[实用新型]基于锁定放大器的信号放大与检测电路

说明书

技术领域

本实用新型属于微弱信号去噪放大和锁相技术领域，涉及一种半导体集成电路，具体为一种基于锁定放大器的信号放大与检测电路。

背景技术

不管在工业领域、军事领域或者日常生活中，各种微弱信号随处可见，例如，各种传感器探测中获得的微弱电信号、强噪声中的语音信号，因此就有检测微弱电压信号的需要。

目前市场上应用于微弱信号的检测放大转换处理电路存在放大电路结构复杂、分析繁琐的弊端，尤其对差模和共模的输入信号采用不同的分析处理方法，虽然精度较高、抗干扰性较强，但电路系统过于复杂且成本较高。而市场上的电路结构相对简单且成本较低的普通微弱信号检测电路，其一般只能处理毫伏级别微弱信号，且抗干扰性和可靠性较差，难以满足检测精度要求较高的场合。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型结合了阻抗匹配技术和锁相技术，提出了一种基于锁定放大器的信号放大与检测电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

基于锁定放大器的信号放大与检测电路，包括：

方波整形与移相模块、1级放大滤波模块、相敏检波模块、2级放大滤波模块和显示电路模块，1级放大滤波模块、相敏检波模块、2级放大滤波模块、显示电路模块依次相连，方波整形与移相模块输出端连接相敏检波模块输入端；

其中，方波整形与移向模块包括依次相连的第一交流放大电路、比较器电路、移相电路；1级放大滤波模块包括相连接的第二交流放大电路和带通滤波电路；相敏检波模块包括相连接的反相器电路和基于模拟开关的开关乘法器电路，方波整形与移向模块的输出信号输入开关乘法器电路，1级放大滤波模块的输出信号分两路，分别输入反相器电路和开关乘法器电路；2级放大滤波模块包括相连接的低通滤波电路和直流放大电路；显示电路模块包括相连接的AD采样电路和微处理器显示电路。

方波整形与移向模块中，第一交流放大电路由高速运算放大器OPA690构成，比较器电路由TL3116型号比较器构成，移相电路为RC移相电路。

1级放大滤波模块中，第二交流放大电路由INA128芯片构成，带通滤波电路由于芯片OPA2140构成。

相敏检波模块中，反相器电路由运算放大器OPA140构成，开关乘法器电路由模拟开关芯片TS5A3159构成。

2级放大滤波模块中，低通滤波电路由芯片OPA140构成，直流放大电路由运算放大器OPA690构成。

显示电路模块中，AD采样电路由AD转换器ADS1118构成，微处理器显示电路为MSP430F6638芯片。

本实用新型采用模拟开关实现开关乘法器电路，达到对微弱信号的锁相滤除非同频噪声并精确放大微弱信号；基于阻抗匹配电路和锁相技术，可将噪声输出减小到最小。

本实用新型的工作原理如下：

微弱信号经1级放大滤波模块后输入相敏检波模块的开关乘法器电路，若与方波整形与移相模块输出的方波脉冲信号同相时，相敏检波模块的输出信号电压为最大值，即信号U2电压值；通过调节方波相位，使相敏检波模块输出信号电压值达到最大，再根据各极放大倍数以及阻抗匹配的总和便可精确计算原始输入微弱信号的电压信号。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、可检测微伏、纳伏甚至更低电压的微弱交流电压信号；

2、采用阻抗匹配电路，可减少信号反射；

3、采用锁相技术，使得测量更精确；

4、采用低噪低温漂低失真的锁定放大器，电路更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为方波整形与移向模块结构框图；

图3为1级放大滤波模块结构框图；

图4为相敏检波模块结构框图；

图5为2级放大滤波模块结构框图；

图6为采样显示模块结构框图；

图7为具体实施方式中方波整形与移向模块的电路图；

图8为具体实施方式中第二交流放大电路图；

图9为具体实施方式中带通滤波电路图；

图10为具体实施方式中相敏检波模块电路图；

图11为具体实施方式中低通滤波电路图；

图12为具体实施方式中直流放大电路图。

具体实施方式

下面结合附图和优选方案对本实用新型进行详细说明，以下优选方案仅用于说明和解释本实用新型。