利用DSP和采樣ADC實現(xiàn)數字鎖定放大器的方法

鎖定放大器（LIA）在微弱信號檢測領域有著重要的應用，本質上它是一種實現(xiàn)互相關檢測的儀器，模擬LIA一般用開關式乘法器和低通濾波器來實現(xiàn)模擬相敏檢波，數字LIA是通過ADC將模擬信號轉化為數字信號再由DSP或微處理器來進行數字解調運算。數字LIA比模擬LIA有許多優(yōu)點，如諧波抑制能力強、無直流漂移、實行數字處理有很好的靈活性等。陳佳圭對早期實現(xiàn)數字LIA的5種主要方法進行了介紹，它們的一個共同特點是算法簡單、易行，基本上只需做累加運算就可得出檢測結果，但它們不能很好地抑制諧波。左營喜等提出的分段累加相關法有一定的靈活性，可在抑制諧波和提高處理速度之間進行折衷。SR850是國外近幾年推出的第一代數字LIA產品，其工作原理是通過ADC以256 kHz的固定采樣率把被測模擬信號轉換為信號序列，由DSP合成正弦參考序列，在DSP中將參考序列和采樣得到的信號序列相乘，再進行數字低通濾波得到解調輸出。
　　本文給出了一種利用DSP和采樣ADC實現(xiàn)數字鎖定放大器的方法，與SR850類似，通過采樣ADC將被測模擬信號轉換為信號序列，由DSP合成參考序列，但不同的是，這里要控制采樣頻率以實現(xiàn)整周期采樣，這樣不僅使得DSP可以精確地合成參考序列，而且能建立簡潔、有效的數字互相關運算。文中對這種方法進行了分析，并給出了實際設計的數字LIA。
　　1　工作原理
　　在互相關檢測中有一個參考信號，設參考信號頻率為fr，可以通過一定方法控制采樣頻率fs，使得fs＝N·fr，N≥3，N由DSP來確定。設被測信號x（t）＝Asin（2πfrt＋φ），A＞0為信號幅度，φ為信號初相位，在q個參考信號周期對x（t）進行M＝q·N
　　
　　不用對實際的參考信號進行采樣，而由DSP根據N來合成正弦參考序列rs（k）和余弦參考序列rc（k）
　　
　　rs（k）和rc（k）分別相當于對正弦參考信號sin（2πfrt）和余弦參考信號cos（2πfrt）進行同步采樣所得。按式（3，4）來計算x（k）和rs（k）的互相關Rxrs，x（k）和rc（k）的互相關Rxrc
　　
　　式（3，4）分別表示同相輸出和正交輸出，對于由式