被动型相干布居囚禁CPT(Coherent Population Trapping)原子钟属于新型原子钟[1],同时由于小体积和低功耗等优势得到广泛关注和应用。被动型CPT铷原子钟[2]主要由物理系统和电路部分组成,本文根据需求设计电路部分的微波信号源。

传统的微波源利用模拟倍频技术,电路形式复杂,体积和功耗都比较大,不能很好地满足CPT原子钟低功耗需求。数字锁相环倍频技术数字化,集成度高,满足微型化发展需求,有良好的发展前景。因此,本文采用数字倍频技术完成微波信号源的设计。

1 数字锁相倍频原理

数字锁相倍频技术主要采用锁相环(Phase Locked Loop-PLL)技术[3]实现。相较于传统的倍频方式,应用锁相环技术取代阶跃恢复二极管可实现低噪声的整数高次倍频,数字锁相环主要由4个模块组成:鉴相器(PD),环路滤波器(LPF),压控振荡器(VCO)和分频器(Div),数字锁相倍频基本原理图如图1所示。

图1 数字锁相倍频基本原理图

图1中虚线框内为目前常用的数字锁相环的构成,输入信号经综合器处理后进入鉴相器,与经过分频后的输出信号进行相位差检测,将检测后的相位差信号转换成电压信号,进入环路滤波器,经环路滤波器处理后形成压控振荡器VCO的控制电压,对振荡器输出信号频率实施控制。它是一个负反馈系统,通过反馈通路把输出信号的相位反馈到输入参考信号,使输出信号的N分频与输入信号保持同样的频率,从而达到倍频的目的。锁相环可实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,当输出信号频率与输入信号的频率相等时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位被锁住,因此称为锁相环。

在原子钟中振荡器输出10 MHz(或20 MHz/60 MHz)的标准频率,由于一般的锁相环倍频只能完成整数倍频,无法直接由标准频率倍频得到需要频率的微波信号源,本文采用基于Σ-Δ调制器的分数N合成技术[4-5]与锁相环相结合实现数字锁相环小数倍频,从而直接完成尾数倍频。

图3 锁相环芯片功能框图

2 方案设计

本文输入信号为10 MHz,需要倍频至3 417 MHz,倍频倍数为341.7,拟采用Σ-Δ调制器替代整数N分频器,将输入信号直接倍频到目标频率[6-9]。其倍频模块框图如图2所示。经振荡器产生的10 MHz输入信号直接进入鉴相器,经锁相环倍频后输出信号由VCO处取得。整个虚线框内环路作为PLL倍频模块,再加上控制模块和晶振构成微波源电路。微波源工作时,晶振输出的10 MHz信号,经Σ-Δ调制器倍频模块倍频至3 417 MHz,最后通过软件对微波源进行功率衰减后输出。

图2 倍频模块框图

10 MHz输入信号由高稳的压控温补晶振CFPT9007EX1A提供。锁相环芯片选用ADI公司的ADF4350,该芯片输出频率范围为137.5 MHz～4 400 MHz,片内集成有鉴相器、分频器和低相位噪声的VCO,可控制输出功率。功能框图如图3所示,具有可编程的1/2/4/8/16分频输出及可编程4/5或8/9双模预分频器,采用三线式串行接口,5 mm×5 mm超薄封装(CP-32-2),功耗不超过100 mW。

为了便于调试及与物理系统进行联调测试,控制芯片选用FPGA,主要控制压控温补晶振的控制电压,PLL的倍频倍数和微波功率衰减。FPGA选用Xilinx公司的Spartan6系列,主芯片为XC6SLX9-TQG144,此开发板集成能力强、逻辑单元多、功耗低、速度快、外设功能模块丰富。锁相环控制时序图如图4所示。

图4 控制时序图

广东省皮肤病医院工作人员假扮成患者，给山寨网站打咨询电话，问对方是不是广东省皮肤病医院，对方立即回答“是啊”。当“患者”提出要找某位专家时，对方谎称“该专家今天不出诊，我给你推荐另一位专家吧”。实际上，这位专家当天在广东省皮肤病医院正常出诊。

根据设计要求,以输出频率为3 417 MHz为例,ADF4350的设计参数为:基准频率输入REFIN=10 MHz,RF频率输出RFOUT=3 417 MHz,RF基准分频系数R=10,鉴相频率fPFD=1 MHz,整数分频系数INT=3 417,小数FRAC=0,模数MOD=100,ADF4350的寄存器配置如下:

They are my friends.They are going to get married.What do you think I should give them,gifts or money?Why?

