SRS,Stanford Research Systems,铷钟,铷振荡器,PRS10

SRS,Stanford Research Systems,铷钟,铷振荡器,PRS10 铷振荡器 PRS10 — 低相位噪声铷振荡器，10 Hz时相位噪声小于-130 dBc/Hz 1 pps 输入 72小时 Stratum 1 级维持时间 RS-232 用于诊断和控制 20年灯管寿命概述 PRS10 是一款超低相位噪声的10 MHz 铷晶体振荡器。该设备满足各种通信、同步和仪器要求。10 MHz 输出的相位噪声足够低，可以用作合成器的参考源。该设备的短期稳定性和低环境系数使其成为网络同步的理想组件。其低老化率使其成为精密频率测量的优秀时间基准。 PRS10 可以以1 ns的分辨率对外部1 pps 输入进行时间标记。这些值可以通过RS-232报告回去，或用于将设备与外部参考（如GPS）进行相位锁定，时间常数可达数小时。这一特性可以以非常低的成本提供Stratum 1性能。 PRS10 在原子频率标准中树立了新的特性和性能水平。其设计提供了最低的相位噪声、最大的通用性和最容易的系统集成途径。所有商业铷频率标准通过将晶体振荡器锁定在铷的超精细过渡频率（6.834,682,612 GHz）来工作。铷放电灯发出的光经过共振腔时，铷蒸气在接近过渡频率的微波功率下，会使光强度下降约0.1%。晶体振荡器通过检测光的下降来稳定铷的过渡频率，同时扫描参考于晶体的RF频率合成器。 Rb 灯管与物理包 PRS10 使用一个10 MHz 时钟的微控制器来控制所有操作，并允许通过RS-232接口进行诊断、测量和封闭式校准。处理器扫描RF合成器，同步检测来自物理包的光学信号，并通过22位DAC和变容二极管将10 MHz晶体振荡器锁定到铷的过渡频率。设备开机时，处理器会对变容二极管施加与上次锁定值对应的电压。频率锁定伺服在检测到有用的共振信号之前会被禁用，从而在设备加热过程中提供平滑过渡。如果物理包出现问题，设备将暂停频率伺服，并保持变容二极管电压在上次锁定值。铷频率标准制造商有时会使用与铷过渡频率精确子倍数的晶体频率，以简化RF频率合成器的设计。一些设计使用DDS合成器，由晶体时钟生成10 MHz 输出。通常，晶体频率会被调制，以便扫描合成器通过过渡频率。这些晶体通常在基本模式下操作，且不进行温度稳定。虽然这些方法设计上较简单，但输出的相位噪声、短期稳定性和杂散内容会受影响。 方块图 相比之下，PRS10 的10 MHz 输出直接来自一个第3次谐波、应力补偿（SC-cut）晶体振荡器，在其平坦温度下的炉中操作。采用一个双环RF合成器，晶体IF为22.482 MHz，用于生成359.72 MHz，并通过步进恢复二极管生成6.834 GHz。这种方法具有几个优点：相位噪声非常低（10 Hz偏移时小于-130 dBc/Hz），没有杂散分量，且如果物理包未能提供锁定信号，输出会表现良好（未锁定到铷时老化约为5 × 10^-10/天）。PRS10 的相位噪声图显示，10 MHz时相位噪声在10 Hz偏移处减少了42 dB，相比于传统的铷标准。历史上，铷频率标准的寿命通常由放电灯中的铷耗尽决定。为了避免过多的闪烁噪声，制造商会在球形放电灯中装入少于100 µg 的铷。PRS10 使用装有1 mg 铷的侧臂灯。这种设计消除了铷耗尽作为故障机制，并在没有过多闪烁噪声的情况下提供了更好的温度控制。 相位噪声 GPS 跟踪 PRS10 的频率偏移和长期老化可以通过与具有更好长期稳定性的源（如GPS时间接收器的1 pps信号）进行相位锁定来消除。如Allan方差图所示，GPS的短期稳定性较差（约5,000 × 10^-12），相比之下PRS10的稳定性（约5 × 10^-12）更好。然而，经过数小时，GPS的稳定性更高，因此可以通过将PRS10与GPS进行长时间常数的相位锁定来提高稳定性。 PRS10 可以对1 pps 输入进行时间标记或相位锁定，并提供可调的1 pps 输出。输入可以以1 ns的分辨率进行时间标记，结果可以通过RS-232接口读取。在跟踪外部输入时，时间常数可以设置为5分钟至18小时。1 pps 输出可以在0至999,999,999 ns范围内以1 ns分辨率移动，通过RS-232接口设置。 Allan方差 当施加外部1 pps信号时，PRS10 将验证该输入的完整性，然后将其1 pps 输出与外部输入对齐。处理器将通过在共振腔内部控制一个小的磁场调整来继续跟踪1 pps 输出与1 pps 输入的匹配。 标准接口连接器 接口连接器和设备形式因子与Efratom的FRS铷频率标准兼容。在默认配置下，PRS10 使用针脚#4 和#7 进行RS-232接口，以提供完整的系统诊断和控制。内部硬件跳线允许将这些针脚配置为模拟输出，以监测灯光强度和变容二极管电压，确保与FRS的完全兼容。 PRS10 规格 输出