JP2010187273A - Rubidium atomic oscillator - Google Patents

Rubidium atomic oscillator Download PDF

Info

Publication number
JP2010187273A
JP2010187273A JP2009031038A JP2009031038A JP2010187273A JP 2010187273 A JP2010187273 A JP 2010187273A JP 2009031038 A JP2009031038 A JP 2009031038A JP 2009031038 A JP2009031038 A JP 2009031038A JP 2010187273 A JP2010187273 A JP 2010187273A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
signal
frequency
control
outputs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2009031038A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akitoshi Ogino
晶敏 荻野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miyazaki Epson Corp
Original Assignee
Miyazaki Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miyazaki Epson Corp filed Critical Miyazaki Epson Corp
Priority to JP2009031038A priority Critical patent/JP2010187273A/en
Publication of JP2010187273A publication Critical patent/JP2010187273A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a sweep time. <P>SOLUTION: A rubidium atomic oscillator 100 includes an atomic resonator 1 which generates a resonance signal RS based on a microwave MW, an amplifier 2 which amplifies the resonance signal RS which the atom resonator 1 generates, a low frequency oscillator 10 which outputs a phase modulation signal LW, a frequency control part 4 which outputs a control voltage VC based on the resonance signal RS and the phase modulation signal LW, a voltage controlled oscillator 8 of which the frequency of the oscillation signal OUT is controlled by a controlled voltage VC, a multiply phase modulation part 9 which outputs the microwave MW by multiplying and phase modulating the oscillation signal OUT based on the phase modulation signal LW, a memory part 27, and a control part 26 which causes the memory part 27 to memorize the control voltage VC as a synchronization voltage SV at a predetermined time interval TS when in a lock status that the frequency of the resonance signal RS is locked, and outputs a control signal S2 to the frequency control part 4 based on the control voltage VC and the synchronization voltage SV when in a non-locked status that the frequency of the resonance signal RS is not locked. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ルビジウム原子発振器に関し、さらに詳しくは、非ロック状態が発生した際に、周波数の引き込みを行うためのスイープ電圧の生成を、デジタル的に行う回路技術に関する。   The present invention relates to a rubidium atomic oscillator, and more particularly to a circuit technique for digitally generating a sweep voltage for pulling in a frequency when an unlocked state occurs.

近年、通信網や放送網等のデジタルネットワーク化が進み、これに伴い、伝送装置のクロック信号や放送局の基準周波数の生成に使用されるクロック源として、高精度・高安定な発振器が必要不可欠なものとなっている。そのような要請を満たす発振器として、発振周波数の精度・安定度が高いルビジウム原子発振器が多く用いられている。また、近年、原子発振器の小型化への要求が高まり、光マイクロ波ユニット(OMU:Optical Microwave Unit)も含めて全体を小型化する必要性に迫られている。   In recent years, digital networks such as communication networks and broadcast networks have progressed, and as a result, highly accurate and highly stable oscillators are indispensable as clock sources used to generate clock signals for transmission equipment and reference frequencies for broadcast stations. It has become a thing. As an oscillator that satisfies such a demand, a rubidium atomic oscillator having high oscillation frequency accuracy and stability is often used. In recent years, the demand for miniaturization of atomic oscillators has increased, and there has been a pressing need for miniaturization of the whole including an optical microwave unit (OMU).

ルビジウム原子発振器は、電源立ち上げ時に周波数の引き込みのためのスイープ回路が必要である。即ち、電圧制御水晶発振器の可変範囲に比べ、原子共鳴の光吸収特性が発生する周波数帯域は非常に狭いため(電圧制御水晶発振器の可変範囲は1×10-5程度、原子共鳴の光吸収特性が発生する周波数帯域は1×10-7程度)、従来、電圧制御水晶発振器の周波数を、原子共鳴の光吸収特性が発生する周波数に引き込むためにスイープ回路が使われてきた。また、電源を立ち上げてから周波数がロックするまでの時間(同期時間)を短縮することを目的として、様々な技術が用いられている。 The rubidium atomic oscillator requires a sweep circuit for pulling in the frequency when the power is turned on. That is, since the frequency band in which the optical absorption characteristic of atomic resonance occurs is very narrow compared to the variable range of the voltage controlled crystal oscillator (the variable range of the voltage controlled crystal oscillator is about 1 × 10 −5 , the optical absorption characteristic of atomic resonance is There about 1 × 10 -7 generation frequency band), the conventional, the frequency of the voltage controlled crystal oscillator, the light absorption characteristics of the atomic resonance has been swept circuit is used to draw the frequency generated. Various techniques are used for the purpose of reducing the time (synchronization time) from when the power is turned on until the frequency is locked.

