CN203883808U - 一种整机系统再上电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及原子频标技术领域，具体涉及一种整机系统再上电装置。包括原子钟、隔离放大器、高稳时钟源、寄存器、处理器、计数单元、用户端、C场电流补偿单元；所述原子钟输出与所述隔离放大器连接，所述隔离放大器输出与用户端、处理器及计数单元连接，所述高稳时钟源输出与所述计数单元连接，所述处理器输出与计数单元、所述C场电流补偿单元、所述寄存器连接，所述计数单元输出与所述寄存器连接，所述寄存器输出与所述处理器连接，所述C场电流补偿单元输出与所述原子钟连接。本实用新型提供的一种整机系统再上电装置，可以实现整机输出频率的高复现性。

Description

一种整机系统再上电装置

技术领域

本实用新型涉及原子频标技术领域，特别涉及一种整机系统再上电装置。

背景技术

随着科学技术不断提高，人们对时间基准要求越来越高，进而原子钟的应用范围也随之扩展。原子钟在间断应用领域中（即那些会时常对原子钟开电、关电），由于其物理系统及外围电路的特性，按照现有技术无法保证一台独立的原子钟在一些对信号频率非常苛刻的应用下，每次开机稳定后都能输出精确的频率信号，即频率复现性不高，这对实际应用是非常不利的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实现整机输出频率高复现性的整机系统再上电装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种频标稳定性优化系统，包括原子钟、隔离放大器、高稳时钟源、寄存器、处理器、计数单元、用户端、C场电流补偿单元；

所述原子钟输出与所述隔离放大器连接，所述隔离放大器输出与用户端、处理器及计数单元连接，所述高稳时钟源输出与所述计数单元连接，所述处理器输出与计数单元、所述C场电流补偿单元、所述寄存器连接，所述计数单元输出与所述寄存器连接，所述寄存器输出与所述处理器连接，所述C场电流补偿单元输出与所述原子钟连接。

进一步地，所述原子钟，用于为整个系统提供量子参考。

进一步地，所述隔离放大器，用于对原子钟送来的频率信号进行隔离、放大后实现多路输出。

进一步地，所述计数单元，用于测量原子钟输出的信号频率。

进一步地，所述高稳时钟源，用于为计数单元测量提供外部时钟参考。

进一步地，所述寄存器，用于记录计数单元的测量数据。

进一步地，所述处理器，用于为整个系统提供信号控制与数据处理。

进一步地，所述用户端，用于将原子钟输出的频率信号按用户需要传递。

进一步地，所述C场电流补偿单元，用于输出变化的电流信号，从而改变原子钟系统中所需要的磁场大小。

进一步地，所述C场电流补偿单元包括共振腔体、C场漆包线、VCCS恒流单元、D/A转换单元；

所述C场漆包线、所述VCCS恒流单元、所述共振腔体设置在所述原子钟内，所述C场漆包线与所述VCCS恒流单元连接形成回路，所述D/A转换单元输出与所述VCCS恒流单元连接，所述处理器输出与所述D/A转换单元连接，所述计数单元输出与所述处理器连接，所述C场漆包线绕制在所述共振腔体壁上。

本实用新型提供的一种整机系统再上电装置，能够实现用原子钟内部C场技术来实现整机输出频率高复现性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种整机系统再上电装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种整机系统再上电装置中C场电流补偿单元的结构原理示意图。

其中，1—原子钟；2—共振腔体；3—C场漆包线。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供了一种整机系统再上电装置，包括原子钟、隔离放大器、高稳时钟源、寄存器、处理器、计数单元、用户端、C场电流补偿单元；

原子钟输出与隔离放大器连接，隔离放大器输出与用户端、处理器及计数单元连接，高稳时钟源输出与计数单元连接，处理器输出与计数单元、C场电流补偿单元、寄存器连接，计数单元输出与寄存器连接，寄存器输出与处理器连接，C场电流补偿单元输出与原子钟连接。

原子钟，用于为整个系统提供量子参考。

隔离放大器，用于对原子钟送来的频率信号进行隔离、放大后实现多路输出。

计数单元，用于测量原子钟输出的信号频率。

高稳时钟源，用于为计数单元测量提供外部时钟参考。

寄存器，用于记录计数单元的测量数据。

处理器，用于为整个系统提供信号控制与数据处理。

用户端，用于将原子钟输出的频率信号按用户需要传递。

C场电流补偿单元，用于输出变化的电流信号，从而改变原子钟系统中所需要的磁场大小。

本实施例中，高稳时钟源为不间断高稳时钟源，它可以是一台稳定度极高的H原子钟、铯原子钟等，不间断高稳时钟源还必须长期供电工作于恒温环境中。也可以是来自于GPS的PPS脉冲信号。计数单元为多位计数单元。

原子钟整机复现性指标依赖于两个方面：

1）实际原子钟本身频率稳定度。

对于一台在采样时间t内稳定度为10^-11的原子钟要想实现整机复现性优于10^-11（如10^-12）是不现实的。

2）任何一台原子钟本身C场变化对整机输出信号频率的修正都有一个限度。通常范围为10^-11--10^-10量级。

如图2所示，C场电流补偿单元包括共振腔体2、C场漆包线3、VCCS恒流单元、D/A转换单元；C场漆包线3、VCCS恒流单元、共振腔体2设置在原子钟1内，C场漆包线3与VCCS恒流单元连接形成回路，D/A转换单元输出与VCCS恒流单元连接，处理器输出与D/A转换单元连接，计数单元输出与处理器连接，C场漆包线3绕制在共振腔体2壁上。

