[发明专利]一种强噪声条件下微弱信号提取及数字处理系统

摘要

本发明公开了一种强噪声条件下微弱信号提取及数字处理系统，包括前置放大电路、FPGA可编程电路及外围电路，其中，上述前置放大电路包括依此连接的电流转电压型的跨阻放大器、具有差分输入的高带宽增益积电压放大器及可编程增益放大器；上述FPGA可编程电路包括数字同步环、内外参考信号单元切换开关、相敏检测器、低通滤波器、矢量运算电路、接口控制状态机及工频数字陷波器；上述外围电路包括24位Σ‑△型AD单元、正弦波转方波单元、TTL串口模块、第一16位DA单元及第二16位DA单元。本发明可以有效解决模拟锁相放大器的零点漂移和带宽问题，并获得优于模拟锁相放大器的技术指标，同时，将微弱信号处理的核心算法集中在一片可编程门阵列芯片上，兼具低成本和小体积的优点。

主权项

1.一种强噪声条件下微弱信号提取及数字处理系统，其特征在于：包括前置放大电路(1)、FPGA可编程电路(2)及外围电路(3)，其中，上述前置放大电路(1)包括依此连接的电流转电压型的跨阻放大器(11)、具有差分输入的高带宽增益积电压放大器(12)及可编程增益放大器(13)；上述FPGA可编程电路(2)包括数字同步环(21)、内外参考信号单元切换开关(23)、相敏检测器(24)、低通滤波器(25)、矢量运算电路(26)、接口控制状态机(27)及工频数字陷波器(28)；上述外围电路(3)包括24位Σ‑△型AD单元(31)、正弦波转方波单元(32)、TTL串口模块(33)、第一16位DA单元(34)及第二16位DA单元(35)；被测信号经高增益带宽积放大器(12)放大之后，进入可编程增益放大器(13)内，形成24位Σ‑△型AD单元(31)能够识别的信号电平，并经工频数字陷波器(28)进入相敏检测器(24)，使输入信号的频谱发生迁移，经过低通滤波器(25)，将高频成分滤掉，得到该信号的直流表达形式，经过矢量运算电路(26)后，分别得到该信号在两组正交参考信号下的幅度值，同时，矢量运算电路(26)并行计算出该信号的相角值和模值，通过工频数字陷波器(28)TTL串口模块(33)，实时对TTL串口模块(33)进行读写，将当前信号的参数提取出来；所述的数字同步环(21)是二阶带宽自适应全数字锁相环，包括数字鉴频鉴相器(211)、PI控制器(212)、环路滤波器(213)及数控振荡器(214)；输入频率经过数字鉴频鉴相器(211)后，其相位大小和方向信号输入到PI控制器(212)，PI控制器(212)将当前的比例参数和积分参数输出给数控振荡器(214)，控制数控振荡器(214)的输出，并且，输入的频率信号经过环路滤波器(213)后，滤除输入的高频噪声部分，反馈到数字鉴频鉴相器(211)，以进行下一次的频率同步；所述的矢量运算电路在(26)包括坐标旋转数字计算、算法的相角运算电路和模值运算电路。