專利名稱：基于正交檢波的多路并行解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于調(diào)制解調(diào)技術(shù)，具體涉及一種基于正交檢波的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，特別是基于正交檢波的調(diào)制光信號多路并行解調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于光信號調(diào)制的應(yīng)用技術(shù)越來越多，如通信技術(shù)和光譜技術(shù)，隨之而來的是光信號解調(diào)技術(shù)逐漸成為相關(guān)應(yīng)用中的研究重點(diǎn)。在單通道的光譜儀器或工業(yè)環(huán)境應(yīng)用中，微弱信號檢測可以通過鎖定放大器實(shí)現(xiàn)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)鎖定放大器輸入信號和參考信號的相位差，使輸入信號與參考信號的相位差保持一致，然后進(jìn)行相敏檢波、濾波和信號放大。但是現(xiàn)代光譜和通信技術(shù)的發(fā)展早已不滿足于單通路信息檢測，而是要求對多路信號進(jìn)行同步發(fā)送、傳播和檢測。以光譜技術(shù)為例，在多路反射差分光譜系統(tǒng)或光柵型光譜儀中，均采用多通道探測器同時(shí)探測不同波長的紅外光，因此每通道都可以采集到多種調(diào)制光信號。為了準(zhǔn)確識別這些調(diào)制后的光信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各路調(diào)制光信號準(zhǔn)確解調(diào)，必須開發(fā)新的多路信號解調(diào)技術(shù)。而且對于多通道光信號相位差存在差異的情況，單個(gè)鎖定放大器無法正確檢測出微弱信號，即無法真正反映輸入信號的實(shí)際變化。除此之外，分別對各個(gè)通道進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)增加了人為因素，提高了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。在目前光信號多路并行解調(diào)應(yīng)用中，主要采用模擬鎖定放大技術(shù)和數(shù)字鎖相解復(fù)用技術(shù)。在模擬鎖定放大技術(shù)中，鎖定放大器是關(guān)鍵。該技術(shù)設(shè)計(jì)簡單，便于實(shí)現(xiàn)，但是缺點(diǎn)也較為明顯，即該鎖定放大器需要在輸入信號與參考信號之間進(jìn)行精確相位同步，否則信號受相位差異影響，會有顯著衰減。也正因?yàn)檫@一問題，模擬鎖定放大技術(shù)也容易受到隨機(jī)相位干擾，使得每次開啟電路都需要手動(dòng)校準(zhǔn)。如果應(yīng)用于多路系統(tǒng)，則需要對每一路分別進(jìn)行微調(diào)，增加了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，因此該技術(shù)較少應(yīng)用于多路系統(tǒng)開發(fā)。數(shù)字鎖相解復(fù)用技術(shù)如中國專利(CN201832815B)所述，采用數(shù)字處理器進(jìn)行信號解調(diào)和濾波。該專利所述方法是首先通過光信號倍增管進(jìn)行單光子計(jì)數(shù)，然后再采用FPGA進(jìn)行信號解調(diào)。盡管該專利所述技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字檢波，但光信號需要通過光電倍增管獲得，因此不能應(yīng)用于一般光信號檢測電路，而且需要開發(fā)FPGA電路模塊，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和開發(fā)成本。然而在光譜儀器研究和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，并行采集多路信號是必不可少的，且具有重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過正交檢波多路并行解調(diào)技術(shù)來克服單個(gè)鎖定放大器和數(shù)字鎖相解復(fù)用的缺點(diǎn)和不足，實(shí)現(xiàn)調(diào)制光信號的多路并行解調(diào)。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種多路并行解調(diào)系統(tǒng)，包括多個(gè)通路，每個(gè)通路均用于接收需解調(diào)的混合電信號，所述每個(gè)通路均包括一個(gè)正交檢波電路，該正交檢波電路用于將所述混合電信號按照所要提取的信號的特征頻率來進(jìn)行提取。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，所述正交檢波電路將所述需解調(diào)的混合電信號作為輸入信號，并接收一個(gè)頻率為所述特征頻率的參考信號，并且，該正交檢波電路包括90°移相電路、第一相敏檢測器、第二相敏檢測器、第一低通濾波器、第二低通濾波器，所述90°移相電路用于將所述參考信號進(jìn)行90°移相后輸出到所述第一相敏檢測器；所述第一相敏檢測器用于將所述90°移相電路輸出的信號和所述輸入信號進(jìn)行混頻，輸出第一和頻信號和第一差頻信號；所述第二相敏檢測器用于將所述參考信號和所述輸入信號混頻，輸出第二和頻信號和第二差頻信號；所述第一低通濾波器用于濾除第一和頻信號，輸出第一差頻信號；所述第二低通濾波器用于濾除第二和頻信號，輸出第二差頻信號。