Vol.16 No.5 金基灿等：采用单片机的同步外差相敏检波器 .471. 其中，调制、信号相敏检波器、解调是相敏检波电路（相关器）.相敏检波器是实现被测信号 和参考信号之间相关函数运算的电路.由相关函数的数学表达式可知，需要乘法器和积分器 实现这一函数运算， 从理论上讲，用一个模拟乘法器和一个积分时间无穷长的积分器，就可以把深埋在任意大 噪声中的微弱信号检测出来，但是，通常在锁定放大器中不采用模拟乘法器，也不采用积分时 间为无穷长的积分器.因为模拟乘法器很难保证动态范围大、线性好.CMOS模拟开关 电路无残余电压，并且具有双向传输特性及很高的开/关比（一般65dB).此外CMOS开关还可 以传输与开关控制端信号幅度相一致的全幅值信号.因此乘法器可采用动态范围大、线性 好、电路简单的开关乘法器 在同步外差PSD系统中，同步积分器是对噪声的第一级处理，它是抑制噪声的关键部 分.以11Hz单位幅度的矩形波作为同步积分器的开关函数.把信号同步地接到两个积分器 上，使两个电容轮流积分 电流和电阻可用开关函数x表示 接通电容C I=(4/2)(1±x)= (2) 断开电容C R=2R11±为={0 (R 接通电容C (3) 断开电容C 同样，用同步开关把积分器和负载相联，使信号同步输出，而随机噪声则在累积过程中被 清除. 移相器是相敏检波器必要的参考输人电路，它应在很宽的频率范围内将任何一种输人波 形，转变为方波输出，并提供0360°之间的任意相移量.当数字移相器为N=256时，分频器 和锁相环外的相位合成器使锁相环在0~2π范围内移相.数字移相器原理框图如图3所示， 放大 256分频PLL 8位比较器 相移量设置 单片机 1厂 图3数字移相器(0~2π) Fig.3 Digital shifter (0~2n) 同步外差PSD的输出与8098单片机AD4路模拟输人端中的一个接口相连.从PSD进来 的模拟信号经过8098单片机AD转换成数字信号.在CPU对数字信号进行处理后，其结 果经8279显示.所要控制数字移相器的相移量设定是由并行接口芯片8255实现的. 2.2系统软件结构 同步外差PSD工作状态框图如图4所示.本系统用8098单片机AD转换命令寄存器中的 “GO”位置“1”启动，通过查询方式实现AD转换.为进一步提高数字采样的可靠性，本程 序在中值滤波的基础上又采用了算术平均值滤波，为快速找到与被测信号相位相同的参考通 道信号相位量，结合使用顺序查表法和对分搜索法，金基灿等 采 用 单 片机 的 同步外 差相 敏 检波器 其 中 ， 调 制 、 信号相 敏检波器 、 解调 是相敏检 波 电路 相 关器 相 敏检波器 是 实现 被 测 信 号 和参考信号 之 间相 关 函数运算 的 电路 由相 关 函数 的数 学 表 达 式 可 知 ， 需 要 乘法 器 和 积 分 器 实现这一 函数运算 从理论上讲 ， 用 一个模拟 乘法器 和 一 个积分 时 间无穷长 的积分器 ， 就可 以把深埋在 任意大 噪声 中的微弱信号检测 出来 但是 ， 通 常在锁定 放大 器 中不 采 用模 拟 乘法 器 ， 也 不采 用 积分 时 间为 无 穷 长 的 积 分 器 因 为模 拟 乘 法 器 很 难 保 证 动 态 范 围 大 、 线 性 好 模 拟 开 关 电路 无残余 电压 ， 并 且具有 双 向传输特性及很高的开 关 比 一般 此外 开 关 还 可 以 传 输 与 开 关 控 制 端 信号 幅 度 相 一 致 的全 幅 值信 号 因此 乘 法 器 可 采 用 动 态 范 围 大 、 线 性 好 、 电路 简单 的开关乘法 器 在 同步外差 系 统 中 ， 同步积分器是 对噪 声 的 第 一 级 处 理 ， 它是 抑 制 噪 声 的 关 键 部 分 以 单位 幅度 的矩形 波作为 同步 积 分器 的 开 关 函 数 把 信 号 同步 地 接 到 两 个 积 分 器 上 ， 使 两个 电容轮流积分 电流和 电阻 可用 开 关 函数 表示 ‘ 一 “ ‘ ，‘，士 ·，一 “ 一 ‘，‘ 劝 一 兰 接通 电容 断开 电容 接 通 电容 断开 电容 同样 ， 用 同步 开 关 把 积 分器 和 负载 相 联 ， 使信号 同步 输 出 ， 而 随 机 噪声 则在 累 积 过 程 中被 清除 移相 器是 相 敏检波器必要 的参考输人 电路 ， 它应在 很 宽 的频率范 围 内将任何一 种 输 人 波 形 ， 转变 为方波 输 出 ， 并提供 “ 之 间 的任意相 移 量 当数字移相 器为 时 ， 分频器 和 锁 相 环外 的相 位 合 成 器使锁 相 环在 一 二 范 围 内移 相 数字 移相 器 原理 框 图如 图 所示 放大 相 移量设置 图 数字移相器 一 司 电 肠梦回 动心沈 一 同 步 外 差 的 输 出 与 单 片 机 路 模拟 输人端中的一个 接 口 相 连 从邢 进来 的模拟信号 经 过 单 片 机 旧 转 换 成 数字信号 在 对数字 信 号进行处理 后 ， 其 结 果 经 显示 所要 控 制 数字移 相 器 的相 移 量 设定是 由并 行 接 口 芯 片 实现 的 系统软件结构 同步外 差 工作 状态框 图如 图 所 示 本 系 统 用 单 片 机 转 换 命令 寄存 器 中 的 “ ” 位 置 “ ” 启 动 ， 通 过 查 询 方 式 实现 妇 转换 为进一 步提 高数字采样 的可靠性 ， 本程 序在 中值滤波 的基 础上 又 采 用 了算 术平 均值 滤波 为快 速 找到 与被 测 信号相 位相 同的参考通 道 信 号 相 位 量 ， 结 合 使用 顺序 查 表 法 和对分搜索法