星载MEMS原子钟稳频系统的优化及实验研究
3．1 调制器
该系统设计的伺服控制电路中，欲用10 kHz的正弦信号作为调制信号，故选用RC振荡电路。正弦波发生器产生信号分2路，1路用作调制信号，1路用作解调信号。采用改进后的维恩振荡电路实现 RC正弦振荡信号，得到实际频率为9．79 kHz，与理论9．95 kHz相差160Hz，幅值调节范围为50～1 100 mV。频率及幅值均可满足系统设计要求。
3．2 移相器
移相器用补偿相位移动，或对信号进行反相处理。需要实现0°～360°范围移相，并且有相位精调功能。采用全通滤波器设计，其特点是保持增益为1，调节时间常数可调节移相范围。图1为移相器原理图及相移曲线。其传递函数为：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/195694.htm
为使得9．79 kHz信号移相90°，设计移相器参数如下：R=1．6 Ω，R1=10 kΩ，C=10 nF；欲实现－90°移相，只需将图1a中R与C调换。故选用与90°移相器相同参数即可实现－90°移相。180°移相可采用反相器实现。相位微调仍可采用全通滤波器实现，将其中的R或C换成可调的器件即可。保持C不变，设定R的变化范围为1～7 kΩ，可满足-47°～50°范围内的微调。
3．3 鉴相器
鉴相器由模拟乘法器与低通滤波器构成，可通过检测探测信号与参考信号的相位关系，给出与相位差对应的误差信号，供校准器调节使用。模拟乘法器有多种用途，如增益控制、附加增益调整、作除法、压控滤波器、鉴相器等。这里用到的是其鉴相器功能。当两路正弦信号输入乘法器，得到差频、和频两种分量信号。当信号频率相同时，滤掉和频信号，得到差频信号为一直流信号，反映两路信号的相位差。同时，相位差为0°或 180°时得到直流信号最大，这也就是要加移相器以补偿相位获得最佳误差信号的原因所在。
3．4 校准器
校准器由PI控制器、三角波发生器、模拟开关3部分构成，其作用是校正鉴相器输出的误差信号，改善系统快速性与准确性。当激光器受外界干扰跳出锁频范围时，能自动寻找峰值点，自动上锁。根据设定功能要求，图2为校准器原理。
图2中，误差零点调节的作用是使误差信号经PI控制器校准输出鉴频曲线的零点与中心频率相对应。PI控制器零点调节与增益放大电路如图3所示，其中R1=2 kΩ，R2=500 Ω，R3=10 kΩ，增益A=0．25～5．25。
PI控制器用于滤除高频噪声，并对低频信号进行积分放大。据此功能要求，设计如图4所示的PI控制器原理图。
其传递函数为：
鉴相器中低通滤波器截止频率为200 Hz，故设定Pl控制器截止频率为200 Hz。经多次实验比较，选取C1=220 nF，C2=15 nF，R1=30 kΩ，R2=50 kΩ。
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