[發明專利]一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器及其實現方法

有效

• 申請號: 202110142813.4
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112929025B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 熊煒;付鈺城;陳徐宗
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器及其實現方法。本發明根據設定待測信號放大倍數，設定參考信號的移相值，自動將參考信號移動到設定相位，能夠實現自動獲得待測信號在參考信號頻點處的強度放大值，實現自動變頻，并實現連續變頻無躍變點：控制信號相鄰檔位間躍變所需頻率不同，存在公共區域，在公共區域保持上一檔位，保證了參考信號在小范圍內連續來回變化是不會出現檔位切換，節省功耗，提高系統穩定度；采用數字移相，移相范圍大，移相信號與參考信號相位差不隨溫度環境、參考信號頻率差異發生變化，穩定了精度，無需人為調整相位；幅度增益可選、鎖相頻率范圍寬；小尺寸、集成度好，廣泛應用于需獲得特定頻點上信號強度的領域。

技術領域

本發明涉及自動自適應鎖相技術，具體涉及一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器及其實現方法。

背景技術

在穩頻激光相關的精密測量以及原子和分子的操縱實驗中，常常使用鎖相放大器從原子的飽和吸收譜中產生鑒相誤差信號，用作反饋控制信號來保證激光的輸出頻率精確、穩定。

但實踐中，現有鎖相放大器普遍具有以下缺陷：1.要么是固定頻率，要么是固定增益，通用性不夠好。2.不能自動變頻，需要用戶提前設定分頻比，在實際應用中不能根據實際情況進行改變，不易在無人情況下使用。

發明內容

為了解決現有鎖相放大器通用性不夠和不能自動變頻的缺點，本發明提出了一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器及其實現方法，能夠在寬頻率范圍內實現移相精度穩定1°，增益寬范圍可調，輸出穩定鑒相誤差信號。

本發明的一個目的在于提出一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器。

本發明的寬帶自動變頻數字鎖相放大器包括：數字移相模塊、預處理模塊和鑒相輸出模塊；其中，

數字移相模塊包括測頻子模塊、鎖相環(PLL)關鍵子模塊和移相子模塊；參考信號分成兩路，一路參考信號輸入至測頻子模塊，根據已設定的M+1個分頻率比值，設定M個頻率分割點，相應有M+1個頻率檔位，預先存儲在測頻子模塊中，M為≥2的自然數，測頻子模塊測定參考信號的頻率，與預先設定的M個頻率分割點進行比較，將參考信號劃分到相應的頻率檔位，每一個頻率檔位對應唯一一個分頻率比值，并根據所在的頻率檔位產生一個相應的數字信號作為控制信號，將控制信號輸入到鎖相環關鍵子模塊；另一路參考信號輸入至鎖相環關鍵子模塊，鎖相環關鍵子模塊根據控制信號和參考信號產生倍頻信號，并使倍頻信號的相位鎖定在參考信號的相位上，保證后續移相中移動的相位相對參考信號穩定，與參考信號相位鎖定的倍頻信號輸入到移相子模塊；移相子模塊根據預先設定好的移相值使倍頻信號在設定的相位上進行跳變，輸出穩定的移相信號，輸出的相移信號的相移值不隨環境溫度的改變以及參考信號的中心頻率的漂移而發生改變；

預處理模塊包含預放大子模塊和帶通濾波子模塊；待測信號先通過預放大子模塊根據預先設定的放大倍數進行放大；放大后的待測信號通過帶通濾波子模塊對干擾噪聲進行抑制，獲得寬帶范圍內的可測信號；

鑒相輸出模塊包括鑒相子模塊和低通濾波子模塊；寬帶范圍內的可測信號和移相信號輸入到鑒相子模塊，鑒相子模塊對兩者進行乘法鑒相，輸出含有高頻不必要信號的鑒相信號；含有高頻不必要信號的鑒相信號通過低通濾波子模塊對高頻成分進行濾除，得到最終鑒相誤差信號，即待測信號在參考信號頻點處的強度放大值；