專利名稱：采用cd552-r3芯片的鎖相放大電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微弱信號檢測技術領域，特別是一種采用鎖相放大電路。
背景技術：
在現(xiàn)代科學研究中，隨著科學技術的縱深發(fā)展，微弱信號的檢測技術變得越來越 重要，已成為當今測量技術中一門綜合性的前沿課題，運用微弱信號檢測技術可以測量如 微弱電信號、光信號、磁信號等利用傳統(tǒng)方法不能測量的微小物理量。因此，微弱信號檢測 技術已經深受現(xiàn)代科學的重視，并迅速的發(fā)展。一般測量系統(tǒng)的噪聲是一種干擾信號，主要由白噪聲和低頻噪聲組成，通常這些 噪聲無法用屏蔽等方法消除。噪聲干擾信號影響測量儀器的正常工作，降低儀器的探測靈 敏度。因此，為了減少噪聲的影響，常用窄帶濾波器來濾除同頻帶外的噪聲，提高儀器的信 噪比。由于一般濾波器的中心頻率并不穩(wěn)定，而且?guī)捯膊荒茈S意設定，無法適用于濾除噪 聲要求高的場合。鎖相放大是從背景噪聲中提取信號的常用技術，采用此技術制得的儀器稱為鎖相 放大器。鎖相放大器(lock-in amplifier，LIA)，又稱鎖定放大器，用于提取強噪聲中的微 弱信號檢測時具有抗干擾能力強、能獲取被測量的大小和方向的變化的優(yōu)點，非常有效地 提高測量精度，而被廣泛應用于信號檢測和自動控制。常見的鎖相放大電路的基本結構，主 要由信號通道、參考通道、相位檢測器(PSD)和低通濾波器(LPF)四部分構成。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一款集成度高，性能高，適用于采集強背景噪聲場合 中的微小信號的高性能鎖相放大電路。技術方案如下一種采用⑶552-R3芯片的鎖相放大電路，包括用于探測太赫茲脈沖信號的光電 探測器、前置放大模塊、移相模塊和相敏檢波模塊，光電探測器采集的待測信號經過前置放 大模塊處理后接到的相敏檢波模塊的一個輸入端，參考信號經過移相模塊的經過移相模塊 的移相操作后接到相敏檢波模塊的另一個輸入端，由相敏檢波模塊的輸出端輸出信號，其 中，所述的前置放大模塊包括依次相連的帶通濾波電路和二階放大電路；所述的移相模塊由⑶-951V4芯片及其外圍電路組成；所述的相敏檢波模塊由⑶552-R3芯片及其外圍電路組成。作為優(yōu)選實施方式，所述的CD-951V4芯片的14管腳接參考信號，18管腳為輸出 端，接到相敏檢波模塊的一個輸入端，4管腳接通過電容接電源端+15V，5管腳通過電容 接-15V，7管腳接+5V，8管腳接-5乂，3、6、9、10、11、19管腳接地，16、17管腳短接；移相變位 器RV接在7、8管腳之間，其控制端接1管腳，通過調節(jié)移相變位器RV進行移相操作。所述的⑶552-R3芯片的1管腳接前置放大模塊的輸出端，18管腳接移相模塊的輸 出端，20管腳為輸出檢測信號的輸出端，4管腳接通過電容接+15V，5管腳通過電容接-15V，6、11、15、19管腳接地，12、13管腳連接增益變位器RA兩端，同時12管腳也作為控制端，通 過改變增益變位器來調節(jié)內部增益，10管腳通過電容接地。9管腳與可變電阻RH相接后和 10管腳一起通過電容接地，可變電阻RH的控制端與10管腳相接，通過改變可變電阻RH阻 值確定芯片內置低通濾波單元的截止頻率。所述的帶通濾波電路由DT212-DC2芯片及其外圍電路組成。所述的DT212-DC2芯片1管腳通過可變電阻RG連接待測信號，13管腳為輸出端， 連接到所述二階放大電路的輸入端，1、13管腳間通過電阻相連，1、4管腳分別接可變電阻 RQ兩端，1管腳同時作為可變電阻RQ和RG的控制端，通過調節(jié)可變電阻RQ和RG來改變電 路的增益和品質因數(shù)，38管腳接+5V，40管腳接+15V，34管腳接地，39管腳通過電容接地， 6、7管腳之間有電阻相連，21 32管腳為控制端口分別接開關信號，可將管腳電平切換為 OV或+5V，改變控制端口的邏輯電平來選擇通帶頻率。所述的二階放大電路由兩組PGA103芯片和0P602芯片及其外圍芯片構成，其每一 級放大各由一個PAG103芯片和一個0P602芯片串聯(lián)而成。本實用新型的優(yōu)點在于利用高集成度芯片CD552-R3搭建了鎖相放大電路；整個 鎖相放大電路所用電子器件數(shù)量少，結構組成簡單緊湊，整體電路體積小；處理微弱高頻信 號的性能上達到市面上的商品鎖相放大器水平；造價遠低于商品鎖相放大儀器。
