eng
Выпуск #9/2018
Оспенников Аркадий Михайлович, Ермак Сергей Викторович, Петренко Михаил Валерьевич
Перспективные приложения микроэлектронных интегральных решений в миниатюрном квантовом стандарте частоты АО .РИРВ.
Перспективные приложения микроэлектронных интегральных решений в миниатюрном квантовом стандарте частоты АО .РИРВ.
Просмотры: 1684
В докладе представлены основные результаты работы, проведенной АО «РИРВ», по созданию миниатюрного квантового стандарта частоты на эффекте когерентного пленения населенностей. Разработаны образцы лазеров с вертикальным резонатором и интегральных ячеек, созданных с применением МЭМС технологий, характеристики которых соответствуют оценке относительной кратковременной нестабильности КСЧ порядка 10−11. Параметры физического и электронных блоков созданного макета миниатюрного КСЧ позволили выработать основные технические требования к элементам КСЧ и определить перспективу применения в устройстве интегрированных микроэлектронных узлов отечественного производства.
УДК 627.317.3, 621.373
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.466.467
УДК 627.317.3, 621.373
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.466.467
Теги: coherent population trapping frequency synthesizers microelectronic uhf generators quantum frequency standard квантовый стандарт частоты когерентное пленение населенностей микроэлектронные генераторы свч синтезаторы частоты
В 2010 г. в АО «РИРВ» были инициированы работы по созданию миниатюрного квантового стандарта частоты для мобильных приложений в телекоммуникации и навигации. Физической основой создаваемого КСЧ стал эффект когерентного пленения населенностей [1], позволяющий отказаться от микроволнового резонатора, препятствующего миниатюризации устройства. Созданные за рубежом серийные образцы подобных устройств обеспечивают относительную нестабильность частоты на уровне 10−11 τ−1/2, имеют объем менее 50 см3, массу менее 100 г, энергопотребление менее 150 мВт и хорошо адаптированы к механическим воздействиям (удары до 1000 g).
На первом этапе работ по созданию миниатюрного КСЧ совместно с партнерами (СПбПУ Петра Великого и ФТИ им. А. Ф. Иоффе) были разработаны образцы лазеров с вертикальным резонатором и миниатюрные газовые ячейки в интегральном исполнении, являющиеся основными элементами физического блока миниатюрного КСЧ [2, 3]. Проведенные исследования содержащих атомы рубидия-87 малогабаритных и миниатюрных газовых ячеек при накачке лазером с внешним резонатором и внешним оптическим модулятором, а также при накачке модулированным по току лазером с вертикальным резонатором позволили прогнозировать стабильность частоты КСЧ на уровне 10−11 за 100 с.
На втором этапе работ был создан малогабаритный макет миниатюрного КСЧ, включающий физический и электронные блоки КСЧ. Физический блок включал большинство отечественных комплектующих. Исследование характеристик макета КСЧ позволило выработать ряд технических требований к блокам КСЧ. В частности, были выработаны требования к блоку опорного генератора, блоку синтезатора частоты, аналого-цифровому блоку и блоку микроконтроллера. Были определены их основные характеристики, в частности:
1. опорный генератор — генератор, управляемый напряжением, частоты 250–500 МГц (вариант 1), 3,417 ГГц (вариант 2);
2. синтезатор частоты — формирование сигналов на частотах 3,417 ГГц и 5 (10) МГц;
3. аналого-цифровой блок — разрядность АЦП/ЦАП 14–18 разрядов;
4. микроконтроллер — 16–32-разрядные вычисления, частота синхронизации от 50 МГц, ток потребления 20 мА при питании 3,3 В.
1. Миниатюрный квантовый стандарт частоты на эффекте когерентного пленения населенностей [1]. Ожидаемые технические характеристики.
2. Физический блок АО «РИРВ» в интегральном исполнении. Конструктивные элементы физического блока [2, 3]. Требования к управляющим сигналам. Описание выходных сигналов.
3. В настоящее время разработаны блоки управляющей электроники на дискретной элементной базе.