例えば、特許文献1には、電圧制御水晶発振器の逓倍周波数が原子共鳴周波数から充分離れているときにスイープ回路の掃引速度を速くし、電圧制御水晶発振器の逓倍周波数が原子共鳴周波数近傍に達したときにスイープ回路の掃引速度を遅くする方法が記載されている。この技術によれば、電圧制御水晶発振器の逓倍周波数が原子共鳴周波数の近傍になったときにスイープ回路の掃引速度を遅くしているので、周波数同期状態を正確に、且つ迅速に検出することができ、周波数引き込みの動作を早めることができる。   For example, in Patent Document 1, the sweep speed of the sweep circuit is increased when the frequency of the voltage-controlled crystal oscillator is sufficiently away from the atomic resonance frequency, and the frequency of the voltage-controlled crystal oscillator reaches the vicinity of the atomic resonance frequency. A method for slowing the sweep speed of the sweep circuit is sometimes described. According to this technique, the sweep speed of the sweep circuit is reduced when the frequency of the voltage controlled crystal oscillator is close to the atomic resonance frequency, so that the frequency synchronization state can be detected accurately and quickly. This can speed up the frequency pull-in operation.

また、特許文献2には、スイープ回路をデジタル化し、スイープ回路を小型化する技術が開示されている。従来のスイープ回路は、いずれも電圧制御水晶発振器の発振周波数の全範囲をカバーするように、広い周波数範囲をスイープしている。   Patent Document 2 discloses a technique for digitizing a sweep circuit and reducing the size of the sweep circuit. All of the conventional sweep circuits sweep a wide frequency range so as to cover the entire range of the oscillation frequency of the voltage controlled crystal oscillator.

特開2008−131122号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 2008-131122 (FIG. 1) 特開2008−131123号公報(図1)JP 2008-131123 A (FIG. 1)

しかしながら、従来の方法では、スイープ回路の掃引速度を過度に速くすると、周波数同期状態の検出が不安定になるため、掃引速度を全体的に速くすることにも限界があり、従来のスイープ回路では少なくとも数分以上の掃引時間を必要とし、これ以上同期時間の短縮を図ることが困難であるという課題がある。   However, in the conventional method, if the sweep speed of the sweep circuit is excessively increased, the detection of the frequency synchronization state becomes unstable. Therefore, there is a limit to increasing the sweep speed as a whole. In the conventional sweep circuit, There is a problem that a sweep time of at least several minutes is required and it is difficult to further shorten the synchronization time.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
マイクロ波に基づき共鳴信号を発生する原子共鳴器と、前記原子共鳴器が発生する前記共鳴信号を増幅する増幅器と、位相変調信号を出力する低周波発振器と、前記共鳴信号と前記位相変調信号とに基づき制御電圧を出力する周波数制御部と、前記制御電圧に基づき発振信号の周波数が制御される電圧制御発振器と、前記発振信号を前記位相変調信号に基づき逓倍及び位相変調して前記マイクロ波を出力する逓倍位相変調部と、記憶部と、前記共鳴信号の周波数がロックされたロック状態の時に前記制御電圧を所定の時間間隔で前記記憶部に同期電圧として記憶させ、前記共鳴信号の周波数がロックされていない非ロック状態の時に前記制御電圧と前記同期電圧とに基づき前記周波数制御部に制御信号を出力する制御部と、を含み、前記周波数制御部は、前記非ロック状態の時に前記共鳴信号の周波数の引き込みを行うためのスイープ電圧データを前記制御信号に基づき生成するスイープ電圧データ生成部を含む、ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
[Application Example 1]
An atomic resonator that generates a resonance signal based on a microwave; an amplifier that amplifies the resonance signal generated by the atomic resonator; a low-frequency oscillator that outputs a phase modulation signal; the resonance signal and the phase modulation signal; A frequency control unit that outputs a control voltage based on the control voltage, a voltage-controlled oscillator that controls the frequency of the oscillation signal based on the control voltage, and the microwave that is multiplied and phase-modulated based on the phase modulation signal. The control voltage is stored as a synchronization voltage in the storage unit at a predetermined time interval when the frequency phase of the multiplying phase modulation unit, the storage unit, and the frequency of the resonance signal are locked, and the resonance signal frequency is A control unit that outputs a control signal to the frequency control unit based on the control voltage and the synchronization voltage in an unlocked and unlocked state, and the frequency Control unit, the including the sweep voltage data generating unit that generates based sweep voltage data for retraction of frequency of the resonant signal in the control signal when the unlocked state, rubidium atomic oscillator, characterized in that.

この構成によれば、電圧制御発振器の制御電圧のスイープ範囲を、同期電圧の近傍に限定するため、電源立ち上げ時においてスイープ時間を短縮することができ、電源立ち上げから同期するまでの時間を短縮することができる。   According to this configuration, since the sweep range of the control voltage of the voltage controlled oscillator is limited to the vicinity of the synchronization voltage, the sweep time can be shortened when the power is turned on, and the time from the start of the power supply to the synchronization is reduced. It can be shortened.

