微弱信号检测设计报告
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方案二:采用统计方法，通过多次多次取样积分，在重复区间多次取样积分，利用A/D转换，分析出输入微弱信号的幅度大小，此方案取样效率十分低下，并且大幅度噪声带来的误差比较大，不利于结果得测量
方案三：采用相关检测技术来实现，利用相敏检波电路，先对输入信号进行带通滤波，滤掉大部分噪声信号频率范围，再进行相敏检波电路分析，锁相环放大电路能够很好的锁定输入的微弱信号的频率，实现频率同步，利用乘法器进行分析。由于本题是在强噪声情况下检测微弱信号，利用锁相环的相敏检波电路刚好满足了这一点，达到了题目中的要求。故采用此方案。
六，参考资料
略
微弱信号检测电路设计报告
摘要
本系统采用锁相环电路，模拟开关乘法器运用相敏检波的方法来实现微弱信号的检测，先对混叠噪声的微弱信号进行带通滤波放大，在利用相敏检波的方法，通过锁相，乘法器分析实现对微弱信号的准确测量。
一，方案论证与比较
1，微弱信号检测电路
方案一:采用滤波电路检测微弱信号，通过低通滤波电路将微弱信号从噪声中检测出来，但是滤波电路的中心频率是固定的，而且噪声分布在各个频率，简单滤波放大电路无法准确的检测到微弱信号的复制，故舍弃；
Vc的有效值输出为1.01V。
C点加法器的波形：无明显失真
D点衰减系数为：101。
D点的电路输入阻抗为：2.9MΩ。
保持正弦信号的频率为1KHz,幅度值（VPP）改变，检测并显示正弦信号的幅度值，测量结果如下表。
输入信号显示幅值（V）
作品显示幅值（V）
误差（%）
0.20
0.19
2.0
0.30
0.30
图（2）
衰减系数a= =101,符合题目要求
2，带通滤波器模块设计
由于噪声源为强噪声，噪声分布在各个频率带，所以通过带通滤波器可以滤过大部分频率范围的噪声，得到中心频率在500Hz~2K范围内，便于后续更好的测量，电路模块设计如下图（3）
图（3）
3，相敏检波电路设计
相敏检波电路模块设计如下，采用两级LM567锁相环电路，前一级用来同步锁定微弱信号的平率，后一级主要用来调整相移，使得相位与原信号相同，锁相后，通过比较器获得同频率方波，进入模拟开关进行正反向放大，完成乘法器电路。电路图如图（4）
1.0
0.40
0.41
4.5
0.50
0.52
4.2
0.60
0.60
1.3
0.70
0.71
1.8
0.80
0.81
1.4
0.90
0.92
2.4
1.00
1.04
4.3
1.10
1.14
1.3
1.20
1.25
3.8
1.30
1.34
2.8
1.40
1.44
2.6
1.50
1.54
2.5
1.60
1.63
1.8
1பைடு நூலகம்70
2,相敏检波器原理
相敏检波器分为模拟乘法器和开关式乘法器，本设计采用开关式乘法器，运用CD4066模拟开关控制乘法器正反向放大，相敏检波器，的本质其实就是对两个信号之间的相位进行检波，当两个信号同频同相时，这时相敏检波器相当于全波整流，检波的输出最大。
3，
三，硬件电路系统设计
1，纯电阻分压网落模块
采用两个纯电阻进行分压，如图（2）所示，满足衰减系数大于100即可
方案二：利用两级锁相环电路，在第一级进行锁相，第二级进行调整相位偏移，能够很好的纠正相位偏移，且不会影响输出信号的频率同步。故采用方案二。
图(1)
二， 理论分析与计算
1, 锁相放大器原理
锁相放大器由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成，是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频、同相的噪声分量有响应。所以它能大幅度抑制噪声信号，提取出有用信号。本系统采用LM567锁相环芯片。锁相电路的带宽计算为BW=1070* )，C2越大，锁相的频率带就越款。
图（4）
4，低通滤波器模块的设计
相敏检波器输出的信号还需要经过低通滤波后才能。滤波范围在10Hz以内，才可以达到理想测量的效果，误差较小，电路图设计如下图
（5）
四，系统软件设计
N
Y
五，测试方案与测试结果
1，测试仪器
函数信号发生器，万用表,示波器,直流稳压源
2，测试方案
1)基本部分测试
B点噪声源输出Vn
3，相关检测系统移相网络设计
采用锁相环电路（如LM567芯片），故输出的信号将于原信号有相位偏移（偏移量在90°左右），而使用乘法电路时，将使结果产生很大误差，故需调整相位偏移。
方案一:利用反相器电路矫正，由于产生的相移可能存在偏差，不一定是刚好是90°，方向器不能实现相移的微调，故对结果得精度误差，影响较大。故不采用。
2，系统整体方案
本系统总体框图如图(1)所示，系统由加法器、纯电阻衰减器、前置放大电路、带通滤波器，锁相环电路，模拟开关乘法器和低通滤波器构成；其中由同相放大电路构成的加法器将噪声信号加到待测信号中，使得信号与噪声混叠，然后经过衰减器衰减100倍以上，送到由放大电路、带通滤波、锁相移相、比较和低通滤波器构成微信号检测电路中。本系统以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相电路和比较器输出方波驱动开关管乘法器，输出直流信号然后通过单片机A/D转换，最后在液晶上显示出来。
1.72
1.7
1.80
1.81
0.6
1.90
1.90
0.1
2.00
1.99
0.4
2)发挥部分测试
改变输入信号幅度范围（20mVPP-2VPP），输入频率为1KHz，观察显示数，测量结果如下表。
3,测试结果及分析
