杨 京，张涤新，王 骥，陈 江，朱宏伟

（兰州物理研究所，甘肃 兰州 730000）

1 引言

磁选态铯原子钟具有良好的长期稳定性和可靠性，被广泛的应用于时间守时授时系统、测距定位、数字通讯、精密大地测量、军事测绘和科学研究等领域[1]。铯原子钟由二部分组成：（1）物理部分也就是铯束管，用于产生一个能级跃迁Ramsey信号，经电子倍增器放大后输入频标电路进行处理；（2）频标电路，对Ramsey信号进行鉴频，利用锁频环路去锁定一个晶体振荡器产生的固定频率信号。目前，受到技术和工艺水平的限制，电子倍增器增益日衰减率大、寿命短，直接影响到铯原子钟的工作寿命和稳定性[2]。

作者采用高性能放大器对铯束管Ramsey信号进行放大，Ramsey信号约为1 pA，要求经过放大后的信号为100 mV，放大器增益要达到1011量级，信号信噪比大于3 500，这对放大器的性能提出了特殊的要求。通过对铯束管信号特性的分析，根据其信号微弱、带宽窄等特点[3]，选用高精度、高阻抗运算放大器OPA128LM设计了一种放大滤波电路，用于铯束管Ramsey信号的放大；并运用Protel设计了用于微电流放大器参数测试的微电流源，对微电流放大器的功能进行了仿真调试，验证其功能、技术指标以及修正元器件参数等。

2 微电流放大器的设计

根据Ramsey信号测量对于放大器增益以及噪声的要求，以高增益、低噪声作为放大电路设计的2个前提要素，整个微电流放大器由前置放大电路、功率放大电路、滤波电路3部分构成。整个电路总体框图如图1所示。

图1 放大电路总体框图