[適用例2]
上記に記載のルビジウム原子発振器において、前記スイープ電圧データ生成部は、前記制御電圧を上昇させるための前記位相変調信号に同期した正電圧データを生成する正電圧データ生成部と、前記制御電圧を下降させるための前記位相変調信号に反転同期した負電圧データを生成する負電圧データ生成部と、前記制御信号に基づき前記正電圧データまたは前記負電圧データを切り替えて前記スイープ電圧データとして出力する第1のスイッチ回路と、を含む、ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
[Application Example 2]
In the rubidium atomic oscillator described above, the sweep voltage data generation unit includes a positive voltage data generation unit that generates positive voltage data synchronized with the phase modulation signal for increasing the control voltage, and a voltage drop for the control voltage. A negative voltage data generation unit that generates negative voltage data that is inverted and synchronized with the phase modulation signal for switching, and the positive voltage data or the negative voltage data is switched based on the control signal and is output as the sweep voltage data. A rubidium atomic oscillator characterized by comprising:

この構成によれば、電圧制御発振器の制御電圧のスイープ範囲を、同期電圧の近傍に限定するため、電源立ち上げ時においてスイープ時間を短縮することができ、電源立ち上げから同期するまでの時間を短縮することができる。   According to this configuration, since the sweep range of the control voltage of the voltage controlled oscillator is limited to the vicinity of the synchronization voltage, the sweep time can be shortened when the power is turned on, and the time from the start of the power supply to the synchronization is reduced. It can be shortened.

[適用例3]
上記に記載のルビジウム原子発振器において、前記制御部は、前記制御電圧の電圧値が前記同期電圧より低い第1の電圧から前記同期電圧よりも高い第2の電圧に上昇するまでの期間に前記正電圧データを選択する前記制御信号を出力し、前記制御電圧の電圧値が前記第2の電圧から前記第1の電圧に下降するまでの期間に前記負電圧データを選択する前記制御信号を出力する、ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
[Application Example 3]
In the rubidium atomic oscillator described above, the control unit is configured to output the positive voltage during a period until the voltage value of the control voltage rises from a first voltage lower than the synchronization voltage to a second voltage higher than the synchronization voltage. The control signal for selecting voltage data is output, and the control signal for selecting the negative voltage data is output during a period until the voltage value of the control voltage drops from the second voltage to the first voltage. A rubidium atomic oscillator characterized by that.

この構成によれば、電圧制御発振器の制御電圧のスイープ範囲を、同期電圧の近傍に限定するため、電源立ち上げ時においてスイープ時間を短縮することができ、電源立ち上げから同期するまでの時間を短縮することができる。   According to this configuration, since the sweep range of the control voltage of the voltage controlled oscillator is limited to the vicinity of the synchronization voltage, the sweep time can be shortened when the power is turned on, and the time from the start of the power supply to the synchronization is reduced. It can be shortened.

[適用例4]
上記に記載のルビジウム原子発振器において、前記周波数制御部は、前記共鳴信号をデジタルに変換したデジタル信号を出力するA/D変換部と、前記デジタル信号に基づいて前記ロック状態か前記非ロック状態かを判定した判定信号を出力する状態判定部と、前記デジタル信号に含まれる前記位相変調信号の周波数成分を濾過した濾過データを出力するバンドパスフィルターと、前記判定信号が前記ロック状態の場合に前記濾過データを出力し、前記判定信号が前記非ロック状態の場合に前記スイープ電圧データを出力する第2のスイッチ回路と、前記第2のスイッチ回路の出力をアナログに変換したアナログ信号を出力するD/A変換部と、前記アナログ信号と前記位相変調信号とを位相検波して周波数制御信号を生成する位相検波器と、前記周波数制御信号を積分処理して前記制御電圧を生成する積分回路と、を含む、ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
[Application Example 4]
In the rubidium atomic oscillator described above, the frequency controller includes an A / D converter that outputs a digital signal obtained by converting the resonance signal into a digital signal, and whether the locked state or the unlocked state is based on the digital signal. A state determination unit that outputs a determination signal that has been determined, a bandpass filter that outputs filtered data obtained by filtering the frequency component of the phase modulation signal included in the digital signal, and the determination signal when the determination signal is in the locked state. A second switch circuit that outputs filtered data, and outputs the sweep voltage data when the determination signal is in the unlocked state; and outputs an analog signal obtained by converting the output of the second switch circuit to analog D A phase detector that generates a frequency control signal by phase-detecting the analog signal and the phase modulation signal; Including an integrating circuit for generating the control voltage by integrating processing said frequency control signal, rubidium atomic oscillator, characterized in that.

この構成によれば、電圧制御発振器の制御電圧のスイープ範囲を、同期電圧の近傍に限定するため、電源立ち上げ時においてスイープ時間を短縮することができ、電源立ち上げから同期するまでの時間を短縮することができる。   According to this configuration, since the sweep range of the control voltage of the voltage controlled oscillator is limited to the vicinity of the synchronization voltage, the sweep time can be shortened when the power is turned on, and the time from the start of the power supply to the synchronization is reduced. It can be shortened.

第1実施形態に係るルビジウム原子発振器の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the rubidium atomic oscillator which concerns on 1st Embodiment. 従来のルビジウム原子発振器の動作を示すタイミング図。The timing diagram which shows operation | movement of the conventional rubidium atomic oscillator. 第1実施形態に係るルビジウム原子発振器の動作を示すタイミング図。The timing diagram which shows the operation | movement of the rubidium atomic oscillator which concerns on 1st Embodiment. 変形例1に係るルビジウム原子発振器の制御部の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the control part of the rubidium atomic oscillator which concerns on the modification 1. FIG.

