CN117914308B - 分子时钟装置、分子时钟频率控制方法和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种分子时钟装置、分子时钟频率控制方法和电子设备，其中，该分子时钟装置包括：微波输出单元，用于输出模拟检波信号和时钟信号；与微波输出单元连接的控制模块，用于控制微波输出单元基于频率调制状态，输出N次谐波信号；与控制模块和微波输出单元连接的模数转换器，用于将微波输出单元输出的模拟检波信号转换成数字检波信号；控制模块还用于基于N次谐波信号和数字检波信号得到频率控制信号；与控制模块和微波输出单元连接的数模转换器，用于将控制模块计算得到的频率控制信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元，以调整微波输出单元输出的时钟信号。
Description
技术领域
本申请涉及时钟技术领域，具体而言，涉及一种分子时钟装置、分子时钟频率控制方法和电子设备。
背景技术
现有的原子时钟的实现方式是数字处理器和比例积分微分控制，这种实现方式的调制频率较低，此控制模式不适合分子时钟。现有技术中关于分子时钟的研究较少，分子时钟的准确性存在不足。
发明内容
本申请的目的在于提供一种分子时钟装置、分子时钟频率控制方法和电子设备，能够提高分子时钟的准确性。
第一方面，本发明提供一种分子时钟装置，包括：微波输出单元，用于输出模拟检波信号和时钟信号；与所述微波输出单元连接的控制模块，用于控制所述微波输出单元基于频率调制状态，输出N次谐波信号；与所述控制模块和所述微波输出单元连接的模数转换器，用于将所述微波输出单元输出的模拟检波信号转换成数字检波信号；所述控制模块还用于基于所述次谐波信号和所述数字检波信号得到频率控制信号；与所述控制模块和所述微波输出单元连接的数模转换器，用于将所述控制模块计算得到的频率控制信号转换为模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
在上述实施方式中，通过控制模块控制微波输出单元输出的中心频率进行扫描，以得出具有多组信号的模拟检波信号，基于该模拟检波信号可以得出能够调制微波输出单元输出的时钟信号。
在可选的实施方式中，所述控制模块还用于控制所述微波输出单元基于中心频率扫描状态，输出中心频率信号；所述控制模块还用于基于所述N次谐波信号和所述中心频率信号得到最优解调相位；以及基于所述最优解调相位、所述N次谐波信号和所述数字检波信号得到频率控制信号。
在上述实施方式中，该控制模块还可以用于对微波输出单元的微波信号进行中心频率扫描，从而可以使该微波输出单元输出更多不同频率的频率信号，从而可以基于该频率信号进行最优解调相位的确定，基于该最优解调相位的确定可以使其得到的频率控制信号能够更好，使时钟信号的调整可以更准确。
在可选的实施方式中，所述微波输出单元包括发射模块，用于接收所述控制模块的控制，对微波信号的中心频率进行扫描。
在可选的实施方式中，所述微波输出单元包括接收模块，用于对扫描得到的微波信号进行检波得到模拟检波信号。
在可选的实施方式中，所述微波输出单元还包括：与所述发射模块连接的晶振系统，用于向所述发射模块输出晶振信号，所述发射模块还用于基于所述晶振信号输出频率信号；连接在所述发射模块与所述接收模块之间的分子气室，用于对所述发射模块的频率信号的特定频率的微波共振吸收，并将处理后的微波信号传输给所述接收模块。
在可选的实施方式中，还包括：与所述发射模块连接的锁相放大模块，用于将参考信号和输入信号进行处理得到N阶导数误差信号，并将所述N阶导数误差信号传输给所述模数转换器，将其转换数字N阶导数误差信号，并传输给所述控制模块，其中，所述参考信号为所述发射模块输出的对微波信号的频率进行调制得到的N次谐波信号，所述输入信号为所述模拟检波信号，其中，N为正整数；所述控制模块还用于基于所述数字N阶导数误差信号，确定出所述频率控制信号。
在上述实施方式中，通过上述的锁相放大模块可以实现通过模拟电路的方式对信号进行调制，再基于调制得到的信号通过数字控制的方式得到控制信号，使得时钟的控制方式多样，分子时钟的制作灵活性也更高。
在可选的实施方式中，所述锁相放大模块包括第三混频器和低通滤波器；所述第三混频器用于将所述参考信号和所述输入信号进行处理，得到中频信号；所述低通滤波器用于将所述中频信号进行处理，得到N阶导数误差信号。
在可选的实施方式中，所述锁相放大模块包括：第一放大器、第一滤波器、相敏检波器、第二滤波器、移相器和第二放大器；所述移相器用于对所述参考信号进行移相处理，并输入所述相敏检波器；所述第一放大器用于对所述输入信号进行放大处理，所述第一滤波器用于对所述第一放大器放大后的信号进行滤波处理，并输入所述相敏检波器；所述相敏检波器用于接收所述第一滤波器滤波后的所述输入信号和所述移相器移相处理后的参考信号进行混频处理，得到中频信号；所述第二滤波器和所述第二放大器用于对所述中频信号进行处理，得到N阶导数误差信号。
在可选的实施方式中，所述第一滤波器为带通滤波器，用于对放大后的输入信号对除指定频段的信号之外的信号进行滤波处理，以输出所述指定频段的信号，并输入所述相敏检波器。
在可选的实施方式中，所述第二滤波器为低通滤波器，用于对所述中频信号进行滤波，以对高于指定截止频率的信号进行过滤，并将过滤后的信号输入所述第二放大器。
在可选的实施方式中，还包括：与所述数模转换器连接的反馈模块；所述控制模块还用于基于所述数字检波信号得到导数误差信号；所述反馈模块用于基于所述导数误差信号确定出模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
在上述实施方式中，可以得到通过数字的方式实现频率的调制，然后通过模拟控制的方式得到时钟的控制信号，也可以使得时钟的控制方式更灵活多样，分子时钟的制作灵活性也更高。
在可选的实施方式中，所述导数误差信号包括一阶色散误差信号和多阶色散误差信号；所述反馈模块包括：积分器、比例放大器和加法器；所述积分器用于对所述多阶色散误差信号进行处理；所述比例放大器用于对所述一阶色散误差信号进行处理；所述加法器用于基于所述多阶色散误差信号的处理结果和所述一阶色散误差信号的处理结果，得到模拟控制信号。
在可选的实施方式中，所述加法器包括反相加法器和第二加法器；
所述反相加法器基于所述多阶色散误差信号的处理结果和所述一阶色散误差信号的处理结果，得到中间信号；所述第二加法器用于基于一路直流偏置信号和所述中间信号，得到模拟控制信号。
第二方面，本发明提供一种分子时钟频率控制方法，包括：通过微波输出单元调整输出模拟检波信号；通过模数转换器将所述模拟检波信号转换成数字检波信号；通过控制模块基于所述数字检波信号得到频率控制信号；通过数模转换器将所述频率控制信号转换成模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
