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低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線。

(1)第一級CIC降采樣D=512；
(2)第二級采用兩級半帶濾波級聯(lián)實(shí)現(xiàn)，其中第一個半帶濾波器階數(shù)為15階，第二個半帶濾波器階數(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。第三級未采用均值濾波器。
仿真結(jié)果說明，在采樣率為500 kHz時，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)字鎖相放大器的測試
為了產(chǎn)生極其微弱的測試信號，系統(tǒng)采用了對標(biāo)準(zhǔn)信號通過電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行衰減的方法。為了測試數(shù)字鎖相放大器對微弱信號的檢測性能，搭建了如圖6所示的測試平臺。

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級的信號，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級的信號以供測量。
4．1 窄帶濾波器性能測試
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。為了對設(shè)計(jì)的數(shù)字窄帶低通濾波器的性能進(jìn)行測試，采取了如下的測試方法：用波形發(fā)生器產(chǎn)生幅度恒定的正弦信號(幅度恒定為2 000 mV)，設(shè)定數(shù)字鎖相放大器參考信號頻率為50 kHz，將輸入信號的頻率以50 kHz為中心，以0．05 Hz為步長，逐步增加或減少輸入信號的頻率，測試輸入信號的幅度衰減。
圖7顯示了在不同采樣頻率的情況下，輸入信號與參考信號的頻差和輸出幅度衰減的關(guān)系。

通過測試結(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，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。