以下、ルビジウム原子発振器の実施形態について図面に従って説明する。   Hereinafter, embodiments of a rubidium atomic oscillator will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
<ルビジウム原子発振器の構成>
先ず、第1実施形態に係るルビジウム原子発振器の構成について、図1を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るルビジウム原子発振器の構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
<Configuration of rubidium atomic oscillator>
First, the configuration of the rubidium atomic oscillator according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a rubidium atomic oscillator according to the first embodiment.

図1に示すように、ルビジウム原子発振器100は、原子共鳴器(OMU:Optical Microwave Unit)1と、増幅器(Amp:Amplifier)2と、低周波発振器10と、周波数制御部4と、電圧制御発振器(VCXO:Voltage Controlled Xtal Oscillator)8と、逓倍位相変調部9と、記憶部であるEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)27と、A/D変換部(Analog Digital Converter)25と、タイマー15と、制御部26と、から構成されている。   As shown in FIG. 1, a rubidium atomic oscillator 100 includes an atomic resonator (OMU) 1, an amplifier (Amp) 2, a low-frequency oscillator 10, a frequency controller 4, and a voltage-controlled oscillator. (VCXO: Voltage Controlled Xtal Oscillator) 8, multiplying phase modulator 9, EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) 27, A / D converter (Analog Digital Converter) 25, timer 15 And the control unit 26.

OMU1は、一般にルビジウム(Rb:Rubidium)ランプとRbガスセルと光検出器とから構成され、マイクロ波MWで共鳴させたRbガスセルにRbランプの共鳴光を照射し、Rbガスセルから出力される照射光を光検出器により検出し、共鳴信号RSを出力する。Amp2は、共鳴信号RSを増幅し、増幅信号ASを出力する。周波数制御部4は、増幅信号ASと低周波発振器10が出力する位相変調信号LWとに基づき制御電圧VCを出力する。VCXO8は、制御電圧VCに基づき発振信号OUTの周波数が制御される。逓倍位相変調部9は、発振信号OUTを位相変調信号LWに基づき逓倍及び位相変調してマイクロ波MWを出力する。A/D変換部25は、制御電圧VCをデジタル信号VDに変換し制御部26に出力する。   The OMU 1 is generally composed of a rubidium (Rb) lamp, an Rb gas cell, and a photodetector, and irradiates the Rb gas cell resonated with the microwave MW with the resonance light of the Rb lamp and is output from the Rb gas cell. Is detected by a photodetector and a resonance signal RS is output. Amp2 amplifies the resonance signal RS and outputs an amplified signal AS. The frequency control unit 4 outputs a control voltage VC based on the amplified signal AS and the phase modulation signal LW output from the low frequency oscillator 10. In the VCXO 8, the frequency of the oscillation signal OUT is controlled based on the control voltage VC. The multiplication phase modulation unit 9 multiplies and phase modulates the oscillation signal OUT based on the phase modulation signal LW and outputs a microwave MW. The A / D converter 25 converts the control voltage VC into a digital signal VD and outputs the digital signal VD to the controller 26.

制御部26は、共鳴信号RSの周波数がロックされたロック状態の時に制御電圧VCをデジタルに変換したデジタル信号VDをタイマー15が出力する所定の時間間隔である時間間隔TSでEEPROM27に同期電圧SVとして記憶させ、共鳴信号RSの周波数がロックされていない非ロック状態の時にデジタル信号VDと同期電圧SVとに基づき周波数制御部4に制御信号S2を出力する。   The control unit 26 synchronizes the synchronization voltage SV to the EEPROM 27 at a time interval TS that is a predetermined time interval at which the timer 15 outputs a digital signal VD obtained by converting the control voltage VC to digital when the frequency of the resonance signal RS is locked. And the control signal S2 is output to the frequency controller 4 based on the digital signal VD and the synchronization voltage SV when the frequency of the resonance signal RS is not locked.

周波数制御部4は、スイープ電圧データ生成部12と、A/D変換部3と、状態判定部11と、バンドパスフィルター13と、第2のスイッチ回路であるスイッチ回路14と、D/A変換部5と、位相検波器6と、積分回路7と、から構成されている。   The frequency control unit 4 includes a sweep voltage data generation unit 12, an A / D conversion unit 3, a state determination unit 11, a band pass filter 13, a switch circuit 14 that is a second switch circuit, and a D / A conversion. The unit 5 includes a phase detector 6 and an integrating circuit 7.

スイープ電圧データ生成部12は、非ロック状態の時に共鳴信号RSの周波数の引き込みを行うためのスイープ電圧データSDを制御信号S2に基づき生成する。A/D変換部3は、増幅信号ASをデジタル信号DSに変換する。状態判定部11は、デジタル信号DSに基づいてロック状態か非ロック状態かを判定した判定信号S1を出力する。判定信号S1は、例えば、ロック状態の場合にHレベル、非ロック状態の場合にLレベルに設定される。バンドパスフィルター13は、デジタル信号DSに含まれる位相変調信号LWの周波数成分を濾過した濾過データBDを出力する。   The sweep voltage data generation unit 12 generates the sweep voltage data SD for pulling in the frequency of the resonance signal RS in the unlocked state based on the control signal S2. The A / D converter 3 converts the amplified signal AS into a digital signal DS. The state determination unit 11 outputs a determination signal S1 that determines whether the state is locked or unlocked based on the digital signal DS. For example, the determination signal S1 is set to the H level in the locked state and to the L level in the unlocked state. The band pass filter 13 outputs filtered data BD obtained by filtering the frequency component of the phase modulation signal LW included in the digital signal DS.

