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芯片AD9852在原子频标中的应用分析(上)

  在综合器的研发工作中,实际采用了一微处理器与AD9852配合使用,构成综合模块。微处理器完成产生同步鉴相参考脉冲与79Hz键控调频方波信号的功能,通过将微处理器产生的方波信号引入DDS的键控调频引脚,由DDS产生5.3125MHz键控调频信号,经滤波后,送入后续混合电路环节中。
  在一台实际的被动型铷原子频标中,由于各种因素的影响,原子谱线不可能是绝对对称的,尽管压控晶振的频率输出经射频倍频、综合、微波倍频混频后获得的实际频率可以精确等于谱线的峰值频率,但由于实际谱线不对称,经过伺服环路对量子系统输出鉴频信号的处理后,输出的纠偏电压中就具有调频频率的基波分量,该基波分量是一个伪误差电压,会使压控晶振频率拉偏。
  若方波调频的深度保持不变,则这个频移量也不变,但是由于传统铷频标中采用了变容二级管调制电路,变容二级管是温敏元件,环境温度变化时,不可避免地将造成方波调频深度发生变化。显然,当方波调频的深度增加时,附加频移量增加;当方波调频的深度减小时,附加频移量减小。因此,铷频标中的谱线不对称,将会通过调制电路给铷频标带来温度系数。故在设计时,将调制电路从变容二极管调制方式改为DDS键控调频调制方式。
  AD9852主要由参考频率源、相位累加器、波形存储器(正弦函数功能表)、数模转换器及低通滤波器组成。参考频率源为DDS提供工作时钟频率,DDS输出的合成信号的频率稳定度在不考虑内部诸如附加相位噪声等环节的影响时,和参考频率源是一样的。
  在频率变换器件中,100Hz和1kHz处的相噪是比较关键的技术指标,对用DDS做成的综合器而言,它取决于DDS输出信号的相噪、滤波环路的性能以及放大电路的附加相噪等,其后两项是根据实际设计的滤波及放大电路决定的,对于第一项则取决于实际采用的芯片种类。
  采用内部倍频的方式在偏离1kHz、输出5MHz时相噪为﹣140dBc/Hz;若直接采用300MHz的时钟时,相噪的性能在偏离1kHz时为﹣142dBc/Hz。因此,为了提高DDS输出信号的相噪性能,采用外部倍频法是一个比较好的选择,即把输入时钟信号在外部进行N倍频后加到DDS上。