來(lái)源：數(shù)據(jù)采集與處理   作者：胡紹民 張廣發(fā)

摘要　探討了用DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）和采樣ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖定放大器的一種方法。在整數(shù)個(gè)周期內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣得到信號(hào)序列，由數(shù)學(xué)運(yùn)算得到參考序列，通過(guò)計(jì)算信號(hào)序列和參考序列的互相關(guān)函數(shù)就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字相敏檢測(cè)。文中還對(duì)數(shù)字相敏檢測(cè)的頻率特性進(jìn)行了分析。最后，給出了實(shí)際設(shè)計(jì)的數(shù)字鎖定放大器，它的工作頻率范圍是10 Hz～30 kHz，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可以用它來(lái)測(cè)量低信噪比的信號(hào)。
關(guān)鍵詞：相關(guān)檢測(cè)；數(shù)字信號(hào)；采樣；模數(shù)轉(zhuǎn)換器

鎖定放大器（LIA）在微弱信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，本質(zhì)上它是一種實(shí)現(xiàn)互相關(guān)檢測(cè)的儀器，模擬LIA一般用開(kāi)關(guān)式乘法器和低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬相敏檢波，數(shù)字LIA是通過(guò)ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)再由DSP或微處理器來(lái)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)運(yùn)算。數(shù)字LIA比模擬LIA有許多優(yōu)點(diǎn)，如諧波抑制能力強(qiáng)、無(wú)直流漂移、實(shí)行數(shù)字處理有很好的靈活性等。陳佳圭對(duì)早期實(shí)現(xiàn)數(shù)字LIA的5種主要方法進(jìn)行了介紹^［1］，它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、易行，基本上只需做累加運(yùn)算就可得出檢測(cè)結(jié)果，但它們不能很好地抑制諧波。左營(yíng)喜等提出的分段累加相關(guān)法^［2］有一定的靈活性，可在抑制諧波和提高處理速度之間進(jìn)行折衷。SR850是國(guó)外近幾年推出的第一代數(shù)字LIA產(chǎn)品，其工作原理是通過(guò)ADC以256 kHz的固定采樣率把被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)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(hào)序列相乘，再進(jìn)行數(shù)字低通濾波得到解調(diào)輸出。

本文給出了一種利用DSP和采樣ADC實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖定放大器的方法，與SR850類(lèi)似，通過(guò)采樣ADC將被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)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(shí)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(jiǎn)潔、有效的數(shù)字互相關(guān)運(yùn)算。文中對(duì)這種方法進(jìn)行了分析，并給出了實(shí)際設(shè)計(jì)的數(shù)字LIA。

1　工作原理
在互相關(guān)檢測(cè)中有一個(gè)參考信號(hào)，設(shè)參考信號(hào)頻率為f_r，可以通過(guò)一定方法控制采樣頻率f_s，使得f_s＝N·f_r，N≥3，N由DSP來(lái)確定。設(shè)被測(cè)信號(hào)x（t）＝Asin（2πf_rt＋φ），A＞0為信號(hào)幅度，φ為信號(hào)初相位，在q個(gè)參考信號(hào)周期對(duì)x（t）進(jìn)行M＝q·N