スイッチ回路14は、判定信号S1がロック状態(Hレベル)の場合に濾過データBDを出力(a端子とc端子が接続)し、判定信号S1が非ロック状態(Lレベル)の場合にスイープ電圧データSDを出力(b端子とc端子が接続)する。D/A変換部5は、スイッチ回路14の出力をアナログに変換したアナログ信号ADを出力する。位相検波器6は、アナログ信号ADと位相変調信号LWとを位相検波して周波数制御信号FSを生成する。積分回路7は、周波数制御信号FSを積分処理して制御電圧VCを生成する。   The switch circuit 14 outputs the filtered data BD (a terminal and c terminal are connected) when the determination signal S1 is in the locked state (H level), and the sweep voltage when the determination signal S1 is in the unlocked state (L level). Data SD is output (b terminal and c terminal are connected). The D / A converter 5 outputs an analog signal AD obtained by converting the output of the switch circuit 14 to analog. The phase detector 6 detects the phase of the analog signal AD and the phase modulation signal LW and generates a frequency control signal FS. The integrating circuit 7 integrates the frequency control signal FS to generate a control voltage VC.

スイープ電圧データ生成部12は、正電圧データ生成部19と、負電圧データ生成部20と、第1のスイッチ回路であるスイッチ回路21と、から構成されている。   The sweep voltage data generation unit 12 includes a positive voltage data generation unit 19, a negative voltage data generation unit 20, and a switch circuit 21 that is a first switch circuit.

正電圧データ生成部19は、制御電圧VCを上昇させるための位相変調信号LWに同期した正電圧データPDを生成する。負電圧データ生成部20は、制御電圧VCを下降させるための位相変調信号LWに反転同期した負電圧データMDを生成する。スイッチ回路21は、制御信号S2に基づき正電圧データPD(a端子)または負電圧データMD(b端子)を切り替えてスイープ電圧データSDとして(c端子から)出力する。例えば、制御信号S2がHレベルの場合に正電圧データPDをスイープ電圧データSDとして出力するならば、スイッチ回路21のa端子とc端子が接続状態となり、制御信号S2がLレベルの場合に負電圧データMDをスイープ電圧データSDとして出力するならば、スイッチ回路21のb端子とc端子が接続状態となる。   The positive voltage data generation unit 19 generates positive voltage data PD synchronized with the phase modulation signal LW for increasing the control voltage VC. The negative voltage data generation unit 20 generates negative voltage data MD that is inverted and synchronized with the phase modulation signal LW for decreasing the control voltage VC. The switch circuit 21 switches the positive voltage data PD (a terminal) or the negative voltage data MD (b terminal) on the basis of the control signal S2, and outputs it as the sweep voltage data SD (from the c terminal). For example, if the positive voltage data PD is output as the sweep voltage data SD when the control signal S2 is at the H level, the a terminal and the c terminal of the switch circuit 21 are connected, and the negative value is obtained when the control signal S2 is at the L level. If the voltage data MD is output as the sweep voltage data SD, the b terminal and the c terminal of the switch circuit 21 are connected.

状態判定部11は、バンドパスフィルター16と、レベル検出部17と、判定部18と、から構成されている。バンドパスフィルター16は、デジタル信号DSに含まれる位相変調信号LWの周波数成分を濾過した濾過データB2を出力する。レベル検出部17は、濾過データB2からレベル検出信号LVを出力する。判定部18は、レベル検出信号LVが所定値を超えているか否か(共鳴信号RSがロック状態か否か)を判定し、判定信号S1を出力する。   The state determination unit 11 includes a bandpass filter 16, a level detection unit 17, and a determination unit 18. The band pass filter 16 outputs filtered data B2 obtained by filtering the frequency component of the phase modulation signal LW included in the digital signal DS. The level detection unit 17 outputs a level detection signal LV from the filtered data B2. The determination unit 18 determines whether or not the level detection signal LV exceeds a predetermined value (whether or not the resonance signal RS is in a locked state), and outputs a determination signal S1.

<ルビジウム原子発振器の動作>
次に、第1実施形態に係るルビジウム原子発振器の動作について、図2及び図3を参照して説明する。図2は、従来のルビジウム原子発振器の動作を示すタイミング図である。図3は、第1実施形態に係るルビジウム原子発振器の動作を示すタイミング図である。
<Operation of rubidium atomic oscillator>
Next, the operation of the rubidium atomic oscillator according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a timing diagram showing the operation of a conventional rubidium atomic oscillator. FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the rubidium atomic oscillator according to the first embodiment.

