外差同步旋转电容滤波锁定放大器制造技术

技术编号:14933535 阅读:56 留言:0更新日期:2017-03-31 15:26
本实用新型专利技术公开了外差同步旋转电容滤波锁定放大器,包括低噪声放大器、乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器、低通滤波器、移相器以及方波振荡器,低噪声放大器前置并依次连接于乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器以及低通滤波器,移相器的输出端与相敏检测器的输入端相连接,方波振荡器的输出端分别与乘法器、旋转电容滤波器以及解调器相连接。本实用新型专利技术提供的外差同步旋转电容滤波锁定放大器,把旋转电容滤波器引入到锁定放大器的信号通道,即对调制信号再次赋予一种频率特征,再利用这种频率特征将放大了的信号解调出来,从而提高交流增益,降低直流增益,提高输出的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微弱信号检测
,涉及外差同步旋转电容滤波锁定放大器
技术介绍
微弱信号检测是把淹没在噪声中的信号提取出来,检测的方法有很多种,但无论哪种方法,都是利用信号和噪声的某种差异来区分信号和噪声。例如,如果信号具有某种特性,而噪声不具有这种特性,那么就可以利用这种信号所独有的特性把噪声和信号区分开来;有时信号的独有特性在时域并不明显,那就将信号变换到其他域进行分析,找出噪声和信号的差异,例如,小波变换,就是基于这样的思想从噪声中提取信号。但是,如果信号不具备这样的独有特性,例如信号频带和噪声频带重叠,则利用简单的滤波技术是不可能解决问题的,单纯利用窄带化技术也未必奏效,在这种情况下,可以人为地赋予信号某种特性,再利用这种特性来区分放大了的信号和噪声。旋转电容滤波器是一种特定的开关电容滤波器。开关电容滤波器抑制噪声的能力很强,它既包含模拟电路,又包含电子开关电路。国外已经有多种集成化开关电容滤波器问世,并在科研和工业产品中已经使用得比较普遍。在开关电容滤波器中,驱动电子开关的脉冲信号频率可以由晶体振荡器提供,这使得频率特性非常稳定。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的不足,本技术提供了一种外差同步旋转电容滤波锁定放大器,把旋转电容滤波器引入到锁定放大器的信号通道,即对调制信号再次赋予一种频率特征,再利用这种频率特征将放大了的信号解调出来,从而提高交流增益,降低直流增益,从而展宽整个系统的动态储备,提高输出的稳定性。为解决上述问题,本技术具体采用以下技术方案:外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,包括低噪声放大器、乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器、低通滤波器、移相器以及方波振荡器,所述低噪声放大器前置并依次连接于乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器以及低通滤波器,所述移相器的输出端与相敏检测器的输入端相连接,所述方波振荡器的输出端分别与乘法器、旋转电容滤波器以及解调器相连接。前述的外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,所述交流放大器采用芯片INA128。交流放大电路除了需要将微弱信号放大到伏特级,还需要防止芯片内部噪声或失真,因此采用低噪声低失真且放大倍数足够大的芯片INA128。前述的外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,所述乘法器可以采用TI公司的模拟开关芯片TS5A3159。前述的外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,所述旋转电容滤波器的开关频率与方波振荡器输出的方波信号相同。相敏检测器的输出信号输入到旋转电容滤波器,旋转电容滤波器的开关频率为高稳定度的方波信号f0,作用相当于中心频率为(2n-1)f0的带通滤波器。前述的外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,所述方波振荡器为11hz方波振荡器。输入的调制信号fs经前置低噪声放大器放大后输入到乘法器,经方波振荡器输出的高稳定度的方波信号f0再次斩波,乘法器输出信号和经移相器移相输出的参考信号一起输入相敏检测器,相敏检测器的输出信号输入到旋转电容滤波器,旋转电容滤波器的开关频率为高稳定度的11hz方波信号f0,作用相当于中心频率为(2n-1)f0的带通滤波器,旋转电容滤波器的输出信号输入到交流放大器进行放大后,耦合到解调器,解调器实际上也是一个相敏检测器,其参考信号是方波振荡器产生的11hz方波信号,解调器的输出信号输入到低通滤波器,进行低通滤波,滤除高频分量及附加噪声,输出放大的直流电压信号,低通滤波电路采用低噪声芯片OPA140,直流放大电路采用OPA690。