国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
高功率微波（HPM）产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用，同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法，提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器（RKO）产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中，对电子束进行预调制，从而实现锁频锁相。另外，为实现内外高功率微波通道合成，设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点，功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差，使得功率合成效率提高，合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV，磁场强度0.6 T条件下，内外RKO 的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW，频率差波动小于20 MHz，相位差稳定在10°附近；加载双通道功率合成器，仿真结果表明，微波输出功率为5.31 GW，功率效率32.2%。结果表明，嵌套器件在互锁状态时，振荡器饱和时间缩短，输出功率增大。
高功率微波 锁频锁相 嵌套结构 相对论速调管振荡器 功率合成 high power microwave locked frequency and phase nested structure relativistic klystron oscillator power combination 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033005
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
1 中国科学院国家授时中心中国科学院时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
本文提出一种多址光纤微波频率传递技术，可以实现一个主端到多个从端的系统构架，并且支持信号中途下载功能，增强了光纤微波频率传递技术的应用范围。本文系统方案主从端采用不同的激光波长，消除了信号光寄生反射和背向散射的影响。经实验验证，多址光纤微波传递系统稳定度分别达到3.5×10-14/s和1.2×10-17/105 s；中途下载端的稳定度分别为4.1×10-14/s和6.5×10-17/105 s。多址光纤微波频率传递系统所实现的指标能够满足目前各种应用对微波原子频标的远距离传输需求，具有广阔的应用前景。
光纤微波 频率传递 微波频率 锁相技术
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 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 101407
大功率高光束质量半导体激光器在激光加工、激光通信、科学研究等方面有着广泛的应用，提高半导体激光器的功率和光束质量一直都是国际的研究前沿和学科热点。合束技术是提高半导体激光器输出功率最简单有效的方法。非相干合束技术提高输出功率往往以损失空间、偏振或光谱特性为代价，在对光束特性要求不高的场合应用较为成熟。相干合束技术在提高半导体激光器输出功率的同时还能提高光束质量、压窄频谱宽度，是高亮度窄线宽半导体激光技术发展的重要方向。本文简述了相干合束技术的原理及要求，从锁相技术出发，综述了半导体激光器相干合束技术近年来的发展现状，总结了主动锁相和被动锁相的优缺点，主动锁相技术采用主振荡放大结构通过相位负反馈技术实现锁相，在合束单元数量上具有优势，能获得大功率相干输出，但结构较为复杂。被动锁相技术结构简单，一般通过外腔的衍射效应或者共腔技术实现单元间的相位锁定，具备自组织锁相特点，但不易获得高功率输出。最后对半导体激光器相干合束技术的未来发展进行了展望。
相干合束 半导体激光器 锁相 高光束质量 高功率 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114007
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
