基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法及系統的製作方法

2023-04-25 17:46:11 1

專利名稱：基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及鎖相放大器技術，具體涉及一種基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法及系統。
背景技術：
在地震波形測量，紅外、雷射信號測量、衛星信號接收、人體生理指標測量等領域，通常要放大、還原毫伏量級甚至更小的微弱信號。因此微弱信號處理是這些領域的關鍵技術。鎖相放大(Lock-in Amplifier) (LIA)技術是檢測淹沒在噪聲信號中的微弱信號(WeakSignal)的重要手段。鎖相放大技術又稱為鎖定放大技術，其具有很多其他微弱信號處理技術不可比擬的優勢，包括具有極高的信噪比，抗幹擾能力強，測量精度高等，目前已經廣泛 的應用於信號檢測，自動控制等諸多小信號處理領域。通常鎖相放大設備可分為傳統的模擬鎖相放大器和新型的數字鎖相放大器兩種，模擬鎖相放大器具有精度相對較高，但系統複雜，使用條件苛刻，穩定性差等特點。數字鎖相放大技術出現較晚但發展較快，具有體積小、使用簡單、系統穩定等優點。但數字鎖相放大器通常要配備一個高速DSP處理器，或者基於PC機的Matlab實現，成本相對較高。

發明內容為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法。為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明還提供了一種基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統。本發明解決現有技術問題所採用的技術方案為提供了一種基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法，所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法包括步驟A :把周期信號分成若干個米樣點；B :對參考相位信號進行倍頻處理，對需要鎖相放大的原始信號進行數據採樣；C :設對標準正弦波查表求得的序列為Rc(n)，對需要鎖相放大的原始信號的採樣序列為0c(n)，設最終經過鎖相放大得到的振幅結果為V，則現場可編程門陣列系統數字鎖相放大的算法為
權利要求
1.一種基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法，其特徵在於所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法包括步驟 A :把周期信號分成若干個採樣點； B :對參考相位信號進行倍頻處理，對需要鎖相放大的原始信號進行數據採樣； C :設對標準正弦波查表求得的序列為Rc(n)，對需要鎖相放大的原始信號的採樣序列為Oc(n)，設最終經過鎖相放大得到的振幅結果為V，則現場可編程門陣列系統數字鎖相放大的算法為D :利用對Rc(n)X0c(n)乘積的累加並在一個周期內求平均值，實現對不低於基準頻率的交流部分進行濾波； E :對於濾波後的結果，進行濾波，最終得到輸出結果。
2.根據權利要求I所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法，其特徵在於所述步驟A具體為把一個周期的信號分成360個採樣點。
3.根據權利要求I所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法，其特徵在於所述步驟B具體為在現場可編程門陣列晶片外部使用鎖相環(102)對參考0相位信號進行360倍的倍頻處理，設倍頻後的信號為Tc，利用Tc信號在現場可編程門陣列內部查找表查詢標準正弦信號的電壓數值，並且使用Tc信號驅動12位模數轉換器(101)對需要鎖相放大的原始信號進行數據採樣。
4.根據權利要求I所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法，其特徵在於所述步驟E具體為對於濾波後的結果，採用10個窗口的滑動濾波窗進行低通濾波，可以對低頻信號的交流部分進行濾波，最終得到輸出結果。
5.一種實現如權利要求I所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法的系統，其特徵在於，所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統包括模數轉換器(101)、鎖相環(102)和現場可編程門陣列數字處理器(103)，其中，所述模數轉換器(101)和所述鎖相環(102)分別與所述現場可編程門陣列數字處理器(103)連接。
6.根據權利要求5所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統，其特徵在於所述現場可編程門陣列數字處理器(103)包括分頻器模塊(110)、相位計數器模塊(108)、查找表模塊(111)、零相位探測器模塊(104)、相位控制器模塊(109)、乘法器模塊(105)、加法器模塊(106)、求平均值模塊(107)和滑動濾波窗模塊(112)。
7.根據權利要求6所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統，其特徵在於所述分頻器模塊(110)為360分頻器模塊(110)，其配合鎖相環(102)電路產生一個360倍於外部參考信號的倍頻信號Tc，並把產生的倍頻信號Tc送入查找表模塊(111)、零相位探測器模塊(104)、相位計數器模塊(108)、乘法器模塊(105)、模數轉換器(101)、加法器模塊(106)和求平均值模塊(107)，作為模塊運算的系統時鐘。
8.根據權利要求6所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統，其特徵在於所述零相位探測器模塊(104)對輸入的外部參考零相位信號進行內部時鐘同步化處理，用內部時鐘對其做兩個時鐘的延遲處理，消除產生亞穩態和其抖動的影響。
9.根據權利要求6所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統，其特徵在於所述乘法器模塊(105)把由外部的模數轉換器(101)產生的信號和經過查找表模塊(111)得到的標準信號進行乘法運算，得到結果；所述加法器模塊(106)是對所述乘法器模塊(105)的輸出結果進行累加，並且在清除命令信號的作用下對累加結果清零，所述加法器模塊(106)把累加結果輸出給求平均值模塊(107)。
10.根據權利要求6所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統，其特徵在於所述滑動濾波窗模塊(112)選擇10 個窗口大小的滑動濾波窗進行低通濾波。
全文摘要
本發明涉及基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法及系統。所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大實現方法是根據鎖相放大器工作原理對所有信號進行數位化處理，然後用現場可編程門陣列來實現乘法運算，濾波運算等的方法。所述基於現場可編程門陣列的數字鎖相放大系統包括模數轉換器、鎖相環和現場可編程門陣列數字處理器，其中，所述模數轉換器和所述鎖相環分別與所述現場可編程門陣列數字處理器連接。本發明技術基於普通低成本現場可編程門陣列，實現了低成本、高速度、高精度的鎖相放大器，具有很高的實用性。
文檔編號H03L7/00GK102723921SQ201210205460
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年4月28日
發明者餘菲, 趙傑 申請人:深圳職業技術學院