一种基于开关电容技术的锁定放大器设计

开关电容是用开关控制电容进行充放电的电路，由模拟开关和电容构成，基本电路如图3所示。2个开关由方波信号控制，U1到U2之间的等效电阻Req为：

式中，T表示方波信号的周期，Ieq表示充电电流。开关电容电路相当于T／C的电阻，既可以实现高输入阻抗，又可以组成精度和稳定性都较高的滤波器，也便于集成。

2 设计方法
如图4所示，把图2中的电阻R1换成图3中的开关电容，不仅可以实现相关检测中乘法器的功能，而且电路本身具有一定的滤波性能。如果改变控制信号的周期和积分电容的大小，就可以改变信号输出的幅值，且便于集成。由于采用积分环节，降低了噪声对微弱信号的影响。此时式(4)变为

由式(6)可知，输出的电压是直流信号。为了测量的准确，利用同一方波信号控制开关电容和积分电容的充放电，即当C1充电时，C2放电；反之，当C2充电时，C1放电。这样电路输出周期性的方波信号，经过BPF后为固定频率的正弦信号，通过改变BPF级数和放大倍数可以改变整体电路的倍数，以便测量更小的微弱信号。最后信号通过PSD后输出稳定的直流信号，便于后续电路采集。R0可以看作是开关导通电阻，可以加反馈电阻。由式(6)可知，通过改变C1和方波频率的大小，就可以改变电路的放大倍数，但是频率可调会增加BPF设计的难度。为了提高锁定放大器的性能，可以在BPF的通带内调节电容或者频率。