用于气体检测的数字锁相放大模块制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于气体检测的数字锁相放大模块，包括用于将输入信号与第一参考信号进行运算的第一信号转换单元、将输入信号与第二参考信号进行运算的第二信号转换单元、用于接收外部输入的参考信号并将所述参考信号转换为正交的第一参考信号和第二参考信号的参考信号产生单元和用于将所述第一信号转换单元和第二信号转换单元输出的输出信号进行矢量运算的矢量运算单元；所述第一信号转换单元、第二信号转换单元、参考信号产生单元和矢量运算单元设置与同一个可编程逻辑阵列器件中。实施本实用新型专利技术的用于气体检测的数字锁相放大模块，具有以下有益效果：该锁相放大模块的性能较好、系统成本较低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及数字电路，更具体地说，涉及ー种用于气体检测的数字锁相放大模块。
技术介绍
在信号检测系统中，微弱信号检测是其中重要的部分。微弱信号的检测现在已经在许多场合使用。例如，在科研(光学、电磁学、声学、生物医学等等)和实际生活生产领域(弱光、小位移、微振动、弱声及微电流等)当中。在现有技术中，锁相放大器是微弱信号检测的主要手段，其基本类似于一个带有放大功能的高Q值滤波器，但又不存在一般滤波器的中心频率漂移问题。其利用相关检测技术，极大地提高信噪比，能把淹没在噪声中的信号提取出来。锁相放大器按照其所帯有的锁相环的形式通常分为模拟锁相放大器和数字锁相放大器。一般来讲，现有的锁相放大器的构成通常分为两种，一种是利用分立元件构建的，另外ー种是使用独立的专用集成电路。而使用分立元件构建的锁相放大器的性能较差，同时由于锁相放大器通常是与其他功能模块结合使用，因而使用专用的集成电路的锁相放大器对整个系统而言成本较高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在干，针对现有技术的上述性能较差、系统成本较高的缺陷，提供ー种性能较好、系统成本低的用于气体检测的数字锁相放大模块。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种用于气体检测的数字锁相放大模块，包括用于将输入信号与第一參考信号进行运算的第一信号转换单元、将输入信号与第二參考信号进行运算的第二信号转换单元、用于接收外部输入的參考信号并将所述參考信号转换为正交的第一參考信号和第二參考信号的參考信号产生单元和用于将所述第一信号转换单元和第二信号转换单元输出的输出信号进行矢量运算的矢量运算单元；所述第一信号转换单元、第二信号转换单元、參考信号产生单元和矢量运算单元设置与同一个可编程逻辑阵列器件中。在本技术所述的用于气体检测的数字锁相放大模块中，所述第一信号转换单元包括第一乘法器和第一低通滤波器，所述第一乘法器一个输入端接收所述输入信号，另一个输入端接收所述第一參考信号，其输出端与所述第一低通滤波器输入端连接，所述第一低通滤波器输出端连接到所述矢量运算单元的一个输入端。在本技术所述的用于气体检测的数字锁相放大模块中，所述第二信号转换单元包括第二乘法器和第二低通滤波器，所述第二乘法器一个输入端接收所述输入信号，另一个输入端接收所述第二參考信号，其输出端与所述第二低通滤波器输入端连接，所述第ニ低通滤波器输出端连接到所述矢量运算单元的另ー个输入端。在本技术所述的用于气体检测的数字锁相放大模块中，所述參考信号产生单元包括过零检测模块、锁相环和振荡器；所述过零检测模块输入端与外部提供的參考信号连接，其输出端与所述锁相环连接，所述锁相环还分别输出正交的第一參考信号和第二參考信号到所述第一乘法器和第二乘法器；所述振荡器与所述锁相环和所述矢量运算模块连接。在本 技术所述的用于气体检测的数字锁相放大模块中，所述锁相环包括鉴相器、数字环路滤波器、数字控制振荡器、分频器和直接数字频率合成器；所述鉴相器与所述过零检测模块输出端连接，还分别与所述分频器和数字环路滤波器连接；所述数字环路滤波器和所述分频器还分别与所述数字控制振荡器连接；所述数字控制振荡器还与所述直接数字频率合成器连接；所述直接数字频率合成器分别输出正交的第一參考信号和第二參考信号到所述第一乘法器和第二乘法器；所述数字频率合成器还与所述振荡器连接。在本技术所述的用于气体检测的数字锁相放大模块中，所述矢量运算单元为取得其两个输入信号矢量和的矢量和取得模块。在本技术所述的用于气体检测的数字锁相放大模块中，所述矢量和取得模块为实现矢量求和的可编程逻辑阵列器件中的软核NIOS II模块。实施本技术的用于气体检测的数字锁相放大模块，具有以下有益效果由于在构建用于气体检测的数字锁相放大模块时将其组成部分设置在可编程逻辑阵列中，不需要使用分离器件构成，精度较高，同时，对于系统而言，该可编程逻辑阵列可以用于实现系统的其他功能。