[发明专利]基于倍频器和采样保持器的相敏检波器及相敏检波方法

说明书

本发明公开了一种基于倍频器和采样保持器的相敏检波器及相敏检波方法，其中，相敏检波器包括：正弦发生器，过零比较器，倍频器，采样脉冲产生电路，第一至第四采样保持器，第一减法器分别与第一采样保持器和第二采样保持器相连，用于将第一采样保持器和第二采样保持器的输出信号相减，以得到垂直相位信号；第二减法器用于将第三采样保持器和第四采样保持器的输出信号相减，以得到水平相位信号。该相敏检波器可以通过过零比较器、倍频器、采样脉冲产生电路和采样保持器对待检信号在固定相位点进行信号采集，再通过减法器和低通滤波器输出垂直相位信号和水平相位信号，有效提高检测精度及稳定性，结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及信号解调技术领域，特别涉及一种基于倍频器和采样保持器的相敏检波器及相敏检波方法。

背景技术

信号解调在检测系统中有着重要的应用。例如在涡流检测中，高频的正弦波作为载波，由于涡流效应，缺陷信号会被调制到载波中，通过信号解调技术，能够有效地还原缺陷信号，并提高信号的信噪比。此外，信号解调在通信系统和光谱技术中也有着广泛的应用。

在众多的解调技术中，相敏检波技术有着非常重要的地位。相敏检波器是对参考信号和待检信号之间的相位差进行检波，这两个信号的频率是相同的。

传统的模拟相敏检波技术中，一般以乘法器和低通滤波器为核心。待检信号通过乘法器分别与一对正交的参考信号相乘，再将得到的信号通过低通滤波器来滤掉其高频分量，留下的直流分量即为待检信号在两个正交参考信号上的投影，这其中包含着待检信号的相位信息。但是模拟相敏检波技术存在着许多缺点，比如乘法器线性度差，低频响应差，且易受低频噪声、温漂和失调电流等因素的影响。

正交参考信号的相位精度直接影响相敏检波电路的性能，两路正交信号的获取通常需要移相电路来完成。移相电路是指两路同频信号，以其中一路为参考，对另一路进行相位超前或者滞后的调整。模拟移相电路易受输入波形和温度的影响，存在着波形失真和输出延迟，相位精度不高。且移相电路结构设计复杂，开发成本高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于倍频器和采样保持器的相敏检波器，该相敏检波器可以有效提高检测精度及稳定性，结构简单，易于实现。

本发明的另一个目的在于提出一种基于倍频器和采样保持器的相敏检波方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于倍频器和采样保持器的相敏检波器，包括：正弦发生器，用于生成与待检信号同频的正弦参考信号；过零比较器，所述过零比较器与所述正弦发生器相连，用于将所述正弦参考信号转换为同频的方波信号；倍频器，所述倍频器与所述过零比较器相连，用于对所述方波信号的频率进行增倍，以将所述方波信号的频率增至两倍；采样脉冲产生电路，所述采样脉冲产生电路分别与所述过零比较器和所述倍频器相连，以生成与对应参考信号同频的第一至第四采样脉冲信号，其中，脉冲分别位于所述对应参考信号的0°、90°、180°和270°相位处；第一至第四采样保持器，所述第一至第四采样保持器均与所述采样脉冲产生电路相连，根据所述第一至第四采样脉冲信号对输入的所述待检信号在固定的相位处进行幅度值的采集；第一减法器，所述第一减法器分别与第一采样保持器和第二采样保持器相连，用于将所述第一采样保持器和所述第二采样保持器的输出信号相减，以得到垂直相位信号；第二减法器，所述第二减法器分别与第三采样保持器和第四采样保持器相连，用于将所述第三采样保持器和所述第四采样保持器的输出信号相减，以得到水平相位信号。

本发明实施例的基于倍频器和采样保持器的相敏检波器，只需要一路参考信号就可以完成相敏检波过程，避免了两路正交参考信号所带来的相位精度的问题；无需使用乘法器，避免了由乘法器带来的线性度差，低频响应差和易受噪声、温漂和失调电流影响的缺点，电路系统稳定性提高；并且电路整体结构精简，调试容易，维护方便。