小型锁相放大器的数字控制电路及方法技术

本发明专利技术涉及数控电路技术领域，特别是一种小型锁相放大器的数字控制电路及方法。方法包括：待测量信号与参考信号输入到乘法器，经过乘法器相乘后产生中间信号，中间信号经过低通滤波器后，产生输出信号。电路包括：程控振荡器（１），相敏检波器（３），程控移相器（４），低通滤波器（５）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控电路
，特别是一种。
技术介绍
锁相放大器作为一种信号恢复仪器。在弱信号测量中的重要作用，已经引起人们越来越广泛地重视。由于它具有优良的输出稳定性和强有力滤除噪声的能力，并能将深埋在吸声中的弱信号提取出来加以放大，因而广泛地应用于信号平均器、信号相关器、光子计数器、超导测昼及一切需要恢复并测量深埋在噪声中的弱信号的场合。锁相放大器采用在无线电电路中已经非常成熟的外差式振荡技术，把被测量的信号通过频率变换的方式转变成为直流。在外差式振荡技术中被称为本地振荡(Local Oscillation)的、用于做乘法运算的信号，在锁相放大器中被称为参照信号，是从外面输入的。锁相放大器能够(从被测量信号中)检测出与这个参照信号频率相同的分量。在被测量的信号里所包含的各种信号分量中，只有与参照信号频率相同的那个分量才会被转换成为直流，因而才能够通过低通滤波器(LPF)。其他频率的分量因为被转换成为频率不等于零的交流信号，所以被低通滤波器(LPF)滤除。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种廉价的的小型数控锁相放大器，利用普通的集成电路，实现锁相放大系统的程控化，小型化。其特征在于(1)信号检测过程完全实现计算机控制，控制信号采用TTL电平，可方便的与任何计算计系统连接。(2)利用常见的市售集成电路，小型，廉价，可靠，性能足以满足普通用户的需要。一种小型锁相放大器的数字控制电路的方法，待测量信号与参考信号输入到乘法器，经过乘法器相乘后产生中间信号，中间信号经过低通滤波器后，产生输出信号，输出信号与待测量信号的幅值成正比。一种小型锁相放大器的数字控制电路，由程控振荡器(1)，相敏检波器(3)，程控移相器(4)，低通滤波器(5)组成，程控振荡器(1)输入端连接于程控移相器(4)输入端，程控移相器(4)的输出端连接于相敏检波器(3)，相敏检波器(3)的输出端连接于低通滤波器(5)。在程控移相器(4)的输入端和相敏检波器(3)的输入端之间连接有待测样品电路(2)。程控移相器(4)由电阻Rt连接于软件开关(8)输入端与由Rt、RF、Ct运算放大器(7)构成的RC移相器组成，软件开关(8)连接于运算放大器(7)的输入端。软件开关(8)是AD7501。程控移相器(4)由两级电路串联组成。可采用通用解调芯片构成程控小型锁相放大器。附图说明图1是本专利技术的理论原理示意图。图2是本专利技术的电路结构示意图。图3是程控移相电路示意图。具体实施例方式如图1示意的那样，频率变换是通过乘法运算来进行的。1待测量信号为Asin(ωt+α)，2参考信号为sin(ωt+β)，经过3乘法器相乘后的6中间信号为Asin(ωt+α)*sin(ωt+β)＝Acos(β-α)/2-Acos(2ωt+α+β)/2。经过4低通滤波器后，频率为2ω的高频分量Acos(2ωt+α+β)/2被虑掉，仅剩下频率为0的5输出信号为Acos(β-α)/2，与1待测量信号的幅值成正比，达到的检测微小信号的目的。一般的乘法运算模拟电路，其线性程度和温度稳定性都存在问题。所以，在本专利技术中，采用开关元件进行同步检波，由此实现频率变换。由开关元件所进行的同步检波电路，称作PSD(相敏检波器，PhaseSensitive Detector)，这是组成锁相放大器的心脏部分。本专利技术采用频率为ω的方波作为参照信号，与参照信号同步使被测量信号的极性翻转，也就是在×1/×(-1)这两者之间进行切换，这相当于待测量信号与方波相乘，方波展开为傅立叶级数为4πΣn=0∞12n+1sin,]]>与1待测量信号为Asin(ωt+α)相乘后为2AπΣ2n+1∞cos{ωt+},]]>经过4低通滤波器后的直流分量为(2A)/πcos(α-β)，与1待测量信号的幅值成正比。