基於AD630鎖相放大器的微弱信號檢測

[徵文]+[ 轉載] 基於AD630鎖相放大器的微弱信號檢測（繼兩片AD9851使用心得後，再來一篇）

去年8月參加了TI杯全國大學生電子競賽，記得當初選題的時候，在A題微弱信號檢測裝置和B題頻率補償電路兩題中徘徊，最好還是選擇了B題頻率補償電路，獲了個省三等獎TAT 但是自己對微弱信號檢測還是很感興趣的，所以在比賽結束後，就自己把微弱信號檢測做了一遍，開始時，選擇使用取樣積分來做微弱信號的提取，最後由於個人能力原因，未能成功，然後改為使用鎖相放大來做，所以就選擇了ADI公司生產的AD630。 鎖相放大器的原理我在此就不贅述了，大家有興趣的可以去查看高普占寫的《微弱信號檢測》一書，裡面對此已經進行了詳細的介紹。 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，它的輸出不但取決於輸入信號的幅度，而且取決於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和電子開關式AD630，實際上電子開關式相敏檢測器相當於參考信號為方波的情況下的模擬乘法器。 AD630電子式開關相敏檢測器，AD630是一款高精度平衡調製器，採用靈活的換流結構，並由經過激光晶圓調整的薄膜電阻提供出色的精度和溫度穩定性。其信號處理應用包括：平衡調製和解調、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。片上應用電阻網路提供±1和±2的精密閉環增益，精度為0.05% (AD630B)。這些電阻也可以用來精確配置多路復用器增益：+1、+2、+3或+4。或者，也可以採用外部反饋，允許設計人員實現高增益或複雜的開關反饋拓撲結構。AD630的功能框圖如圖1所示。

AD630的特性有：

① 可從100 dB雜訊中恢複信號；

② 頻道帶寬：2Mhz；

③ 壓擺率：45V/us；

④ 串擾：-120 dB (1 kHz)；

⑤ 引腳可編程、閉環增益：±1和±2；

⑥ 閉環增益精度和匹配：0.05%；

⑦ 通道失調電壓：100 μV (AD630BD)；

⑧ 350 kHz全功率帶寬。 AD630外接配置電路不同，實現的功能也不同，本次設計中使用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。待測信號在器件內部根據載波信號的正負進行翻轉，實現了開關乘法功能。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製後的雙邊已調製波形，B點為雙邊已調製波形和雜訊疊加後的波形，AD630的第9腳接載波信號，方波、正弦波都可行，相當與一個參考相位。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。 AD630鎖相放大的應用說明： 鎖相放大技術用於從干擾雜訊中提取一個小並且帶寬窄的信號，鎖相放大器相當於一個檢測器和一個窄帶通濾波器的組合。當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的雜訊中檢測出來。 AD630組成的鎖相放大器主要是由一個同步解調器組成，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是其解調的範圍。 AD630的內部包含兩個輸入放大器，分別用於放大同相信號和反相信號；一個電子開關用作相敏解調，一個比較器用於將參考信號轉換為方波信號，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為正弦波，再通過低通濾波器把載波濾除，就還原了雜訊中的正弦波。

值得注意的是，AD630作為鎖相放大器時，第9腳為載波信號，並不是已調製信號，並且不能有直流偏置。如果將第9腳錯誤的接入了已調製信號，AD630將無法正確的輸出，為雜亂的信號. 對於AD630具體的參數以及相關說明，請參閱DATASHEET。以上只是我個人的看法~~~

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