基于DSP的多通道锁相放大器设计与实现
发布时间：2021-02-23 19:18
锁相放大器作为微弱信号检测领域一类重要仪器,在科学研究与工程实践中发挥着重要的作用。锁相放大器具有极强的抗噪能力,可以从较强的背景噪声中恢复有效信号。随着人类对自然探索的不断深入,在诸如生物科学、智能感知、基础材料研究等领域,对大量不同特征微弱信号进行同步采集与检测的需求与日俱增,也使得传统单通道/单路锁相放大器的使用受到了越来越多的限制。因此,开展对多通道锁相放大器的研究工作势在必行。本文在对现有锁相放大器常用算法与设计原理进行深入调研的基础上,提出了一种多通道锁相放大器设计方案,主要研究内容如下:（1）算法研究从锁相放大器时域与频域行为入手,分析了数字正交锁相算法与离散傅里叶变换算法之间的异同,并提出一种改进的Goertzel算法对数字正交锁相算法进行了优化,通过引入迭代的相位校正因子,使算法理论检测频率范围扩展至任意频率,并能准确的对信号相位进行跟踪。之后在分析Goertzel算法性能的基础上,利用插值FIR滤波器实现窄带低通滤波器,完成对微弱信号的提取。通过Matlab仿真验证,该算法可有效的检测出深埋于噪声内的微弱信号,在减少大量计算的同时,保持性能与传统锁相算法相当。（2）...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１多核异构ＤＳＰ??
第二章锁相放大器设计原理综述??玻尔兹曼常数（１．３７４ｘｌＯ＿２３Ｊ／°Ｋ），ｒ为绝对温度（°Ｋ），电阻近似具有４ｎＶ／ＶＨｚ的热噪声。??是微弱信号检测系统中需要面对的另一种主要噪声，成反比，又被称为低频噪声。该类噪声不仅存在于物、经济、音乐等诸多领域，在自然界和各种人类关于１／ｆ噪声的来源至今仍存有很大疑义，很多机泛的研究［２２］。??率很低时，１／ｆ噪声取代白噪声成为影响信噪比的Ｉ公司ＡＤＡ４６２２运算放大器的电压噪声分布情况，转角频率，是界定１／ｆ噪声与白噪声对系统影响大１００?ＶＳＹ＝?土?１５Ｖ??
相敏检波式锁相放大器的利用相敏检波器（Ｐｈａｓｅ?Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ，?ＰＳＤ）作??为核心构建，并利用移相器完成对参考信号的相位调整，之后的积分环节由低通??滤波器代替，完成对信号的提取，其结构如图２－２所示。??ＰＳＤ??输入信号?？?￣？低通滤波??参考信号?？移相????图２－２相敏检波式锁相放大器结构图??相敏检波式锁相放大器原理如下，设有待测信号＆则〃为：??５（／）?＝?Ｊｓｉｎ（ｃ〇ｒ＋?％）?＋?％（／）?（２－６）??其中ｆｔ；是待测信号频率，外为待测信号相位，为噪声，ｄ为信号幅值。??令参考信号为ｒ如式（２－９）：??ｒ（ｔ）?＝?Ａｓ＼ｎ｛ｃｏｔ＋（ｐｒ）?＋?ｎｒ?（／）?（２－７）??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超外差式多模数字接收机设计与FPGA实现[J]. 蒋青,卢伟,贾帅. 电子器件. 2018(06)
[2]基于FPGA的TDLAS气体检测系统设计[J]. 郭天太,崔晨晨,孔明,潘孙强,陈哲敏,胡朋兵. 应用激光. 2018(05)
[3]基于ARM的数字式磁通门磁强计设计[J]. 王文琦,张锐. 电子设计工程. 2018(19)
[4]基于正交锁相放大器与分段快速傅里叶变换的红外乙炔传感器[J]. 苗澍茁,姚丹,钟国强,董明,郑传涛,王一丁. 中国激光. 2018(09)
[5]多处理器嵌入式软件的全数字仿真测试平台开发技术[J]. 刘春龙,王洋,申彪. 航天控制. 2018(04)
[6]三轴高精度磁阻磁强计的设计[J]. 朱立超,罗志会,潘礼庆. 仪表技术与传感器. 2018(07)
[7]一种用于Σ-ΔADC的低功耗数字抽取滤波器[J]. 汪杰,刘慧君,谢亮,金湘亮. 电子元件与材料. 2017(11)
[8]一种基于渐变滤光片的2～14μm常温红外光谱辐射测试技术[J]. 刘加庆,韩顺利,刘磊,胡德信. 红外. 2017(07)
[9]基于特征分解谱估计的蓄电池内阻检测方法[J]. 唐骏宇,冯长江. 计算机测量与控制. 2016(06)
[10]新型锁相放大器的设计[J]. 胡华,钟洁. 电子测量技术. 2014(08)
博士论文
[1]宽带数字接收机关键技术研究及系统实现[D]. 王洪.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]基于AM5728的文档图像拼接算法研究及软件开发[D]. 刘国强.浙江工业大学 2017
[2]基于FPGA带频率自适应跟踪的矢量型数字锁相放大器设计[D]. 汪少锋.华中科技大学 2016
[3]数字锁相放大器的设计与实现[D]. 郭璐璐.大连理工大学 2013
[4]X型DSP低功耗SRAM的设计与实现[D]. 张长明.国防科学技术大学 2011
[5]基于DSP的数字锁相放大器的设计[D]. 李凤鸣.哈尔滨工程大学 2011
[6]基于ANSYS的锁相红外无损检测数值模拟及分析[D]. 穆玉伟.大连理工大学 2008
本文编号：3048096
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１多核异构ＤＳＰ??