図2に示すように、従来(特許文献2)のルビジウム原子発振器では、タイマー15が出力する時間間隔TSに基づき制御信号S2を切り替えている。つまり、時点t0から時間間隔TS後の時点t1までの期間は制御信号S2をHレベル、時点t1から時間間隔TS後の時点t2までの期間は制御信号S2をLレベル、のように切り替えている。正電圧データ生成部19が正電圧データPDを電圧V2〜V1の間で位相変調信号LWに同期させ出力し、負電圧データ生成部20が負電圧データMDを電圧V2〜V3の間で位相変調信号LWに反転同期させ出力している場合、スイープ電圧データSDは、時点t0〜t1の期間は正電圧データPDとなり、時点t1〜t2の期間は負電圧データMDとなる。スイープ電圧データSDに伴い、制御電圧VCは電圧Vb〜Vaの間で上昇、下降する。
ここで、スイープ電圧データSDはデジタルデータであるが、図2には説明の便宜上アナログ電圧として表示している。
As shown in FIG. 2, in the conventional rubidium atomic oscillator, the control signal S <b> 2 is switched based on the time interval TS output from the timer 15. That is, the control signal S2 is switched to the H level during the period from the time t0 to the time t1 after the time interval TS, and the control signal S2 is switched to the L level during the period from the time t1 to the time t2 after the time interval TS. . The positive voltage data generator 19 outputs the positive voltage data PD in synchronization with the phase modulation signal LW between the voltages V2 and V1, and the negative voltage data generator 20 phase modulates the negative voltage data MD between the voltages V2 and V3. When output in synchronization with the signal LW, the sweep voltage data SD becomes the positive voltage data PD during the period from the time t0 to the time t1, and becomes the negative voltage data MD during the period from the time t1 to the time t2. Along with the sweep voltage data SD, the control voltage VC rises and falls between the voltages Vb to Va.
Here, although the sweep voltage data SD is digital data, it is displayed as an analog voltage in FIG. 2 for convenience of explanation.

第1実施形態に係るルビジウム原子発振器100では、制御部26は、制御電圧VCをデジタルに変換したデジタル信号VDとEEPROM27に記憶された同期電圧SVとに基づき制御信号S2を切り替えている。同期電圧SVより低い第1の電圧である下限電圧をSV−ΔV、同期電圧SVより高い第2の電圧である上限電圧をSV+ΔV、とした場合、制御部26は、デジタル信号VDが下限電圧SV−ΔVから上限電圧SV+ΔVに上昇する期間に制御信号S2をHレベルに設定し、デジタル信号VDが上限電圧SV+ΔVから下限電圧SV−ΔVに下降する期間に制御信号S2をLレベルに設定する。   In the rubidium atomic oscillator 100 according to the first embodiment, the control unit 26 switches the control signal S <b> 2 based on the digital signal VD obtained by converting the control voltage VC into digital and the synchronous voltage SV stored in the EEPROM 27. When the lower limit voltage that is the first voltage lower than the synchronization voltage SV is SV−ΔV and the upper limit voltage that is the second voltage higher than the synchronization voltage SV is SV + ΔV, the control unit 26 determines that the digital signal VD is the lower limit voltage SV. The control signal S2 is set to the H level during the period when the voltage rises from -ΔV to the upper limit voltage SV + ΔV, and the control signal S2 is set to the L level during the period when the digital signal VD falls from the upper limit voltage SV + ΔV to the lower limit voltage SV-ΔV.

図3に示すように、時点t0からデジタル信号VDが上限電圧SV+ΔVに達する時点t1までの期間は制御信号S2をHレベル、時点t1からデジタル信号VDが下限電圧SV−ΔVに達する時点t2までの期間は制御信号S2をLレベル、のように切り替えている。図3における時点t0〜t1,t1〜t2の時間間隔は、タイマー15が出力する時間間隔TSよりも短い時間間隔となる。   As shown in FIG. 3, the control signal S2 is at the H level during the period from the time point t0 to the time point t1 when the digital signal VD reaches the upper limit voltage SV + ΔV, and from the time point t1 to the time point t2 when the digital signal VD reaches the lower limit voltage SV−ΔV. During the period, the control signal S2 is switched to the L level. The time intervals between time points t0 to t1 and t1 to t2 in FIG. 3 are shorter than the time interval TS output by the timer 15.

以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。   According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained.

本実施形態では、VCXO8の制御電圧VCのスイープ範囲を、同期電圧SVの近傍に限定するため、電源立ち上げ時においてスイープ時間を短縮することができ、電源立ち上げから同期するまでの時間を短縮することができる。   In this embodiment, the sweep range of the control voltage VC of the VCXO 8 is limited to the vicinity of the synchronous voltage SV, so that the sweep time can be shortened at the time of power-on and the time from power-on to synchronization is shortened. can do.

以上、ルビジウム原子発振器の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。   Although the embodiment of the rubidium atomic oscillator has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention. Hereinafter, a modification will be described.

