电阻R24的第二端接地，电阻R25的第二端接地，电阻R26的第二端接地，电阻R27的第二端接地，电阻R28的第二端接地，电容C11的第一端和电阻R26的第一端相连，第二端和电阻R29的第一端相连，电阻R29的第二端接地，电阻R30的第一端和电阻R29的第一端相连，第二端和电阻R32第一端相连，电容C12的第一端和电阻R27相连，第二端和电阻R31的第一端相连，电阻R31的第二端和+5V相连，电阻R32的第二端和+5V相连。

所述的鉴频鉴相电路单元3包括鉴频鉴相芯片U4，运算放大器U5，电阻R33、R34、R35、R36、R37、R38和R39，电容C13，信号输出接口P5。鉴频鉴相芯片U4的1号引脚和R34的第一端相连，2号引脚和R36的第一端相连，3号引脚和电阻R33的第一端相连，4号引脚和R35的第一端相连，5号引脚和地相连，6号引脚和电阻R29的第一端相连，7号引脚和电阻R32的第一端相连，8号引脚和+5V相连，电阻R33的第二端接地，电阻R34的第二端接地，电阻R36的第二端和电阻R37的第一端相连，电阻R37的第二端接地，电阻R35的第二端和运算放大器的2号引脚相连，电阻R38的第一端和运算放大器U5的2号引脚相连，第二端和运算放大器的6号引脚相连，电容C13的第一端和运算放大器的2号引脚相连，第二端和算放大器的6号引脚相连，运算放大器U5的3号引脚和电阻R37的第一端相连，运算放大器U5的4号引脚和-5V相连，运算放大器U5的6号引脚和电阻R39的第一端相连，运算放大器U5的7号引脚和+5V，电阻R39的第二端和输出口P5的第一端相连，输出口P5的第二端接地。

本发明的优点：可快速对冷原子干涉型重力仪中的拉曼光鉴频鉴相，具有高稳定性，响应快等优点。

附图说明

图1是本发明的结构单元框图；

图2是本发明的设计原理图。

图2a是双路超高速比较电路单元1的放大图。

图2b是可编程倍频电路单元2的放大图。

图2c是鉴频鉴相电路单元3的放大图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

参见图1和图2、图2a、图2b、图2c，本发明的用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器，包括依次连接的双路超高速比较电路单元1、可编程倍频电路单元2和鉴频鉴相电路单元3。

所述双路超高速比较电路单元1包括信号输入端口P1和P2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10，双路超高速比较器U1。其中，信号输入口P1的第一端和R1的第一端相连，第二端和地相连，电阻R1的第二端和地相连，隔直电容C1的第一端和电阻R1的第一端相连，第二端和比较器的10号引脚相连，电阻R2的第一端和比较器的8号引脚相连，第二端和地相连，电容C2的第一端和比较器的9号引脚相连，第二端和地相连，信号输入口P2的第一端和电阻R3的第一端相连，第二端和地相连，电阻R3的第二端和地相连，隔直电容C3的第一端和电阻R3的第一端相连，电容C4的第一端和比较器U1的12号引脚相连，第二端和地相连，R4的第一端和比较器U1的13号引脚相连，第二端和地相连，比较器U1的1号引脚和电阻R5的第一端相连，2号引脚和R6的第一端相连，3号引脚和+5V相连，4号引脚和+1.66V相连，5号引脚和+3.33V相连，6号引脚和-5V相连，7号引脚和+5V相连，8号引脚和电阻R2的第一端相连，9号引脚和电容C2的第一端相连，10号引脚和电容C1的第一端相连，11号引脚和电容C3的第一端相连，12号引脚和电容C4的第一端相连，13号引脚和电阻R4的第一端相连，14号引脚和+5V相连，15号引脚和-5V相连，16号引脚和+3.33V相连，17号引脚和+1.66V相连，18号引脚和+5V相连，19号引脚和R10的第一端相连，20号引脚和R9的第一端相连，电阻R5的第一端和比较器U1的1号引脚相连，第二端和地相连，R6的第一端和比较器U1的2号引脚相连，第二端和地相连，电容C5的第一端和电阻R6的第一端相连，第二端和R7的第一端相连，电容C6的第一端和电阻R5的第一端相连，第二端和电阻R8的第一端相连，电阻R7第一端和电容C5的第二端相连，第二端和电容C7第一端相连，电阻R8的第一端和电容C6的第二端相连，第二端和电容C7的第一端相连，电容C7的第二端和地相连，电阻R9的第一端和比较器U1的20号引脚相连，第二端和地相连，电阻R10的第一端和比较器U1的19号引脚相连，第二端和地相连，电容C8的第一端和电阻R9的第一端相连，第二端和电阻R11的第一端相连，电容C9的第一端和R10的第一端相连，第二端和电阻R12的第一端相连，R11的第二端和电容C10的第一端相连，电阻R12的第二端和电容C10的第一端相连，C10的第二端和地相连。

