高天翔，王骥，赵玉龙，董鹏玲，黄良育，刘志栋

兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000

1 引言

磁选态铯原子钟以其优良的长期稳定性和高可靠性特点，无论在地面导航、守时还是在星载应用领域都发挥着重要作用[1-2]。磁选态铯原子钟主伺服控制电路如图1所示，是一个嵌入式伺服控制系统。该电路控制微波模块产生经过调制的微波信号激励铯原子跃迁，铯束管输出的带有跃迁信息的弱电流信号经过采样，通过CPU计算出压控晶振的调节电压，再通过数据总线控制数模转换器，从而对压控晶振的输出频率进行调整，控制压控晶振输出，完成环路锁定[3-5]。在以5071A铯原子钟为代表的“CSⅡ”技术中，弱信号采样方法为使用AD652芯片作为压频转换器件的压频转换法；2000年以后，以Cs4310B和Cs4000铯原子钟为代表的“CSⅢ”技术采用的是16位A/D直接采样铯束管弱信号[6]。压频转换法是一种间接型模数转换方法，勉强达到12位分辨率时所需采样时间为20 ms，A/D直接采样法理论上不仅能够保证采样精度，还能提高采样速率，实现高稳定度和低相噪指标。因此，比较上述两种方法对磁选态铯原子钟技术指标究竟有何影响就显得十分重要；同时，由于压频转换法所需芯片无法实现全部国产，研究铯束管弱信号A/D直接采样优化主伺服控制电路将对提高铯原子钟性能指标，并实现完全国产化奠定一定基础。针对此问题，本文设计了以DSP28335芯片为CPU，利用CAN总线通信技术和主控CPU板进行通信的A/D直接采样电路，来完成对于弱信号的高精度快速采样、处理，计算压控晶振的调节电压，控制其输出频率以实现目的。……