在可选的实施方式中，所述通过微波输出单元调整输出模拟检波信号，包括：通过所述控制模块向所述微波输出单元输出微波控制信号；通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号。
在可选的实施方式中，所述微波控制信号包括扫描控制信号；所述通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号，包括：通过所述微波输出单元以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号；基于所述中心频率信号，输出模拟检波信号。
在可选的实施方式中，所述微波控制信号包括调制控制信号；所述通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号，包括：通过所述微波输出单元，以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行频率调制，得到调制频率信号；基于所述调制频率信号，输出模拟检波信号。
在可选的实施方式中，所述微波控制信号包括扫描控制信号和调制控制信号；所述通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号，包括：通过所述微波输出单元以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号；通过所述微波输出单元，以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行频率调制，得到调制频率信号；基于所述中心频率信号与所述调制频率信号，输出模拟检波信号。
在上述实施方式中，通过扫描控制信号和调制控制信号多重控制方式对微波输出单元的控制，可以使该微波输出单元可以输出不同频率微波信号，从而可以基于该不同频率的微波信号确定出能够控制分子时钟的控制信号。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：通过所述微波输出单元输出对微波信号的频率进行调制得到的N次谐波信号；通过分子时钟装置的锁相放大模块将所述N次谐波信号作为参考信号，以及所述模拟检波信号作为输入信号进行处理，得到N阶导数误差信号，并将所述N阶导数误差信号传输给所述控制模块；通过所述控制模块对所述N阶导数误差信号进行处理，确定出所述频率控制信号。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：通过所述控制模块对所述数字检波信号进行处理，得到导数误差信号；通过反馈模块对所述导数误差信号进行处理，确定出模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：包括前述实施方式任意一项所述的分子时钟装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的分子时钟装置的第一实施例的方框示意图；
图2为本申请实施例提供的分子时钟装置的第二实施例的方框示意图；
图3为本申请实施例提供的第二实施例的分子时钟装置的运行流程示意图；
图4为本申请实施例提供的分子时钟装置的第三实施例的方框示意图；
图5为本申请实施例提供的分子时钟装置的锁相放大模块的方框示意图；
图6为本申请实施例提供的第三实施例的分子时钟装置的运行流程示意图；
图7为本申请实施例提供的分子时钟装置的第四实施例的方框示意图；
图8为本申请实施例提供的分子时钟装置的反馈模块的方框示意图；
图9为本申请实施例提供的第四实施例的分子时钟装置的运行流程示意图；
图10为本申请实施例提供的分子时钟频率控制方法的流程图。
图标：110-微波输出单元；111-晶振系统；112-发射模块；113-分子气室；114-接收模块；120-控制模块；130-模数转换器；140-数模转换器；150-锁相放大模块；151-第一放大器；152-第一滤波器；153-相敏检波器；154-第二滤波器；155-移相器；156-第二放大器；160-反馈模块；161-积分器；162-比例放大器；163-反相加法器；164-第二加法器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
时钟是一种精密仪器，当前常见的时钟包括原子钟，通过激光和微波来实现计时。而分子时钟仅需要微波的作用下实现计时，相对于原子钟来说，分子时钟的结构相对更加简单，但也能够实现较为准确的计时。但是目前的原子钟的实现中通常使用数字处理器以及PID（比例-积分-微分）控制的方式实现，但是该原子钟的实现方式的调制频率低不适合分子时钟的使用。
基于此，本申请提供的一种分子时钟装置、分子时钟频率控制方法以及包含该分子时钟装置的电子设备，可以通过数字控制的方式，实现调制频率更高，满足分子时钟的时钟输出需求。下面结合实施例来描述本申请提供的分子时钟装置。
如图1所示，本申请实施例提供的一种分子时钟装置，可以包括： 微波输出单元110、控制模块120、模数转换器130以及数模转换器140。
该控制模块120与微波输出单元110连接；模数转换器130与控制模块120和微波输出单元110均存在连接关系；数模转换器140也与控制模块120和微波输出单元110均存在连接关系。
本实施例中，该微波输出单元110用于输出模拟检波信号和时钟信号。
其中，该微波信号作为确定出控制时钟信号输出的控制信号的基础。
可选地，控制分子时钟装置输出时钟信号的控制信号可以基于控制模块120、模数转换器130以及数模转换器140对微波信号进行处理得到的。可选地，该微波输出单元可直接输出时钟信号，也可以基于该时钟信号的控制信号实现输出。
与微波输出单元110连接的控制模块120可以用于控制微波输出单元110对微波信号的中心频率进行扫描，以输出模拟检波信号。
该控制模块120可以是具有计算能力的处理芯片。
由于该微波输出单元110输出的信号以及控制该微波输出单元110输出的时钟信号所需的控制信号都是模拟信号。而控制模块120计算处理的信号都需要数字信号。基于此，该分子时钟装置设置了模数转换器130（analog to digital converter，简称ADC），可以将从该微波输出单元110获得的模拟检波信号转换成数字检波信号，以方便该控制模块120对该数字检波信号进行计算处理。
示例性地，该模数转换器130可以将模拟检波信号转换为以采样周期为时间间隔的数字检波信号序列，该数字检波信号序列中包含多项数字检波信号。