实施例1

以原子钟系统整机复现性实现1×10^-12为例（即原子钟输出频率绝对值变化率小于1×10^-12）：某一采样时间t内原子钟输出信号频率大小为f₀=10，000，000.000，1×（Hz），其‘×’位值变化±1，即Δf=±10^-5（Hz），则引起原子钟输出频率变化率为：

$\frac{\mathrm{\Δf}}{f_0}=\frac{\±{10}^{-5}\left(\mathrm{Hz}\right)}{{10}^7\left(\mathrm{Hz}\right)}=\±1\×{10}^{-12}$

经隔离放大器后一路送至用户端，另一路送至多位计数单元进行频率计数。为提高测量精度，一方面采用外部不间断高稳时钟源作为计数时基参考；另一方面用14位计数模块（即以10MHz频率为例，计数精度可以达到10，000，000.000，0××）。

如用户要求采样时间t=10S时，实现1×10^-12的复现性，此时处理器按照采样时间t=10S使能多位计数单元在外部不间断高稳时钟源时基参考下，对原子钟输出的频率信号f₀进行计数采样。在采样时间t=10S内，先后完成三个内容：

1、多位计数单元将f₀频率计数值送至寄存器；

2、处理器完成对寄存器计数值访问；

3、处理器在获得频率计数值后进行内部处理，并改变原子钟C场电流补偿单元输出。

原子钟输出频率f₀与磁场（C场）存在着如下关系：

Δf/f＝1.68×10^-7HΔH  （1）

式中，f为原子基态超精细结构0-0跃迁频率，在实际的原子钟系统中，上述原子钟输出信号频率f₀间接反应了f的值；Δf为实际频率变化的大小值；H为系统内部C场大小值，在原子钟系统中采用了螺旋管C场漆包线绕制方式，故电流I值反应了H的值；ΔH为实际C场变化的大小值。

由此可知：原子钟输出信号频率计数值与C场电流I的转换关系，其大小值以具体的一台原子钟腔泡系统以及C场漆包线绕制层数等有较大关系。C场电流I的变化能够引起原子钟输出信号频率变化的量级，这个量级随不同的原子钟而有所差异，大致范围为10^-11--10^-10。这样当用户预置原子钟整机输出信号频率复现值为f₀=10，000，000.000，00（Hz）时，处理器将f₀作为复现基准频率值，一旦在采样时间t（例如10S）内发生变化，即f₀=10，000，000.000，0×（Hz）在‘×’位以及之前位发生变化时，处理器会根据实际的原子钟C场电流I与输出频率f₀间转换关系，改变D/A转换单元输出，D/A转换单元经电压控制电流源VCCS恒流单元后，使绕制在原子钟共振腔体壁上的C场线圈中的电流I发生变化，从而使C场大小值H发生变化，进一步修正原子钟的输出信号频率f₀。

本实用新型提供的一种整机系统再上电装置的工作原理：其中一台原子钟整机系统输出的频率信号直接送至隔离放大器。隔离放大器对原子钟送来的频率信号进行隔离、放大后实现多路输出：其中一路直接送至用户端用作输出用；一路送至处理器，用作处理器的外部时基以同步时序功能；另一路送至多位计数单元进行频率计数。多位计数单元接收来自于不间断高稳时钟源信号，用作内部计数时基参考。同时来自于隔离放大器的频率信号在处理器“计数使能”命令字访问下参与频率计数，并将频率计数值传递至寄存器。处理器通过访问寄存器获得相应的频率计数值，并进行处理。处理器在获得相应的频率计数值信息并处理后，通过C场电流补偿模块实现原子钟输出信号频率值的改变，以实现整机输出频率高复现性。

本实用新型提供的一种整机系统再上电装置，能够实现用原子钟内部C场技术来实现整机输出频率高复现性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种整机系统再上电装置，其特征在于，包括原子钟、隔离放大器、高稳时钟源、寄存器、处理器、计数单元、用户端、C场电流补偿单元；

所述原子钟输出与所述隔离放大器连接，所述隔离放大器输出与用户端、处理器及计数单元连接，所述高稳时钟源输出与所述计数单元连接，所述处理器输出与计数单元、所述C场电流补偿单元、所述寄存器连接，所述计数单元输出与所述寄存器连接，所述寄存器输出与所述处理器连接，所述C场电流补偿单元输出与所述原子钟连接。

2.如权利要求1所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述原子钟，用于为整个系统提供量子参考。

3.如权利要求2所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述隔离放大器，用于对原子钟送来的频率信号进行隔离、放大后实现多路输出。

4.如权利要求2所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述计数单元，用于测量原子钟输出的信号频率。

5.如权利要求4所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述高稳时钟源，用于为计数单元测量提供外部时钟参考。

6.如权利要求4所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述寄存器，用于记录计数单元的测量数据。

7.如权利要求4所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述处理器，用于为整个系统提供信号控制与数据处理。

8.如权利要求4所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述用户端，用于将原子钟输出的频率信号按用户需要传递。

9.如权利要求8所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述C场电流补偿单元，用于输出变化的电流信号，从而改变原子钟系统中所需要的磁场大小。

10.如权利要求9所述的一种整机系统再上电装置，其特征在于，所述C场电流补偿单元包括共振腔体、C场漆包线、VCCS恒流单元、D/A转换单元；

所述C场漆包线、所述VCCS恒流单元、所述共振腔体设置在所述原子钟内，所述C场漆包线与所述VCCS恒流单元连接形成回路，所述D/A转换单元输出与所述VCCS恒流单元连接，所述处理器输出与所述D/A转换单元连接，所述计数单元输出与所述处理器连接，所述C场漆包线绕制在所述共振腔体壁上。