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，所述90°移相電路由異或門電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和D觸發(fā)器組成，其中，所述異或門電路和所述系統(tǒng)外圍的電阻電容構(gòu)成積分型雙邊沿單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，由所述參考信號的上下邊沿觸發(fā)得到兩個(gè)脈沖信號，然后輸入到所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中；所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于將所述兩個(gè)脈沖信號轉(zhuǎn)換成兩個(gè)方波信號；所述D觸發(fā)器用于將所述方波信號作為時(shí)鐘信號，將所述參考信號接到數(shù)據(jù)輸入引腳，在正向輸出端得到對參考信號進(jìn)行90°移相的信號。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，還包括光電轉(zhuǎn)換裝置，其用于將需解調(diào)的混合光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸入到所述多個(gè)正交檢波電路，以作為所述多個(gè)正交檢波電路的輸入信號。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其用于將所述多個(gè)正交檢波電路輸出的所述第一差頻信號和第二差頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，還包括數(shù)字處理裝置，用于根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)字信號計(jì)算所述要提取的信號的幅值和相位。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，所述模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置包括多塊高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，所述數(shù)字處理裝置為高速數(shù)字信號處理器。(三)有益效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明不要求光電轉(zhuǎn)換后的輸入信號與參考信號的相位差為零或常數(shù)值。2、本發(fā)明能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對各通路信號的幅值與相位的準(zhǔn)確測量。3、本發(fā)明的電路簡單可靠，在每一個(gè)信號采集通道中使用正交檢波電路。4、本發(fā)明可消除移相的調(diào)節(jié)誤差對測量準(zhǔn)確性的影響。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于正交檢波的光調(diào)制信號多路并行解調(diào)電路的原理圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的正交檢波電路的原理圖；圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的90°移相電路原理圖。
具體實(shí)施例方式為了實(shí)現(xiàn)光信號多路并行解調(diào)，同時(shí)克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于正交檢波的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在輸入信號與參考信號的相位差為零或常數(shù)值，甚至在相位差變化的情況下，都能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對輸入信號的幅值以及輸入信號與參考信號相位差的測量，滿足多路并行解調(diào)的功能。本發(fā)明的多路并行解調(diào)系統(tǒng)包括多個(gè)通路，每個(gè)通路均用于接收需解調(diào)的混合電信號，且每個(gè)通路中均包括一個(gè)正交檢波電路。所述的正交檢波電路用于將混合電信號按照所要提取的信號的特征頻率來進(jìn)行提取。本發(fā)明的正交檢波電路包括一個(gè)90°移相電路、兩個(gè)相敏檢測器和兩個(gè)低通濾波器。各正交檢波電路將所述需解調(diào)的混合電信號作為其輸入信號，并且還分別接收一個(gè)參考信號。各正交檢波電路接收的參考信號的頻率完全不同，因此每個(gè)通路可以針對不同的特征頻率進(jìn)行解調(diào)，該特征頻率即為參考信號的頻率。參考信號可以是從外部輸入的、與特征頻率一致的周期信號，也可以是用于調(diào)制光信號時(shí)的載波電信號。在正交檢波電路中，輸入信號分為兩路，分別輸入到兩個(gè)相敏檢波器。