本申请实施例提供的控制模块120还可以用于基于该数字检波信号得到频率控制信号。考虑该控制模块120计算得到的频率控制信号为数字信号，为了方便该微波输出单元110使用，该分子时钟装置设置了数模转换器140（digital to analog converter，简称DAC）。该数模转换器140可以用于将控制模块120计算得到的频率控制信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元110，该模拟控制信号用于调整微波输出单元110输出的时钟信号。
可选地，该数模转换器140可以为低积分非线性及差分非线性的。
本实施例中，模拟控制信号控制微波输出单元110的晶振的频率，以实现分子时钟频率闭环锁定。
本实施例中，该控制模块120可以向微波输出单元110发送扫描控制信号，该扫描控制信号用于控制该微波输出单元110启动中心频率扫描，以对微波信号的中心频率进行扫描。
在启动该中心频率扫描的情况下，该微波输出单元110可以以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率实现扫描，得到中心频率信号。以该中心频率信号作为模拟检波信号。
可选地，该微波输出单元110可以以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，按照锯齿波进行单次或多次扫描得到中心频率信号。
示例性地，作为频率步进的第一频率可以表示为；作为单步时间的第一时间可以表示为/>；作为扫描点数的预设点数可以表示为/>；作为预设起始频率的起始频率可以表示为/>。
在启动中心频率扫描时，第个扫描频率点可以表示为：。实时中心频率扫描输出频率值可以表示为：。其中/>是启动中心频率扫描的起始时间。
本实施例中，在未启动中心频率扫描时，。
本实施例中，控制模块120可以基于中心频率扫描作用下得到的中心频率扫描输出的频率信号，计算出波谱关系。
示例性地，在启动中心频率扫描的情况下，在扫描频率点下，控制模块120可以分别计算各数字检波信号的平均值，作为该扫描频率点下的波谱信号值。/>相对于/>形成波谱关系，该波谱关系可以作为波谱的测量结果。示例性地，该/>相对于/>形成的波谱关系可以形成曲线，该曲线可以确定为波谱曲线。
可选地，该控制模块120可以由单片机实现。
可选地，控制模块120还用于控制微波输出单元110进行频率调制，以输出多次谐波信号。
示例性地，该控制模块120可以设置该微波输出单元110的微波信号的调制频率和最大频率偏移的方式，来实现对该微波输出单元110的微波信号的频率进行调制。
通过该控制模块120的频率调制，该微波输出单元110可以输出N次谐波信号。
可选地，控制模块120可以向微波输出单元110输入调制控制信号，以对微波输出单元110的微波信号实现频率调制。示例性地，该微波输出单元110的所使用的频率调制方式可以为正弦频率调制。
在启动该频率调制的情况下，微波输出单元110可以以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行正弦频率调制，得到调制频率信号。
该预设调制频率可以表示为；最大频率偏移可以表示为/>，频率调制输出频率值可以表示为：/>；其中/>表示调制控制信号的初相位。
本实施例中，在未启动频率调制时，频率调制输出频率可以表示为：。
可选地，可以微波输出单元110基于中心频率扫描与频率调制输出频率得到的信号作为模拟检波信号。
可选地，该微波输出单元110的中心频率可以表示为中心频率值、中心频率扫描输出频率值/>和频率调制输出频率值/>之和，表示为：
；
其中，该中心频率值可以为控制模块120控制微波输出单元110的中心频率值。示例性地，可以通过调试使/>在分子的吸收波谱范围内。
可选地，也可以通过中心频率扫描过程的结果来更新。
示例性地，在中心频率扫描过程中得到了波谱曲线，通过计算波谱曲线的谱线幅度，判断谱线幅度是否小于预设阈值，若该谱线幅度小于预设阈值，则表示该中心频率值在分子吸收波谱范围内，则确定分子共振频率的为中心频率值/>。
示例性地，可以将波谱曲线的峰值作为谱线幅度。
示例性地，该分子共振频率的确定方式可以如下所示：可以对各扫描频率点下的波谱信号值，对各波谱信号值/>进行曲线拟合，得到/>相对于/>形成的波谱曲线。从该/>中的参数序列中的一项参数用来表示分子共振频率，以该参数的值作为分子共振频率。
该控制模块120可以在启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，每个扫描频率点下，将次谐波解调相位/>设置为0，计算得到的/>、/>的平均值，作为该扫描频率点下的N阶I、Q信号/>、/>。每个扫描频率点下，按照下式分别计算N阶导数曲线的幅度/>和相位/>：
；
；
选择大于分子共振频率，且使N阶导数曲线的幅度最大的扫描频率点。例如，第j个扫描频率点的N阶导数曲线的幅度/>最大，该第j个扫描频率点下的相位/>作为最优解调相位。
本实施例中，控制模块120可以基于微波输出单元110在中心频率扫描和频率调制均启动的情况下得到的信号确定出N阶导数曲线以及N阶导数误差信号，其中，N为大于或等于1的正整数。
示例性地，在每个扫描频率点下，分别计算/>阶导数误差信号/>的平均值，作为该扫描频率点下的/>阶导数误差信号/>。/>相对于/>的曲线作为/>阶导数曲线。其中，/>为奇数时，/>阶导数曲线相对于分子共振频率/>为奇函数，表现为色散线型，即/>阶色散曲线，基于此，该奇数阶导数误差信号可以称之为色散误差信号。/>为偶数时，/>阶导数曲线相对于分子共振频率/>为偶函数，可以用于谱线幅度监测。
示例性地，对次谐波解调相位/>采用最优解调相位/>时，/>次谐波Q信号最大。此时，经低通滤波后的/>次谐波Q信号/>可以作为/>阶导数误差信号/>。
本实施例中，上述的、/>可以是基于检波信号得到的。示例性地，可以对采用调制频率信号的N次谐波信号作为参考信号，对检波信号/>进行数字混频，得到/>次谐波I、Q信号/>；然后可以通过低通滤波滤除交流成分，得到低通滤波后的I、Q信号，/>次谐波I、Q信号/>可以通过以下公式确定：
；
；
其中，表示/>次谐波解调相位；/>表示预设调制频率；/>表示第i项检波信号。
本实施例中，在使用控制模块120实现次谐波I、Q信号/>的确定时，所使用的检波信号可以为经过模数转换器130转换得到的数字检波信号。
示例性地，低通滤波所使用的滤波器可以为级联积分梳状（CIC）滤波器，例如，该级联积分梳状滤波器可以为级数为1，抽取数为D，差分延时为1的级联积分梳状滤波器，低通滤波后的I、Q信号可以通过以下计算公式确定：
；
；
其中，可以表示第/>项Q信号/>至第/>项Q信号/>的平均值。
