本發(fā)明涉及電子電路，具體涉及一種鎖相放大器。

背景技術(shù)：

1、鎖相放大器是以是一種廣泛應(yīng)用于微弱信號檢測的儀器。微弱信號具有兩個(gè)方面的含義：一方面指信號本身非常微弱，是絕對意義上的微弱；另一方面是指信號相對于噪聲非常微弱，被淹沒在噪聲中，是相對的微弱。鎖相放大器是利用相關(guān)檢測方法測量目標(biāo)微弱信號。

2、鎖相放大器一般由信號輸入通道、參考信號通道、混頻器和低通濾波器組成。信號輸入通道、參考信號通道用于待測信號與參考信號的采集與放大；混頻器和低通濾波器用于相敏檢測，輸出通道則用于輸出測量結(jié)果。根據(jù)相敏檢測的實(shí)現(xiàn)方式可以將鎖相放大器分為模擬鎖相放大器和數(shù)字鎖相放大器。模擬鎖相放大器的相敏檢測通過模擬混頻器和模擬濾波器實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字鎖相放大器的相敏檢測則采用數(shù)字混頻器和數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)。

3、近年來，隨著微弱信號的檢測需求的不斷發(fā)展，特別是便攜式傳感技術(shù)的快速發(fā)展，對鎖相放大器的要求也在不斷提高。例如，在便攜式腦磁、心磁測量場景，需要鎖相放大器具有芯片級的尺寸，完整的功能以及高的使用靈活性。經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有商用的鎖相放大器在功能和檢測能力上能夠滿足需求，但通常具有分米級的尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、對此，本申請?zhí)峁┮环N鎖相放大器，以解決現(xiàn)有商用的鎖相放大器尺寸通常為分米級適用場景存在限制的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案：

3、本申請公開了一種鎖相放大器，包括：輸入通道模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字處理模塊；

4、所述輸入通道模塊用于對待測輸入信號進(jìn)行放大得到待測模擬信號，所述輸入通道模塊包括電壓輸入模式和電流輸入模式；

5、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于按照預(yù)設(shè)采樣轉(zhuǎn)換率對所述待測模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到待測數(shù)字信號；

6、所述數(shù)字處理模塊用于對所述待測數(shù)字信號進(jìn)行處理得到鎖相檢測結(jié)果，所述鎖相檢測結(jié)果包括x解調(diào)分量和y解調(diào)分量。

7、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述輸入通道模塊包括：一級放大模塊、交直流耦合切換模塊、二級放大模塊和濾波模塊；

8、所述一級放大模塊依次通過所述交直流耦合切換模塊、所述二級放大模塊連接所述濾波模塊；

9、所述一級放大模塊的輸入端作為所述輸入通道模塊的接收端，接收所述待測輸入信號；所述濾波模塊的輸出端作為所述輸入通道模塊的輸出端，輸出所述待測模擬信號。

10、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述一級放大模塊包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、運(yùn)算放大器、第一開關(guān)和第二開關(guān)；

11、所述第一開關(guān)的固定端作為所述一級放大模塊的輸入端；所述第一開關(guān)的第一動(dòng)端與所述第一電阻的一端相連；所述第一開關(guān)的第二動(dòng)端分別與所述第一電阻的另一端、所述第二開關(guān)的固定端和所述運(yùn)算放大器的反相輸入端相連；所述第二開關(guān)的第一動(dòng)端與所述第二電阻的一端相連；所述第二開關(guān)的第二動(dòng)端與所述第三電阻的一端相連；所述運(yùn)算放大器的同相輸入端接地；所述運(yùn)算放大器的輸出端分別與所述第二電阻的另一端和所述第三電阻的另一端相連，連接點(diǎn)作為所述一級放大模塊的輸出端。

12、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述交直流耦合切換模塊包括：第三開關(guān)和電容；

13、所述第三開關(guān)的固定端作為所述交直流耦合切換模塊的輸入端；所述第三開關(guān)的第一動(dòng)端與所述電容的一端相連；所述第三開關(guān)的第二動(dòng)端與所述電容的另一端相連，連接點(diǎn)作為所述交直流耦合切換模塊的輸出端。

14、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述二級放大模塊包括：差分放大器、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第四開關(guān)和第五開關(guān)；

15、所述第四電阻的一端作為所述二級放大模塊的輸入端；所述第四電阻的另一端分別與所述第四開關(guān)的固定端和所述差分放大器的反相輸入端相連；所述第四開關(guān)的第一動(dòng)端與所述第五電阻的一端相連；所述第四開關(guān)的第二動(dòng)端與所述第六電阻的一端相連；所述差分放大器的反相輸出端分別與所述第五電阻的另一端和所述第六電阻的另一端相連，連接點(diǎn)作為所述二級放大模塊的第一輸出端；

