摘要：针对目前成品锁相放大器价格昂贵且体积大，传统窄带滤波法性能和灵活性差的特点，设计了基于锁相放大器原理的微弱信号检测电路。本电路采用单片机作为激励信号和参考信号的发生器，利用带关断引脚的运放实现相敏检波器，整个电路仅使用了5个运算放大器和一些阻容元件。实验表明，本电路能实现了从信噪比为0．1的被测信号中提取有用信号幅值的功能，测量误差控制在5％以内。由于本电路有实现简单和成本低的特点，稍加修改后可作为模块电路用到其他测量系统当中。
关键词：微弱信号检测；锁相放大器；相关检测；正交矢量
在科学研究和工程实践中，对于微弱信号的检测有如下2种常见的方法：
1)窄带滤波。即将带噪声的微弱信号滤波，根据需要的输出信噪比选择合适的通频带带宽。这种方法由于实现起来简单且成本比较低，因此得到了广泛的应用。但是为了得到高的信噪，要求滤波器的通频带很窄，这可能存在中心频率不稳定等问题，很难实现，而且这种方法只能测量单个频点的信号，灵活性较差。
2)相关检测。相关检测技术主要利用有用信号的相关性，以锁相放大器为例，将待测信号和参考信号相乘，由于参考信号和待测信号有相关性相关性，但和噪声却没有相关性，因而对相乘后的信号进行滤波后会得到一个直流分量，该信号中包含了待测信号的幅值和相位信息。
由于与窄带滤波的方法相比，锁相放大方法可以实现大得多的信噪比，因而在需要高度精密测量的领域得到了广泛的应用。然而由于锁相放大器是一种十分昂贵的仪器，在一般的工程测量领域应用的并不多，目前窄带滤波的方法依然是一般工程测量领域的主流方法。为了测量某被测网络的特性，本文利用锁相放大器的原理，设计了一种微弱信号检测电路用以代替传统的窄带滤波方法，这种电路具有性能好、成本低的特点，并且可以直接作为模块电路集成到实际系统当中。
1 总体设计
1．1 系统需求
如图1所示，将一个激励信号输入到被测网络中，通过测量从被测网络输出的信号，我们可以得到被测网络的一系列特征信息。激励信号的频率范围为500 Hz到2 kHz。由于被测网络的作用，输出的被测信号中有用信号被噪声所淹没，其中噪声的峰峰值最大为1 V，其的功率谱在100 Hz到1 MHz内近似平坦分布；而有用信号的峰峰值在100 mV到200 mV之间。为了准确的获取被测网络的特性，要求微弱信号检测电路从噪声中测量出有用信号的峰峰值，对有用信号的测量精度要求在5％以内。 |
