[发明专利]锁相放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微弱信号检测仪器，具体地说，涉及一种锁相放大器。 

背景技术

当对一个微弱的待测信号进行检测量时，无用的噪声和干扰总是伴随着出现，影响了测量的精确性和灵敏度，特别是当噪声功率超过待测信号功率时，就需要用微弱信号检测仪器和设备来恢复或检测原始信号。锁相放大器(Lock-in Amplifier，简称LIA)的发明，使微弱信号检测技术得到标志性的突破，极大地推动了基础科学和工程技术的发展。 

锁相放大器是以相干检测技术为基础，主要包括信号通道、参考通道和相关器等。早期的锁相放大器是由模拟电路实现的，随着数字技术的发展，出现了模拟与数字混合的锁相放大器和数字锁相放大器。数字锁相放大器实现了锁相放大器的核心相敏检波器或解调器的数字信号处理，比模拟锁相放大器有许多突出的优点(如模拟锁相放大器的温漂问题)而倍受青睐，成为现在微弱信号检测研究的热点。 

锁相放大器必须保证输入信号与参考信号的频率相同、相位差为零(或固定的相位差)，振幅也应该是固定不变的常量，其输出直流信号与被测信号的振幅才成正比。 

现在的模拟锁相放大器大多采用改变参考信号触发电路的电阻阻值的方法来调整参考信号相位，既不方便又存在较大的相位噪声；而多数数字锁相放大器的参考信号处理单元采用数字参考相移实现，虽然相位分辨率可达到毫度级，相位精度多为0.01度。但是在对相位噪声要求极高的测量系统中，这样的相位噪声是不够的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种锁相放大器，提高相位分辨率。 

为解决上述技术问题，本发明提供的一种锁相放大器，包括：信号调理单元、相位解调单元、模数采样单元，其中， 

所述信号调理单元的输入端与输入信号连接，输出端与所述相位解调单元输入端连接，用以对输入的信号进行反相、滤波和分压； 

所述相位解调单元的两个输入端分别与所述信号调理单元以及参考信号移相单元的输出端连接，输出端与所述模数采样单元的输入端连接，用以对所述信号调理单元和参考信号移相单元的输出信号进行相乘； 

所述参考信号移相单元含有三个输入端，分别接收参考信号的输入、预置相位的输入以及模数采样单元的反馈，输出端与所述相位解调单元连接，用以根据模数采样单元反馈的数字信号对输入的一参考信号的相位进行调整； 

所述模数采样单元的输入端与所述相位解调单元连接，输出端与所述参考信号移相单元连接，用以将相位解调单元输出的信号进行模数转化得出数字信号以及反馈给参考信号移相单元。 

进一步的，所述参考信号移相单元，包括：反馈信号比较单元、预置相位保持单元、移相相位自调整单元、移相计数单元以及移相输出单元，其中， 

所述反馈信号比较单元输入端与模数采样单元的输出端连接，输出端连接至移相相位自调整单元； 

所述预置相位保持单元输入端接收预置相位的信号，输出端与所述移相相位自调整单元的输入端连接，用以保存外接处理器的预置相位并提供给移相相位自调整单元； 

 所述移相相位自调整单元的输入端分别与预置相位保持单元和反馈信号比较单元的输出端连接，输出端与所述移相输出单元的一个输入端连接，用以根据预置相位保持单元保存的预置相位和反馈信号比较单元输出的信号，调整从模数采样单元输出的数字信号提供给移相输出单元； 

所述移相计数单元的输入端接收所述参考信号的输入，输出端与所述移相输出单元的另一个输入端连接，用以对输入的参考信号进行计数； 

所述移相输出单元的两个输入端分别与所述移相计数单元和移相相位自调整单元的输出端连接，输出端与所述相位解调单元的输入端连接，用以根据移相相位自调整单元输出需要调整的相位对移相计数单元输出的参考信号进行移相，得出移相后的参考信号给所述相位解调单元。 

进一步的，所述反馈信号比较单元包括寄存器和比较器，其中， 

比较器用以将预设的默认值以及模数采样单元输出反馈的数字信号进行比较得出最佳值，根据比较结果产生相位调整信号输出给所述移相相位自调整单元； 

寄存器用以保存比较器得出的最佳值。 

进一步的，所述移相计数单元包括时钟移相单元和计数单元， 

所述时钟移相单元用以对计数时钟进行移相； 

计数单元以不同相位的时钟同时对输入的参考信号进行计数。 

进一步的，所述相位解调单元包括带通滤波器、同步解调器和低通滤波器。其中，