數(shù)字鎖相放大器的實(shí)現(xiàn)研究

圖5是在以下仿真條件下整個(gè)低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線。

(1)第一級(jí)CIC降采樣D=512；
(2)第二級(jí)采用兩級(jí)半帶濾波級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，其中第一個(gè)半帶濾波器階數(shù)為15階，第二個(gè)半帶濾波器階數(shù)為23階，作為降采樣之前的抗混疊濾波器；
(3)第三級(jí)利用Matlab的Filter Design＆Analysis Tool，采用等波紋法作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)了一個(gè)采樣率為250 Hz，通帶波紋為0．01 dB，通帶截止頻率為0．5Hz，阻帶衰減為80dB，阻帶下限截止頻率為2Hz的低通濾波器，濾波器的階數(shù)為388階。第三級(jí)未采用均值濾波器。
仿真結(jié)果說明，在采樣率為500 kHz時(shí)，濾波器的通帶截止頻率可達(dá)0．52 Hz，2 Hz處的衰減可達(dá)到-60 dB，整個(gè)阻帶衰減接近-80 dB，并且，算法運(yùn)算極易在DSP內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。如果合理地降低系統(tǒng)的采樣頻率，可以實(shí)現(xiàn)通頻帶更窄的低通濾波器。

4 數(shù)字鎖相放大器的測(cè)試
為了產(chǎn)生極其微弱的測(cè)試信號(hào)，系統(tǒng)采用了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行衰減的方法。為了測(cè)試數(shù)字鎖相放大器對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)性能，搭建了如圖6所示的測(cè)試平臺(tái)。

系統(tǒng)輸入采用了安捷倫公司(Agilent)生產(chǎn)的33250A函數(shù)／任意波形發(fā)生器，它最低可以產(chǎn)生峰值為1 mV的正弦波。Agilent 33250A函數(shù)／任意波形發(fā)生器采用直接數(shù)字合成技術(shù)，可以產(chǎn)生穩(wěn)定、精確的各種輸出波形，頻率分辨率可達(dá)1μHz，幅度分辨率可達(dá)0．1 mV。函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的mV級(jí)的信號(hào)，可以經(jīng)過衰減比例可調(diào)的精密電阻網(wǎng)絡(luò)來產(chǎn)生幅度為μV級(jí)的信號(hào)以供測(cè)量。
4．1 窄帶濾波器性能測(cè)試
數(shù)字鎖相放大器系統(tǒng)中的窄帶濾波器應(yīng)該具有較高的Q值。為了對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)字窄帶低通濾波器的性能進(jìn)行測(cè)試，采取了如下的測(cè)試方法：用波形發(fā)生器產(chǎn)生幅度恒定的正弦信號(hào)(幅度恒定為2 000 mV)，設(shè)定數(shù)字鎖相放大器參考信號(hào)頻率為50 kHz，將輸入信號(hào)的頻率以50 kHz為中心，以0．05 Hz為步長(zhǎng)，逐步增加或減少輸入信號(hào)的頻率，測(cè)試輸入信號(hào)的幅度衰減。
圖7顯示了在不同采樣頻率的情況下，輸入信號(hào)與參考信號(hào)的頻差和輸出幅度衰減的關(guān)系。

通過測(cè)試結(jié)果可以看出，隨著采樣頻率的降低，窄帶濾波器的帶寬逐漸降低，系統(tǒng)抗噪聲能力越強(qiáng)。當(dāng)采樣頻率fs=300 kHz時(shí)，窄帶濾波器的帶寬BW=0．46 Hz，Q值達(dá)105以上。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗噪聲能力，在滿足采樣定理的情況下，可以適當(dāng)?shù)亟档筒蓸宇l率獲得Q值更高的窄帶濾波器。