(変形例1)ルビジウム原子発振器の変形例1について説明する。図4は、変形例1に係るルビジウム原子発振器の制御部の構成を示すブロック図である。図4に示すように、制御部26は、電源電圧VDDの変動を監視する電源監視回路50からのアラーム信号VXに基づきロック状態か非ロック状態かを判断するようにしてもよい。電源電圧VDDがON状態からOFF状態(0V)に低下し始めた時、電源監視回路50はアラーム信号VXを制御部26に出力する。この時点から制御部26は、EEPROM27にデジタル信号VDを同期電圧SVとして書き込む。次に、電源電圧VDDがOFF状態からON状態に立ち上がる時は、制御部26は、EEPROM27に記憶した同期電圧SVに基づき制御信号S2を出力できるので、スイープ時間を短縮することができる。   (Modification 1) Modification 1 of the rubidium atomic oscillator will be described. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit of the rubidium atomic oscillator according to the first modification. As shown in FIG. 4, the control unit 26 may determine whether the locked state or the unlocked state is based on the alarm signal VX from the power supply monitoring circuit 50 that monitors the fluctuation of the power supply voltage VDD. When the power supply voltage VDD starts to decrease from the ON state to the OFF state (0 V), the power supply monitoring circuit 50 outputs an alarm signal VX to the control unit 26. From this time point, the control unit 26 writes the digital signal VD as the synchronization voltage SV in the EEPROM 27. Next, when the power supply voltage VDD rises from the OFF state to the ON state, the control unit 26 can output the control signal S2 based on the synchronous voltage SV stored in the EEPROM 27, so that the sweep time can be shortened.

1…OMU、2…Amp、3…A/D変換部、4…周波数制御部、5…D/A変換部、6…位相検波器、7…積分回路、8…VCXO、9…逓倍位相変調部、10…低周波発振器、11…状態判定部、12…スイープ電圧データ生成部、13…バンドパスフィルター、14…スイッチ回路、15…タイマー、16…バンドパスフィルター、17…レベル検出部、18…判定部、19…正電圧データ生成部、20…負電圧データ生成部、21…スイッチ回路、25…A/D変換部、26…制御部、27…記憶部、50…電源監視回路、100…ルビジウム原子発振器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... OMU, 2 ... Amp, 3 ... A / D conversion part, 4 ... Frequency control part, 5 ... D / A conversion part, 6 ... Phase detector, 7 ... Integration circuit, 8 ... VCXO, 9 ... Multiplication phase modulation , 10 ... low frequency oscillator, 11 ... state determination unit, 12 ... sweep voltage data generation unit, 13 ... band pass filter, 14 ... switch circuit, 15 ... timer, 16 ... band pass filter, 17 ... level detection unit, 18 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Determination part, 19 ... Positive voltage data generation part, 20 ... Negative voltage data generation part, 21 ... Switch circuit, 25 ... A / D conversion part, 26 ... Control part, 27 ... Memory | storage part, 50 ... Power supply monitoring circuit, 100 … Rubidium atomic oscillator.

Claims (4)