所述可编程倍频电路单元2包括倍频芯片U2和U3，电阻R13，R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28，电容C11和C12，双排针连接器P3和P4。其中倍频芯片U2的0号引脚接地，1号引脚和+3.3V相连，2号引脚和电阻R7的第一端相连，3号引脚和电阻R8的第一端相连，4号引脚和电容C7的第一端相连，5号引脚接地，6号引脚接地，7号引脚悬空，8引脚接地，9号引脚和+3.3V相连，10号引脚和电阻R26的第一端引脚相连，11号引脚和电阻R25的第一端相连，12号引脚和+3.3V相连，13号引脚和双排针连接器P3的9号和11号引脚相连，14号引脚和地相连，15号引脚和双排针连接器P3的5号和7号引脚相连，16号引脚和双排针连接器P3的1号和3号引脚相连，双排针连接器P3的2号引脚和电阻R13的第一端相连，4号引脚和电阻R14的第一端相连，6号引脚和电阻R15的第一端相连，8号引脚和电阻R16的第一端相连，10号引脚和电阻R17的第一端相连，12号引脚和电阻R18的第一端相连，电阻R13的第二端接地，电阻R14的第二端接地，电阻R15的第二端接地，电阻R16的第二端接地，电阻R17的第二端接地，电阻R18的第二端接地，倍频芯片U3的0号引脚接地，1号引脚和+3.3V相连，2号引脚和电阻R11的第一端相连，3号引脚和电阻R12的第一端相连，4号引脚和电容C10的第一端相连，5号引脚接地，6号引脚接地，7号引脚悬空，8号引脚接地，9号引脚和+3.3V相连，10号引脚和电阻R28的第一端引脚相连，11号引脚和电阻R27的第一端相连，12号引脚和+3.3V相连，13号引脚和双排针连接器P4的9号和11号引脚相连，14号引脚和地相连，15号引脚和双排针连接器P4的5号和7号引脚相连，16号引脚和双排针连接器P4的1号和3号引脚相连，双排针连接器P4的2号引脚和电阻R19的第一端相连，4号引脚和电阻R20的第一端相连，6号引脚和电阻R21的第一端相连，8号引脚和电阻R22的第一端相连，10号引脚和电阻R23的第一端相连，12号引脚和电阻R24的第一端相连，电阻R19的第二端接地，电阻R20的第二端接地，电阻R21的第二端接地，电阻R22的第二端接地，电阻R23的第二端接地，电阻R24的第二端接地，电阻R25的第二端接地，电阻R26的第二端接地，电阻R27的第二端接地，电阻R28的第二端接地，电容C11的第一端和电阻R26的第一端相连，第二端和电阻R29的第一端相连，电阻R29的第二端接地，电阻R30的第一端和电阻R29的第一端相连，第二端和电阻R32第一端相连，电容C12的第一端和电阻R27相连，第二端和电阻R31的第一端相连，电阻R31的第二端和+5V相连，电阻R32的第二端和+5V相连。