因此，该锁相放大模块的性能较好、系统成本较低。附图说明图I是本技术用于气体检测的数字锁相放大模块实施例中用于气体检测的数字锁相放大模块的结构示意图；图2是所述实施例中用于气体检测的数字锁相放大模块的进ー步的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本技术实施例作进ー步说明。如图I所示，在本技术的用于气体检测的数字锁相放大模块实施例中，该用于气体检测的数字锁相放大模块包括第一信号转换单元I、第二信号转换单元2、參考信号产生单元3和矢量运算单元4 ;其中，第一信号转换单元I用于将输入信号(需要处理的微弱信号)与第一參考信号进行运算，第二信号转换单元2用于将输入信号与第二參考信号进行运算，上述第一信号转换单元I和第二信号转换单元2的输入端是连接在一起的，都是输入上述的需要处理的微弱信号，该信号中包括了在后续步骤中有用的信息，用于气体检测的数字锁相放大模块的作用就是将其从其他信号中选择出来。在本实施例中，上述第一信号转换单元I和第二信号转换单元2在电路连接上而言，是并行的，其输入相接，其输出分别输送到矢量运算单元4 ;參考信号产生单元3用于接收外部输入的參考信号(该參考信号是由该用于气体检测的数字锁相放大模块外部输入的ー个周期性脉冲或时钟信号)并将该參考信号转换为正交的第一參考信号和第二參考信号，上述第一參考信号和第二參考信号分别输送到上述第一信号转换单元I和第二信号转换单元2与其输入信号进行运算；而矢量运算单元4用于将第一信号转换单元I和第二信号转换单元2输出的输出信号进行矢量运算。在本实施例中，上述第一信号转换单元I、第二信号转换单元2、參考信号产生单元3和矢量运算单元4设置与同一个可编程逻辑阵列(FPGA)器件中。图2示出了在本实施例中该用于气体检测的数字锁相放大模块的进ー步的结构。如图2所示，在本实施例中，第一信号转换单元I包括第一乘法器11和第一低通滤波器12，第二信号转换单兀2包括第二乘法器21和第二低通滤波器22 ;其中,第一乘法器11 ー个输入端连接该数字锁相放大器的输入端，接收外部输入的、需要处理的信号，其另ー个输入端连接上述參考信号产生单元3的ー个信号输出端，接收參考信号产生单元3输出的第一參考信号，第一乘法器11的输出端与第一低通滤波器12输入端连接，第一低通滤波器12输出端连接到矢量运算单元4的一个输入端。第二乘法器21 —个输入端接收上述外部输入的输入信号(即与第一乘法器11的接收输入信号的输入端连接)，另ー个输入端连接上述參考信号产生单元3的另ー个信号输出端，接收參考信号产生单元3输出的第二參考信号，第 ニ乘法器21的输出端与第二低通滤波器22输入端连接，第二低通滤波器22的输出端连接到矢量运算单元4的另ー个输入端。正如前面所述，第一參考信号和第二參考信号是正交的信号。如图2所示,在本实施例中，參考信号产生单元3包括过零检测模块31、锁相环32和振荡器33 ;其中，过零检测模块31的输入端与外部提供的參考信号(外部提供的连续周期性脉冲或时钟信号)连接，其输出端与锁相环32连接，锁相环32还分别输出正交的第一參考信号和第二參考信号到第一乘法器11和第二乘法器21 ;振荡器33与锁相环32和矢量运算模块4连接。更进一歩地，锁相环32包括鉴相器321、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种用于气体检测的数字锁相放大模块，其特征在干，包括用于将输入信号与第一參考信号进行运算的第一信号转换单元、将输入信号与第二參考信号进行运算的第二信号转换单元、用于接收外部输入的參考信号并将所述參考信号转换为正交的第一參考信号和第二參考信号的參考信号产生单元和用于将所述第一信号转换单元和第二信号转换单元输出的输出信号进行矢量运算的矢量运算单元；所述第一信号转换单元、第二信号转换单元、參考信号产生单元和矢量运算单元设置与同一个可编程逻辑阵列器件中。2.根据权利要求I所述的用于气体检测的数字锁相放大模块，其特征在于，所述第一信号转换单元包括第一乘法器和第一低通滤波器，所述第一乘法器一个输入端接收所述输入信号，另ー个输入端接收所述第一參考信号，其输出端与所述第一低通滤波器输入端连接，所述第一低通滤波器输出端连接到所述矢量运算单元的一个输入端。3.根据权利要求2所述的用于气体检测的数字锁相放大模块，其特征在于，所述第二信号转换单元包括第二乘法器和第二低通滤波器，所述第二乘法器一个输入端接收所述输入信号，另ー个输入端接收所述第二參考信号，其输出端与所述第二低通滤波器输入端连接，所述第二低通滤波器输出端连接到所述矢量运算单元的另ー个输入端。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子聪，高致慧，黄必昌，曹志，
申请(专利权)人：高致慧，深圳大学，
类型：实用新型
国别省市：