參考信號也分為兩路，其中一路進(jìn)行90°移相，使得兩路的相位差為90°，分別輸入到兩個(gè)相敏檢波器中與輸入信號做乘法運(yùn)算。相敏檢波器的功能是將輸入信號與參考信號進(jìn)行混頻，輸出和頻信號和差頻信號。在相敏檢波器之后的低通濾波器用于輸出差頻信號，同時(shí)濾掉和頻信號，從而得到放大后的微弱信號，也即解調(diào)后期望得到的信號。本發(fā)明的正交檢波電路與普通鎖定放大器不同的是，增加了一個(gè)相敏檢波器。兩個(gè)相敏檢波器工作原理完全相同，差別是其中一個(gè)的參考輸入進(jìn)行了 90°移相，此時(shí)兩路參考信號形成正交。假設(shè)待提取的信號為V，通過未移相參考信號相敏檢波器后的輸出信號，再經(jīng)過低通濾波器濾波后輸出為I = Vcos θ，Θ為輸入信號與未移相參考信號的相位差。另一路是使用90°移相后參考信號的相敏檢波器，它的輸出信號經(jīng)過低通濾波器濾波后為Q =Vsin Θ，由上述兩路輸出信號可以計(jì)算出輸入信號的幅度和相位。V = sjl2 + O2 , Θ = arctan (Q/I)為了上式計(jì)算方便，本發(fā)明優(yōu)選為采用數(shù)字處理的方式。首先將輸出模擬信號I和Q通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號I,和Q,，然后在數(shù)字運(yùn)算裝置中，按照以上兩式計(jì)算出輸入信號的幅值V,以及輸入信號與參考信號的相位差Θ'。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于正交檢波的多路并行解調(diào)電路圖。該實(shí)施例是如圖1所示，電路部分包括:一個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置1、多個(gè)正交檢波電路21、22、…、2n、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置3和一個(gè)數(shù)字運(yùn)算裝置4。所述的光電轉(zhuǎn)換裝置I用于將需解調(diào)的混合光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并輸出到所述多個(gè)正交檢波電路21、22、…、2n。所述混合光信號是指多路信息分別調(diào)制后混合成的光信號。因此，光電轉(zhuǎn)換裝置必須能夠高速且高效的完成向電信號的轉(zhuǎn)換。可以通過光電二極管把微弱的光信號轉(zhuǎn)化為電信號。

具體來說，該實(shí)施例首先將經(jīng)過多路不同頻率方波調(diào)制后的混合光信號輸入到光電轉(zhuǎn)換裝置I中，該裝置將全部光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并進(jìn)行放大，輸出為x(t)。該實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置是基于光電轉(zhuǎn)換芯片，通常這類芯片內(nèi)部集成了光電二極管和運(yùn)算放大器，可以在光電轉(zhuǎn)換后進(jìn)行電信號放大，并且增益可通過外部電阻調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)換、放大后的電信號仍然包含了多路信息。接著，通過多個(gè)正交檢波電路21、22、…來提取各路信息。本發(fā)明是針對多路并行解調(diào)進(jìn)行的，在通過光電轉(zhuǎn)換裝置I獲得電信號x(t)之后，將該信號X(t)分別輸入到后續(xù)多個(gè)正交檢波電路。在每個(gè)正交檢波電路中，除了輸入電信號X⑴，還需要輸入各自的參考信號，這是區(qū)分各路信息的主要標(biāo)志。該參考信號必須與調(diào)制光波信號頻率一致，可以來自于調(diào)制過程中生成的方波信號，也可以是在解調(diào)部分利用已知頻率生成的方波信號。后一種方法容易產(chǎn)生頻率和相位漂移，額外增加了檢波誤差，因此這里直接采用調(diào)制過程中生成的方波信號，分別是R1 (t)，R2⑴，......，Rn⑴，η表示實(shí)際系統(tǒng)中所需的通道數(shù)。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的其中一個(gè)正交檢波電路的原理圖。如圖2所示，該正交檢波電路包括90 °移相電路201、兩個(gè)相敏檢測器202、203、和兩個(gè)低通濾波器204、205。對于第i(i = 1,2,……，n，n為大于I的自然數(shù))個(gè)正交檢波電路，其輸入信號為X (t)，對應(yīng)的參考信號為Ri (t)。輸入信號X (t)分為兩路分別輸入到相敏檢測器202、203。參考信號Ri(t)也分為兩路，其中一路直接輸入到相敏檢測器202，另一路輸入90°移相電路后輸入到相敏檢測器203，使得兩路參考信號的相位差為90°，分別為Ri (t)和R(/)。分別輸入到兩個(gè)相敏檢波器的參考信號Ri(t)和只⑴與輸入信號X(t)做乘法運(yùn)算。相敏檢波器202、203用于將輸入信號X(t)與參考信號Ri (t)和只(O進(jìn)行混頻，輸出和頻信號和差頻信號并分別輸入到低通濾波器204、205。與相敏檢波器202、203連接的低通濾波器204、205用于濾除和頻信號并輸出差頻信號，從而得到放大后的微弱信號，也即解調(diào)后期望得到的信號。 為了簡化公式，假設(shè)X (t)中的調(diào)制信號為余弦函數(shù)cos (Oit),兩路參考信號分別為cos(Wit+0 j)和sinbi t+e i)，則經(jīng)過相敏檢波器202、203后，輸出分別為:
權(quán)利要求
1.一種多路并行解調(diào)系統(tǒng)，包括多個(gè)通路，每個(gè)通路均用于接收需解調(diào)的混合電信號，其特征在于，所述每個(gè)通路均包括一個(gè)正交檢波電路，該正交檢波電路用于將所述混合電信號按照所要提取的信號的特征頻率來進(jìn)行提取。
2.如權(quán)利要求1所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述正交檢波電路將所述需解調(diào)的混合電信號作為輸入信號，并接收一個(gè)頻率為所述特征頻率的參考信號，并且，該正交檢波電路包括90°移相電路、第一相敏檢測器、第二相敏檢測器、第一低通濾波器、第二低通濾波器， 所述90°移相電路用于將所述參考信號進(jìn)行90°移相后輸出到所述第一相敏檢測器； 所述第一相敏檢測器用于將所述90°移相電路輸出的信號和所述輸入信號進(jìn)行混頻，輸出第一和頻信號和第一差頻信號； 所述第二相敏檢測器用于將所述參考信號和所述輸入信號混頻，輸出第二和頻信號和第二差頻信號； 所述第一低通濾波器用于濾除第一和頻信號，輸出第一差頻信號； 所述第二低通濾波器用于濾除第二和頻信號，輸出第二差頻信號。
3.如權(quán)利要求2所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述90°移相電路由異或門電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和D觸發(fā)器組成，其中， 所述異或門電路和所述系統(tǒng)外圍的電阻電容構(gòu)成積分型雙邊沿單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，由所述參考信號的上下邊沿觸發(fā)得到兩個(gè)脈沖信號，然后輸入到所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中； 所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于將所述兩個(gè)脈沖信號轉(zhuǎn)換成兩個(gè)方波信號； 所述D觸發(fā)器用于將所述方波信號作為時(shí)鐘信號，將所述參考信號接到數(shù)據(jù)輸入引腳，在正向輸出端得到對參考信號進(jìn)行90°移相的信號。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，還包括光電轉(zhuǎn)換裝置，其用于將需解調(diào)的混合光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸入到所述多個(gè)正交檢波電路，以作為所述多個(gè)正交檢波電路的輸入信號。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其用于將所述多個(gè)正交檢波電路輸出的所述第一差頻信號和第二差頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
6.如權(quán)利要求5所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)字處理裝置，用于根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)字信號計(jì)算所述要提取的信號的幅值和相位。
7.如權(quán)利要求5所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置包括多塊高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
8.如權(quán)利要求6所述的多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字處理裝置為高速數(shù)字信號處理器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路并行解調(diào)系統(tǒng)，其包括多個(gè)通路，每個(gè)通路均用于接收需解調(diào)的混合電信號，所述每個(gè)通路均包括一個(gè)正交檢波電路。每個(gè)正交檢波電路包括90°移相電路、兩個(gè)相敏檢測器和兩個(gè)低通濾波器。90°移相電路用于將參考信號進(jìn)行90°移相，然后輸出到其中一個(gè)相敏檢測器，該相敏檢測器用于將該90°移相電路輸出的信號和輸入信號進(jìn)行混頻；另一相敏檢測器用于將該參考信號和輸入信號直接混頻，兩個(gè)相敏檢測器均輸出和頻信號和差頻信號；兩個(gè)低通濾波器分別用于濾除和頻信號，輸出差頻信號。本發(fā)明不要求輸入信號與參考信號的相位差為零或常數(shù)值，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對各通路信號的幅值與相位的準(zhǔn)確測量。
文檔編號H04L27/00GK103117973SQ20131007060
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者張鑫, 左年明, 蔣田仔, 李昌海 申請人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所