本专利技术采用Analog Devices公司的AD630解调器作为PSD。PSD的输出信号会由于被测量信号与参照信号之间的相位差，而产生很大的变化。由此，低通滤波器(LPF)的输出信号(也就是锁相放大器测量所得到的值)也会产生变化。除了相位差为0°之外，在其他状态下不能很好地测量被测信号的大小。这样，就需要把参照信号与被测量信号之间的相位差调节到0°，然后再输入到PSD。这个相位调节的电路，称作移相电路(Phase Shifter)，是锁相放大器中必不可少的电路。根据原理，如图2所示，本专利技术的电路包括1程控振荡器，由D/A芯片和压控振荡器构成，产生参照信号和提供给2待测样品的输入信号。2待测样品，为具有一定阻抗或等价于一定阻抗的待测电路，其阻抗即为待测的参数。3相敏检波器，将参照信号转变成方波，采用开关元件进行同步检波，由此实现频率变换，在被测量的信号里所包含的各种信号分量中，只有与参照信号频率相同的那个分量才会被转换成为直流，其他频率的分量因为被转换成为频率不等于零的交流信号4程控移相器，如图3所示，根据计算机的指令控制软件开关(8)各通道的通断，改变由运算放大器(7)构成的RC移相器的Rt值，从而改变输入参照信号(6)相位，使输出信号(9)与待测信号相位一致。相移量Ф(ω)＝2tan-1(ω/RtCt)。5低通滤波器，滤除其他频率的分量因为被转换成的交流信号，允许通过与参照信号频率相同的分量转变成的直流信号通过。权利要求1.一种小型锁相放大器的数字控制电路的方法，其特征在于，待测量信号与参考信号输入到乘法器，经过乘法器相乘后产生中间信号，中间信号经过低通滤波器后，产生输出信号，输出信号与待测量信号的幅值成正比。2.根据权利要求1的锁相放大器的数字控制电路的方法，其特征在于，待测量信号为Asin(ωt+α)，参考信号为sin(ωt+β)，中间信号为A，经过低通滤波器后，输出信号为Acos(β-α)/2。3.一种小型锁相放大器的数字控制电路，由程控振荡器(1)，相敏检波器(3)，程控移相器(4)，低通滤波器(5)组成，其特征在于，程控振荡器(1)输入端连接于程控移相器(4)输入端，程控移相器(4)的输出端连接于相敏检波器(3)，相敏检波器(3)的输出端连接于低通滤波器(5)。4.根据权利要求3的小型锁相放大器的数字控制电路，其特征在于，在程控移相器(4)的输入端和相敏检波器(3)的输入端之间连接有待测样品电路(2)。5.根据权利要求3的小型锁相放大器的数字控制电路，其特征在于，程控移相器(4)由电阻Rt连接于软件开关(8)输入端与由Rt、RF、Ct运算放大器(7)构成的RC移相器组成，软件开关(8)连接于运算放大器(7)的输入端。6.根据权利要求5的小型锁相放大器的数字控制电路，其特征在于，软件开关(8)是AD7501。7.根据权利要求5的小型锁相放大器的数字控制电路，其特征在于，程控移相器(4)由两级电路串联组成。8.根据权利要求3的小型锁相放大器的数字控制电路，其特征在于，可采用通用解调芯片构成程控小型锁相放大器。9.根据权利要求3的小型锁相放大器的数字控制电路，其特征在于，相敏检波器(3)采用AD630。全文摘要本专利技术涉及数控电路
，特别是一种。方法包括待测量信号与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型锁相放大器的数字控制电路的方法，其特征在于，待测量信号与参考信号输入到乘法器，经过乘法器相乘后产生中间信号，中间信号经过低通滤波器后，产生输出信号，输出信号与待测量信号的幅值成正比。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巩祥鹏，张虹，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]