16、所述差分放大器的同相輸入端分別與所述第七電阻的一端和所述第五開關(guān)的固定端相連；所述第七電阻的另一端接地；所述第五開關(guān)的第一動(dòng)端與所述第八電阻的一端相連；所述第五開關(guān)的第二動(dòng)端與所述第九電阻的一端相連；所述差分放大器的同相輸出端分別與所述第八電阻的另一端和所述第九電阻的另一端相連，連接點(diǎn)作為所述二級放大模塊的第二輸出端。

17、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述濾波模塊包括：第六開關(guān)、第一濾波器和第二濾波器；

18、所述第六開關(guān)的固定端作為所述濾波模塊的輸入端；所述第六開關(guān)的第一動(dòng)端與所述第一濾波器的輸入端相連；所述第六開關(guān)的第二動(dòng)端與所述第二濾波器的輸入端相連；所述第一濾波器的輸出端與所述第二濾波器的輸出端相連，連接點(diǎn)作為所述濾波模塊的輸出端。

19、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端作為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，接收所述待測模擬信號；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端作為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，輸出所述待測數(shù)字信號。

20、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述數(shù)字處理模塊包括：第一混頻器、第二混頻器、第三濾波器、第四濾波器和第一信號發(fā)生器和第二信號發(fā)生器；

21、所述第一混頻器分別與所述第一信號發(fā)生器和所述第三濾波器相連，所述第一混頻器的輸入端接收所述待測數(shù)字信號，所述第三濾波器的輸出端輸出所述x解調(diào)分量；

22、所述第二混頻器分別與所述第二信號發(fā)生器和所述第四濾波器相連，所述第二混頻器的輸入端接收所述待測數(shù)字信號，所述第四濾波器的輸出端輸出所述y解調(diào)分量。

23、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述第一信號發(fā)生器和所述第二信號發(fā)生器為直接數(shù)字式頻率合成器。

24、可選地，在上述的鎖相放大器中，所述第一混頻器和所述第二混頻器為數(shù)字乘法器。

25、本發(fā)明提供了一種鎖相放大器，包括：輸入通道模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字處理模塊；輸入通道模塊用于對待測輸入信號進(jìn)行放大得到待測模擬信號，輸入通道模塊包括電壓輸入模式和電流輸入模式；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于按照預(yù)設(shè)采樣轉(zhuǎn)換率對待測模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到待測數(shù)字信號；數(shù)字處理模塊用于對待測數(shù)字信號進(jìn)行處理得到鎖相檢測結(jié)果，鎖相檢測結(jié)果包括x解調(diào)分量和y解調(diào)分量，能夠采用cmos技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片化的鎖相放大器，尺寸為厘米級，并且具有多種工作模式和可配置的增益從而實(shí)現(xiàn)微弱信號檢測，能夠滿足對尺寸有嚴(yán)格要求的微弱信號檢測場景，解決了現(xiàn)有商用的鎖相放大器尺寸通常為分米級適用場景存在限制的問題。

技術(shù)特征：

1.一種鎖相放大器，其特征在于，包括：輸入通道模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字處理模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相放大器，其特征在于，所述輸入通道模塊包括：一級放大模塊、交直流耦合切換模塊、二級放大模塊和濾波模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖相放大器，其特征在于，所述一級放大模塊包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、運(yùn)算放大器、第一開關(guān)和第二開關(guān)；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖相放大器，其特征在于，所述交直流耦合切換模塊包括：第三開關(guān)和電容；

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖相放大器，其特征在于，所述二級放大模塊包括：差分放大器、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第四開關(guān)和第五開關(guān)；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖相放大器，其特征在于，所述濾波模塊包括：第六開關(guān)、第一濾波器和第二濾波器；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相放大器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端作為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，接收所述待測模擬信號；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端作為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，輸出所述待測數(shù)字信號。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相放大器，其特征在于，所述數(shù)字處理模塊包括：第一混頻器、第二混頻器、第三濾波器、第四濾波器和第一信號發(fā)生器和第二信號發(fā)生器；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎖相放大器，其特征在于，所述第一信號發(fā)生器和所述第二信號發(fā)生器為直接數(shù)字式頻率合成器。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎖相放大器，其特征在于，所述第一混頻器和所述第二混頻器為數(shù)字乘法器。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N鎖相放大器，包括：輸入通道模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字處理模塊；輸入通道模塊用于對待測輸入信號進(jìn)行放大得到待測模擬信號，輸入通道模塊包括電壓輸入模式和電流輸入模式；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于按照預(yù)設(shè)采樣轉(zhuǎn)換率對待測模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到待測數(shù)字信號；數(shù)字處理模塊用于對待測數(shù)字信號進(jìn)行處理得到鎖相檢測結(jié)果，鎖相檢測結(jié)果包括X解調(diào)分量和Y解調(diào)分量，能夠采用CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片化的鎖相放大器，尺寸為厘米級，并且具有多種工作模式和可配置的增益從而實(shí)現(xiàn)微弱信號檢測，能夠滿足對尺寸有嚴(yán)格要求的微弱信號檢測場景，解決了現(xiàn)有商用的鎖相放大器尺寸通常為分米級適用場景存在限制的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張震林,秦熙,張聞?wù)?杜江峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7