锁相放大器作为微弱信号检测领域一类重要仪器,在科学研究与工程实践中发挥着重要的作用。锁相放大器具有极强的抗噪能力,可以从较强的背景噪声中恢复有效信号。随着人类对自然探索的不断深入,在诸如生物科学、智能感知、基础材料研究等领域,对大量不同特征微弱信号进行同步采集与检测的需求与日俱增,也使得传统单通道/单路锁相放大器的使用受到了越来越多的限制。因此,开展对多通道锁相放大器的研究工作势在必行。本文在对现有锁相放大器常用算法与设计原理进行深入调研的基础上,提出了一种多通道锁相放大器设计方案,主要研究内容如下:（1）算法研究从锁相放大器时域与频域行为入手,分析了数字正交锁相算法与离散傅里叶变换算法之间的异同,并提出一种改进的Goertzel算法对数字正交锁相算法进行了优化,通过引入迭代的相位校正因子,使算法理论检测频率范围扩展至任意频率,并能准确的对信号相位进行跟踪。之后在分析Goertzel算法性能的基础上,利用插值FIR滤波器实现窄带低通滤波器,完成对微弱信号的提取。通过Matlab仿真验证,该算法可有效的检测出深埋于噪声内的微弱信号,在减少大量计算的同时,保持性能与传统锁相算法相当。（2）硬件部分利用8通道同步采样型模数转换器AD7768为核心器件设计多通道锁相放大器。阐述了针对现代∑-△型ADC进行微弱信号采集的电路系统设计理念,并对前置放大器与抗混叠滤波器设计提出具体方案。（3）软件部分利用AM5728多核异构平台,在Linux环境下完成多通道锁相放大器DSP算法软件部分编写。利用OpenCL完成主机与DSP之间的数据同步与算法加速,使系统更加适应现代DSP处理器架构与软件体系。并通过软件测试分析结合OpenCL架构下DSP运行特性,对DSP端算法进行了优化。通过软件仿真、电路实测,验证了系统具有对多路微弱信号进行同步检测的能力,说明了基于DSP构建的多通道锁相放大器具有较强的研究和工程价值。
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