鎖相放大器是一種對(duì)交變信號(hào)進(jìn)行相敏檢波的放大器。它利用和被測(cè)信號(hào)有相同頻率和相位關(guān)系的參考信號(hào)作為比較基準(zhǔn)，只對(duì)被測(cè)信號(hào)本身和那些與參考信號(hào)同頻(或者倍頻)、同相的噪聲分量有響應(yīng)。因此，能大幅度抑制無(wú)用噪聲，改善檢測(cè)信噪比。

本例中的電路采用Analog Devices公司的AD630平衡調(diào)制解調(diào)IC實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的低成本鎖入放大器。該器件使用激光微調(diào)薄膜電阻，這帶來(lái)了很高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，并因此產(chǎn)生了一種靈活的換向體系結(jié)構(gòu)。它可用于同步檢測(cè)等先進(jìn)的信號(hào)處理應(yīng)用。如果知道信號(hào)的頻率與相位，那么即使存在振幅大得多的噪聲源，該放大器也能檢測(cè)出微弱的AC信號(hào)。

作為模擬放大器，AD630顯示了輸入電壓信號(hào)在某個(gè)狹窄頻帶內(nèi)的分量，該頻帶圍繞基準(zhǔn)信號(hào)的頻率。 AD630輸出端的低通濾波器使你能獲得關(guān)于微弱信號(hào)振幅的信息，它原本被無(wú)關(guān)的噪聲掩蓋了。當(dāng)輸入電壓與基準(zhǔn)電壓同相時(shí)，低通濾波器的輸出VOUT具有最大振幅。相反，如果輸入電壓與基準(zhǔn)電壓正交，則輸出電壓在理想情況下將為0V。這樣，如果可獲得同相基準(zhǔn)信號(hào)和正交基準(zhǔn)信號(hào)，則兩個(gè)平衡解調(diào)器顯示同相輸出電壓為0?，正交輸出電壓為90?。你可以計(jì)算模移和相移，方法如下：



兩個(gè)AD630的增益為±2，并通過(guò)兩個(gè)相同的放大器 A1和A2接收放大的信號(hào)VIN。在IC1的7號(hào)引腳，出現(xiàn)一個(gè)與基準(zhǔn)信號(hào)同相的雙極±5V平方信號(hào)。OA1把放大器電壓積分，這產(chǎn)生了一個(gè)三角波，IC2的比較器把它與VR2電壓做比較。

你可以使用不同方法來(lái)產(chǎn)生同相和正交基準(zhǔn)信號(hào)。圖2描繪了一條全數(shù)字電路，你可在小型CPLD中實(shí)施該電路，來(lái)產(chǎn)生圖1中的0和90?基準(zhǔn)信號(hào)。1號(hào)計(jì)數(shù)器以數(shù)字時(shí)鐘脈沖的數(shù)量N的形式來(lái)測(cè)量基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)間，其中的基準(zhǔn)時(shí)間可能不同于50%。在基準(zhǔn)信號(hào)的每個(gè)正前沿，該計(jì)數(shù)器在N1=1處收到一條預(yù)設(shè)命令。D型雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器IC1產(chǎn)生這類(lèi)脈沖。



圖1，OA1把雙極VA信號(hào)積分，并創(chuàng)建三角波。VR1和VR2獲得關(guān)于VA的90。相移基準(zhǔn)電壓。



圖2，你可在小型CPLD中實(shí)現(xiàn)這條全數(shù)字電路。

當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間超過(guò)N/4整數(shù)值的大約四倍時(shí)，就會(huì)缺少最后的EQ信號(hào)。為了克服這個(gè)問(wèn)題，RST脈沖和EQ脈沖的“或”組合會(huì)在每個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生四條幾乎等距的命令。N/4整數(shù)除法是邏輯右移N1的兩位，在最后的脈沖位置上產(chǎn)生最大誤差3。T型雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器IC3產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，頻率為基準(zhǔn)信號(hào)的兩倍。這樣，準(zhǔn)確度等于3/N1。

為使準(zhǔn)確度至少能與AD630相比，1號(hào)計(jì)數(shù)器的N1輸出將為最高值。但是，如果你希望N1達(dá)到較高值，那么對(duì)于給定的數(shù)字時(shí)鐘頻率，位數(shù)的增加會(huì)使最大基準(zhǔn)頻率下降。