[发明专利]一种同步多通道数字锁相放大器

说明书

本发明涉及微弱信号检测设备技术领域，具体涉及一种多通道数字锁相放大器。包括信号调理通道，参考通道，串并转换器，相敏检测器和通讯输出模块；所述信号调理通道的数量至少为三条且结构完全相同；所述信号调理通道的输出端均与串并转换器连接；所述信号调理通道包括隔直滤波器、放大器、低通滤波器、A/D转换器。通过集成多个信号调理通道，节省空间，所有A/D转换器在同一时刻进行采样，保证了同步性，实现了以往多台独立的锁相放大器所达不到的同步性和一致性；把相敏检测器、移相模块、锁相环、正余弦发生器都转移到数字芯片内部处理，消除了模拟信号的噪声、温漂、直流偏置等影响，提高输出结果的稳定性，节省仪器体积。

技术领域

本发明涉及微弱信号检测设备技术领域，具体涉及一种多通道数字锁相放大器。

背景技术

随着对微观领域探索的深入，在自然科学的研究与测量工程的实践中，愈发需要检测极其微弱信号的情况，例如测定材料分析时测量荧光光强以及红外探测、生物医学检测中的电信号测量等，这都涉及把现实世界中的非电物理量转化为电压或电流信号并进行信号处理的问题。然而，在这些测量实践中，这些被测量信号转换成数字信号的强度非常微弱，很容易被外部的噪声淹没，检测往往变得十分困难。锁相放大器就是为了检测淹没在噪声底下的信号的仪器。

锁相放大器是基于互相关方法的微弱信号检测仪器，其核心是相敏检测技术，利用与待测信号有相同频率和固定相位关系的参考信号作为基准，提取出与参考信号有关的信号分量，过滤掉参考频率以外的噪声分量。

近年来，随着阵列探测器如硅光电二极管阵列、电荷耦合器件阵列、InAs阵列、热释电阵列等多元光敏阵列探测器件出现，对多个通道的锁相放大器有越来越大的需求量，而传统的多台单通道锁相放大器并行测量的方式，使电路变得十分复杂庞大，各通道一致性差，成本高昂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种同步多通道数字锁相放大器，以实现有优越同步性、高性能、低成本的多通道锁相放大器。

一种同步多通道数字锁相放大器，其特征在于：包括信号调理通道，参考通道，串并转换器，相敏检测器和通讯输出模块；所述信号调理通道的数量至少为三条且结构完全相同；所述信号调理通道的输出端均与串并转换器连接；所述串并转换器的输出端和参考通道的输出端均与相敏检测器连接；所述相敏检测器的输出端与通讯输出模块连接。

进一步的改进在于：所述信号调理通道包括隔直滤波器、放大器、低通滤波器、A/D转换器；所述隔直滤波器、放大器、低通滤波器、A/D转换器依次连接。

进一步的改进在于：所有所述的A/D转换器的输出端均连接到串并转换器上，把多个信号调理通道的并行数据流转换为串行数据流。

进一步的改进在于：所述参考通道包括方波整形电路、移相模块、数字锁相环、正余弦发生器；所述方波整形电路、移相模块、数字锁相环、正余弦发生器依次连接。

进一步的改进在于：所述移相模块、数字锁相环、正余弦发生器均为纯数字处理单元，可在FPGA内部独立实现。

进一步的改进在于：所述数字锁相环包括测频模块、鉴相器模块、滤波器模块、压控振荡器模块，均由FPGA内部生成。

进一步的改进在于：所述相敏检测器包括两路乘法器和低通滤波器；所述乘法器将串并转换器的输出信号和参考通道的输出信号相乘。

进一步的改进在于：所述串并转换器的输出信号和参考通道的输出信号在乘法器相乘后，乘法器将输出结果输入到低通滤波器进行处理。

进一步的改进在于：所述A/D转换器的型号为AD7984。

进一步的改进在于：所述FPGA的型号为EP4CE115。

本发明的有益效果：