CN1298109C - 新型锁相检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型锁相检测电路，由模拟乘法器、∑-Δ模数转换器和微处理器组成，模拟乘法器用以接收被测信号与参考信号，并实现被测信号与参考信号相乘；所述的∑-Δ模数转换器用于接收模拟乘法器输出的信号、并将其转换为数字信号，微处理器用于接收∑-Δ模数转换器输出的数字信号并输出。本发明的新型锁相检测电路既具有模拟锁相检测器的电路简单、易于实现乘法运算的优点，又有数字锁相检测器的精度高，稳定性好，便于调整参数的优点。微弱信号检测涉及的领域广泛，尤其在生物电信号的检测领域，由于该锁相检测器的设计结构简单、性能优良，势必会得到广泛的应用，带来良好的效益。
Description
技术领域
本发明属于一种检测电路，尤其是锁相检测电路，用于检测微弱电信息。
背景技术
锁相检测是微弱信号检测的重要手段。传统的锁相检测器有模拟锁相检测器和数字锁相检测器，其中，模拟锁相检测器需要搭建对性能要求很高的积分电路，需要独立的转换电路；在现有的数字锁相检测器中，分别将被测信号和参考信号数字化后再相乘，不但速度很慢，而且对微处理器速度的要求也很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中的不足，提供一种速度快、稳定性高、算法和电路都比较简单的新型锁相检测电路，能够实现模拟乘法器、∑-Δ模数转换器与微处理器的无“缝”数据采集和传输。
为解决上述技术问题，本发明的新型锁相检测电路，由模拟乘法器、∑-Δ模数转换器和微处理器组成，所述的∑-Δ模数转换器用于接收模拟乘法器输出的信号、并将其转换为数字信号，所述的∑-Δ型模数转换器内设置有低通滤波器，用于对所述模拟乘法器输出的直流信号进行滤波；所述的模拟乘法器用以接收被测信号与参考信号，并将被测信号与参考信号相乘；所述的微处理器用于接收∑-Δ模数转换器输出的数字信号并输出，同时控制∑-Δ模数转换器的采样速度、滤波器的参数以及对信号进行处理。
所述的∑-Δ型模数转换器和微处理器集成在一枚芯片上。
所述的模拟乘法器、∑-Δ型模数转换器和微处理器集成在一枚芯片上。
所述的微处理器是微控制器或微转换器或微计算机芯片。
与现有技术相比，本发明的新型锁相检测电路具有以下有益效果：
(1)模拟部分主要由模拟乘法器构成，不需像现有的数字锁相检测器那样分别将被测信号和参考信号数字化后再相乘，不但速度很快，而且显著降低对微处理器速度的要求。
(2)数字部分主要由一集成高精度∑-Δ型模数转换器的微处理器构成，∑-Δ模数转换器不但在模数转换的时候具有很高的精度，还具有很好的积分特性。与现有的模拟锁相检测器相比较，它不需要搭建对性能要求很高的积分电路，这样在与微机连接的时候不但省去了模数转换电路，并且由于∑-Δ模数转换器内部积分器是数字的，使得该电路的稳定性更高、灵活性更好。
(3)本发明的新型锁相检测电路既具有模拟锁相检测器的电路简单、易于实现乘法运算的优点，又有数字锁相检测器的精度高，稳定性好，便于调整参数的优点。
附图说明
图1是新型锁相检测电路原理图。
图2是新型锁相检测电路的一种实现示意图。
附图标记：1是模拟乘法器 2是集成有∑-Δ模数转换器的微处理器
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
在图1中，1是模拟乘法器，2是集成有∑-Δ模数转换器的微处理器。
本发明的新型锁相检测电路由模拟乘法器、∑-Δ模数转换器和微处理器组成。模拟乘法器用以接收被测信号与参考信号，并实现被测信号与参考信号相乘。∑-Δ模数转换器用于接收模拟乘法器输出的信号、并将其转换为数字信号。微处理器用于接收∑-Δ模数转换器输出的数字信号并输出，控制∑-Δ模数转换器的采样速度，滤波器的参数(截止频率和阶数等)以及对信号进行处理等，必要时，微处理器可以直接产生、或控制数模转换器或数字信号合成器产生参考信号。