R0=0X”06AC8000”,

R1=0X”08008321”,

控制信号源输出功率为-10.3 dBm时的频谱如图7所示,输出信号在200 Hz以内的杂散抑制达到40 dB以上,满足设计要求。输出信号频率为 3 416.987 MHz,与3 417 MHz的频差为13 kHz,出现偏差的主要原因是倍频电路的输入10 MHz信号存在一定偏差,该信号频率在原子钟工作时由伺服电路进行调节锁定。

该水源方案存在的主要缺点是：（1）必须和河道治理、水生态修复、水源地保护同步进行，规划时论证区域水生态系统平衡和可持续性十分必要，保护水环境、控制水面率是工程长久运行的关键。（2）受降雨影响明显，必须与河道行洪设计紧密结合，确保雨季度汛安全。（3）日常维护困难，特别是涵箱式水源，年久失修后，随着河道淤积会逐渐被填埋，进水量可随之减少，影响工程长久运行。

[3] 远坂俊昭. 锁相环(PLL)电路设计与应用[M]. 北京:科学出版社,2006:229-270.

R4=0X”0080803C”,

在智能设备大量普及的当下，手机比电脑中存放着更多用户的隐私信息，这些信息一旦被应用恶意获取，就可能给用户带来无法挽回的损失。因此，用户隐私安全性与Android应用的安全性是紧密相关的，隐私泄露检测模块便从隐私泄露的角度入手，进行Android应用安全性的评估。

本文的设计目标是:输出频率为3 414 MHz～3 420 MHz,中心频率为3 417 MHz,频率分辨率为10 kHz,相位噪声在100 Hz～10 kHz处均优于-60 dBc/Hz,功耗小于150 mW,输出微波功率范围为(-20～-5)dBm。

R5=0X”00580005”。

随着信息技术革新步伐的不断加快，研究数据的获取更加便捷化、多元化。但是，在这一过程中，如何遴选数据，保证数据的时效性、真实性、科学性，成为研究者需要克服的重要问题。因此，在研究数据获取的过程中，需进一步借助智能化的数据收集平台，如OTA数据监测平台等，及时获取有效且科学的统计数据；采用全新的高科技仪器，如眼动仪、脑电波仪、皮肤电反应仪、仿真模拟设备等，实现对旅游者心理与行为的实时精密监控与动态预测。在数据的使用过程中，要尤其注意数据的有效处理和合理分析，及时分辨虚假数据，避免采用虚假数据和过度解读无效数据，实现研究结论的合理性与准确性，保证研究结论的科学价值。

锁相环芯片的输出信号需要外接一个环路滤波器变成电压信号才能供给VCO,环路滤波器选用低通环路滤波器,不仅能够完成滤波功能,而且避免了有源环路滤波器引入的噪声。本文采用3阶无源环路滤波器,系统环路带宽ωc=30 kHz,相位裕度为45°～50°。电路图如图5所示,环路滤波器相关参数如表1所示。

图5 环路滤波器电路

表1 环路滤波器相关参数

Clpf1Clpf2Rlpf2Clpf3Rlpf3183．8pF773．9nF91．1kΩ77．58pF87．4kΩ环路带宽ωc相位裕度φC30kHz46．7°

3 测试与分析

本文设计的信号源尺寸为30 mm×30 mm,功耗小于150 mW,输出微波功率范围为(-20～-5)dBm。经测试,输出信号的相位噪声如图6所示。

图6 相位噪声图

图7 输出信号频谱图

系统相位噪声主要由4部分构成:输入信号噪声,锁相环(鉴相器和分频器)噪声,环路滤波器噪声和VCO噪声。相噪模型图如图8所示。由曲线可以看出,当频偏较小(一般为100 Hz以内)时,输入信号噪声起主要作用;随着频偏继续增大,但还未达到环路带宽时,锁相环噪声成为系统噪声的主要部分;当频偏继续增大到环路带宽附件时,环路滤波器噪声成为系统噪声的主要影响因素;当频偏继续增大,远离环路带宽时,VCO成为系统主要噪声。

图8 相位噪声模型图

质点依据参数的先验分布初始化。因为我们是用有界和离散的空间近似无界连续的五维空间，因此我们必须要确保质点有足够的覆盖范围和界内有所需要的质点数目。这在地震应用中尤其重要，因为可取的参数数目和值的范围都很大。以有限质点数目确保质点多样性的一个方法是采用广义质点滤波（RPF）方法（Arulampalamet al，2002）。

PNTotal=PNPLL+20lg(N)+10lg(fPFD)

(1)