圖1是本實用新型的電路結構示意圖。圖2是帶通濾波電路圖。圖3是二階放大電路圖。圖4是移相模塊電路圖。圖5是相敏檢波模塊電路圖。圖6是測試效果圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的一個實施例是用于檢測太赫茲時域光譜儀的輸出信號的 電路。該電路由3部分組成(圖1)，包括前置放大模塊(1)，移相模塊O)，相敏檢波模塊 (3)。待測信號經前置放大模塊(1)連接于相敏檢波模塊(3)，參考信號經移相模塊(2)連 接于相敏檢波模塊(3)，從相敏檢波模塊的輸出端得到信號。由于太赫茲時域光譜儀的輸出信號是由光電探測器獲得，環(huán)境光的影響很大，原 始信號除了微伏級的有用信號外還有大量毫伏級的環(huán)境背景噪聲，有用信號非常小。由此， 必須首先經過一定的放大，達到后續(xù)相敏檢波模塊的輸入閾值水平。但是，如果直接將所有 輸入信號一起直接放大，被放大了的環(huán)境噪聲信號，必將超出相敏檢波芯片的輸入極限，輕 則失真，重則燒毀芯片而不能工作。因此，必須先進行帶通濾波，濾除大量非調制頻帶內的 信號后再進行放大。前置放大模塊(1)由帶通濾波電路(圖2、和二階放大電路組成(圖幻。其中帶通 濾波電路由DT212-DC2芯片及其外圍電路組成，這是一塊可編程控制芯片，1管腳是信號輸 入口，接從光電傳感器出來的信號，13管腳是信號輸出口，接后面二階放大電路的輸入端，421 32管腳是邏輯控制管腳，通過改變他們的高低電平可以選擇帶通濾波電路的中心頻 率，范圍IOOHz 159. 9KHz，由于實例中調制頻率是1100Hz，所以只用21 25管腳，同時在 電路中加入RG和RQ用于調節(jié)濾波電路的增益和品質因數(shù)，從帶通濾波電路出來的信號除 中心頻率附近的信號被放大外，其他頻段的信號將被極大衰減，初步提高了信噪比。從帶通 濾波電路來的信號仍然沒有達到相敏檢波模塊的輸入水平，由二階放大電路繼續(xù)放大。二 階放大電路由兩級放大組成，每一級放大由一塊PAG103和一塊0P602組成，PAG103是一塊 程控放大電路4管腳輸入，7管腳輸出，放大倍率由AO和Al管腳的高低電平決定，可以線性 放大10倍或100倍，但由于PAG存在失調電壓，輸入為0時輸出不為0，因此用0P602作為 失調電壓調整電路，在第一次運行前調整完即可。這樣經過兩級放大后，在實例中信號被放 大了 1000倍，滿足了相敏檢波模塊的輸入要求。式的結論可以看出，原始信號和參考信號的相位差θ起了至關緊要的作用， 運行時需要將θ調整到0附近。移相模塊O)由⑶-951V4芯片及其外圍電路組成。如圖 4所示，14管腳輸入接參考信號，18管腳輸出接相敏檢波模塊，1管腳用于相位調節(jié)，范圍 士 100°。只要在運行之時，調節(jié)電位器RV使最終輸出最大即可。相敏檢波模塊( 由⑶552-R3芯片及其外圍電路組成，其內部集成了乘法器和低 通濾波器。如圖5所示，1管腳接前置放大模塊的輸出，18管腳接移相模塊的輸出，20管腳 為最終信號輸出，管腳9、10之間的電阻RH用于調節(jié)低通濾波器的截止頻率，管腳12、13之 間的電阻RA用于調節(jié)乘法器的內部增益。本實用新型的特點有待測信號為微伏(μ V，ΙΟ"6)級弱電壓信號，所含電噪聲信號為毫伏(mV，10_3)級， 電噪聲信號強度高于有效信號IO3倍。通過本實用新型的鎖相放大電路后，輸出電壓信號信 噪比達到50 1以上，主要應用于太赫茲時域光譜儀信號采集等小信號強背景噪聲場合。以下為一個具體實例及測試效果電路參數(shù)設定如下帶通濾波電路品質因數(shù)10，增益5，通帶中心頻率IlOOHz ；二 階放大電路增益1000倍，相敏檢波模塊內部增益10，低通截止頻率1Hz。輸入信號由天津 大學自行研制的THz時域光譜儀提供，斬波器頻率設為1100Hz，光學延遲線速度為15um/s。 測試效果如圖6所示。
