1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足同一科研园区内不同建筑之间10 MHz氢钟信号（HCS）长期稳定度共享的需求，提出了一种低成本、集成化的基于光纤链路的10 MHz HCS传递完整解决方案。该方案采用1 GHz的射频信号对激光光强进行调制，利用光纤实现信号传递。通过将远端反射信号与本地信号和频后直接与待传递的HCS分频鉴相，输出误差信号反馈控制1 GHz信号的频率，实现远端1 GHz信号与本地HCS之间的相位锁定，从而使远端1 GHz信号具有与本地HCS相同的频率稳定度；之后再通过分频器在远端生成10 MHz信号，作为射频参考输出。实验验证了该方案的频率传递保真度，该系统在200 m往返光纤上的附加频率稳定度 (艾伦偏差）为1 s平均时间和10000 s平均时间；在20 km传递距离上，附加频率稳定度 (艾伦偏差）为1 s平均时间和10000 s平均时间。研究结果表明该系统的长时间频率传递稳定度优于HCS的频率稳定度，可以满足千米范围内氢钟信号共享的需求。
光通信 氢钟信号传递 光纤 锁相环 噪声补偿 optical communication hydrogen clock signal transferring optical fiber phase-locked loop noise compensation
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
基于全保偏掺铒光纤激光器、锁相环系统和太赫兹测距光路搭建了一套太赫兹双光梳测距系统。所采用的全保偏掺铒光纤激光器重复频率为79.261 MHz。利用压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)和步进电机(stepper motor, SM)双级反馈控制的方案，实现了重复频率锁定和重复频率1.54 MHz可调。使用频率计数器对双光梳重复频率锁定效果进行监测，重复频率锁定的峰峰值抖动为±1.5 mHz，抖动标准差为0.4 mHz。将双光梳重频差设置在10 Hz，10 min内重复频率差最大抖动为3 mHz，标准差为0.6 mHz。进一步将异步采样双光梳系统应用于太赫兹测距，测量移动距离的误差为3 μm。该系统具有锁定精度高，稳定性强等优势，有望应用于生物无损检测和工业精密加工中。
双光梳 掺铒光纤激光器 锁相环 重复频率锁定 dual-comb erbium-doped fiber laser phase-locked loop repetition frequency locking
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096
3 国防科技大学 计算机学院, 长沙 410073
采用 65 nm CMOS工艺, 设计了一种低相噪级联双锁相环毫米波频率综合器。该频率综合器采用两级锁相环级联的结构, 减轻了单级毫米波频率综合器带内和带外相位噪声受带宽的影响。时间数字转换器采用游标卡尺型结构, 改善了PVT变化下时间数字转换器的量化线性度。数字环路滤波器采用自动环路增益控制技术来自适应调节环路带宽, 以提高频率综合器的性能。振荡器采用噪声循环技术, 减小了注入到谐振腔的噪声, 进而改善了振荡器的相位噪声。后仿真结果表明, 在12 V电源电压下, 该频率综合器可输出的频率范围为22~26 GHz, 在输出频率为24 GHz时, 相位噪声为-1048 dBc/Hz @1 MHz, 功耗为468 mW。
全数字锁相环 噪声循环振荡器 亚采样锁相环 级联锁相环 相位噪声 all-digital phase-locked loop noise circulating oscillator sub-sampling phase-locked loop cascaded phase-locked loop phase noise
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 南京 210023
基于110 nm CMOS工艺设计了一种应用于HDMI接收端电路的宽频带低抖动锁相环。采用一种改进型双环结构电荷泵，在25～250 MHz的宽输入频率范围内实现了快速锁定。通过高相噪性能的伪差分环形振荡器产生了调谐范围为125 MHz～1.25 GHz的时钟信号。仿真实验结果表明，该锁相环的锁定时间小于1.2 μs，在振荡器工作频率为0.8 GHz时，其相位噪声为-100.0 dBc/Hz @1 MHz，输出时钟峰峰值抖动为4.49 ps。
锁相环 宽频带 双环电荷泵 伪差分环形振荡器 phase-locked loop wide band double loop charge pump pseudo-differential ring oscillator
1 桂林电子科技大学 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室, 广西 桂林 541004
2 中国航天标准化研究所, 北京 100071
采用高匹配电荷泵电路和高精度自动频率校准(AFC)电路，设计了一种低功耗低参考杂散电荷泵锁相环。锁相环包括D触发鉴频鉴相器、5 bit数字可编程调频LC压控振荡器(VCO)、16~400可编程分频器和AFC模块。采用高匹配电荷泵，通过增大电流镜输出阻抗的方法，减少电荷泵充放电失配。同时，AFC电路采用频段预选快速搜索方法，实现了低压控增益LC VCO精确频带锁定，扩展了振荡频率范围，且保持了较低的锁相环输出参考杂散。锁相环基于40 nm CMOS工艺设计，电源电压为1.1 V。仿真结果表明，电压匹配范围为0.19~0.88 V，振荡频率范围为5.9~6.4 GHz，功率小于6.5 mW@6 GHz，最大电流失配小于0.2%@75 μA；当输出信号频率为6 GHz时，输出相位噪声为-113.3 dBc/Hz@1 MHz，参考杂散为-62.3 dBc。
锁相环 参考杂散 电流失配 自动频率校准 PLL reference spur current mismatch AFC
1 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室， 广西 桂林 541004
2 成都华微电子科技有限公司， 成都 610041