マイクロ波に基づき共鳴信号を発生する原子共鳴器と、
前記原子共鳴器が発生する前記共鳴信号を増幅する増幅器と、
位相変調信号を出力する低周波発振器と、
前記共鳴信号と前記位相変調信号とに基づき制御電圧を出力する周波数制御部と、
前記制御電圧に基づき発振信号の周波数が制御される電圧制御発振器と、
前記発振信号を前記位相変調信号に基づき逓倍及び位相変調して前記マイクロ波を出力する逓倍位相変調部と、
記憶部と、
前記共鳴信号の周波数がロックされたロック状態の時に前記制御電圧を所定の時間間隔で前記記憶部に同期電圧として記憶させ、前記共鳴信号の周波数がロックされていない非ロック状態の時に前記制御電圧と前記同期電圧とに基づき前記周波数制御部に制御信号を出力する制御部と、
を含み、
前記周波数制御部は、前記非ロック状態の時に前記共鳴信号の周波数の引き込みを行うためのスイープ電圧データを前記制御信号に基づき生成するスイープ電圧データ生成部を含む、
ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
An atomic resonator that generates a resonance signal based on a microwave;
An amplifier for amplifying the resonance signal generated by the atomic resonator;
A low-frequency oscillator that outputs a phase-modulated signal;
A frequency controller that outputs a control voltage based on the resonance signal and the phase modulation signal;
A voltage controlled oscillator in which the frequency of the oscillation signal is controlled based on the control voltage;
A multiplying phase modulation unit for multiplying and phase modulating the oscillation signal based on the phase modulation signal and outputting the microwave;
A storage unit;
The control voltage is stored as a synchronization voltage in the storage unit at a predetermined time interval when the resonance signal frequency is locked, and the control voltage is stored when the resonance signal frequency is not locked. And a control unit that outputs a control signal to the frequency control unit based on the synchronization voltage,
Including
The frequency control unit includes a sweep voltage data generation unit that generates sweep voltage data for pulling in a frequency of the resonance signal based on the control signal in the unlocked state.
A rubidium atomic oscillator characterized by that.
請求項1に記載のルビジウム原子発振器において、
前記スイープ電圧データ生成部は、
前記制御電圧を上昇させるための前記位相変調信号に同期した正電圧データを生成する正電圧データ生成部と、
前記制御電圧を下降させるための前記位相変調信号に反転同期した負電圧データを生成する負電圧データ生成部と、
前記制御信号に基づき前記正電圧データまたは前記負電圧データを切り替えて前記スイープ電圧データとして出力する第1のスイッチ回路と、
を含む、
ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
The rubidium atomic oscillator according to claim 1,
The sweep voltage data generator is
A positive voltage data generation unit that generates positive voltage data synchronized with the phase modulation signal for increasing the control voltage;
A negative voltage data generation unit that generates negative voltage data that is inverted and synchronized with the phase modulation signal for lowering the control voltage;
A first switch circuit that switches the positive voltage data or the negative voltage data based on the control signal and outputs the data as the sweep voltage data;
including,
A rubidium atomic oscillator characterized by that.
請求項1または2に記載のルビジウム原子発振器において、
前記制御部は、
前記制御電圧の電圧値が前記同期電圧より低い第1の電圧から前記同期電圧よりも高い第2の電圧に上昇するまでの期間に前記正電圧データを選択する前記制御信号を出力し、
前記制御電圧の電圧値が前記第2の電圧から前記第1の電圧に下降するまでの期間に前記負電圧データを選択する前記制御信号を出力する、
ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
The rubidium atomic oscillator according to claim 1 or 2,
The controller is
Outputting the control signal for selecting the positive voltage data in a period until the voltage value of the control voltage rises from a first voltage lower than the synchronous voltage to a second voltage higher than the synchronous voltage;
Outputting the control signal for selecting the negative voltage data during a period until the voltage value of the control voltage drops from the second voltage to the first voltage;
A rubidium atomic oscillator characterized by that.
請求項1から3のいずれか一項に記載のルビジウム原子発振器において、
前記周波数制御部は、
前記共鳴信号をデジタルに変換したデジタル信号を出力するA/D変換部と、
前記デジタル信号に基づいて前記ロック状態か前記非ロック状態かを判定した判定信号を出力する状態判定部と、
前記デジタル信号に含まれる前記位相変調信号の周波数成分を濾過した濾過データを出力するバンドパスフィルターと、
前記判定信号が前記ロック状態の場合に前記濾過データを出力し、前記判定信号が前記非ロック状態の場合に前記スイープ電圧データを出力する第2のスイッチ回路と、
前記第2のスイッチ回路の出力をアナログに変換したアナログ信号を出力するD/A変換部と、
前記アナログ信号と前記位相変調信号とを位相検波して周波数制御信号を生成する位相検波器と、
前記周波数制御信号を積分処理して前記制御電圧を生成する積分回路と、
を含む、
ことを特徴とするルビジウム原子発振器。
The rubidium atomic oscillator according to any one of claims 1 to 3,
The frequency control unit
An A / D converter that outputs a digital signal obtained by converting the resonance signal into a digital signal;
A state determination unit that outputs a determination signal that determines whether the locked state or the unlocked state based on the digital signal;
A band pass filter that outputs filtered data obtained by filtering the frequency component of the phase modulation signal included in the digital signal;
A second switch circuit that outputs the filtered data when the determination signal is in the locked state, and outputs the sweep voltage data when the determination signal is in the unlocked state;
A D / A converter for outputting an analog signal obtained by converting the output of the second switch circuit into an analog;
A phase detector for detecting a phase of the analog signal and the phase modulation signal to generate a frequency control signal;
An integration circuit that integrates the frequency control signal to generate the control voltage;
including,
A rubidium atomic oscillator characterized by that.
JP2009031038A 2009-02-13 2009-02-13 Rubidium atomic oscillator Withdrawn JP2010187273A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009031038A JP2010187273A (en) 2009-02-13 2009-02-13 Rubidium atomic oscillator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009031038A JP2010187273A (en) 2009-02-13 2009-02-13 Rubidium atomic oscillator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010187273A true JP2010187273A (en) 2010-08-26

Family

ID=42767638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009031038A Withdrawn JP2010187273A (en) 2009-02-13 2009-02-13 Rubidium atomic oscillator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010187273A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7994867B2 (en) Oscillator control apparatus
US7425852B2 (en) Phase-locked loop
US9024693B2 (en) Crystal-less clock generator and operation method thereof
TWI499199B (en) Automatic calibrated oscillation method and apparatus using the same
JP4755193B2 (en) FM modulator
JP2008042810A (en) Pll circuit
US8493112B2 (en) Signal processing apparatus
JP4782889B1 (en) Repeat frequency control device
JP2010187273A (en) Rubidium atomic oscillator
JP4882693B2 (en) Rubidium atomic oscillator
JP2005303641A (en) Rubidium atomic oscillator
US20080069285A1 (en) Clock supply circuit and clock supply method
JP2004023560A (en) Oscillating state discrimination circuit and oscillation control circuit
JP2008278479A (en) Digital synthesizer
JP2005020221A (en) Pll circuit
JP2003032107A (en) Phase locked loop circuit
RU90587U1 (en) QUANTUM HYDROGEN FREQUENCY STANDARD
CN103326717A (en) Rubidium clock scanning and capturing auxiliary locking method
JP4983350B2 (en) Rubidium atomic oscillator
JP2008131123A (en) Rubidium atomic oscillator
KR100632673B1 (en) Wireless telecommunication terminal and method for controlling lock time of phase locked loop
JP2000040958A (en) Reference frequency/timing generating device
JP2009212995A (en) Phase-locked loop oscillation circuit
JP2006033747A (en) Reference frequency generating apparatus
JP2009081557A (en) Phase-locked loop circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20100705

A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120501