第二章锁相放大器设计原理综述??玻尔兹曼常数（１．３７４ｘｌＯ＿２３Ｊ／°Ｋ），ｒ为绝对温度（°Ｋ），电阻近似具有４ｎＶ／ＶＨｚ的热噪声。??是微弱信号检测系统中需要面对的另一种主要噪声，成反比，又被称为低频噪声。该类噪声不仅存在于物、经济、音乐等诸多领域，在自然界和各种人类关于１／ｆ噪声的来源至今仍存有很大疑义，很多机泛的研究［２２］。??率很低时，１／ｆ噪声取代白噪声成为影响信噪比的Ｉ公司ＡＤＡ４６２２运算放大器的电压噪声分布情况，转角频率，是界定１／ｆ噪声与白噪声对系统影响大１００?ＶＳＹ＝?土?１５Ｖ??
相敏检波式锁相放大器的利用相敏检波器（Ｐｈａｓｅ?Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ，?ＰＳＤ）作??为核心构建，并利用移相器完成对参考信号的相位调整，之后的积分环节由低通??滤波器代替，完成对信号的提取，其结构如图２－２所示。??ＰＳＤ??输入信号?？?￣？低通滤波??参考信号?？移相????图２－２相敏检波式锁相放大器结构图??相敏检波式锁相放大器原理如下，设有待测信号＆则〃为：??５（／）?＝?Ｊｓｉｎ（ｃ〇ｒ＋?％）?＋?％（／）?（２－６）??其中ｆｔ；是待测信号频率，外为待测信号相位，为噪声，ｄ为信号幅值。??令参考信号为ｒ如式（２－９）：??ｒ（ｔ）?＝?Ａｓ＼ｎ｛ｃｏｔ＋（ｐｒ）?＋?ｎｒ?（／）?（２－７）??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超外差式多模数字接收机设计与FPGA实现[J]. 蒋青,卢伟,贾帅. 电子器件. 2018(06)
[2]基于FPGA的TDLAS气体检测系统设计[J]. 郭天太,崔晨晨,孔明,潘孙强,陈哲敏,胡朋兵. 应用激光. 2018(05)
[3]基于ARM的数字式磁通门磁强计设计[J]. 王文琦,张锐. 电子设计工程. 2018(19)
[4]基于正交锁相放大器与分段快速傅里叶变换的红外乙炔传感器[J]. 苗澍茁,姚丹,钟国强,董明,郑传涛,王一丁. 中国激光. 2018(09)
[5]多处理器嵌入式软件的全数字仿真测试平台开发技术[J]. 刘春龙,王洋,申彪. 航天控制. 2018(04)
[6]三轴高精度磁阻磁强计的设计[J]. 朱立超,罗志会,潘礼庆. 仪表技术与传感器. 2018(07)
[7]一种用于Σ-ΔADC的低功耗数字抽取滤波器[J]. 汪杰,刘慧君,谢亮,金湘亮. 电子元件与材料. 2017(11)
[8]一种基于渐变滤光片的2～14μm常温红外光谱辐射测试技术[J]. 刘加庆,韩顺利,刘磊,胡德信. 红外. 2017(07)
[9]基于特征分解谱估计的蓄电池内阻检测方法[J]. 唐骏宇,冯长江. 计算机测量与控制. 2016(06)
[10]新型锁相放大器的设计[J]. 胡华,钟洁. 电子测量技术. 2014(08)
博士论文
[1]宽带数字接收机关键技术研究及系统实现[D]. 王洪.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]基于AM5728的文档图像拼接算法研究及软件开发[D]. 刘国强.浙江工业大学 2017
[2]基于FPGA带频率自适应跟踪的矢量型数字锁相放大器设计[D]. 汪少锋.华中科技大学 2016
[3]数字锁相放大器的设计与实现[D]. 郭璐璐.大连理工大学 2013
[4]X型DSP低功耗SRAM的设计与实现[D]. 张长明.国防科学技术大学 2011
[5]基于DSP的数字锁相放大器的设计[D]. 李凤鸣.哈尔滨工程大学 2011
[6]基于ANSYS的锁相红外无损检测数值模拟及分析[D]. 穆玉伟.大连理工大学 2008
本文编号：3048096
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