∑-Δ型模数转换器内设置有低通滤波器，用于所述模拟乘法器输出中的直流信号进行滤波。∑-Δ型模数转换器和微处理器可以集成在一枚芯片上。模拟乘法器、∑-Δ型模数转换器和微处理器也可以集成在一枚芯片上。微处理器是可以是微控制器，可以是微转换器，也可以是微计算机芯片。
图2所示，是本发明新型锁相检测电路一种实现示意图。模拟乘法器采用了ADI公司的集成4象限模拟乘法器MLT04，∑-Δ模数转换器采用TI公司的集成∑-Δ模数转换器与微控制器为一体的MSC1210。参考信号可有专门的信号源提供，也可由MSC1210本身输出。MSC1210为TI公司产品，它集成了8通道24位精度的∑-ΔADC和微处理器；MLT04为集成的4象限模拟乘法器。
本发明的新型锁相检测电路的工作原理是：被测信号和参考信号同时输入到模拟乘法器，假定被测信号中含有有用信号VXsin(ωt+)和噪声∑VNisin(ωit+i)，参考信号为VFsin(ωt+)，则有用信号和参考信号的乘积：
VXsin(ωt+)×VFsin(ωt)
即，只有与参考信号中同频率的被测信号经过乘法器后能够得到直流信号，其它噪声信号(除与参考信号中同频率的分量外)经过乘法器后得到的信号均为交流信号，因此，通过低通滤波器可以检测乘法器输出中的直流信号可以测量出被测信号中的有用信号。由于∑-Δ模数转换器本身具有性能优良的低通滤波器(数字积分器，∑-Δ模数转换器本身的结构所决定的)，因此，∑-Δ模数转换器对乘法器输出的信号进行采样就得到了被测信号。如果改变参考信号的相位或采用正交的两路参考信号和两通道乘法器、∑-Δ模数转换器就可以测量出被测信号的幅值VX与相位。
本发明的新型锁相检测电路属于微弱信息检测应用电路，它由模拟部分和数字部分组成。模拟部分主要由模拟乘法器构成，用以实现被测信号与参考信号的乘积，而不像现有的数字锁相检测器那样分别将被测信号和参考信号数字化后再相乘，前者不但速度很快，而且显著降低对微处理器速度的要求；数字部分主要由一集成高精度∑-Δ型模数转换器的微处理器构成，∑-Δ模数转换器不但在模数转换的时候具有很高的精度，还具有很好的积分特性。与现有的模拟锁相检测器相比较，它不需要搭建对性能要求很高的积分电路，这样在与微机连接的时候不但省去了模数转换电路，并且由于∑-Δ模数转换器内部积分器是数字的，使得该电路的稳定性更高、灵活性更好。综上，该新型锁相检测电路既具有模拟锁相检测器的电路简单、易于实现乘法运算的优点，又有数字锁相检测器的精度高，稳定性好，便于调整参数的优点。微弱信号检测涉及的领域广泛，尤其在生物电信号的检测领域，由于该锁相检测器的设计结构简单、性能优良，势必会得到广泛的应用，带来良好的效益。
Claims (6)
1.一种新型锁相检测电路，其特征在于，它由模拟乘法器、∑-Δ模数转换器和微处理器组成，所述的∑-Δ模数转换器用于接收模拟乘法器输出的信号、并将其转换为数字信号，所述的∑-Δ型模数转换器内设置有低通滤波器，用于对所述模拟乘法器输出的直流信号进行滤波；所述的模拟乘法器用以接收被测信号与参考信号，并将被测信号与参考信号相乘；所述的微处理器用于接收∑-Δ模数转换器输出的数字信号并输出，同时控制∑-Δ模数转换器的采样速度、滤波器的参数以及对信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种新型锁相检测电路，其特征在于，所述的∑-Δ型模数转换器和微处理器集成在一枚芯片上。
3.根据权利要求1所述的一种新型锁相检测电路，其特征在于，所述的模拟乘法器、∑-Δ型模数转换器和微处理器集成在一枚芯片上。
4.根据权利要求1所述的一种新型锁相检测电路，其特征在于，所述的微处理器是微控制器。
5.根据权利要求1所述的一种新型锁相检测电路，其特征在于，所述的微处理器是微转换器。
6.根据权利要求1所述的一种新型锁相检测电路，其特征在于，所述的微处理器是微计算机芯片。
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