一種基于開關電容技術的鎖定放大器設計

開關電容是用開關控制電容進行充放電的電路，由模擬開關和電容構成，基本電路如圖3所示。2個開關由方波信號控制，U1到U2之間的等效電阻Req為：

式中，T表示方波信號的周期，Ieq表示充電電流。開關電容電路相當于T／C的電阻，既可以實現(xiàn)高輸入阻抗，又可以組成精度和穩(wěn)定性都較高的濾波器，也便于集成。

2 設計方法
如圖4所示，把圖2中的電阻R1換成圖3中的開關電容，不僅可以實現(xiàn)相關檢測中乘法器的功能，而且電路本身具有一定的濾波性能。如果改變控制信號的周期和積分電容的大小，就可以改變信號輸出的幅值，且便于集成。由于采用積分環(huán)節(jié)，降低了噪聲對微弱信號的影響。此時式(4)變?yōu)?br />
由式(6)可知，輸出的電壓是直流信號。為了測量的準確，利用同一方波信號控制開關電容和積分電容的充放電，即當C1充電時，C2放電；反之，當C2充電時，C1放電。這樣電路輸出周期性的方波信號，經(jīng)過BPF后為固定頻率的正弦信號，通過改變BPF級數(shù)和放大倍數(shù)可以改變整體電路的倍數(shù)，以便測量更小的微弱信號。最后信號通過PSD后輸出穩(wěn)定的直流信號，便于后續(xù)電路采集。R0可以看作是開關導通電阻，可以加反饋電阻。由式(6)可知，通過改變C1和方波頻率的大小，就可以改變電路的放大倍數(shù)，但是頻率可調會增加BPF設計的難度。為了提高鎖定放大器的性能，可以在BPF的通帶內調節(jié)電容或者頻率。