本文選題：數字鎖相 + System��； 參考：《東華理工大學》2015年碩士論文

【摘要】：鎖相放大器是一種微弱信號檢測儀器,用來提取如在黏度測量、微波特性研究、光纖瓦斯檢測等工程領域中傳感器輸出的微弱信號。鎖相放大器是一種通過研究被檢測信號的特點與相關性,并對被噪聲淹沒的微弱有用信號進行提取的技術。在傳統(tǒng)數字鎖相放大器基礎上,本文完成了一種基于System Generator的數字鎖相放大器設計。系統(tǒng)采用System Generator軟件構建,讓數字鎖相放大器的開發(fā)更為簡單、減少工程量;解決數字鎖相放大器參考信號頻率手動配置的問題;利用數字窄帶低通濾波技術,改善了數字鎖相放大器的信噪比,提高了數字鎖相放大器的檢測精度。在分析了現有鎖相放大器的基礎上,即包括相關函數、相關檢測原理、模擬和數字鎖相放大器的整體結構等內容,完成了基于System Generator的數字鎖相放大器的系統(tǒng)設計。系統(tǒng)由前置濾波模塊、抗混疊模塊,采樣模塊,FPGA模塊組成。本文針對系統(tǒng)中FPGA實現進行了設計。首先以System Generator作為硬件開發(fā)平臺,利用System Generator上提供的DSP模塊,并結合FFT等相應技術,設計了與待測微弱信號頻率自動匹配的參考信號發(fā)生模型;其次把多采樣速率信號處理的方法應用在FPGA上,實現數字窄帶低通濾波器的設計,完成了新型數字鎖相放大器的設計與實現。在以上基礎上,將基于System Generator的數字鎖相放大器應用于黏度測量。通過軟、硬件協同仿真測試與板載驗證,分析結果表明基于System Generator的數字鎖相放大器與以往數字鎖相放大器相比,信噪改善比提高到56dB以上,窄帶低通濾波器的品質因素Q可達105以上。本文設計的數字鎖相放大器可以檢測500KHz以下的信號,輸入信號信噪比36dB以下時提取信號幅值的相對誤差小于2%,檢測范圍為5uV~5V。這些性能指標滿足西安某公司黏度測量的要求,具有一定的實際應用價值。
[Abstract]:The phase-locked amplifier is a kind of weak signal detection instrument, which is used to extract the weak signal output in the engineering fields such as viscosity measurement, microwave characteristic research, optical fiber gas detection and so on. The phase-locked amplifier is a technique for extracting weak and useful signals submerged by noise by studying the characteristics and correlation of the detected signals. Based on the traditional digital phase-locked amplifier, a digital phase-locked amplifier based on system Generator is designed in this paper. The system is constructed by system Generator software, which makes the development of digital phase-locked amplifier simpler, reduces the amount of work, solves the problem of manual configuration of reference signal frequency of digital phase-locked amplifier, and utilizes digital narrowband low-pass filtering technology. The signal-to-noise ratio of the digital phase-locked amplifier is improved, and the detection accuracy of the digital phase-locked amplifier is improved. Based on the analysis of the existing phase-locked amplifier, including the correlation function, the principle of correlation detection, the simulation and the whole structure of the digital phase-locked amplifier, the system design of the digital phase-locked amplifier based on the system Generator is completed. The system consists of prefilter module, anti-aliasing module, sampling module and FPGA module. In this paper, the FPGA implementation of the system is designed. Firstly, the system Generator is used as the hardware development platform, using the DSP module provided by the system Generator, and combining with the corresponding technology such as FFT, the reference signal generation model is designed to automatically match the frequency of the weak signal to be measured. Secondly, the method of multi-sampling rate signal processing is applied to FPGA to realize the design of digital narrowband low-pass filter, and the design and implementation of a new digital phase-locked amplifier. On the basis of above, the digital phase-locked amplifier based on system Generator is applied to viscosity measurement. The analysis results show that compared with the previous digital phase-locked amplifier, the signal-noise ratio of the digital phase-locked amplifier based on system Generator is more than 56dB. The quality factor Q of narrowband lowpass filter can be more than 105. The digital phase-locked amplifier designed in this paper can detect the signal below 500kHz. The relative error of extracting signal amplitude is less than 2 when the SNR of input signal is below 36dB, and the detection range is 5uV / 5V. These performance indexes meet the requirements of viscosity measurement of a company in Xi'an, and have certain practical application value.
【學位授予單位】：東華理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN722

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本文編號：2053340