微弱信號(hào)檢測(cè)課件4

Chapter4Lock-InAmplifier(LIA)4．1Introduction一、問(wèn)題的提出調(diào)制放大器：?jiǎn)栴}：二、LIA出發(fā)點(diǎn)1．頻譜遷移三、LIA性能四、鎖定放大器工作原理4．2相敏檢測(cè)器（PSD）4.2.1模擬乘法器型頻譜遷移：差頻分量和頻分量（1）幅頻特性（2）相敏特性（3）等效噪聲帶寬差頻項(xiàng)和頻項(xiàng)經(jīng)低通，第二項(xiàng)、第三項(xiàng)被濾除信號(hào)項(xiàng)和頻項(xiàng)信號(hào)與噪聲的和頻項(xiàng)信號(hào)與噪聲的差頻項(xiàng)功率信噪改善比經(jīng)LPF，和頻項(xiàng)被濾除；差頻項(xiàng)中：凡是頻率等于

的噪聲與參考方波相應(yīng)頻率的諧波相乘都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相敏的直流輸出，經(jīng)LPF呈現(xiàn)在

中。稱之為PSD的諧波響應(yīng)討論：若用積分器作低通LPF，則4.2.2電子開(kāi)關(guān)型相敏檢測(cè)器1.變壓器式電子開(kāi)關(guān)PSD2.運(yùn)放式電子開(kāi)關(guān)PSD使用注意：變壓器特性影響，分布參數(shù)影響。使用注意：電子開(kāi)關(guān)速度影響，電子開(kāi)關(guān)注入電荷影響。3.相檢特性與幅檢特性相敏檢測(cè)器的波形4.開(kāi)關(guān)式相敏檢測(cè)器與全波整流的不同4．3LIA的組成與部件4.3.1LIA基本組成（1）8階SCF－LP濾波器MAX291（2）相敏檢測(cè)器：AD630（3）帶通濾波器BPFMAX7490雙二階SCF濾波器：4.3.2正交矢量型LIA頻率合成器結(jié)構(gòu)框圖4.3.3外差式LIA4.3.4微機(jī)化數(shù)字式相敏檢測(cè)器系統(tǒng)組成多次采樣數(shù)字式相敏檢測(cè)波形4.4開(kāi)關(guān)電容濾波LIA4.4.1旋轉(zhuǎn)電容濾波器1.電路2．傳遞函數(shù)(2)有源(1)無(wú)源3．等效噪聲帶寬4．基于旋轉(zhuǎn)電容濾波器的同步外差鎖定放大器討論：LIA中使用旋轉(zhuǎn)電容濾波器對(duì)進(jìn)一步提高信噪比有什么作用？4.4.2同步積分器1．電路（1）無(wú)源（2）有源2．傳遞函數(shù):4．5鎖定放大器性能指標(biāo)與動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)4.5.1LIA的主要性能指標(biāo)1．過(guò)載電平OVL：使LIA任一級(jí)出現(xiàn)過(guò)載的輸入信號(hào)電平，為允許噪聲峰值2.最小可測(cè)信號(hào)MDS(MinimumDiscernibleSignal)：輸出能辨別的最小輸入信號(hào)，是測(cè)量下限。取決于系統(tǒng)漂移（溫漂、時(shí)漂）。3．滿刻度輸出時(shí)的輸入電平FS：表征靈敏度,取決于增益。為允許信號(hào)峰值。4．輸入總動(dòng)態(tài)范圍=OVL/MDS(dB)5．輸出動(dòng)態(tài)范圍=FS/MDS(dB)6．動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備=OVL/FS(dB)輸入總動(dòng)態(tài)范圍（dB）=輸出動(dòng)態(tài)范圍（dB）+動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備（dB）4.5.2動(dòng)態(tài)范圍與頻率的關(guān)系1.未加濾波器2.加BPF3.加BRF4.加LPF4.5.3動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)考慮到PSD最易過(guò)載1.兩種工作狀態(tài):高穩(wěn)定態(tài)(適于低噪聲情況)，高儲(chǔ)備態(tài)(適于高噪聲情況)2．LIA增益分配4．6應(yīng)用LIA應(yīng)用中的需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題1．輸入是正弦波或方波交流信號(hào)，否則需用調(diào)制或斬波的方式將其變換成交流信號(hào)。2．實(shí)際應(yīng)用中，LPF帶寬要與信號(hào)的變化速度相適應(yīng)，盡量提高輸出的信噪比。3．適當(dāng)?shù)胤峙銵IA的交流增益和直流增益，噪聲不嚴(yán)重應(yīng)使LIA工作在高穩(wěn)定態(tài)；如果噪聲嚴(yán)重，必須使

LIA協(xié)調(diào)在高儲(chǔ)備態(tài)。4．良好的屏蔽與接地。5．參考信號(hào)輸入必須是與被測(cè)信號(hào)相干的同頻信號(hào)。6．前置級(jí)放大器必須進(jìn)行低噪聲設(shè)計(jì)。4.6.1阻抗微小變化的測(cè)量應(yīng)用：測(cè)量小電容、小電感、小電阻變化，及溫度(熱電阻)、位移、振動(dòng)、微壓等。注意：克服分布參數(shù)的影響。分析開(kāi)關(guān)特性及注入電流的影響分析分布電容的影響或運(yùn)放橋80年代后用變壓器橋4.6.2放大器噪聲系數(shù)測(cè)量1．K打向A：2．K打向B：3．計(jì)算放大器的噪聲系數(shù)4.6.3其它應(yīng)用1.半導(dǎo)體PN結(jié)電容測(cè)量2.偏壓光吸收測(cè)量偏壓振蕩時(shí)，樣品的光