本技术的有益效果:本技术提供的一种外差同步旋转电容滤波锁定放大器,一方面可以解决当信号和噪声频带重叠,不易提取微弱信号的问题;另一方面,在将放大了的微弱信号解调出来的同时,提高交流增益,降低直流增益,从而展宽整个系统的动态储备,提高输出的稳定性。附图说明图1为外差同步旋转电容滤波锁定放大器的结构框图;图2为利用运算放大器构成的旋转电容滤波器电路原理图。附图标记含义如下:具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步描述。如图1所示,外差同步旋转电容滤波锁定放大器,包括低噪声放大器、乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器、低通滤波器、移相器以及方波振荡器,其中低噪声放大器前置,低噪声放大器、乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器以及低通滤波器依次相连,所述移相器的输出端与相敏检测器的输入端相连接,所述方波振荡器的输出端分别与乘法器、旋转电容滤波器以及解调器相连接。进一步的,所述交流放大器采用芯片INA128,所述乘法器采用模拟开关芯片TS5A3159,所述旋转电容滤波器的开关频率与方波振荡器输出的方波信号相同,所述方波振荡器为11hz方波振荡器。系统的输入信号x(t)是频率为fs的调制信号,参考输入r(t)是频率为fr的方波,一般情况下,输入信号的调制频率和参考输入信号的频率相等。系统包含一个输出高稳定度的11hz方波信号的方波振荡器,该方波振荡器可以由晶体振荡器经分频实现。在锁定放大器的信号通道中用11hz方波信号f0对输入正弦调制信号(或斩波信号)进行再次斩波,使被测信号再附加一种频率特征,即C点信号既具有原调制信号的频率特征,又具有11hz方波信号的频率特征,包含了fs和f0的各次谐波。将C点信号与参考通道输出的频率为fr的D点信号一起送到相敏检测器(PSD)进行相敏检测,可得到被测信号中fs=fr的频率成分,同时,相敏检测器的输出信号仍然具有11hz方波信号的频率特性。旋转电容滤波器的开关频率为高稳定度的方波信号f0,它的作用相当于中心频率为(2n-1)f0的带通滤波器,它对其输入信号中频率为f0的分量及奇次谐波进行窄带滤波,输出结果F点的信号是频率为f0的近似方波,其幅度与输入信号振幅成正比,经交流放大器放大后被耦合到解调器。解调器实际上也是一个相敏检测器,其参考信号为11hz的方波信号,解调器的结果是幅度正比于输入信号振幅的直流电压,经低通滤波器(LPF)滤除噪声,输出直流电压。锁定放大器输出的直流电压与输入信号的振幅成正比,通过调整参考通道中的移相器,使参考信号和输入信号的相位差为零,从而得到最大的直流输出。如图2所示,利用运算放大器构成的旋转电容滤波器实用电路。电子开关k1和k2在方波脉冲控制下进行切换。当方波为高电平时,k1和k2均分别连接到3;当方波为低电平时,k1和k2均分别连接到1。对于电阻R来说,开本文档来自技高网...

【技术保护点】
外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,包括低噪声放大器、乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器、低通滤波器、移相器以及方波振荡器,所述低噪声放大器前置并依次连接于乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器以及低通滤波器,所述移相器的输出端与相敏检测器的输入端相连接,所述方波振荡器的输出端分别与乘法器、旋转电容滤波器以及解调器相连接。

【技术特征摘要】
1.外差同步旋转电容滤波锁定放大器,其特征在于,包括低噪声放大器、乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器、低通滤波器、移相器以及方波振荡器,所述低噪声放大器前置并依次连接于乘法器、相敏检测器、旋转电容滤波器、交流放大器、解调器以及低通滤波器,所述移相器的输出端与相敏检测器的输入端相连接,所述方波振荡器的输出端分别与乘法器、旋转电容滤波器以及解调器相连接。
2.根据权利要求1所述的外差同步旋转电容滤波锁定放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员:行鸿彦闫岩
申请(专利权)人:南京信息工程大学
类型:新型
国别省市:江苏;32

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