基于AD630平衡调制解调IC实现的低成本锁入放大器

　　锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。　　锁相放大器的用途主要用于检测信噪比很低的微弱信号。即使有用的信号被淹没在噪声信号里面，即使噪声信号比有用的信号大很多，只要知道有用的信号的频率值，就能准确地测量出这个信号的幅值。

　　本例中的电路采用Analog Devices公司的AD630平衡调制解调IC实现了一种简单的低成本锁入放大器。该器件使用激光微调薄膜电阻，这带来了很高的准确性和稳定性，并因此产生了一种灵活的换向体系结构。它可用于同步检测等先进的信号处理应用。如果知道信号的频率与相位，那么即使存在振幅大得多的噪声源，该放大器也能检测出微弱的AC信号。

　　作为模拟放大器，AD630显示了输入电压信号在某个狭窄频带内的分量，该频带围绕基准信号的频率。 AD630输出端的低通滤波器使你能获得关于微弱信号振幅的信息，它原本被无关的噪声掩盖了。当输入电压与基准电压同相时，低通滤波器的输出VOUT具有振幅。相反，如果输入电压与基准电压正交，则输出电压在理想情况下将为0V。这样，如果可获得同相基准信号和正交基准信号，则两个平衡解调器显示同相输出电压为0?，正交输出电压为90?。你可以计算模移和相移，方法如下：

　　两个AD630的增益为±2，并通过两个相同的放大器 A1和A2接收放大的信号VIN。在IC1的7号引脚，出现一个与基准信号同相的双极±5V平方信号。OA1把放大器电压积分，这产生了一个三角波，IC2的比较器把它与VR2电压做比较。

　　你可以使用不同方法来产生同相和正交基准信号。图2描绘了一条全数字电路，你可在小型CPLD中实施该电路，来产生图1中的0和90?基准信号。1号计数器以数字时钟脉冲的数量N的形式来测量基准信号时间，其中的基准时间可能不同于50%。在基准信号的每个正前沿，该计数器在N1=1处收到一条预设命令。D型双稳态多谐振荡器IC1产生这类脉冲。

　　图1，OA1把双极VA信号积分，并创建三角波。VR1和VR2获得关于VA的90。相移基准电压。

　　图2，你可在小型CPLD中实现这条全数字电路。

　　当基准时间超过N/4整数值的大约四倍时，就会缺少的EQ信号。为了克服这个问题，RST脉冲和EQ脉冲的“或”组合会在每个基准时间周期内产生四条几乎等距的命令。N/4整数除法是逻辑右移N1的两位，在的脉冲位置上产生误差3。T型双稳态多谐振荡器IC3产生一个信号，频率为基准信号的两倍。这样，准确度等于3/N1。

　　为使准确度至少能与AD630相比，1号计数器的N1输出将为值。但是，如果你希望N1达到较高值，那么对于给定的数字时钟频率，位数的增加会使基准频率下降。

参考文献:

[1]. AD630 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/AD630_121920.html.
[2]. CPLD datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/CPLD_1136600.html.