[发明专利]用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应THz-TDS微弱信号探测技术，特别是涉及一种用于锁相放大电路中的可编程带通滤波器。

背景技术

太赫兹时域光谱技术(Terahertztime-domainspectroscopy；THz-TDS)是二十世纪八十年代末发展起来的一种新型THz波段(0.1THz-10THz)光谱测量方法，它使用频率介于远红外和微波之间的相干电磁辐射作为探测源，利用光电导取样和自由空间电光取样方法直接记录下THz波形，然后通过快速傅立叶变换得到THz电场的振幅和位相，并进一步得到材料在THz波段的色散、吸收等信息。

在THZ-TDS中，THz辐射的信号非常微弱，且噪声很大，因此需要采用锁相放大技术进行信号的探测。在锁相放大技术中，需要确定的调制信号和参考信号的频率、相位差、带通滤波的带宽、低通滤波的截止频率和总体增益等参数。而在THZ-TDS中，由于不同的测量对象和测量方法，需要使用不同的工作参数。此时，需要根据不同的使用要求设置相关的中心频率和带宽值(Q值)。与此技术问题相关的现有技术有以下几个方面：

1、二阶可编程滤波器，其中心频率带宽改变接入电路中的R值或C值，可以控制整个滤波器的中心频率和带宽值(Q值)

2、MAX4677是MAXIM公司生产的高速模拟开关，可以单电源2.7V到11V供电或者双电压±2.7V到±5.5V供电，单片MAX4677能够提供四个模拟开关。用锁存器控制相应的管脚就可以控制接入电路中的R值，进而改变二阶滤波器的中心频率和Q值。

3、AnalogDevice公司生产的AD8664运算放大器具有低失调电压、低偏置电压，低噪声和高带宽等优点，并且可以采用±5V电压供电。单片AD8664可以提供四个性能优良的运算放大器。

发明内容

为了克服上述现有技术，本发明提出了一种用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器，适用于THz-TDS锁相放大系统中，其中心频率和带宽值可调的带通滤波器设计电路。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了一种用于探测THz-TDS信号的可调式可编程滤波器，具有中心频率和带宽值可调的滤波电路，该滤波器包括从输入端至输出端依序连接的电流放大器、可编程滤波器及其接入电路以及锁相放大器；所述接入电路连接模拟开关MAX4677，以控制电阻矩阵R值变化的，其中：

从光电导天线输出的电流信号经过电流放大器变成幅值很小的电压信号V_IN，该电压信号经过第一级运算放大器的放大后，接入到可编程滤波器中，模拟开关MAX4677控制接入电路中的电阻矩阵的R值变化，使可编程滤波器成为中心频率和带宽值一定的滤波器，最后经过滤波的电压信号V_OUT从滤波器输出，然后该信号通过锁相放大电路检波后输出信号OUT。

所述可编程滤波器采用具有低失调电压，低偏置电压，低噪声和高带宽优点的AD8664运算放大器搭建的二阶可编程滤波器；其中心频率为带宽为依据对接入电路中的R值控制，从而控制中心频率和带宽值。

所述模拟开关MAX4677的管脚连接设置为：管脚2、管脚7、管脚10、管脚15分别连接要输出的电阻，管脚2另一端、管脚6、管脚11、管脚14接地，管脚1、管脚8、管脚9、管脚16接到锁存放大器上控制电平变化改变开关的开和闭，管脚4接-5V电源，管脚13接+5V电源，管脚15接地，管脚12接VCC3.3V电源，其中+5V电源通过滤波电容接地，V_CC3.3V电源通过滤波电容接地。

与现有技术相比，本发明利用低噪声高带宽低偏置的AD8664运算放大器组成二阶可编程滤波器，利用高速模拟开关MAX4677控制接入电路中的R值，可以实现可编程滤波器的中心频率和带宽值调节，在THz-TDS系统中可以根据不同的测量对象和测量方法，组成相应的工作参数，而不用再调整相应的硬件电路。所需的电子元器件少，结构简单，思路清晰，工作可靠，性能优良，价格低廉，能够实现仪器集成化。

附图说明

图1是本发明整个系统的基本电路连接示意图；

图2是本发明中利用模拟开关MAX4677控制接入电路中R值的管脚连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。