數(shù)字鎖相放大器在微弱光電信號檢測中的應(yīng)用研究

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1、分類號：TN722.7單位代碼：10183研究生學(xué)號：201151E017密級：公開吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)字鎖相放大器在微弱光電信號檢測中的應(yīng)用研究Researchontheapplicationofdigitallock-inamplifierinthedetectionofweakphotoelectricsignal作者姓名：李健專業(yè)：電子與通信工程研究方向：電子與通信工程指導(dǎo)教師：王紅波培養(yǎng)單位：吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院2016年3月吉林大學(xué)博±？（或碩±）學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成

2、果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作晶成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，巧已在文中Ｗ明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年＾月引日數(shù)字鎖相放大器在微弱光電信號檢測中的應(yīng)用研究Researchontheapplicationofdigitallock-inamplifierinthedetectionofweakphotoelectricsignal作者姓名：李健專業(yè)名稱：電子與通信工程指導(dǎo)教師：王紅波學(xué)位類別：工程碩士答辯日期：2016年5月29日未經(jīng)本論

3、文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個人，均不得對本論文的全部或部分內(nèi)容進行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。摘要摘要光電信號檢測系統(tǒng)中，由于光電探測器表面受到光線照射產(chǎn)生微弱電流，這些電子流非常微弱容易受到強噪聲信號的干擾，傳統(tǒng)的微弱電流信號檢測方法無法進行精確檢測，為減少強噪聲和1/f噪聲對該微弱光電子流的影響，本文設(shè)計基于DLIA(DigitalLock-InAmplifier,數(shù)字鎖相放大器)的微弱光電信號檢測系統(tǒng)，對這種微弱光電子流信號進行檢測。首先

4、光信號通過斬光器的調(diào)制變?yōu)橹芷诠庑盘?，該周期光信號?jīng)過光電探測器后產(chǎn)生周期性微弱電流信號，再進行電流電壓轉(zhuǎn)換、信號的放大、信號的濾波和信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列處理后，將采樣的數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號解調(diào)系統(tǒng)中。最后經(jīng)過數(shù)字信號解調(diào)得到光電信號幅值等信息。首先，本文進行函數(shù)自相關(guān)和互相關(guān)原理分析，對其數(shù)字模型進行了深入的研究，通過對比兩種數(shù)學(xué)模型得到互相關(guān)原理在抗噪聲干擾能力上更優(yōu)。因此，采用互相關(guān)原理設(shè)計鎖相放大器，其主要通過外部參考信號對周期信號進行解調(diào)，得到強噪聲背景下待測信號幅值和相位等信息，隨后進行Matlab軟件仿真理論驗證。為使微弱光電信號能夠輸入到數(shù)字鎖相放大器的信號

5、解調(diào)器中，需要對這種微弱光電信號進行的放大和濾波，設(shè)計放大倍數(shù)為1012倍二階放大電路和截止頻率為8kHz的二階抗混疊濾波器，對信號放大電路和濾波電路中各個元器件參數(shù)進行計算，采用Multisim軟件進行仿真驗證。其次，硬件放大電路設(shè)計主要基于Multisim軟件仿真的理論支撐，第一級放大電路進行I/V轉(zhuǎn)換，將微弱電流信號轉(zhuǎn)換電壓信號并放大1011倍，也是硬件電路最重要一部分，直接影響全部系統(tǒng)檢測系能，本文對目前市場高精度、低噪聲的運放芯片進行對比，第一級和第二級放大電路分別采用LMC6062運放和LF442運放進行設(shè)計。信號經(jīng)過放大后進入抗混疊濾波器進行濾波，濾除高頻噪聲的干

6、擾，再將信號輸入到8位高速A/D轉(zhuǎn)換芯片中，最后經(jīng)過A/D(AnalogtoDigitalConverter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換后輸入到FPGA(FieldProgrammableGateArray,現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)中進行信號的相關(guān)調(diào)制。最后，對基于FPGA的數(shù)字信號解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，采用DSPBuilder工具箱進行四個部分的設(shè)計：(1)待測信號頻率提取設(shè)計，主要通過對待測信號進行FFT(FastFourierTransform,快速傅里葉變換)，待測信號FFT后有最大頻幅響應(yīng)，從而提取對應(yīng)頻率信息。(2)基于DDS(DirectDigitalSynthesizer,直接數(shù)字

7、式頻率合成器)函數(shù)信號發(fā)生器的參考信號設(shè)計，主要提供數(shù)字信號解調(diào)中的輸入的正弦和余弦參考信號，其頻率字信息由待測信號頻率提取部分。(3)數(shù)字信號處理的乘法器設(shè)計，主要功能是實現(xiàn)待測信號與參考信號之間的相敏檢波，即數(shù)字信號處理中為乘法運算。(4)基于FIR(FiniteImpulseI摘要Response,有限長單位沖激響應(yīng))低通濾波器設(shè)計，主要功能是實現(xiàn)數(shù)字信號積分功能的替換。將各個模塊聯(lián)接在一起調(diào)試，將編譯好的工程文件下載到FPGA芯片中完成數(shù)字信號解調(diào)設(shè)計。對光電檢測系統(tǒng)進行測試，首先對