以一阶三阶色散混合PID控制为例。在未启动中心频率扫描，而启动频率调制的情况下。通过对一阶色散误差信号和三阶色散误差信号/>进行反馈处理，可以确定出控制信号。示例性地，控制信号/>的递推可以表示为：/>，其中，/>和/>可以表示增益参数。通过选择增益参数/>和/>，可以实现短期频率稳定度由一阶色散误差信号决定，长期频率稳定度由三阶色散误差信号决定。
通过上述分子时钟装置，可以通过多阶导数信号结合波谱相关信息的计算实现更为精确的分子时钟的时钟信号的调整。其中，该波谱相关信息可以包括波谱曲线、波谱信号值、波谱幅度、波谱关系等信息。
本实施例中，如图2所示，微波输出单元110包括发射模块112，用于接收控制模块120的控制，对微波信号的中心频率进行扫描。
发射模块112可以作为频率综合系统。该发射模块112将参考时钟信号经频率综合，输出与分子共振频率接近的微波频率信号到分子气室113。示例性地，该发射模块112还可以对微波频率信号施加中心频率扫描和频率调制。
示例性地，该发射模块112可以包括锁相环电路和第一混频器。
其中该锁相环电路可以接收分子时钟的参考时钟，将其作为锁相环电路输入信号。该锁相环电路的输出信号可以作为第一混频器的本振输入信号，该第一混频器对该本振输入信号和中频输入信号进行混频处理，可以得到该第一混频器的输出信号，该输出信号可以作为该发射模块112输出的微波信号。
以微波输出单元110中包含晶振系统111为例，该晶振系统111可以输出参考时钟，该参考时钟可以输入锁相环电路，作为该锁相环电路的输入信号。
本实施例中，输入的中频输入信号可以是具有中心频率扫描功能和频率调制的低频信号。
示例性地，该第一混频器还用于接收控制模块120的控制，对锁相环电路的输出信号分别与N次调制得到的中频输入信号进行混频处理，得到第一混频器的输出的N次谐波信号。
示例性地，该第一混频器还用于接收控制模块120的控制，对锁相环电路的输出信号与以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下的中频输入信号进行混频处理，以输出中心频率信号。
示例性地，该中频输入信号可以由数字式频率合成器（Direct DigitalSynthesizer，简称：DDS）产生。
在该中心频率扫描作用下，可以对发射模块112输出的微波频率信号进行扫描获得，在该中心频率扫描作用下，可以获得不同频率的微波频率信号。
可选地，该中心频率扫描和频率调制的特性可以受到控制模块120控制。示例性地，该控制模块120可以向该微波输出单元110的发射模块112传输信号，以通过该信号来控制发射模块112是否启动中心频率扫描和频率调制。
在启动该中心频率扫描的情况下，该微波输出单元110的发射模块112可以以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号。
可选地，该发射模块112可以以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，按照锯齿波进行单次或多次扫描得到中心频率信号。
示例性地，作为频率步进的第一频率可以表示为；作为单步时间的第一时间可以表示为/>；扫描点数可以表示为/>；起始频率可以表示为/>。
在启动中心频率扫描的情况下，第个扫描频率点可以表示为：。实时中心频率扫描输出频率值可以表示为：。其中/>表示中心频率扫描的起始时间。
本实施例中，在未启动中心频率扫描时，。
可选地，发射模块112所使用的频率调制可以为正弦频率调制。在启动该频率调制的情况下，可以以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行正弦频率调制，得到调制频率信号。
该预设调制频率可以表示为；最大频率偏移可以表示为/>，频率调制输出频率值可以表示为：/>；其中/>表示调制控制信号的初相位。
本实施例中，在未启动频率调制时，频率调制输出频率可以表示为：。
在启动该频率调制的情况下，该发射模块112可以输出N次谐波信号。
本实施例中，如图2所示，微波输出单元110包括接收模块114，用于对得到的微波信号进行检波得到模拟检波信号。
该接收模块114可以作为检波系统。该接收模块114接收微波输出单元110的分子气室113输出的微波频率信号，通过检波得到频率正相关于接收信号的功率的模拟检波信号。
示例性地，该接收模块114可以包括压控振荡器、第二混频器和包络检波器。
压控振荡器的输出信号作为第二混频器的本振输入信号；接收模块114接收到的微波信号作为第二混频器的射频输入信号；第二混频器对本振输入信号和射频输入信号进行混频处理后输出给包络检波器；包络检波器对接收到的信号进行检波输出，作为模拟检波信号。
可选地，该压控振荡器的输出信号也可以经过倍频处理后作为该第二混频器的本振输入信号。
可选地，该第二混频器可以将本振输入信号射频输入信号进行混频处理后传输给包络检波器。该包络检波器可以用于检波得到正相关于接收信号的功率的信号。
通过上述接收模块的实现，通过包络检波器提供的检波处理，可以实现对微波信号的检波，实现输出信号与输入信号的峰值成正比。
本实施例中，如图2所示，微波输出单元110还可以包括晶振系统111和分子气室113。
该晶振系统111可以与发射模块112连接，用于向发射模块112输出晶振信号，发射模块112还用于基于晶振信号输出频率信号。示例性地，该晶振系统111输出的晶振信号可以作为参考时钟，输入发射模块112，该发射模块112将其作为参考信号进行处理。
可选地，该晶振系统111可以包含晶振和频率综合系统。该晶振用于输出频率信号。频率综合系统可以将晶振输出的频率信号转换为合适的频率，作为时钟信号输出和参考时钟输出。
本实施例中，控制模块120得到的频率控制信号经数模转换器140，输出模拟控制信号到晶振系统111，调整晶振频率输出，以实现分子时钟的时钟信号的调整。
分子气室113可以连接在发射模块112与接收模块114之间，用于对发射模块112的频率信号的特定频率的微波共振吸收，并将处理后的微波信号传输给接收模块114。
示例性地，上述的特定频率可以表示分子共振频率。
可选地，该分子气室113可以是带有微波耦合窗口、窗口间由微波波导连接的密封腔体。示例性地，该分子气室113可以包括两个微波耦合窗口。其中，一个微波耦合窗口可以作为接收窗口，一个作为发射窗口。示例性地，该分子气室113也可以仅包括一个窗口，该窗口可以实现发射和接收信号的共用窗口。
示例性地，该分子气室113充入一定压强的分子气体。分子的旋转能级间的跃迁导致分子会对频率接近分子共振频率的微波产生共振吸收。
