基于FPGA的数字相敏检波算法实现.pdf

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1、基于FPGA的数字相敏检波算法实现梁世盛，等基于FPGA的数字相敏检波算法实现mplementationofFPGA—basedDigitalPhaseSensitiveDetectionAlgorithm磐世堕磊凤双旅墨(上海航天设备制造总厂，上海200245)摘要：数字相敏检波(DPSD)算法是一种有效的信号检测方法。针对某些高速采样系统采用现有DSP芯片控制模数转换和进行DPSD算法运算所出现的控制精度不高和运算速度慢等问题，详细分析了DPSD算法．设计了基于FPGA的数字相敏检波算法。该算法解决了控制信号精度不

2、高等问题，满足高速采样系统对运算速度的要求。试验结果表明，基于FPGA的数字相敏检测算法在测试系统中能有较好的检测效果。关键词：数字相敏检波(DPsD)FPGAADCDSP测试系统高速采样系统中图分类号：TP316+．2文献标志码：AAbstract：Fortestsystems，digitalphasesensitivedetection(DPSD)algorithmisanimportantmethodtodetectsignals．Insomeofthehi。ghspeedsamplingsystems-theD

3、SPchipisusedtocontrolADCandoperateDPSDalgorithm，butthecontrolaccuracyislowandoperationspeedisslow．ThroughanalysingDPSDalgorithmindetail，theFPDA-baseddigitalphasesensitivedetectionalgorithmisimplemented．Thismethodsolvestheproblemoflowaccuracyofcontrolsignal，andme

4、etstherequirementofoperationspeedforhighspeedsamplingsystem．TheexperimentalresultindicatesthattheFPDA—basedalgorithmoffersbetterdetectingeffectsintestsystems．Keywords：Digitalphasesensitivedetection(DPSD)Fieldprogrammablegatearray(FPGA)Analogtodigitalconverter(AD

5、C)Digitalsignalprocessor(DSP)TestsystemHigh—speedsamplingsystem0引言在实际工程测量中，被测信号常常会被强噪声所干扰或淹没，而数字相敏检波(digitalphase．sensitivedetection，DPSD)算法能很好地对淹没于噪声中的信号进行提取。因此，该方法被广泛应用于现有检测系统。现有检测系统大多采用DSP芯片实现DPSD算法和A／D采样控制。但随着时间推移，检测的环境变得更加恶劣。检测需求也越来越多，尤其如石油测井系统和航天系统逐步向深海和深空

6、发展，其对高速采样的控制精度、电路板面积、运算速度等的要求都变得非常苛刻。使得现有采用DSP作为核心芯片的检测系统已经不能满足要求。本文通过对数字相敏检波算法的详细分析，并结合A／D采样芯片控制信号的要求，将数字相敏检波算法和A／D采样控制信号模块相结合．并基于FPGA实现数字相敏检波算法。该算法解决了DSP芯片采样控制精度不足和运算速度不够等问题。修改稿收到日期：2013一Ol一10。第一作者梁世盛(1985一)，男，2012年毕a-I-电子科技大学测试计量技术及仪器专业。获硕士学位，助理工程师；主要从事电子测量与控

7、制的研究。《自动化仪表》第34卷第11期2013年11月1数字相敏检波1．1数字相敏检波的优点模拟相敏检波主要是利用三极管的开关特性实现相敏检波功能．包括乘法和检波等。模拟相敏检波算法原理比较简单且易于实现，但测量过程中因三极管的压降等因素所造成的影响与被测信号相比是不可忽略的：此外，三极管自身也会引入一定的其他噪声，致使无用和有用的信号分离不够彻底，这些因素严重影响了仪器的分辨率和测量精度¨。2]。数字相敏检波(DPSD)主要采用高速ADC采集模拟正弦信号，并与参考的数字正弦信号相作用，以数字方式实现相敏检波。根据文

8、献[3]所述，DPSD算法对谐波信号和有源器件引起的随机噪声具有很强的抑制能力、更大的灵活性、更高的精度和更好的线性度等优点p]，更适合微弱信号的检测。I．2数字相敏检波测量原理令被测正弦波信号菇(孔)的表达式为：x(n)=Asin(2竹rt／N+)(1)在实际的测量过程中，被测信号伴随着各种噪声。这些噪声主要包括有源器件带来的高