1、光電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中，由于光電探測(cè)器表面受到光線照射產(chǎn)生微弱電流，這些電子流非常微弱容易受到強(qiáng)噪聲信號(hào)的干擾，傳統(tǒng)的微弱電流信號(hào)檢測(cè)方法無(wú)法進(jìn)行精確檢測(cè)，為減少?gòu)?qiáng)噪聲和1/f噪聲對(duì)該微弱光電子流的影響，本文設(shè)計(jì)基于DLIA(Digital Lock-In Amplifier,數(shù)字鎖相放大器)的微弱光電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)這種微弱光電子流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。首先光信號(hào)通過(guò)斬光器的調(diào)制變?yōu)橹芷诠庑盘?hào)，該周期光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器后產(chǎn)生周期性微弱電流信號(hào)，

2、再進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換、信號(hào)的放大、信號(hào)的濾波和信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列處理后，將采樣的數(shù)字信號(hào)輸入到數(shù)字信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)中。最后經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)信號(hào)解調(diào)得到光電信號(hào)幅值等信息。
　　首先，本文進(jìn)行函數(shù)自相關(guān)和互相關(guān)原理分析，對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入的研究，通過(guò)對(duì)比兩種數(shù)學(xué)模型得到互相關(guān)原理在抗噪聲干擾能力上更優(yōu)。因此，采用互相關(guān)原理設(shè)計(jì)鎖相放大器，其主要通過(guò)外部參考信號(hào)對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到強(qiáng)噪聲背景下待測(cè)信號(hào)幅值和相位等信息，隨后進(jìn)行Matla

3、b軟件仿真理論驗(yàn)證。為使微弱光電信號(hào)能夠輸入到數(shù)字鎖相放大器的信號(hào)解調(diào)器中，需要對(duì)這種微弱光電信號(hào)進(jìn)行的放大和濾波，設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為1012倍二階放大電路和截止頻率為8kHz的二階抗混疊濾波器，對(duì)信號(hào)放大電路和濾波電路中各個(gè)元器件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，采用Multisim軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　其次，硬件放大電路設(shè)計(jì)主要基于Multisim軟件仿真的理論支撐，第一級(jí)放大電路進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，將微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)并放大1011倍，也是硬件

4、電路最重要一部分，直接影響全部系統(tǒng)檢測(cè)系能，本文對(duì)目前市場(chǎng)高精度、低噪聲的運(yùn)放芯片進(jìn)行對(duì)比，第一級(jí)和第二級(jí)放大電路分別采用LMC6062運(yùn)放和LF442運(yùn)放進(jìn)行設(shè)計(jì)。信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)入抗混疊濾波器進(jìn)行濾波，濾除高頻噪聲的干擾，再將信號(hào)輸入到8位高速A/D轉(zhuǎn)換芯片中，最后經(jīng)過(guò) A/D(Analog to Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換后輸入到FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可

5、編程邏輯門陣列)中進(jìn)行信號(hào)的相關(guān)調(diào)制。
　　最后，對(duì)基于FPGA的數(shù)學(xué)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用DSP Builder工具箱進(jìn)行四個(gè)部分的設(shè)計(jì)：(1)待測(cè)信號(hào)頻率提取設(shè)計(jì)，主要通過(guò)對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換)，待測(cè)信號(hào)FFT后有最大頻幅響應(yīng)，從而提取對(duì)應(yīng)頻率信息。(2)基于DDS(Direct Digital Synthesizer,直接數(shù)字式頻率合成器)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的參考信號(hào)

6、設(shè)計(jì)，主要提供數(shù)字信號(hào)解調(diào)中的輸入的正弦和余弦參考信號(hào)，其頻率字信息由待測(cè)信號(hào)頻率提取部分。(3)數(shù)字信號(hào)處理的乘法器設(shè)計(jì)，主要功能是實(shí)現(xiàn)待測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)之間的相敏檢波，即數(shù)字信號(hào)處理中為乘法運(yùn)算。(4)基于FIR(Finite Impulse Response,有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng))低通濾波器設(shè)計(jì)，主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)積分功能的替換。將各個(gè)模塊聯(lián)接在一起調(diào)試，將編譯好的工程文件下載到FPGA芯片中完成數(shù)字信號(hào)解調(diào)設(shè)計(jì)。
　　對(duì)

7、光電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，首先對(duì)硬件放大電路進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明第一級(jí)I/V轉(zhuǎn)換電路能夠?qū)?2pA的電流信號(hào)放大0.2V的電壓信號(hào)，誤差范圍為1.5％。其次對(duì)基于FPGA的數(shù)學(xué)解調(diào)系統(tǒng)測(cè)試，采用ATTEN函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)輸入測(cè)試信號(hào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于FPGA的數(shù)學(xué)解調(diào)系統(tǒng)，檢測(cè)微弱光電信號(hào)工作性能穩(wěn)定，檢測(cè)精度高，在信噪比RSNR≈-26dB時(shí)，最小檢測(cè)精度能夠到達(dá)為0.02pA。最后將微弱信號(hào)檢測(cè)放大電路和基于FPGA的數(shù)學(xué)解調(diào)