为满足不同速率的串行收发数据采样需求，基于可重构电荷泵阵列设计了一种低抖动宽带锁相环时钟。根据锁相环倍频系数，自适应匹配电荷泵阵列输出电流，实现了较宽频率变换的低抖动输出时钟。锁相环时钟采用40 nm CMOS工艺设计，面积为367.227*569.344 μm2。测试结果表明，锁相环调谐范围为1~4 GHz，输出时钟均方根抖动为3.01 ps@1.25 GHz和3.98 ps@4 GHz，峰峰值抖动小于0.1UI。
可重构电荷泵 可重构分频器 自偏置锁相环 reconfigurable charge pump reconfigurable frequency divider self-biased phase locked loop
1 合肥工业大学 微电子设计研究所, 合肥 230601
2 教育部IC设计网上合作研发中心, 合肥 230601
调频连续波(FMCW)雷达常用于测量多个目标的距离和速度，被广泛用于自动驾驶场景中。FMCW雷达产生的线性调频波称为啁啾(Chirp)，通常由锁相环(PLL)电路产生。由于带宽有限，传统锯齿啁啾下降时间过长，降低了雷达性能。文章提出了一种基于分段电流电荷泵的快速啁啾发生器设计方案。调频阶段采用最佳电荷泵电流，即最优环路带宽，可保证啁啾的线性度。啁啾下降阶段使用更大的电流，可缩短下降时间。仿真结果表明，啁啾发生器频率输出范围为19.25~20.25 GHz，1.2 V电压下整体功耗为31.8 mW。PLL带宽为1.5 MHz时，锯齿形啁啾下降的最大调制速率为454 MHz/μs。与恒定电荷泵电流方式相比，下降时间缩短了80%。
调频连续波 锁相环 测速 带宽 FMCW PLL velocity measurement bandwidth
燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北 秦皇岛 066004
针对光频域反射（OFDR）系统中光源调频非线性导致的传感单元定位误差、传感精度低、传感范围窄、系统适应性差等问题，提出了开环校正结合光电锁相环闭环校正电流内调制分布反馈式半导体（DFB）激光器的方法。该方法用于控制DFB激光器连续、快速、大范围频率扫描线性化，使其成为OFDR系统的优质光源，提高OFDR的分辨率。实验结果表明DFB激光器的扫频非线性度由16.55%下降至0.078%，拍频信号中心频率的功率提升了21.1 dB，探测范围由15 m提升至50 m，测量值与实际值的最大误差为3.79 mm，重复性测量的最大标准偏差为112.2 μm。
激光器 分布反馈式半导体激光器 光频域反射 频率扫描线性化 光电锁相环 光学学报
2023, 43(23): 2314001
SPAD阵列的规模不断扩大对读出电路(Read-out Integrated Circuit, ROIC)提出了更高的要求，时间数字转换器(Time to Digital Converter, TDC)是ROIC的核心电路，完成对光子飞行时间(Time-of-Flight, TOF)高精度量化。为避免大规模阵列中高频时钟信号长距离走线而引起的串扰和噪声干扰，抑制初相误差引起的检测精度退化，设计了一种基于内置时钟的ROIC阵列电路，阵列像素间距均为100 µm，内置于各像素内的门控环形振荡器(Gated Ring Oscillator, GRO)独立提供像素TDC所需的高频分相时钟信号，各像素GRO均由像素外置锁相环(Phase Locked Loop, PLL)产生的压控信号控制。由于采用一种基于事件驱动的检测策略，只量化光子事件有效触发的TOF，有效降低了系统功耗。该芯片采用TSMC 0.18 µm 1.8 V标准CMOS工艺制造，测试结果表明：TDC的时间分辨率和量程分别为102 ps和100 ns，微分非线性DNL低于0.8 LSB，积分非线性INL低于1.3 LSB，系统功耗小于59.3 mW。
时间数字转换器 光子飞行时间 门控环形振荡器 锁相环 单光子雪崩光电二极管 time to digital converter time-of-flight gated ring oscillator phase-locked loop SPAD 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220896
航空工业北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术重点实验室, 北京 100095
在原子干涉重力实验中, 拉曼激光制备常采用光学锁相环方法, 即先将主从激光器拍频信号与 6.8 GHz 微波信号源进行混频, 再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相, 得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出, 而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用 STM32F103C8T6 单片机对 LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制, 通过锁相环频率合成技术, 最终获得 6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明, 该微波信号源相位噪声分别为 -65.2 dB@1 Hz、-95.3 dB@1 kHz, 频率稳定度为 2.72 × 10-11@1 s, 输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为 100 ms 时, 信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为 8 × 10-8 m/s2/Hz1/2, 分辨率影响为 2 × 10-8 m/s2@600 s, 具有频率稳定度高、相位噪声低等优点, 可以满足原子干涉重力实验。
量子光学 原子干涉重力仪 微波信号源 相位噪声 锁相环 quantum optics atom interference gravimeter microwave signal source phase noise phase-looked loop
