二、双相锁相放大器系统的硬件设计 - 基于AD630的双相锁相放大器设计

　　二、双相锁相放大器系统的硬件设计

　　2.1双相锁相放大器工作原理

　　如图2所示，双相锁相放大器是由两个完全相同的信号通道和相关器组成，其信号通道输出两路相同信号，参考通道输出两路相位相差90°的正弦波信号，分别在两个相关器（AD630）中检波。故其两个相关器输出分别为

　　

　　

　　2.2参考信号产生

　　参考信号可以是方波、三角波、正弦波等周期性信号，本设计中采用正弦波。正弦信号的产生采用ADI公司生产的AD9850，其电气连接如图3，它是采用先进的COMS技术的直接频率合成器，最高时钟频率可以达到125MHz。它结合一个片内高速、高性能DAC和比较器构成一个完全数字控制可编程频率合成器。设输出信号的频率为fOUT，参考频率为CLKIN，AD9850的频率控制字为△PHASE，则三者之间的关系为：△PHASE=（fOUT·2的32次方）/CLKIN。

　　

　　由双相锁相放大器的工作原理可知，参考通道输出的两路信号中需对其中一路进行90°相移，其相移与相位控制之间的对应关系参考表1，频率、相位控制字的各位分配表参考表2。

　　

　　2.3相关器设计

　　ADI公司的AD630由两个运算放大器A和B、切换开关S、输出积分放大器、比较器COMP（含三极管T）、片内电阻、片内补偿电容组成。由COMP驱动开关S置A或B，通道A和B之间隔离度超过100dB，分时工作，片内电阻均是高稳定度的SiCr薄膜电阻，片内补偿电容经外管脚连接，不需外接电容即可稳定工作在闭环增益上。最重要的是AD630的两路增益保持严格匹配的1∶1关系，是设计制作锁相放大器的最为理想的集成芯片。

　　本文的双相锁相放大器就是采用了两片AD630来设计其双通道的信号相关器，该系统的电气连接如图4，其中相移电路由与或门CD4030实现，单稳态触发由触发器MC14528实现，D触发器由CD4013组成，延迟时间通过调节R6的大小来选择。

　　

　　　2.4低通滤波

　　由OP07构成的低通滤波器是一个典型的一阶低通滤波器，其电路图如图5，该电路的传递函数为T=R7C4为该一阶低通滤波器的时间常数，由图4中电路可以算出：T=5ms，其截至频率为f0=32Hz，当f≫f0时，其衰减斜率为-20dB/dec。该低通滤波能很好的滤除相敏检波器中产生的高频信号成分，提高了信噪比。