PRS10铷振荡器

紧凑型设计

PRS10 是一款超低相位噪声、10 MHz 铷学科晶体振荡器。该设备满足各种通信、同步和仪表要求。10 MHz 输出的相位噪声足够低，可以用作合成器的参考源。该单元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绝佳时基。

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报告回来，或者用于将单元锁相到具有几个小时时间常数的外部参考（例如 GPS）。此功能可以以非常低的成本提供 Stratum 1 性能。

PRS10 在原子频率标准中建立了新的功能和性能水平。它的设计提供了最低的相位噪声、最大的多功能性和最简单的系统集成任何可用铷频率标准的途径。

所有商业铷频率标准都通过将晶体振荡器训练到铷中 6.834,682,612 GHz 的超精细跃迁来运行。当谐振池中的铷蒸气暴露于过渡频率附近的微波功率下时，铷放电灯通过谐振池到达光电探测器的光量将下降约 0.1%。晶体振荡器通过检测光倾角稳定到铷跃迁，同时扫描射频频率合成器（参考晶体）通过跃迁频率。

Rb 灯和物理包

PRS10 使用时钟频率为 10 MHz 的微控制器来控制操作的所有方面，并允许通过RS-232 接口进行诊断、测量和封闭式外壳校准。处理器扫描射频合成器，同步检测来自物理封装的光信号，并通过22 位DAC 和变容二极管将 10 MHz 晶体振荡器伺服到铷跃迁。

开启时，处理器向变容二极管施加与最后锁定值相对应的电压。频率锁定伺服被禁用，直到从物理包中检测到有用的共振信号，在单元预热时提供到最终频率的平滑过渡。如果物理包出现问题，该单元将暂停频率伺服并将变容二极管电压保持在最后一个锁定值。

为了简化射频频率合成器的设计，铷频率标准的制造商有时会使用晶体频率，它是超精细跃迁频率的约数。一些设计使用由晶体计时的 DDS 合成器来生成 10 MHz 输出。通常，对晶体频率进行调制以便使合成器扫过过渡频率。晶体通常在基本模式下运行，而不是温度稳定的。尽管此类方法设计起来更简单，但其输出的相位噪声、短期稳定性和杂散含量会受到影响。

框图

相比之下，PRS10 的 10 MHz 输出直接来自3次 泛音、应力补偿（SC 切割）晶体振荡器，该晶体振荡器在其平台温度的烘箱中运行。一个双环射频合成器，具有 22.482 MHz 的晶体 IF，用于产生 359.72 MHz，并通过一个阶跃恢复二极管产生 6.834 GHz。这种方法有几个优点：相位噪声非常低（<-130 dBc/Hz @ 10 Hz 偏移），没有杂散分量，并且如果物理包无法提供锁定信号，输出将表现良好. （老化约5×10 -10 /天 PRS10 的相位噪声图显示，与传统铷标准相比，在 10 MHz 载波偏移 10 Hz 处的相位噪声降低了 42 dB。

从历史上看，铷频率标准的寿命一直由放电灯中的铷耗尽所支配。为避免过多的闪烁噪声，制造商会将少于 100 µg 的铷装入球形放电灯中。PRS10 使用带有装有 1 mg 铷的侧臂的灯。这种设计消除了作为故障机制的铷耗尽，并提供更好的温度控制，而不会产生过多的闪烁噪声。

相位噪声

GPS追踪

PRS10 的频率偏移和长期老化可以通过锁相到具有更好长期稳定性的源来消除，例如来自 GPS 定时接收器的 1 pps。如艾伦方差图所示，与 PRS10 的稳定性（约5 × 10 -12）相比 ，GPS 的短期稳定性较差（约5,000 × 10 -12）。但是，在几个小时后，GPS 更加稳定，因此可以通过长时间常数将 PRS10 锁相到 GPS 来提高稳定性。

PRS10 可以对 1 pps 输入进行时间标记或锁相，并提供可转换的 1 pps 输出。输入可以以 1 ns 的分辨率进行时间标记，并且可以通过RS-232 接口回读结果。跟踪外部输入时，时间常数可设置为 5 分钟至 18 小时。1 pps 输出可以通过RS-232 接口以 1 ns 的分辨率在 0 到 999,999,999 ns 的范围内移动。

艾伦方差

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。处理器将继续跟踪 1 pps 输出到 1 pps 输入，方法是通过共振单元内的小磁场调整来控制铷跃迁的频率。

标准接口连接器

接口连接器和设备外形与 Efratom 的 Model FRS 铷频率标准兼容。在其默认配置中，PRS10 使用 RS-232 接口的引脚 #4 和 #7 来提供一整套系统诊断和控制。内部硬件跳线允许将这些引脚配置为模拟输出，以监控灯强度和变容二极管电压，从而与 FRS 完全兼容。