如图3所示，下面结合流程图来描述分子时钟装置实现闭环的分子时钟的控制流程：通过控制模块120控制发射模块112在启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，控制模块120计算波谱相关信息；在启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，计算N阶导数曲线以及最优解调相位；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，计算得到N阶导数误差信号；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，获得频率控制信号；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，控制晶振系统111输出信号。
本实施例中，在图3所示的流程中，在调整分子时钟的时钟信号之前还可以判断是否需要启动中心频率扫描，若需要，则从第一步执行分子时钟的控制，若不需要，则可以从计算N阶导数误差信号开始实现分子时钟的控制。示例性地，在需要更新最优解调相位时，则可以启动中心频率扫描，以重新计算最优解调相位。
通过本申请实施例提供的分子时钟装置，可以实现一阶或高阶导数曲线测量，获得高阶色散误差信号。提高波谱基线漂移抑制，提高时钟长期频率稳定度。可以实现多阶色散误差信号的共同控制。保持高信噪比，提高波谱基线漂移抑制，降低晶振漂移的影响。同时提高时钟的短期和长期频率稳定度。相较于原子钟，提高了调制频率，提高信噪比，从而提高时钟的频率稳定度。本实施例的分子时钟装置，无需额外锁相环用于调频，其整体结构简单，实现时钟低成本低功耗高可靠性。
在上述实施方式中，可以采用数字处理的方式实现分子时钟的调整控制。考虑分子时钟调整的灵活性，还可以在上述数字调整的方式结合模拟调制。如图4所示，该分子时钟装置还可以包括：与发射模块112连接的锁相放大模块150。
该锁相放大模块150可以获得发射模块112对微波信号的频率进行调制后输出的N次谐波信号，还可以获得模拟检波信号，其中，N为正整数。
该N次谐波信号可以作为参考信号，该模拟检波信号可以作为输入信号。
可选地，该发射模块112可以输出相位可调的调制频率的多次谐波信号。例如，该发射模块112可以输出N次谐波信号，该谐波信号为相位可调的调制频率的谐波信号。
可选地，该发射模块112持续启动频率调制，以输出相位可调的调制频率的多次谐波信号。
该锁相放大模块150用于将参考信号和输入信号进行处理得到N阶导数误差信号，并将N阶导数误差信号传输给模数转换器130，将其转换数字N阶导数误差信号，并传输给控制模块120。
示例性地，上述的N次谐波信号可以作为锁相放大模块150的参考信号，微波输出单元110输出的模拟检波信号可以作为输入信号，确定出N阶导数误差信号。
可选地，若需要得到多项不同阶数的导数误差信号，可以通过多个锁相放大模块150与发射模块112连接，每个锁相放大模块150均可以接收该发射模块112的不同次的谐波信号，通过对该不同次的谐波信号的计算处理，输出不同阶数的导数误差信号。
以在时钟控制时需要一阶导数误差信号和三阶导数误差信号来实现，则可以设置两个锁相放大模块150，其中一个锁相放大模块150用于得到一阶导数误差信号，另一个锁相放大模块150用于得到三阶导数误差信号。
控制模块120还用于基于数字N阶导数误差信号，确定出频率控制信号。
本实施例中的锁相放大模块可以用于实现模拟方式实现信号的解调，在上述实施方式中，在该锁相放大模块150实现低阶的导数误差信号的确定，基于低阶的导数误差信号的处理，可以具有相对较少的噪声信号，也就可以具有高信噪比高的优势。通过该锁相放大模块实现解调，考虑短期频率的稳定度受到谱线基线的影响较小，通过低阶的导数误差信号的处理也可以实现较好的短期频率的稳定度。
在一实施方式中，锁相放大模块150可以包括第三混频器和低通滤波器。
第三混频器用于将参考信号和输入信号进行处理，得到中频信号。低通滤波器用于将中频信号进行滤波处理，得到N阶导数误差信号。
发射模块112产生的频率调制控制信号的N次谐波信号，输出到锁相放大模块150作为参考信号。接收模块114输出的模拟检波信号作为输入信号。参考信号经过移相后和输入信号输入到锁相放大模块150中的第三混频器，第三混频器的输出的信号再经过低通滤波器，得到的信号作为N阶导数误差信号 。
示例性地，该第三混频器可以将该移相后的参考信号与输入信号进行组合计算以实现混频处理。
示例性地， 组合计算可以包括通过对移相后的参考信号与输入信号进行计算得到次谐波I、Q信号/>，表示为：
；
；
其中，表示/>次谐波解调相位；/>表示预设调制频率；/>表示第i项检波信号。
本实施例中，需要通过上述锁相放大模块150确定出次谐波I、Q信号/>时，所使用的检波信号可以是由接收模块114输出的模拟检波信号。
该低通滤波器可以对次谐波I、Q信号/>进行滤波处理，以滤除其中的交流部分，以得到N阶导数误差信号。其中，通过低通滤波器进行滤波处理后的Q信号，可以作为N阶导数误差信号。
本实施例中，该分子时钟装置可以包括多个锁相放大模块150，以实现多阶导数误差信号的确定。例如，若需要一项一阶导数误差信号和一项三阶导数误差信号实现联合计算，则可以设置两个锁相放大模块150。
在另一实施方式中，如图5所示，锁相放大模块150可以包括：第一放大器151、第一滤波器152、相敏检波器153、第二滤波器154、移相器155和第二放大器156。
移相器155用于对所述参考信号进行移相处理，并输入相敏检波器153。第一放大器151用于对所述输入信号进行放大处理，第一滤波器152用于对第一放大器151放大后的信号进行滤波处理，并输入相敏检波器153。
相敏检波器153用于接收所述第一滤波器152滤波后的所述输入信号和所述移相器155移相处理后的参考信号进行混频处理，得到中频信号。
第二滤波器154和所述第二放大器156用于对所述中频信号进行处理，得到N阶导数误差信号。
可选地，该第一滤波器152可以是带通滤波器。带通滤波器用于对放大后的输入信号对除指定频段的信号之外的信号进行滤波处理，以输出所述指定频段的信号，并输入相敏检波器153。
示例性地，该指定频段可以是预先配置给该第一滤波器152。
可选地，该移相器155的相移可以作为解调相位，其可以设置为使N阶导数误差信号的幅度最大的最优解调相位/>。
可选地，第二滤波器154可以为低通滤波器，用于对所述中频信号进行滤波，以对高于指定截止频率的信号进行过滤，并将过滤后的信号输入所述第二放大器156。
示例性地，该指定截止频率可以预先配置给该第二滤波器154。通过该第二滤波器154的作用可以滤掉高频噪声和杂散信号。例如，该第二滤波器154可以滤除信号中的交流分量。
可选地，该第二滤波器154可以为高阶的低通滤波器。通过设置高阶的第二滤波器154可以增大带外衰减。