權利要求1.一種采用CD552-R3芯片的鎖相放大電路，包括前置放大模塊、移相模塊和相敏檢波 模塊，待測信號經過前置放大模塊處理后接到的相敏檢波模塊的一個輸入端，參考信號經 過移相模塊的經過移相模塊的移相操作后接到相敏檢波模塊的另一個輸入端，由相敏檢波 模塊的輸出端輸出信號，其特征在于，所述的前置放大模塊包括依次相連的帶通濾波電路和二階放大電路；所述的移相模塊由CD-951V4芯片及其外圍電路組成；所述的相敏檢波模塊由⑶552-R3芯片及其外圍電路組成。
2.根據權利要求1所述的鎖相放大電路，其特征在于，所述的CD-951V4芯片的14管 腳接參考信號，18管腳為輸出端，接到相敏檢波模塊的一個輸入端，4管腳接通過電容接電 源端+15V，5管腳通過電容接-15V，7管腳接+5V，8管腳接-5V，3、6、9、10、11、19管腳接地， 16、17管腳短接；移相變位器RV接在7、8管腳之間，其控制端接1管腳，通過調節(jié)移相變位 器RV進行移相操作。
3.根據權利要求1所述的鎖相放大電路，其特征在于，所述的CD552-R3芯片的1管 腳接前置放大模塊的輸出端，18管腳接移相模塊的輸出端，20管腳為輸出檢測信號的輸出 端，4管腳接通過電容接+15V，5管腳通過電容接-15V，6、11、15、19管腳接地，12、13管腳連 接增益變位器RA兩端，同時12管腳也作為控制端，通過改變增益變位器來調節(jié)內部增益， 10管腳通過電容接地。9管腳與可變電阻RH相接后和10管腳一起通過電容接地，可變電 阻RH的控制端與10管腳相接，通過改變可變電阻RH阻值確定芯片內置低通濾波單元的截 止頻率。
4.根據權利要求1所述的鎖相放大電路，其特征在于，所述的帶通濾波電路由 DT212-DC2芯片及其外圍電路組成。
5.根據權利要求4所述的鎖相放大電路，其特征在于，所述的DT212-DC2芯片1管腳通 過可變電阻RG連接待測信號，13管腳為輸出端，連接到所述二階放大電路的輸入端，1、13 管腳間通過電阻相連，1、4管腳分別接可變電阻RQ兩端，1管腳同時作為可變電阻RQ和RG 的控制端，通過調節(jié)可變電阻RQ和RG來改變電路的增益和品質因數(shù)，38管腳接+5V，40管 腳接+15V，34管腳接地，39管腳通過電容接地，6、7管腳之間有電阻相連，21 32管腳為控 制端口分別接開關信號，可將管腳電平切換為OV或+5V，改變控制端口的邏輯電平來選擇 通帶頻率。
6.根據權利要求1所述的鎖相放大電路，其特征在于所述的二階放大電路由兩組 PGA103芯片和0P602芯片及其外圍芯片構成，其每一級放大各由一個PAG103芯片和一個 0P602芯片串聯(lián)而成。
專利摘要本實用新型屬于微弱信號檢測技術領域，特別涉及一種采用CD552-R3芯片的鎖相放大電路，包括前置放大模塊、移相模塊和相敏檢波模塊，待測信號經過前置放大模塊處理后接到的相敏檢波模塊的一個輸入端，塊的經過移相模塊的移相操作后接到相敏檢波模塊的另一個輸入端，由相敏檢波模塊的輸出端輸出信號，其中，所述的前置放大模塊包括依次相連的帶通濾波電路和二階放大電路；所述的移相模塊由CD-951V4芯片及其外圍電路組成；所述的相敏檢波模塊由CD552-R3芯片及其外圍電路組成。本實用新型能夠檢測噪聲達到毫伏級的微伏級微小電壓信號，輸出信號信噪比達到50∶1以上，適用于太赫茲時域光譜儀信號采集等小信號強背景噪聲場合。
文檔編號H03F7/00GK201830211SQ201020571659
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者何明霞, 曲秋紅, 李萌, 王昌雷, 邢岐榮 申請人:天津大學