[发明专利]一种锁相放大器及用于该锁相放大器的信号解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及锁相放大装置领域，特别涉及一种锁相放大器及用于该锁相放大器的信号解调方法。

背景技术

如何从混合信号中提取出单个正弦信号的频率和相位，这是科学研究和工程应用中经常遇到的问题。通常，混合信号的信噪比很低，甚至有用信号比噪声弱几个数量级，有用信号几乎完全被噪声湮没了。

锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。锁相放大器利用与被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身以及与参考信号同频(或者倍频)、同相的噪声分量有响应。因此，锁相放大器能大幅度抑制无用噪声，改善信号的信噪比。锁相放大器具有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是一种有效的微弱信号检测方法。

现有技术中的锁相放大器主要分为两类：模拟锁相放大器和数字锁相放大器。这两种锁相放大器的工作原理基本相同，都是采用正交解调法来提取有用信号。传统的模拟锁相放大器速度快，但模拟器件容易受环境影响而发生漂移，精度不高。传统的数字锁相放大器，虽然精度高，但技术复杂，价格昂贵。

目前，迫切需要一种精度高、成本低的锁相放大装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种锁相放大器。

本发明的另一目的是提供一种用于锁相放大器的信号解调方法。

本发明提供的锁相放大器包括依次连接的模拟信号输入端、可编程放大模块(PGA)、A/D转换模块和DSP模块以及与DSP模块连接的操作面板和显示装置；所述可编程放大模块(PGA)用于放大模拟信号，所述A/D转换模块用于将模拟信号转换成数字信号，所述DSP模块用于基于最小二乘法确定混合模拟信号中选定频率的正弦模拟信号的幅度和初相位。

优选地，所述锁相放大器进一步包括通信模块和通信端口。

优选地，所述通信模块用于向除所述锁相放大器之外的其它设备发送选定频率的正弦模拟信号的频率、幅度和初相位。

优选地，所述DSP模块进一步用于通过数字I/O通道控制所述可编程放大模块(PGA)，对混合模拟信号的放大倍数进行调整。

优选地，所述操作面板用于选定要解调的正弦模拟信号的频率f₀，并用于设定所述A/D转换模块的采样频率f_s和采样点数N。

优选地，所述模拟信号输入端包括一个或多个模拟信号输入通道。

优选地，所述锁相放大器适用于多个选定频率的正弦模拟信号的同步解调。

本发明提供的用于锁相放大器的信号解调方法包括：

经模拟信号输入端输入的混合模拟信号包括选定频率f₀的正弦模拟信号，混合模拟信号被所述可编程放大模块(PGA)放大m倍，其中选定频率的正弦模拟信号也被放大m倍，经所述可编程放大模块(PGA)放大m倍后的选定频率的正弦模拟信号表示为：

y(t)＝Asin(θ)cos(ω₀t)+Acos(θ)sin(ω₀t)，                (1)

式(1)中，A为选定频率的正弦模拟信号被放大m倍后的幅度，t为时间，θ为选定频率的正弦模拟信号的初相位，ω₀为选定频率的正弦模拟信号的角频率，ω₀＝2πf₀，f₀为选定的频率；

式(1)表示的正弦模拟信号经所述A/D转换模块转换为数字信号，转换后的数字信号表示为：