CPT原子钟中的3.035GHz低相位噪声VCO设计

本文介绍了一种专为铷原子钟设计的低相位噪声压控振荡器（VCO），它利用了相干布局囚禁（CPT）现象的优势，以提高原子钟的时间精度和微型化特性。在众多CPT原子钟中，铷原子钟因其广泛应用而备受关注，而压控振荡器作为其核心部件，其性能对整体性能有着重大影响。 设计的关键在于采用高品质因数的同轴谐振器和Clapp振荡电路，通过负阻分析法确保电路快速起振。这种方法涉及到对电路阻抗的精确控制，即要求总阻抗（包括有源器件的阻抗）实部和虚部均为零，这样电路才能达到起振条件。同时，通过虚拟地技术对电路参数进行优化，实现了小体积设计，减小了相位噪声，提升了稳定性。 具体来说，该压控振荡器的工作频率被设定为3.035 GHz，与铷85原子基态超精细分裂频率的一半相符，这有助于精确调制激光器。其相位噪声表现优秀，分别为-60.49 dBc/Hz @ 300 Hz、-73.08 dBc/Hz @ 1 kHz 和 -97.48 dBc/Hz @ 10 kHz，这意味着信号的稳定性和准确性得到了显著提升。压控调节灵敏度达到了12 MHz/V，表明它可以有效地响应外部信号，保持频率的稳定性。输出信号功率为-1.13 dBm，这足以满足铷原子钟对于信号源功率的需求。 考虑到实际应用中的环境因素，如温度变化、器件老化和外部干扰，该压控振荡器还具备适当的频率调节能力，能够补偿这些因素带来的频率漂移，确保了系统的长期稳定运行。这种新型压控振荡器为提高铷原子钟的整体性能和适应未来微型化、低功耗趋势提供了关键技术支持。