用于芯片级原子束钟的采用高 Q 值玻璃嵌入式谐振器的 MMIC 振荡器

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：MMIC Oscillator Using High-Q Glass-Embedded Resonator for a Chip-Scale Atomic Beam Clock

　　

摘要：本文介绍了专为芯片级原子束钟（CSABC）设计的一种4.596 GHz InGaP/GaAs低相位噪声微波单片集成电路（MMIC）振荡器及其测试结果。单独测试的玻璃嵌入式LC谐振器在8.8 GHz谐振频率下测得最高品质因子Qu = 107，或在7.1 GHz谐振频率下测得Qu = 52，具体数值取决于测量条件和边界条件。该混合集成振荡器利用高Q值玻璃嵌入式谐振器，在133Cs超精细跃迁频率半频（4.596 GHz）处偏置为Vc = 4.1 V、Ic = 22.2 mA、Vb = 2.8 V、Ib = 270 μA时，实现了在距载波1 kHz处自由运行相位噪声为?58 dBc/Hz的测量值。该振荡器在另一工作点偏置下，还实现了1 MHz偏移处最低相位噪声?140 dBc/Hz。振荡器输出频率通过片上变容二极管调节，在工作频率附近调谐增益为2 MHz/V。输出功率峰值达到+13 dBm，由芯片级束钟的原子相互作用方案要求确定。MMIC总直流功耗为91 mW。该振荡器已与微型化铯束钟配合测试，采用商用片外锁相环（PLL）作为原理验证。采用PLL锁定MMIC压控振荡器（VCO）工作时，束钟的显示重叠阿伦方差在1至100秒范围内为白噪声限制，平均值为σy ≈ 3.3 × 10?1?/√τ。