二、雙相鎖相放大器系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　2.1雙相鎖相放大器工作原理

　　如圖2所示，雙相鎖相放大器是由兩個完全相同的信號通道和相關(guān)器組成，其信號通道輸出兩路相同信號，參考通道輸出兩路相位相差90°的正弦波信號，分別在兩個相關(guān)器（AD630）中檢波。故其兩個相關(guān)器輸出分別為

　　2.2參考信號產(chǎn)生

　　參考信號可以是方波、三角波、正弦波等周期性信號，本設(shè)計中采用正弦波。正弦信號的產(chǎn)生采用ADI公司生產(chǎn)的AD9850，其電氣連接如圖3，它是采用先進(jìn)的COMS技術(shù)的直接頻率合成器，最高時鐘頻率可以達(dá)到125MHz。它結(jié)合一個片內(nèi)高速、高性能DAC和比較器構(gòu)成一個完全數(shù)字控制可編程頻率合成器。設(shè)輸出信號的頻率為fOUT，參考頻率為CLKIN，AD9850的頻率控制字為△PHASE，則三者之間的關(guān)系為：△PHASE=（fOUT·2的32次方）/CLKIN。

　　由雙相鎖相放大器的工作原理可知，參考通道輸出的兩路信號中需對其中一路進(jìn)行90°相移，其相移與相位控制之間的對應(yīng)關(guān)系參考表1，頻率、相位控制字的各位分配表參考表2。

　　2.3相關(guān)器設(shè)計

　　ADI公司的AD630由兩個運(yùn)算放大器A和B、切換開關(guān)S、輸出積分放大器、比較器COMP（含三極管T）、片內(nèi)電阻、片內(nèi)補(bǔ)償電容組成。由COMP驅(qū)動開關(guān)S置A或B，通道A和B之間隔離度超過100dB，分時工作，片內(nèi)電阻均是高穩(wěn)定度的SiCr薄膜電阻，片內(nèi)補(bǔ)償電容經(jīng)外管腳連接，不需外接電容即可穩(wěn)定工作在閉環(huán)增益上。最重要的是AD630的兩路增益保持嚴(yán)格匹配的1∶1關(guān)系，是設(shè)計制作鎖相放大器的最為理想的集成芯片。

　　本文的雙相鎖相放大器就是采用了兩片AD630來設(shè)計其雙通道的信號相關(guān)器，該系統(tǒng)的電氣連接如圖4，其中相移電路由與或門CD4030實現(xiàn)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)由觸發(fā)器MC14528實現(xiàn)，D觸發(fā)器由CD4013組成，延遲時間通過調(diào)節(jié)R6的大小來選擇。

　　　2.4低通濾波

　　由OP07構(gòu)成的低通濾波器是一個典型的一階低通濾波器，其電路圖如圖5，該電路的傳遞函數(shù)為T=R7C4為該一階低通濾波器的時間常數(shù)，由圖4中電路可以算出：T=5ms，其截至頻率為f0=32Hz，當(dāng)f?f0時，其衰減斜率為-20dB/dec。該低通濾波能很好的濾除相敏檢波器中產(chǎn)生的高頻信號成分，提高了信噪比。