本实施例中，通过上述锁相放大模块150得到的N阶导数误差信号可以为模拟N阶导数误差信号。在控制模块120对其进行处理之前，可以先通过模数转换器130将其转换为数字N阶导数误差信号。
如图6所示，下面结合流程图来描述分子时钟装置实现闭环的分子时钟的控制流程：通过控制模块120控制发射模块112在启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，测量 N阶导数曲线信息；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，获得N阶导数误差信号；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，获得频率控制信号；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，控制晶振系统111输出信号。
本实施例中，在图6所示的流程中，在调整分子时钟的时钟信号之前还可以判断是否需要启动中心频率扫描，若需要，则从第一步执行分子时钟的控制，若不需要，则可以从获得N阶导数误差信号开始实现分子时钟的控制。
考虑分子时钟调整的灵活性，还可以在上述数字调制的方式结合模拟控制。在此基础上，如图7所示，该分子时钟装置还可以包括：与数模转换器140连接的反馈模块160。
分子时钟装置的控制模块120还可以用于基于数字检波信号得到导数误差信号。
该反馈模块160用于基于导数误差信号确定出模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元110，以调整微波输出单元110输出的时钟信号。
可选地，导数误差信号的阶数可以由微波输出单元110输出的N次谐波信号的次数确定。在一个实例中，导数误差信号包括一阶导数误差信号和多阶导数误差信号，该一阶导数误差信号可以称之为一阶色散误差信号，该多阶导数误差信号可以称之为多阶色散误差信号。
如图8所示，反馈模块160包括：积分器161、比例放大器162和加法器（图未示）。
本实施例中，积分器161用于对多阶色散误差信号进行处理；比例放大器162用于对一阶色散误差信号进行处理；加法器用于基于多阶色散误差信号的处理结果和一阶色散误差信号的处理结果，得到模拟控制信号。
以一阶三阶色散混合PID控制为例，一阶色散误差信号通过比例放大反馈，三阶色散误差信号通过积分反馈。一阶色散误差信号经过比例放大器162，三阶色散误差信号经过积分器161，然后与一路直流信号通过加法器求和，得到反馈控制的输出信号，该输出信号可以确定为模拟控制信号。
如图8所示，本实施例的加法器包括反相加法器163和第二加法器164。
反相加法器163基于多阶色散误差信号的处理结果和一阶色散误差信号的处理结果，得到中间信号；第二加法器164用于基于一路直流偏置信号和中间信号，得到模拟控制信号。
示例性地，该第二加法器164可以将该直流偏置信号和中间信号进行相加，可以得到模拟控制信号。
以一阶三阶色散混合PID控制为例，一阶色散误差信号通过比例放大反馈，三阶色散误差信号/>通过积分反馈。一阶色散误差信号经过比例放大器162，三阶色散误差信号经过积分器161，经过反相加法器163求和。再与一路直流偏置信号/>，通过第二加法器164求和。控制输出/>的理论表示为：/>。其中，/>和可以表示增益参数，其中/>可以取值为比例放大器162的放大倍数，/>可以取值为积分器161的时间常数的倒数。通过调整该/>和/>的值，可以实现短期频率稳定度由一阶色散误差信号决定，长期频率稳定度由三阶色散误差信号决定。
可选地，比例放大器162的放大倍数大于或等于零，积分器161的时间常数的倒数/>可以大于或等于零。
示例性地，若对信噪比要求较高，可以将放大倍数设置成一个较大的值，时间常数的倒数/>可以设置为一个较小的值或者零。可选地，若需要更好地降低波谱基线倾斜的影响，可以将放大倍数/>设置成一个较小的值或者零，时间常数的倒数/>可以设置为一个较大的值。
可选地，可以基于对短期频率稳定度的需求以及对长期频率稳定度的需求的不同，可以将比例放大器162的放大倍数以及积分器161的时间常数的倒数/>设置为不同的值。若仅需要短期频率的稳定度，可以将放大倍数/>设置成一个较大的值，时间常数的倒数可以设置为一个较小的值或者零。可选地，若对长期频率的稳定度要求高，可以将放大倍数/>设置成一个较小的值或者零，时间常数的倒数/>可以设置为一个较大的值。
本实施例中，一路直流偏置信号可以使中心频率初始值与分子共振频率的差值小于预设值。该预设值可以为一个较小的值。
可选地，该一路直流偏置信号可以是分子时钟装置的电源通过电阻分压得到，也可以通过电压参考芯片提供。
如图9所示，下面结合流程图来描述分子时钟装置实现闭环的分子时钟的控制流程：通过控制模块120控制发射模块112在启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，控制模块120计算波谱相关信息；在启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，计算N阶导数曲线以及最优解调相位；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，计算得到N阶导数误差信号；在未启动中心频率扫描以及启动频率调制的情况下，获得频率控制信号。
本实施例中，在图9所示的流程中，在调整分子时钟的时钟信号之前还可以判断是否需要启动中心频率扫描，若需要，则从第一步执行分子时钟的控制，若不需要，则可以从计算N阶导数误差信号开始实现分子时钟的控制。
本实施例中，在没有分子气体的情况下，检波信号对于发射微波频率的曲线为波谱基线。在实际获得的分子吸收波谱信号中，是分子的本征吸收波谱叠加了波谱基线，即P(y) = P_0(y) + B(y)。其中P_0表示分子的本征吸收波谱，B(y)表示波谱基线，P(y)表示波谱曲线。波谱基线是基于分子气室的传输特性、发射模块的频率特性、接收模块的频率特性等确定。波谱基线的特点包括：1. 与分子共振无关； 2. 存在直流分量和多阶导数；3. 直流和多阶导数可能随时间、温度等因素发生变化，其中，波谱基线的直流分量对在调制解调方法中没有影响，波谱基线的一阶导数为基线倾斜，波谱基线的一阶导数随时间的变化称作基线倾斜漂移。
而在本申请实施例中，通过锁相放大模块确定出不同阶数的导数误差信号的结合处理，可以降低基线倾斜漂移的影响，从而可以提高波谱基线漂移抑制，提高时钟的短期和长期频率稳定度。