由上述测试数据可得，本系统能较好地完成基本部分和大部分发挥部分，当正弦信号频率为1K时，输入信号幅度在200mvpp-2VPP能很好地显示出来，误差在5%范围内，在20mvpp-200mvpp时，电路误差变大。可能是由于各级加法，放大器的线性误差及零飘，MSP430 AD采样的非线性误差等导致的。
方案三：采用相关检测技术来实现，利用相敏检波电路，先对输入信号进行带通滤波，滤掉大部分噪声信号频率范围，再进行相敏检波电路分析，锁相环放大电路能够很好的锁定输入的微弱信号的频率，实现频率同步，利用乘法器进行分析。由于本题是在强噪声情况下检测微弱信号，利用锁相环的相敏检波电路刚好满足了这一点，达到了题目中的要求。故采用此方案。
六，参考资料
略
微弱信号检测电路设计报告
摘要
本系统采用锁相环电路，模拟开关乘法器运用相敏检波的方法来实现微弱信号的检测，先对混叠噪声的微弱信号进行带通滤波放大，在利用相敏检波的方法，通过锁相，乘法器分析实现对微弱信号的准确测量。
一，方案论证与比较
1，微弱信号检测电路
方案一:采用滤波电路检测微弱信号，通过低通滤波电路将微弱信号从噪声中检测出来，但是滤波电路的中心频率是固定的，而且噪声分布在各个频率，简单滤波放大电路无法准确的检测到微弱信号的复制，故舍弃；
Vc的有效值输出为1.01V。
C点加法器的波形：无明显失真
D点衰减系数为：101。
D点的电路输入阻抗为：2.9MΩ。
保持正弦信号的频率为1KHz,幅度值（VPP）改变，检测并显示正弦信号的幅度值，测量结果如下表。
输入信号显示幅值（V）
作品显示幅值（V）
误差（%）
0.20
0.19
2.0
0.30
0.30
图（2）
衰减系数a= =101,符合题目要求
2，带通滤波器模块设计
由于噪声源为强噪声，噪声分布在各个频率带，所以通过带通滤波器可以滤过大部分频率范围的噪声，得到中心频率在500Hz~2K范围内，便于后续更好的测量，电路模块设计如下图（3）
图（3）
3，相敏检波电路设计
相敏检波电路模块设计如下，采用两级LM567锁相环电路，前一级用来同步锁定微弱信号的平率，后一级主要用来调整相移，使得相位与原信号相同，锁相后，通过比较器获得同频率方波，进入模拟开关进行正反向放大，完成乘法器电路。电路图如图（4）
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1.63
1.8
1பைடு நூலகம்70
2,相敏检波器原理
相敏检波器分为模拟乘法器和开关式乘法器，本设计采用开关式乘法器，运用CD4066模拟开关控制乘法器正反向放大，相敏检波器，的本质其实就是对两个信号之间的相位进行检波，当两个信号同频同相时，这时相敏检波器相当于全波整流，检波的输出最大。
3，
三，硬件电路系统设计
1，纯电阻分压网落模块
采用两个纯电阻进行分压，如图（2）所示，满足衰减系数大于100即可
方案二：利用两级锁相环电路，在第一级进行锁相，第二级进行调整相位偏移，能够很好的纠正相位偏移，且不会影响输出信号的频率同步。故采用方案二。
图(1)
二， 理论分析与计算
1, 锁相放大器原理
锁相放大器由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成，是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频、同相的噪声分量有响应。所以它能大幅度抑制噪声信号，提取出有用信号。本系统采用LM567锁相环芯片。锁相电路的带宽计算为BW=1070* )，C2越大，锁相的频率带就越款。
图（4）
4，低通滤波器模块的设计
相敏检波器输出的信号还需要经过低通滤波后才能。滤波范围在10Hz以内，才可以达到理想测量的效果，误差较小，电路图设计如下图
（5）
四，系统软件设计
N
Y
五，测试方案与测试结果
1，测试仪器
函数信号发生器，万用表,示波器,直流稳压源
2，测试方案
1)基本部分测试
B点噪声源输出Vn
3，相关检测系统移相网络设计
采用锁相环电路（如LM567芯片），故输出的信号将于原信号有相位偏移（偏移量在90°左右），而使用乘法电路时，将使结果产生很大误差，故需调整相位偏移。
方案一:利用反相器电路矫正，由于产生的相移可能存在偏差，不一定是刚好是90°，方向器不能实现相移的微调，故对结果得精度误差，影响较大。故不采用。
2，系统整体方案
本系统总体框图如图(1)所示，系统由加法器、纯电阻衰减器、前置放大电路、带通滤波器，锁相环电路，模拟开关乘法器和低通滤波器构成；其中由同相放大电路构成的加法器将噪声信号加到待测信号中，使得信号与噪声混叠，然后经过衰减器衰减100倍以上，送到由放大电路、带通滤波、锁相移相、比较和低通滤波器构成微信号检测电路中。本系统以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相电路和比较器输出方波驱动开关管乘法器，输出直流信号然后通过单片机A/D转换，最后在液晶上显示出来。
1.72
1.7
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0.6
1.90
1.90
0.1
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1.99
0.4
2)发挥部分测试
改变输入信号幅度范围（20mVPP-2VPP），输入频率为1KHz，观察显示数，测量结果如下表。
3,测试结果及分析
由上述测试数据可得，本系统能较好地完成基本部分和大部分发挥部分，当正弦信号频率为1K时，输入信号幅度在200mvpp-2VPP能很好地显示出来，误差在5%范围内，在20mvpp-200mvpp时，电路误差变大。可能是由于各级加法，放大器的线性误差及零飘，MSP430 AD采样的非线性误差等导致的。