所述的鉴频鉴相电路单元3包括鉴频鉴相芯片U4，运算放大器U5，电阻R33、R34、R35、R36、R37、R38和R39，电容C13，信号输出接口P5。鉴频鉴相芯片U4的1号引脚和R34的第一端相连，2号引脚和R36的第一端相连，3号引脚和电阻R33的第一端相连，4号引脚和R35的第一端相连，5号引脚和地相连，6号引脚和电阻R29的第一端相连，7号引脚和电阻R32的第一端相连，8号引脚和+5V相连，电阻R33的第二端接地，电阻R34的第二端接地，电阻R36的第二端和电阻R37的第一端相连，电阻R37的第二端接地，电阻R35的第二端和运算放大器的2号引脚相连，电阻R38的第一端和运算放大器U5的2号引脚相连，第二端和运算放大器的6号引脚相连，电容C13的第一端和运算放大器的2号引脚相连，第二端和算放大器的6号引脚相连，运算放大器U5的3号引脚和电阻R37的第一端相连，运算放大器U5的4号引脚和-5V相连，运算放大器U5的6号引脚和电阻R39的第一端相连，运算放大器U5的7号引脚和+5V，电阻R39的第二端和输出口P5的第一端相连，输出口P5的第二端接地。

拉曼光拍频信号和参考信号通过同轴电缆将信号送到双路超高速比较电路单元1中，拉曼光拍频信号和参考信号都是模拟信号，通过双路超高速比较电路单元可以实现模拟信号和数字信号之间的快速转换。转换之后的数字信号，两者之间的频率差较大，可以通过可编程倍频电路单元2可以完成倍频转换，有效减小拉曼拍频信号和参考信号之间的频率差。倍频后的拉曼光拍频信号和参考信号通过鉴频鉴相电路单元3，将频率差和相位差信号送到激光器的PID控制单元进行实时调节，实现拉曼光频率和相位锁定。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器，包括双路超高速比较电路单元1、可编程倍频电路单元2和鉴频鉴相电路单元3；

所述双路超高速比较电路单元1包括信号输入端口P1和P2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10，双路超高速比较器U1。其中，信号输入口P1的第一端和R1的第一端相连，第二端和地相连，电阻R1的第二端和地相连，隔直电容C1的第一端和电阻R1的第一端相连，第二端和比较器的10号引脚相连，电阻R2的第一端和比较器的8号引脚相连，第二端和地相连，电容C2的第一端和比较器的9号引脚相连，第二端和地相连，信号输入口P2的第一端和电阻R3的第一端相连，第二端和地相连，电阻R3的第二端和地相连，隔直电容C3的第一端和电阻R3的第一端相连，电容C4的第一端和比较器U1的12号引脚相连，第二端和地相连，R4的第一端和比较器U1的13号引脚相连，第二端和地相连，比较器U1的1号引脚和电阻R5的第一端相连，2号引脚和R6的第一端相连，3号引脚和+5V相连，4号引脚和+1.66V相连，5号引脚和+3.33V相连，6号引脚和-5V相连，7号引脚和+5V相连，8号引脚和电阻R2的第一端相连，9号引脚和电容C2的第一端相连，10号引脚和电容C1的第一端相连，11号引脚和电容C3的第一端相连，12号引脚和电容C4的第一端相连，13号引脚和电阻R4的第一端相连，14号引脚和+5V相连，15号引脚和-5V相连，16号引脚和+3.33V相连，17号引脚和+1.66V相连，18号引脚和+5V相连，19号引脚和R10的第一端相连，20号引脚和R9的第一端相连，电阻R5的第一端和比较器U1的1号引脚相连，第二端和地相连，R6的第一端和比较器U1的2号引脚相连，第二端和地相连，电容C5的第一端和电阻R6的第一端相连，第二端和R7的第一端相连，电容C6的第一端和电阻R5的第一端相连，第二端和电阻R8的第一端相连，电阻R7第一端和电容C5的第二端相连，第二端和电容C7第一端相连，电阻R8的第一端和电容C6的第二端相连，第二端和电容C7的第一端相连，电容C7的第二端和地相连，电阻R9的第一端和比较器U1的20号引脚相连，第二端和地相连，电阻R10的第一端和比较器U1的19号引脚相连，第二端和地相连，电容C8的第一端和电阻R9的第一端相连，第二端和电阻R11的第一端相连，电容C9的第一端和R10的第一端相连，第二端和电阻R12的第一端相连，R11的第二端和电容C10的第一端相连，电阻R12的第二端和电容C10的第一端相连，C10的第二端和地相连；

