- 使用同步檢測(cè)進(jìn)行精密低電平測(cè)量

簡(jiǎn)單的集成式替代方案

圖4的電路要求使用運(yùn)算放大器、模擬開(kāi)關(guān)和一些分立組件，另外還需要微處理器提供參考時(shí)鐘。該電路的替代方案是使用集成式同步解調(diào)器，如ADA2200。圖6展示了ADA2200的內(nèi)部模塊，包括緩沖輸入、可編程IIR濾波器和乘法器。它還包括可對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行90°相移的模塊，從而可輕松測(cè)量或補(bǔ)償在參考時(shí)鐘和輸入信號(hào)之間的相移。后面將詳細(xì)說(shuō)明這樣做的好處。

要利用ADA2200實(shí)現(xiàn)鎖定檢測(cè)電路，只需施加比所需參考頻率高64倍的時(shí)鐘頻率。可編程濾波器的默認(rèn)配置針對(duì)帶通響應(yīng)，因而無(wú)需如圖4中的電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行交流耦合。ADA2200的采樣模擬輸出將以采樣速率的倍數(shù)生成圖像。您可以使用RC濾波器后接Σ-Δ ADC以移除這些圖像，并且僅測(cè)量信號(hào)的解調(diào)直流組分。

改善方波鎖定電路

圖8展示了對(duì)方波調(diào)制電路的改進(jìn)。如果您通過(guò)方波激勵(lì)傳感器，現(xiàn)在將測(cè)量信號(hào)與相同頻率和相位的正弦波相乘，則只有基波頻率的信號(hào)內(nèi)容才會(huì)移至直流，而所有其他諧波將移至非直流頻率。這樣使用低通濾波器就很輕松，并且除測(cè)量信號(hào)直流組分外，其他一切皆不需要。

另一個(gè)難點(diǎn)是，如果參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)之間存在相移，則將兩者相乘會(huì)導(dǎo)致輸出幅度比無(wú)相移時(shí)更低。如果傳感器信號(hào)調(diào)理電路包括任何濾波器(這會(huì)造成相位延遲)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。利用模擬鎖定放大器，解決該問(wèn)題的唯一方法是在參考信號(hào)路徑中增加相位補(bǔ)償電路。這并非易事，因?yàn)殡娐沸枰烧{(diào)，以補(bǔ)償各種相位延遲，并且會(huì)隨溫度、元件容差等因素而變化。一個(gè)更為輕松的替代方案是添加第二個(gè)乘法級(jí)，將測(cè)量信號(hào)乘以參考信號(hào)的90°相移。這個(gè)第二級(jí)的輸出信號(hào)將與輸入的反相組分成正比。圖9展示了這一概念。經(jīng)過(guò)兩級(jí)乘法器后，低通濾波器的輸出會(huì)是與輸入的同相(I)及正交(Q)組分成正比的低頻信號(hào)。要計(jì)算輸入信號(hào)幅度，只需取I和Q輸出的平方和。該架構(gòu)的另一好處是您還可以計(jì)算激勵(lì)/參考信號(hào)和輸入之間的相位。