基于高调制频率的快速数字锁相算法

蒋国亮，杨 晖，李 然

( 上海理工大学光学与电子信息工程学院,上海 200093)



基于高调制频率的快速数字锁相算法

蒋国亮，杨 晖，李 然

( 上海理工大学光学与电子信息工程学院,上海 200093)

为了提高数字锁相的检测速度以及其最高调制频率，改善数字锁相放大的实时检测性能，文中提出了一种新型快速数字锁相算法。文中根据方波参考信号傅里叶展开存在奇次谐波，使得调制频率等于参考信号频率的2m-1倍。同时，通过将采样频率设为调制频率的4的整数倍，保证两路参考信号的正交性。在相敏检波算法实现中，仅仅存在加减法运算，消除了乘法运算，提高了数字锁相算法的运算速度。而且，基于普通微处理器的数字锁相放大能达到的最高调制频率也得到了有效的提升，改善了锁相放大的实时性能。实验表明，该算法既具备较高的速度，又能提高锁相放大的实时性，使得数字锁相对微弱信号的实时检测在普通微处理器上的实现成为可能。

数字锁相算法；调制频率；微弱信号；相关运算；奇次谐波；方波参考

0 引言

微弱信号检测技术广泛地应用在光谱学、光通讯、天文、声纳、雷达以及生物医学工程，用以检测这些领域中被噪声背景所淹没的微弱信号。而基于相关检测原理的锁相放大器(lock-in amplifier，LIA)这一微弱信号检测仪器是目前准确度较高，应用最广泛的装置[1-4]。早期的锁相放大器都是由模拟电路来实现的，但传统的模拟LIA存在温度漂移和其他非线性的低频特性的影响。……