PRS10銣振蕩器
 緊湊型設(shè)計(jì) |
PRS10 是一款超低相位噪聲、10 MHz 銣學(xué)科晶體振蕩器。該設(shè)備滿(mǎn)足各種通信、同步和儀表要求。10 MHz 輸出的相位噪聲足夠低，可以用作合成器的參考源。該單元的短期穩(wěn)定性和低環(huán)境系數(shù)使其成為網(wǎng)絡(luò)同步的理想組件。其低老化率使其成為精密頻率測(cè)量的時(shí)基。
PRS10 可以以 1 ns 的分辨率對(duì)外部 1 pps 輸入進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。這些值可以通過(guò)RS-232報(bào)告回來(lái)，或者用于將單元鎖相到具有幾個(gè)小時(shí)時(shí)間常數(shù)的外部參考（例如 GPS）。此功能可以以非常低的成本提供 Stratum 1 性能。
PRS10 在原子頻率標(biāo)準(zhǔn)中建立了新的功能和性能水平。它的設(shè)計(jì)提供了的相位噪聲、的多功能性和的系統(tǒng)集成任何可用銣頻率標(biāo)準(zhǔn)的途徑。
所有商業(yè)銣頻率標(biāo)準(zhǔn)都通過(guò)將晶體振蕩器訓(xùn)練到銣中 6.834,682,612 GHz 的超精細(xì)躍遷來(lái)運(yùn)行。當(dāng)諧振池中的銣蒸氣暴露于過(guò)渡頻率附近的微波功率下時(shí)，銣放電燈通過(guò)諧振池到達(dá)光電探測(cè)器的光量將下降約 0.1%。晶體振蕩器通過(guò)檢測(cè)光傾角穩(wěn)定到銣躍遷，同時(shí)掃描射頻頻率合成器（參考晶體）通過(guò)躍遷頻率。
 Rb 燈和物理包 |
PRS10 使用時(shí)鐘頻率為 10 MHz 的微控制器來(lái)控制操作的所有方面，并允許通過(guò)RS-232 接口進(jìn)行診斷、測(cè)量和封閉式外殼校準(zhǔn)。處理器掃描射頻合成器，同步檢測(cè)來(lái)自物理封裝的光信號(hào)，并通過(guò)22 位DAC 和變?nèi)荻O管將 10 MHz 晶體振蕩器伺服到銣躍遷。
開(kāi)啟時(shí)，處理器向變?nèi)荻O管施加與最后鎖定值相對(duì)應(yīng)的電壓。頻率鎖定伺服被禁用，直到從物理包中檢測(cè)到有用的共振信號(hào)，在單元預(yù)熱時(shí)提供到最終頻率的平滑過(guò)渡。如果物理包出現(xiàn)問(wèn)題，該單元將暫停頻率伺服并將變?nèi)荻O管電壓保持在個(gè)鎖定值。
為了簡(jiǎn)化射頻頻率合成器的設(shè)計(jì)，銣頻率標(biāo)準(zhǔn)的制造商有時(shí)會(huì)使用晶體頻率，它是超精細(xì)躍遷頻率的約數(shù)。一些設(shè)計(jì)使用由晶體計(jì)時(shí)的 DDS 合成器來(lái)生成 10 MHz 輸出。通常，對(duì)晶體頻率進(jìn)行調(diào)制以便使合成器掃過(guò)過(guò)渡頻率。晶體通常在基本模式下運(yùn)行，而不是溫度穩(wěn)定的。盡管此類(lèi)方法設(shè)計(jì)起來(lái)更簡(jiǎn)單，但其輸出的相位噪聲、短期穩(wěn)定性和雜散含量會(huì)受到影響。
 框圖 |
相比之下，PRS10 的 10 MHz 輸出直接來(lái)自3次 泛音、應(yīng)力補(bǔ)償（SC 切割）晶體振蕩器，該晶體振蕩器在其平臺(tái)溫度的烘箱中運(yùn)行。一個(gè)雙環(huán)射頻合成器，具有 22.482 MHz 的晶體 IF，用于產(chǎn)生 359.72 MHz，并通過(guò)一個(gè)階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生 6.834 GHz。這種方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：相位噪聲非常低（<-130 dbc/hz="" @="" 10="" hz="">，沒(méi)有雜散分量，并且如果物理包無(wú)法提供鎖定信號(hào)，輸出將表現(xiàn)良好. （老化約5×10 -10 /天 PRS10 的相位噪聲圖顯示，與傳統(tǒng)銣標(biāo)準(zhǔn)相比，在 10 MHz 載波偏移 10 Hz 處的相位噪聲降低了 42 dB。
從歷看，銣頻率標(biāo)準(zhǔn)的壽命一直由放電燈中的銣耗盡所支配。為避免過(guò)多的閃爍噪聲，制造商會(huì)將少于 100 µg 的銣裝入球形放電燈中。PRS10 使用帶有裝有 1 mg 銣的側(cè)臂的燈。這種設(shè)計(jì)消除了作為故障機(jī)制的銣耗盡，并提供更好的溫度控制，而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的閃爍噪聲。
 相位噪聲 |
GPS追蹤
PRS10 的頻率偏移和長(zhǎng)期老化可以通過(guò)鎖相到具有更好長(zhǎng)期穩(wěn)定性的源來(lái)消除，例如來(lái)自 GPS 定時(shí)接收器的 1 pps。如艾倫方差圖所示，與 PRS10 的穩(wěn)定性（約5 × 10 -12）相比 ，GPS 的短期穩(wěn)定性較差（約5,000 × 10 -12）。但是，在幾個(gè)小時(shí)后，GPS 更加穩(wěn)定，因此可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)將 PRS10 鎖相到 GPS 來(lái)提高穩(wěn)定性。
PRS10 可以對(duì) 1 pps 輸入進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記或鎖相，并提供可轉(zhuǎn)換的 1 pps 輸出。輸入可以以 1 ns 的分辨率進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，并且可以通過(guò)RS-232 接口回讀結(jié)果。跟蹤外部輸入時(shí)，時(shí)間常數(shù)可設(shè)置為 5 分鐘至 18 小時(shí)。1 pps 輸出可以通過(guò)RS-232 接口以 1 ns 的分辨率在 0 到 999,999,999 ns 的范圍內(nèi)移動(dòng)。
 艾倫方差 |
當(dāng)施加外部 1 pps 信號(hào)時(shí)，PRS10 將驗(yàn)證該輸入的完整性，然后將其 1 pps 輸出與外部輸入對(duì)齊。處理器將繼續(xù)跟蹤 1 pps 輸出到 1 pps 輸入，方法是通過(guò)共振單元內(nèi)的小磁場(chǎng)調(diào)整來(lái)控制銣躍遷的頻率。
標(biāo)準(zhǔn)接口連接器
接口連接器和設(shè)備外形與 Efratom 的 Model FRS 銣頻率標(biāo)準(zhǔn)兼容。在其默認(rèn)配置中，PRS10 使用 RS-232 接口的引腳 #4 和 #7 來(lái)提供一整套系統(tǒng)診斷和控制。內(nèi)部硬件跳線允許將這些引腳配置為模擬輸出，以監(jiān)控?zé)魪?qiáng)度和變?nèi)荻O管電壓，從而與 FRS 兼容。