式中:PNTotal为锁相环输出信号的带内相噪,PNPLL为锁相环的归一化带内相噪,N为VCO输出频率与鉴相频率的比值,fPFD是鉴相器的鉴相频率。由式(1)可知,影响PLL系统相噪的因素主要有PNPLL、分频器N和鉴相频率fPFD。而PNPLL是由锁相环芯片本身决定的,一旦锁相环芯片选定后,PNPLL可以当成一个常量处理。

仪器测试参数通常重复性较好，此处不作验证，14名消费者面部肌肤4次重复评估结果经ANOVA分析，结果见表7。

ADF4350的带内归一化相噪为-213 dBc/Hz,由于本文在小数分频锁相环模式下,将使杂散平均化,所以ADF4350的带内归一化相噪将为-210 dBc/Hz。本文鉴相频率设为1 MHz,输出信号频率为3.417 GHz,则N=3 417,fPFD=1 MHz,根据式(1),带内相噪的理论计算值为:PNTotal=-79.33 dBc/Hz。

由图6可以看出,输出信号的带内噪声约为-70 dBc/Hz与理论值有一定偏差,这是由于实际电路系统存在噪声干扰以及相位噪声测试系统误差造成的。总的来说,实际测试的相位噪声与式(1)计算出的理论值较为接近,相躁偏差在误差允许范围内,在频偏100 Hz～10 kHz处,实际相位噪声均小于-60 dBc/Hz,满足设计要求。

R2=0X”00029E42”,

4 结束语

数字锁相倍频技术较传统的倍频技术具有尺寸小、重量轻、功耗低、易调试等特点。本文利用带Σ-Δ调制器的小数分频锁相环芯片ADF4350进行倍频电路的设计,加上环路滤波器及控制电路,构成微波源电路。测试结果显示,信号源各项指标满足CPT铷原子钟要求。此微波源采用FPGA进行控制,为进一步采用ASIC技术实现微波信号源的芯片化设计,制成专用芯片打下基础。

参考文献:

本文选用的锁相环芯片ADF4350内部集成有鉴相器、分频器和低相位噪声的VCO,由系统相噪方面考虑,PLL的带内相噪可通过下面公式进行估算[10-11]:

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汪老师教我们的时候大概二十五六岁，是一个非常有爱心的老师。1985年，因为国家计划生育政策初见成效，乡村小学生逐年下降，镇里不得不开始撤村并校。那时候的我正上小学四年级，相邻三个村的孩子都被并到了镇里的中心小学。因为离家远了，我们这些刚十来岁的孩子不得不离开父母，开始住校。

[2] Vanier J. Practical Realization of a Passive Coherent Population Trapping Frequency Standard[J]. IEEE,2005,54(6):2531-2539.

R3=0X”000004B3”,

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[5] 刘类骥,赵海清,曹远洪. 一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现[J]. 宇航计测技术,2014,1(30):37-41.

在饲料中增加一定比例的脂肪粉或者植物油，适度提高能量水平。公猪和母猪可适当的增加饲喂量，并添加具有抗应激、抗氧化能力的饲料添加剂，以增强猪体的抗寒能力。保育期采用湿拌料饲喂方式的，使水的温度保持在20℃～30℃，禁止使用冷水饲喂。

[6] 陈杰华,杜润昌. 一种低功耗被动型CPT原子钟[J]. 计量学报,2010,31(5):417-420.

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2.拓宽教育资源共享的平台建设。近年来，我国国家精品开放课堂建设规划通过慕课等方式展开，突破了时间和空间的范围，优质的课程资源可供在校师生通过互联网技术免费获得。但我们也应该看到它存在的一些问题，比如：优质课程资源和现有课程资源不匹配，资源共享还有待提高，开放教育共享资源的质量也需进一步提高。为了更好解决这些显著的问题，有关部门应大力支持，时常监督网络平台建设和运行的状况，多方位、多途径招贤纳士，建立一支专业的信息科研队伍，并以开发出种类更丰富的、数量更多的能满足广大社会需要的课程资源为重任，推进高质量课程资源的开发并促进其普遍应用。

[11] 徐述武,汪海勇,唐云峰. 基于ADF4350锁相频率合成器的频率源设计与实现[J]. 电子器件,2010,33(6):725-729.

杨 坦(1989-),男,汉族,河南周口人,兰州空间技术物理研究所在读研究生,主要从事原子频标技术的研究,15693168617@163.com;

廉吉庆(1987-),男,汉族,山东临沂人,工程师,主要从事CPT原子钟的研究与设计,5710681@163.com。