基于TMS320F2812的数字锁定放大器设计

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1引言
    数字锁定放大器相比模拟锁定放大器具有稳定、精度高等特点[1]，在频率扫描中有明显的优点。基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技术采用频率调制技术向激光二极管注入正弦波电流进行频率调制，用调制频率的倍频信号作为参考信号，用锁定放大器锁定所关心的二次谐波信号，采用DSP设计的锁定放大器用于二次谐波检测使测量系统有极高的灵敏度、精确的分辨率以和较高的动态响应速度。
2数字锁定放大器原理



      数字锁定放大器DLIA的原理框图及算法如图1所示。     



图1系统框图
由图1即可运用DSP数字锁定放大器的软件设计，整个系统的软件结构流程如图2所示：



图2 数字锁放软件流程
锁定算法程序如下：
Void main()
{
………..                //系统初始化，变量定义及初始化，略
//产生频率为f Hz（此处为激光信号二次谐波频率）的参考正弦和参考余弦.
RefWave(f);           
       Sigfilt();                //运用TI提供的滤波器库滤除噪声
       Correlate();            //相关运算
       lpf();
       AmpCalc();
       PhaCalc();
        ……….                 //后续处理：显示输出、反馈控制量等
}
其中生成参考信号和相关计算子程序如下：
void RefWave(f)
{
        for(i=0; i[2]计算测量结果并输出。在对信号进行处理的同时利用DSP产生30KHz的正弦信号和50Hz的斜坡信号作为激光二极管的调制信号。
4实验结果
借助于TMS320F2812强大的数据处理能力，运用相关算法和滤波算法[3]，数字锁定放大器对于微弱信号的检测能力相较于传统的模拟锁定放大器得到了极大的提高，其噪声抑制能力Q值能达到106。本文设计的数字锁定放大器应用在基于TDLAS二次谐波检测气体浓度系统中，其检测精度能达到10ppb级。在应用于汽车尾气测量系统时，能够实时动态的对气体浓度进行检测并得到结果。运用DSP设计的数字锁定放大器对于汽车尾气检测系统中微弱的激光信号，，对于汽车废气的动态排放规律研究新的控制策略有重要意义。