基于AD630鎖相放大器的微弱信號檢測

　　鎖相放大器是一種用于測量動態(tài)信號的電子儀器。它的主要組成部分有振蕩器，混頻器和低通濾波器。它的最基本，也是最常用的功能是從被噪聲淹沒的信號中測出某一頻率的信號的相位和幅值。它之所以具備這樣的能力是運用了正交性原理，將非選定頻率的信號（即噪聲）去除而選定頻率的信息得以保留。因為具有很強的抗噪聲能力，鎖相放大器被廣泛應(yīng)用于各種高精測量系統(tǒng)中，比如MEMS研究。

　　鎖相放大器中的相敏檢測器是核心，相敏檢測器鑒幅又鑒相，它的輸出不但取決于輸入信號的幅度，而且取決于輸入信號與參考信號的相位差。常用的相位檢測器有模擬乘法器MLT04和電子開關(guān)式AD630，實際上電子開關(guān)式相敏檢測器相當(dāng)于參考信號為方波的情況下的模擬乘法器。

　　AD630電子式開關(guān)相敏檢測器，AD630是一款高精度平衡調(diào)制器，采用靈活的換流結(jié)構(gòu)，并由經(jīng)過激光晶圓調(diào)整的薄膜電阻提供出色的精度和溫度穩(wěn)定性。其信號處理應(yīng)用包括：平衡調(diào)制和解調(diào)、同步檢波、相位檢測、正交檢波、相敏檢測、鎖定放大以及方波乘法。片上應(yīng)用電阻網(wǎng)絡(luò)提供±1和±2的精密閉環(huán)增益，精度為0.05% （AD630B）。

　　這些電阻也可以用來精確配置多路復(fù)用器增益：+1、+2、+3或+4?；蛘撸部梢圆捎猛獠糠答?，允許設(shè)計人員實現(xiàn)高增益或復(fù)雜的開關(guān)反饋拓撲結(jié)構(gòu)。AD630的功能框圖如圖1所示。

　　AD630的特性有：

　?、?可從100 dB噪聲中恢復(fù)信號；

　?、?頻道帶寬：2Mhz；

　?、?壓擺率：45V/us；

　?、?串?dāng)_：-120 dB （1 kHz）；

　?、?引腳可編程、閉環(huán)增益：±1和±2；

　?、?閉環(huán)增益精度和匹配：0.05%；

　　⑦ 通道失調(diào)電壓：100 μV （AD630BD）；

　　⑧ 350 kHz全功率帶寬。

　　AD630外接配置電路不同，實現(xiàn)的功能也不同，本次設(shè)計中使用AD630的鎖定放大功能， 圖1所示AMP A和AMP B分別配置為同相放大器和反相放大器，輸入信號為待測信號和參考信號。待測信號同時輸入到兩個放大器中。參考信號輸入到比較器中。待測信號在器件內(nèi)部根據(jù)載波信號的正負進行翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了開關(guān)乘法功能。AD630的鎖相放大電路示意圖如圖2所示。

　　A點的波形為被檢測信號與載波調(diào)制后的雙邊已調(diào)制波形，B點為雙邊已調(diào)制波形和噪聲疊加后的波形，AD630的第9腳接載波信號，方波、正弦波都可行，相當(dāng)與一個參考相位。AD630的輸出接一個積分電路及一個低通濾波器，以達到的信號的完美恢復(fù)。

　　AD630鎖相放大的應(yīng)用說明：

　　鎖相放大技術(shù)用于從干擾噪聲中提取一個小并且?guī)捳男盘?，鎖相放大器相當(dāng)于一個檢測器和一個窄帶通濾波器的組合。當(dāng)所需信號的頻率和相位的是已知的情況下，非常小的信號可以從大量的不相關(guān)的噪聲中檢測出來。

　　AD630組成的鎖相放大器主要是由一個同步解調(diào)器組成，其次是一個低通濾波器。衡量鎖相放大器性能的一個重要指標(biāo)是其解調(diào)的范圍。

　　AD630的內(nèi)部包含兩個輸入放大器，分別用于放大同相信號和反相信號；一個電子開關(guān)用作相敏解調(diào)，一個比較器用于將參考信號轉(zhuǎn)換為方波信號，輸出放大器兼有放大和低通濾波的作用。

　　AD630的第13腳輸出波形為一個含有載波的三角波，波形如圖3所示，通過積分電路使其變?yōu)檎也?，再通過低通濾波器把載波濾除，就還原了噪聲中的正弦波。

　　值得注意的是，AD630作為鎖相放大器時，第9腳為載波信號，并不是已調(diào)制信號，并且不能有直流偏置。如果將第9腳錯誤的接入了已調(diào)制信號，AD630將無法正確的輸出，為雜亂的信號。