4. Требование миниатюризации электроники в интегральном исполнении:
а) генератор, управляемый напряжением (ГУН) на частоту 250–500 МГц;
б) синтезатор частот на 3,417 ГГц и 5 (10) МГц;
в) ЦАП-АЦП (14–18 разрядов);
г) управляющий микроконтроллер (16–32-разрядная математика, возможность встроенного ЦАП-АЦП).
ЛИТЕРАТУРА
1. Жолнеров В. С., Харчев О. П. Квантовый стандарт частоты на эффекте когерентного пленения населенностей // Патент РФ № 2529756.
2. Малеев Н. А. и др. Пространственно-одномодовые поляризационно-стабильные вертикально-излучающие лазеры с ромбовидной формой токовой апертуры // 11-й Белорусско-российский семинар «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе», Минск, Беларусь, 22–16 мая 2017 г.
3. Ермак С. В. и др. Изготовление и исследование интегральных ячеек для малогабаритного стандарта частоты на эффекте когерентного пленения населенности // НТВ СПбГПУ. Физико-математические науки, 1 (213), 2015. —61 c.
На первом этапе работ по созданию миниатюрного КСЧ совместно с партнерами (СПбПУ Петра Великого и ФТИ им. А. Ф. Иоффе) были разработаны образцы лазеров с вертикальным резонатором и миниатюрные газовые ячейки в интегральном исполнении, являющиеся основными элементами физического блока миниатюрного КСЧ [2, 3]. Проведенные исследования содержащих атомы рубидия-87 малогабаритных и миниатюрных газовых ячеек при накачке лазером с внешним резонатором и внешним оптическим модулятором, а также при накачке модулированным по току лазером с вертикальным резонатором позволили прогнозировать стабильность частоты КСЧ на уровне 10−11 за 100 с.
На втором этапе работ был создан малогабаритный макет миниатюрного КСЧ, включающий физический и электронные блоки КСЧ. Физический блок включал большинство отечественных комплектующих. Исследование характеристик макета КСЧ позволило выработать ряд технических требований к блокам КСЧ. В частности, были выработаны требования к блоку опорного генератора, блоку синтезатора частоты, аналого-цифровому блоку и блоку микроконтроллера. Были определены их основные характеристики, в частности:
1. опорный генератор — генератор, управляемый напряжением, частоты 250–500 МГц (вариант 1), 3,417 ГГц (вариант 2);
2. синтезатор частоты — формирование сигналов на частотах 3,417 ГГц и 5 (10) МГц;
3. аналого-цифровой блок — разрядность АЦП/ЦАП 14–18 разрядов;
4. микроконтроллер — 16–32-разрядные вычисления, частота синхронизации от 50 МГц, ток потребления 20 мА при питании 3,3 В.
1. Миниатюрный квантовый стандарт частоты на эффекте когерентного пленения населенностей [1]. Ожидаемые технические характеристики.
2. Физический блок АО «РИРВ» в интегральном исполнении. Конструктивные элементы физического блока [2, 3]. Требования к управляющим сигналам. Описание выходных сигналов.
3. В настоящее время разработаны блоки управляющей электроники на дискретной элементной базе.
4. Требование миниатюризации электроники в интегральном исполнении:
а) генератор, управляемый напряжением (ГУН) на частоту 250–500 МГц;
б) синтезатор частот на 3,417 ГГц и 5 (10) МГц;
в) ЦАП-АЦП (14–18 разрядов);
г) управляющий микроконтроллер (16–32-разрядная математика, возможность встроенного ЦАП-АЦП).
ЛИТЕРАТУРА
1. Жолнеров В. С., Харчев О. П. Квантовый стандарт частоты на эффекте когерентного пленения населенностей // Патент РФ № 2529756.
2. Малеев Н. А. и др. Пространственно-одномодовые поляризационно-стабильные вертикально-излучающие лазеры с ромбовидной формой токовой апертуры // 11-й Белорусско-российский семинар «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе», Минск, Беларусь, 22–16 мая 2017 г.
3. Ермак С. В. и др. Изготовление и исследование интегральных ячеек для малогабаритного стандарта частоты на эффекте когерентного пленения населенности // НТВ СПбГПУ. Физико-математические науки, 1 (213), 2015. —61 c.
Отзывы читателей