通过上述分子时钟装置，可以通过频率调制和信号控制的双重处理，实现分子时钟的控制，可以提高分子时钟的准确性。进一步地，本申请实施例提供的分子时钟装置，无需激光系统而只需要能够实现微波输出的模块的情况下就能够实现时钟，其能够实现低成本低功耗，由于其能够基于中心频率扫描以及频率调制双重结合的方式实现时钟的调整，其能够实现高可靠性的时钟。本申请实施例提供了高阶色散的处理，实现多阶色散误差信号的共同控制，可以实现高信噪比，提高波谱基线漂移抑制，降低晶振漂移的影响。同时提高时钟的短期和长期频率稳定度。
请参阅图10，是本申请实施例提供的分子时钟频率控制方法的流程图。本实施例提供的分子时钟频率控制方法可以应用于分子时钟装置，该分子时钟装置可以是图1至图9对应的实施例提供的分子时钟装置，下面将对图10所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S210，通过微波输出单元调整输出模拟检波信号。
本实施例中的微波输出单元可以是执行主体分子时钟装置中的微波输出单元。
步骤S220，通过模数转换器将模拟检波信号转换成数字检波信号。
本实施例中的模数转换器可以是执行主体分子时钟装置中的模数转换器。
步骤S230，通过控制模块基于数字检波信号得到频率控制信号。
本实施例中的控制装置可以是执行主体分子时钟装置中的控制装置。
步骤S240，通过数模转换器将频率控制信号转换成模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元，以调整微波输出单元输出的时钟信号。
本实施例中的数模转换器可以是执行主体分子时钟装置中的数模转换器。
本实施例中，该微波输出单元包括晶振系统，该步骤S240可以包括通过数模转换器将频率控制信号转换成模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元的晶振系统，以调整微波输出单元的晶振系统输出的时钟信号。
可选地，步骤S210可以包括：步骤S211和步骤S212。
步骤S211，通过控制模块向微波输出单元输出微波控制信号。
步骤S212，通过微波输出单元，基于微波控制信号输出模拟检波信号。
可选地，微波控制信号包括扫描控制信号。
上述的步骤S212可以包括：通过微波输出单元以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号；基于中心频率信号，输出模拟检波信号。
可选地，微波控制信号包括调制控制信号；
上述的步骤S212可以包括：通过微波输出单元，以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行频率调制，得到调制频率信号；基于调制频率信号，输出模拟检波信号。
可选地，微波控制信号包括扫描控制信号和调制控制信号。
上述的步骤S212可以包括：通过微波输出单元以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号；通过微波输出单元，以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行频率调制，得到调制频率信号；基于中心频率信号与调制频率信号，输出模拟检波信号。
通过上述方法可以实现通过数字调制的方式对微波信号进行调制，以及通过数字控制的方式实现信号控制，提高分子时钟的准确性。考虑分子时钟的灵活性，还可以增设模拟调制，提高分子时钟的灵活性。基于此，本实施例的方法还可以包括：步骤S310至步骤S330。
步骤S310，通过微波输出单元输出对微波信号的频率进行调制得到的N次谐波信号。
步骤S320，通过锁相放大模块将N次谐波信号作为参考信号，以及模拟检波信号作为输入信号进行处理，得到N阶导数误差信号，并将N阶导数误差信号传输给控制模块。
本实施例中的锁相放大模块可以是执行主体分子时钟装置中的锁相放大模块。
步骤S330，通过控制模块对N阶导数误差信号进行处理，确定出频率控制信号。
在步骤S330之后执行上述的步骤S240，通过数模转换器将频率控制信号转换成模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元，以调整微波输出单元输出的时钟信号。
通过上述步骤可以实现时钟信号的控制。
考虑分子时钟的灵活性，还可以增设模拟调制，提高分子时钟的灵活性。基于此，本实施例的方法还可以包括：步骤S410至步骤S420。
步骤S410，通过控制模块对数字检波信号进行处理，得到导数误差信号。
步骤S420，通过反馈模块对导数误差信号进行处理，确定出模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元，以调整微波输出单元输出的时钟信号。
本实施例中的反馈模块可以是执行主体分子时钟装置中的反馈模块。
本实施例中，该微波输出单元包括晶振系统，该步骤S420可以包括通过反馈模块对导数误差信号进行处理，确定出模拟控制信号，并将模拟控制信号传输给微波输出单元的晶振系统，以调整晶振系统输出的时钟信号。
关于本申请实施例提供的方法中的步骤可以由上述实施例提供的分子时钟装置执行，关于本申请实施例的方法的步骤的其它细节可以参阅上述分子时钟装置中的描述，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备可以包括分子时钟装置。
关于本实施例涉及的分子时钟装置可以与前述实施例提供的分子时钟装置类似，关于本实施例的分子时钟装置的其它细节可以参考前述实施例中的描述，在此不再赘述。
可选地，该电子设备还可以包括其它组件。可以理解的是基于该电子设备的使用场景的不同，实际需求的不同，该电子设备还可以包括更多不同的组件。
可选地，该电子设备还可以包括显示屏、定位单元等组件。该显示屏可以基于该分子时钟装置输出的时钟信号显示时间。
本实施例的电子设备可以是需要精密时钟的设备，例如，该电子设备可以是全球导航仪、控制卫星轨道运动的控制设备等。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种分子时钟装置，其特征在于，包括：
微波输出单元，用于输出模拟检波信号和时钟信号；
与所述微波输出单元连接的控制模块，用于控制所述微波输出单元基于频率调制状态，输出N次谐波信号；
与所述控制模块和所述微波输出单元连接的模数转换器，用于将所述微波输出单元输出的模拟检波信号转换成数字检波信号；
所述控制模块还用于基于所述N次谐波信号和所述数字检波信号得到频率控制信号；
与所述控制模块和所述微波输出单元连接的数模转换器，用于将所述控制模块计算得到的频率控制信号转换为模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
2.根据权利要求1所述的分子时钟装置，其特征在于，所述控制模块还用于控制所述微波输出单元基于中心频率扫描状态，输出中心频率信号；
