善比為
其中N為帶通濾波器中開關(guān)逐個接通的低通濾波器的 開關(guān)擲數(shù)，私為帶通濾波器中可調(diào)電阻值，C。為帶通濾波器中電容值，f k為開關(guān)頻率。調(diào)節(jié) R。值和選擇適當(dāng)?shù)腘和C。值，可得到較窄的濾波特性。每個電容被周期地選入，選入時間 是1/Nfk，當(dāng)輸入頻率匕和開關(guān)頻率或開關(guān)頻率的諧波相等時，則每個周期接入每個電容正 好是輸入波的同一個位置上，于是電容被充電到輸入電壓值，結(jié)果輸出是一個類似于輸入 的階梯波，如果輸入頻率高于或低于開關(guān)頻率fk，則電容選入時是處于輸入波的補(bǔ)丁位置， 這時電容上的平均電壓降得低。為得到平滑的波形，可以在輸出加一個低通濾波器進(jìn)行波 形平滑。由于開關(guān)頻率&由參考信號倍頻得到的，因此無論信號頻率f 1怎樣變化，濾波器 的中心頻率始終跟蹤信號頻率。
[0026] 同步積分放大器5包括同步開關(guān)和兩個積分器，同步開關(guān)和積分器均與負(fù)載相 連，用以進(jìn)行輸入信號的積累。
[0027] 積分器包括第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分器，第一正信號積 分器中電流和電阻的開關(guān)函數(shù)表示為
和
第二負(fù)信號積分器中電流和電阻的開關(guān)函數(shù)表示
第一正信號積分器的輸入電流和輸出電壓關(guān)系方程式為
第二負(fù)信號積分器的輸入電流和輸出電壓關(guān)系方程式為
兩者的積分時間常數(shù)T1= 2RC p 2RQ ω = 2 π IVT，其中T為 信號周期，η是信號在1\內(nèi)的積分次數(shù)，C ρ (：2分別為第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分 器內(nèi)的電容，R為第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分器內(nèi)的電阻參量，本實施例中，η - 般為10~10s次，由此可得第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分器的電壓公式分別為
[0028] 第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分器通過同步開關(guān)交替連接負(fù)載，負(fù)載阻抗 RL?R，負(fù)載上的交流輸出電壓為
[0029] 相敏檢波器的輸出為
> 其中 L是輸出信號，V i是輸入信號，V R是參考信號，w為輸入信號頻率；Φ為輸入信號相位差； 為輸入信號正弦波的振幅，對于積分器，T = I\= Rf。為積分器的時間常數(shù)，當(dāng)測試時間
由此可見，相關(guān)器輸出為直流電壓，其值正比于輸入信號 的基波振幅，并與信號和參考信號之間的相位差#的余弦COS病成正比；-R。/%為近 似積分器的直流放大倍數(shù)；負(fù)號表不由反相輸入端輸入，而2/π為乘法器輸出直流分量的 系數(shù)。。
[0030] 如圖2所示，數(shù)字移相電路4包括鎖相環(huán)8和可編程數(shù)字裝置9,鎖相環(huán)8的輸入 端接收經(jīng)倍頻的第二路參考信號，其輸出端連接可編程數(shù)字裝置9,可編程數(shù)字裝置9輸出 端連接同步積分放大器5和相關(guān)器的脈沖信號端。
[0031] 鎖相環(huán)的相位分辨率為0. 1757度。采用數(shù)字電路避免分立元件的溫度漂移導(dǎo)致 測量誤差。
[0032] 綜合上述，根據(jù)具體需求，選擇帶寬，以達(dá)到滿意的信噪比，跟蹤濾波、同步積分和 相關(guān)器帶寬Af以上述三組中最小的計算，原則上以相關(guān)器的帶寬為基準(zhǔn)，跟蹤濾波和同 步積分分帶寬大于或等于相關(guān)器帶寬。采用的這種三級聯(lián)用的放大器，可以大大削弱相關(guān) 器輸入白噪聲，防止白噪聲過載。由于跟蹤濾具有頻率跟蹤特性，對輸入信號的頻率穩(wěn)定要 求不高，降低的系統(tǒng)對信號調(diào)制的頻率穩(wěn)定度的要求。