所述可编程倍频电路单元2包括倍频芯片U2和U3，电阻R13，R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28，电容C11和C12，双排针连接器P3和P4。其中倍频芯片U2的0号引脚接地，1号引脚和+3.3V相连，2号引脚和电阻R7的第一端相连，3号引脚和电阻R8的第一端相连，4号引脚和电容C7的第一端相连，5号引脚接地，6号引脚接地，7号引脚悬空，8引脚接地，9号引脚和+3.3V相连，10号引脚和电阻R26的第一端引脚相连，11号引脚和电阻R25的第一端相连，12号引脚和+3.3V相连，13号引脚和双排针连接器P3的9号和11号引脚相连，14号引脚和地相连，15号引脚和双排针连接器P3的5号和7号引脚相连，16号引脚和双排针连接器P3的1号和3号引脚相连，双排针连接器P3的2号引脚和电阻R13的第一端相连，4号引脚和电阻R14的第一端相连，6号引脚和电阻R15的第一端相连，8号引脚和电阻R16的第一端相连，10号引脚和电阻R17的第一端相连，12号引脚和电阻R18的第一端相连，电阻R13的第二端接地，电阻R14的第二端接地，电阻R15的第二端接地，电阻R16的第二端接地，电阻R17的第二端接地，电阻R18的第二端接地，倍频芯片U3的0号引脚接地，1号引脚和+3.3V相连，2号引脚和电阻R11的第一端相连，3号引脚和电阻R12的第一端相连，4号引脚和电容C10的第一端相连，5号引脚接地，6号引脚接地，7号引脚悬空，8号引脚接地，9号引脚和+3.3V相连，10号引脚和电阻R28的第一端引脚相连，11号引脚和电阻R27的第一端相连，12号引脚和+3.3V相连，13号引脚和双排针连接器P4的9号和11号引脚相连，14号引脚和地相连，15号引脚和双排针连接器P4的5号和7号引脚相连，16号引脚和双排针连接器P4的1号和3号引脚相连，双排针连接器P4的2号引脚和电阻R19的第一端相连，4号引脚和电阻R20的第一端相连，6号引脚和电阻R21的第一端相连，8号引脚和电阻R22的第一端相连，10号引脚和电阻R23的第一端相连，12号引脚和电阻R24的第一端相连，电阻R19的第二端接地，电阻R20的第二端接地，电阻R21的第二端接地，电阻R22的第二端接地，电阻R23的第二端接地，电阻R24的第二端接地，电阻R25的第二端接地，电阻R26的第二端接地，电阻R27的第二端接地，电阻R28的第二端接地，电容C11的第一端和电阻R26的第一端相连，第二端和电阻R29的第一端相连，电阻R29的第二端接地，电阻R30的第一端和电阻R29的第一端相连，第二端和电阻R32第一端相连，电容C12的第一端和电阻R27相连，第二端和电阻R31的第一端相连，电阻R31的第二端和+5V相连，电阻R32的第二端和+5V相连；

所述的鉴频鉴相电路单元3包括鉴频鉴相芯片U4，运算放大器U5，电阻R33、R34、R35、R36、R37、R38和R39，电容C13，信号输出接口P5。鉴频鉴相芯片U4的1号引脚和R34的第一端相连，2号引脚和R36的第一端相连，3号引脚和电阻R33的第一端相连，4号引脚和R35的第一端相连，5号引脚和地相连，6号引脚和电阻R29的第一端相连，7号引脚和电阻R32的第一端相连，8号引脚和+5V相连，电阻R33的第二端接地，电阻R34的第二端接地，电阻R36的第二端和电阻R37的第一端相连，电阻R37的第二端接地，电阻R35的第二端和运算放大器的2号引脚相连，电阻R38的第一端和运算放大器U5的2号引脚相连，第二端和运算放大器的6号引脚相连，电容C13的第一端和运算放大器的2号引脚相连，第二端和算放大器的6号引脚相连，运算放大器U5的3号引脚和电阻R37的第一端相连，运算放大器U5的4号引脚和-5V相连，运算放大器U5的6号引脚和电阻R39的第一端相连，运算放大器U5的7号引脚和+5V，电阻R39的第二端和输出口P5的第一端相连，输出口P5的第二端接地。