所述控制模块还用于基于所述N次谐波信号和所述中心频率信号得到最优解调相位；以及基于所述最优解调相位、所述N次谐波信号和所述数字检波信号得到频率控制信号。
3.根据权利要求2所述的分子时钟装置，其特征在于，所述微波输出单元包括发射模块，用于接收所述控制模块的控制，对微波信号的中心频率进行扫描。
4.根据权利要求3所述的分子时钟装置，其特征在于，所述微波输出单元包括接收模块，用于对扫描得到的微波信号进行检波得到模拟检波信号。
5.根据权利要求4所述的分子时钟装置，其特征在于，所述微波输出单元还包括：
与所述发射模块连接的晶振系统，用于向所述发射模块输出晶振信号，所述发射模块还用于基于所述晶振信号输出频率信号；
连接在所述发射模块与所述接收模块之间的分子气室，用于对所述发射模块的频率信号的特定频率的微波共振吸收，并将处理后的微波信号传输给所述接收模块。
6.根据权利要求3所述的分子时钟装置，其特征在于，还包括：与所述发射模块连接的锁相放大模块，用于将参考信号和输入信号进行处理得到N阶导数误差信号，并将所述N阶导数误差信号传输给所述模数转换器，将其转换数字N阶导数误差信号，并传输给所述控制模块，其中，所述参考信号为所述发射模块对微波信号的频率进行调制后输出的N次谐波信号，所述输入信号为所述模拟检波信号，其中，N为正整数；
所述控制模块还用于基于所述数字N阶导数误差信号，确定出所述频率控制信号。
7.根据权利要求6所述的分子时钟装置，其特征在于，所述锁相放大模块包括第三混频器和低通滤波器；
所述第三混频器用于将所述参考信号和所述输入信号进行处理，得到中频信号；
所述低通滤波器用于将所述中频信号进行处理，得到N阶导数误差信号。
8.根据权利要求6所述的分子时钟装置，其特征在于，所述锁相放大模块包括：第一放大器、第一滤波器、相敏检波器、第二滤波器、移相器和第二放大器；
所述移相器用于对所述参考信号进行移相处理，并输入所述相敏检波器；
所述第一放大器用于对所述输入信号进行放大处理，所述第一滤波器用于对所述第一放大器放大后的信号进行滤波处理，并输入所述相敏检波器；
所述相敏检波器用于接收所述第一滤波器滤波后的所述输入信号和所述移相器移相处理后的参考信号进行混频处理，得到中频信号；
所述第二滤波器和所述第二放大器用于对所述中频信号进行处理，得到N阶导数误差信号。
9.根据权利要求1所述的分子时钟装置，其特征在于，还包括：与所述数模转换器连接的反馈模块；
所述控制模块还用于基于所述数字检波信号得到导数误差信号；
所述反馈模块用于基于所述导数误差信号确定出模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
10.根据权利要求9所述的分子时钟装置，其特征在于，所述导数误差信号包括一阶色散误差信号和多阶色散误差信号；
所述反馈模块包括：积分器、比例放大器和加法器；
所述积分器用于对所述多阶色散误差信号进行处理；
所述比例放大器用于对所述一阶色散误差信号进行处理；
所述加法器用于基于所述多阶色散误差信号的处理结果和所述一阶色散误差信号的处理结果，得到模拟控制信号。
11.根据权利要求10所述的分子时钟装置，其特征在于，所述加法器包括反相加法器和第二加法器；
所述反相加法器基于所述多阶色散误差信号的处理结果和所述一阶色散误差信号的处理结果，得到中间信号；
所述第二加法器用于基于一路直流偏置信号和所述中间信号，得到模拟控制信号。
12.一种分子时钟频率控制方法，其特征在于，包括：
通过微波输出单元调整输出模拟检波信号和时钟信号；
通过模数转换器将所述模拟检波信号转换成数字检波信号；
通过控制模块控制所述微波输出单元基于频率调制状态，输出N次谐波信号，以及基于所述N次谐波信号和所述数字检波信号得到频率控制信号；
通过数模转换器将所述频率控制信号转换成模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述通过微波输出单元调整输出模拟检波信号，包括：
通过所述控制模块向所述微波输出单元输出微波控制信号；
通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微波控制信号包括扫描控制信号；
所述通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号，包括：
通过所述微波输出单元以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号；
基于所述中心频率信号，输出模拟检波信号。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微波控制信号包括调制控制信号；
所述通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号，包括：
通过所述微波输出单元，以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行频率调制，得到调制频率信号；
基于所述调制频率信号，输出模拟检波信号。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微波控制信号包括扫描控制信号和调制控制信号；
所述通过所述微波输出单元，基于所述微波控制信号输出模拟检波信号，包括：
通过所述微波输出单元以第一频率为频率步进，以第一时间为单步时间，以预设点数为扫描点数以及预设起始频率基础下，得到中心频率信号；
通过所述微波输出单元，以预设调制频率以及预设最大频率偏移进行频率调制，得到调制频率信号；
基于所述中心频率信号与所述调制频率信号，输出模拟检波信号。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述微波输出单元输出对微波信号的频率进行调制得到的N次谐波信号；
通过锁相放大模块将所述N次谐波信号作为参考信号，以及所述模拟检波信号作为输入信号进行处理，得到N阶导数误差信号，并将所述N阶导数误差信号传输给所述控制模块；
通过所述控制模块对所述N阶导数误差信号进行处理，确定出所述频率控制信号。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述控制模块对所述数字检波信号进行处理，得到导数误差信号；
通过反馈模块对所述导数误差信号进行处理，确定出模拟控制信号，并将所述模拟控制信号传输给所述微波输出单元，以调整所述微波输出单元输出的时钟信号。
19.一种电子设备，其特征在于，包括：包括权利要求1-11任意一项所述的分子时钟装置。
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