[0033] 除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變 換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種鎖相放大器，其特征是，包括前置放大器、跟蹤濾波器，數(shù)字移相電路、同步積分 放大器和相關(guān)器；所述跟蹤濾波器的第一輸入端通過所述前置放大器連接輸入信號、第二 輸入端連接經(jīng)倍頻的第一路參考信號，所述跟蹤濾波器的輸出端連接同步積分放大器的輸 入端；所述數(shù)字移相電路的輸入端連接經(jīng)倍頻的第二路參考信號、其輸出端連接所述同步 積分放大器和所述相關(guān)器的脈沖信號端；所述同步積分放大器的輸入端連接所示跟蹤濾波 器的的輸出端連接、脈沖信號端連接所示數(shù)字移相電路的輸入端、輸出端與所示相關(guān)器的 輸入端相連；所述相關(guān)器包括相敏檢波器和低通濾波器，所述相敏檢波器的輸入端分別連 接所述同步積分放大器的輸出端與數(shù)字移相電路的輸出端、其輸出端連接所述低通濾波器 的輸入端，所述低通濾波器具有直流輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎖相放大器，其特征是，所述跟蹤濾波器為帶通濾波 器，所述帶通濾波器內(nèi)系統(tǒng)等效輸入噪聲帶寬為等效噪聲帶寬的公式為跟蹤濾波器的信噪改善比為 其 ，' ，.- 中N為帶通濾波器中開關(guān)逐個接通的低通濾波器的開關(guān)擲數(shù)，R。為帶通濾波器中可調(diào)電阻 值，C。為帶通濾波器中電容值，fk為開關(guān)頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎖相放大器，其特征是，同步積分放大器包括同步開關(guān) 和兩個積分器，所述同步開關(guān)和所述積分器均與負(fù)載相連，用W進(jìn)行輸入信號的積累。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鎖相放大器，其特征是，所述積分器包括第一正信號 積分器和第二負(fù)信號積分器，所述第一正信號積分器中電流和電阻的開關(guān)函數(shù)表示為所述第二負(fù) ?信號積分器中電流和電阻的開關(guān)函數(shù)表示為 所述第一正信號 積分器的輸入電流和輸出電壓關(guān)系方程式為- 所述第二負(fù)信號 積分器的輸入電流和輸出電壓關(guān)系方程式為 兩者的積分時間 常數(shù)Ti= 2RCi，2RCi? = 2 31VT，其中T為信號周期，n是信號在Ti內(nèi)的積分次數(shù)，Cl、Cz分別為第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分器內(nèi)的電容，R為第一正信號積分器和第二負(fù) 信號積分器內(nèi)的電阻參量，由此可得所述第一正信號積分器和第二負(fù)信號積分器的電壓公 式分別為5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鎖相放大器，其特征是，第一正信號積分器 和第二負(fù)信號積分器通過同步開關(guān)交替連接負(fù)載，負(fù)載上的交流輸出電壓為6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎖相放大器，其特征是，所述相敏檢波器的輸出為>其中V。是輸出信號，V1是輸入信號， Vu是參考信號，W為輸入信號頻率；(1)為輸入信號相位差；VmA為輸入信號正弦波的振幅。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎖相放大器，其特征是，所述數(shù)字移相電路包括鎖相環(huán) 和可編程數(shù)字裝置，所述鎖相環(huán)的輸入端接收經(jīng)倍頻的第二路參考信號，其輸出端連接所 述可編程數(shù)字裝置，所述可編程數(shù)字裝置輸出端連接同步積分放大器和所述相關(guān)器的脈沖 信號端。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鎖相放大器，其特征是，所述鎖相環(huán)的相位分辨率為 0. 1757 度。
【專利摘要】本實用新型涉及一種鎖相放大器，包括前置放大器、跟蹤濾波器，數(shù)字移相電路、同步積分放大器和相關(guān)器；跟蹤濾波器的第一輸入端通過前置放大器連接輸入信號、第二輸入端連接經(jīng)倍頻的第一參考信號，跟蹤濾波器的輸出端連接同步積分放大器的輸入端；數(shù)字移相電路的輸入端連接經(jīng)倍頻的第二參考信號、其輸出端連接同步積分放大器和相關(guān)器的脈沖信號端；同步積分放大器的輸入端連接跟蹤濾波器的輸出端連接、脈沖信號端連接數(shù)字移相電路的輸入端、輸出端與相關(guān)器的輸入端相連；該放大器具有跟蹤信號頻率的特性，并利用數(shù)字移相替代模擬移相，提高噪聲的抑制能力、動態(tài)范圍和穩(wěn)定性。
【IPC分類】H03L7/00, H03F7/00
【公開號】CN205070952
【申請?zhí)枴緾N201520477631
【發(fā)明人】鄭志忠, 修連存
【申請人】中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年6月30日