基于FPGA帶頻率自適應(yīng)跟蹤的矢量型數(shù)字鎖相放大器設(shè)計(jì).pdf

1、在對(duì)微弱光電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)中，由于存在著較強(qiáng)的噪聲和各種干擾，使得有用信號(hào)幾乎不可能被直接測(cè)量，而使用鎖相放大器卻可以及大地抑制噪聲的影響獲得有用信息。目前主流的通用鎖相放大器，無論是國內(nèi)產(chǎn)品還是國外產(chǎn)品，幾乎都是采用的數(shù)字電路結(jié)構(gòu)，如Standford研發(fā)的SR系列、中山大學(xué)研發(fā)的OE系列等。在數(shù)字鎖相放大器的實(shí)現(xiàn)方式上，相比于在DSP、Labview等平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)鎖相算法，基于可編程邏輯器件FPGA的實(shí)現(xiàn)方式在并行處理能力和實(shí)時(shí)性

2、上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　本文的研究工作著眼于實(shí)際課題，對(duì)相關(guān)檢測(cè)原理在微弱光電信號(hào)測(cè)量中的應(yīng)用作了分析，對(duì)鎖相放大器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹；以Altera公司的FPGA芯片EP4CE115F29C7N為數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)，結(jié)合16bitADDA轉(zhuǎn)換模塊，設(shè)計(jì)了基于正交矢量型結(jié)構(gòu)的數(shù)字鎖相放大器系統(tǒng)，其可以對(duì)輸入信號(hào)頻率進(jìn)行自適應(yīng)跟蹤，同時(shí)對(duì)單頻干擾具備自適應(yīng)濾除。該系統(tǒng)主要包括以下幾方面開發(fā)工作：
　　1.結(jié)合基于FFT

3、的載頻估計(jì)和數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的快速頻率自適應(yīng)跟蹤功能。詳細(xì)分析了系統(tǒng)中應(yīng)用到的兩種性能優(yōu)異鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)（平方鎖相環(huán)和Costas環(huán)）、DDS技術(shù)、FFT載頻估計(jì)模塊。
　　2.對(duì)系統(tǒng)中多處使用到的各種不同類型與參數(shù)的濾波器，對(duì)其設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳盡介紹。主要包含F(xiàn)IR濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)；通過使用多速率處理技術(shù)（降采樣技術(shù)）在大大降低FPGA資源消耗的情況下，實(shí)現(xiàn)帶寬為0.1Hz的窄帶低通濾波，對(duì)于降采樣中常用的C

4、IC濾波器和HBF半帶濾波器的特性與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹。使用誤差的符號(hào)LMS算法，在FPGA中實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)陷波器，其可以有效濾除50Hz工頻干擾和100Hz照明干擾。
　　3.測(cè)試系統(tǒng)的頻率跟蹤范圍、跟蹤速度和精度，以及系統(tǒng)的抗噪聲性能；并給出該系統(tǒng)的整體測(cè)量結(jié)果，該系統(tǒng)的實(shí)測(cè)頻率自適應(yīng)范圍為（0.02,8000）Hz，此范圍內(nèi)仿真頻率跟蹤精度達(dá)10?4Hz，系統(tǒng)帶寬0.1Hz，平均相對(duì)測(cè)量誤差為0.87％。剖析了在系統(tǒng)中有可能引