微弱直流信号的检测
一种宽范围微弱直流信号测量的简单方法
在 数 据 采 集 系 统 巾 ，有 时 需 处 理 的 输 入 信 号 范 同 很 宽 。 比如 场 发 射 测 试 中 要 求 测 量 的 场 发 射 电 流 为 １ Ａ １ｍ ０ ｎ ～ Ａ， 信 号 微 弱 且 范 嗣 宽 ， 应 用 设 计 带 来 很 多 问题 ， 般 的 线 性 给 一 放 大 器 无 法 处 理 如 此 宽 泛 的 动态 范 围Ｉ 其 解 决 方 法 之 一 是 ： ｌ ｌ 。 采 用 对 数 运算 放 大 器 压 缩 输 入 的 宽 动 态 范 围 信 号 ， 免 采 用 避 程 控 放 大 器 等 较 复 杂 的 处 理 方 法 ， 而 简 化 电 路 设 计 ， 助 从 有 于 降 低 噪 声 ， 弱 信 号 测 量 。对 数 放 大 器 是 输 入 与输 出 之 间 微
偿 电路 、 内 基 准 电流 产 生 电 路 、 例 因 子 调 节 电路 ， 片 比 只需 极
少 的 外 围 元 件 即可 ｌ 作 ，适 用 于 测 量 微 弱 宽 动 态 范 嗣 信 号 。 Ｔ 该 器 件 主要 特性 ： 量 １ ０ ｄ 测 ０ Ｂ的 输 入 电流 ， 即动 态 范 嗣 为 ｌ Ｏ ｎ １ｍ 工 作 于 ＋ ． ＋ １Ｖ 的单 电源 或 ± ． ± ． Ｖ 的 双 电 Ａ～ Ａ： ２ ～ ｌ ７ ２７ ５５ ～ 源 ： 基 准 电压 ０５Ｖ．通 过 外 部 电 阻 产 生 可 调 的 精 密 电 流 基 ． 准 ， 电 阻 可 调 节 ＭＡ ４ ０ 该 Ｘ ２ ６的 对 数 截 止 点 。输 出 失 调 电压 、 可 调 节 的 比例 因 子 Ｋ 由外 部 电 阻 进 行 设 置 。
ｇ ｏ ． ｄ ｔ ｉ ｓ ｓｅ ｈ ｄ ｂ ｅ ｓ ｄ ｆ ｒ ｅ ｔ ｇ Ｆ ｅ ｄ Ｅ ｔｃ ｒｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｆ ｌ ｌ ｏ ｒｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ． ｏ ｄ Ａｎ ｓ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｕ ｅ ｏ ｓｉ ｉｌ ｍｉ ｕ ｒ ｎ ｎ ａ ｕ ｆ ｓ ｕ ｅ ｕ ｒ ｈ ｔ ｎ ｉ ｅ ｎｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｋ ｓ ｎ ｌ ａ ｕ ｅ ｉ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ａ ｉ ｍｉ ｍｐ ｉ ｅ ；ＭＡＸ ２ ６ ｙ ｗｏ ｄ ：ｗ ａ ｉ ａ ｇ ｍｅ ｓ ｒ ；ｗ ｄ ａ ｇ ；ｌ ｇ ｒ ｈ ｃ ａ ｌ ｒ ｔ ｉ ｆ ４ ０
光电信号处理- 微弱信号检测的原理和方法
窄带通滤波器的实现方式很多：
常见的有双T选频，LC调谐，晶体窄带滤波器等， 其中双T选频可以做到相对带宽等于千分之几左 右（f0为带通滤波器的中心频率） 晶体窄带滤波器可以做到万分之几左右。
即使是这样，这些滤波器的带宽还嫌太宽，
因为这种方法不能检测深埋在噪声中的信号，通常 它只用在对噪声特性要求不很高的场合。 更好的方法是用锁定放大器和取样积分器，这在后 面再作讨论。
2
微弱信号检测的途径
微弱信号检测的途径： ●一是降低传感器与放大器的固有噪声，尽 量提高其信噪比； ●二是研制适合弱信号检测的原理，并能满 足特殊需要的器件， ●三是研究并采用各种弱信号检测技术，通 过各种手段提取信号， 这三者缺一不可。
3 信噪比改善（SNIR）
在介绍微弱信号检测的一般方法之前， 先介绍信噪比改善（SNIR）的定义； ●信噪比改善（ SNIR ）是衡量弱信号检测 仪器的一项重要性能指标。 ●信噪比改善的定义为：
信号主峰下的面积 输出信噪比＝ ＞ 1 划斜线的矩形面积
如果B选得很窄，则输出信噪比还能更大
一些， 带通滤波器在白噪声条件下的信噪比改善：
SNIR Pso / Pno Psi / Pni
输出端信号功率 Pso：Pso Psi Kv2
输出端噪声功率 Pno:
∴
Pno
Pni K v2 B f in
V1 (t ) V2 (t ) Vs1V2 sin(t 1 ) sin( t 2 )
Vs1V2 [cos( 1 2 ) cos(2 t 1 2 )] 2
两信号相乘后，通过积分器进行积分，
假定积分器的积分时间常数为T，而且积分时间 也取ｔ＝T， T＝ 2 则：
微弱信号检测
微弱信号检测电路实验报告课程名称：微弱信号检测电路专业名称：电子与通信工程＿＿＿年级：＿＿＿＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿＿任课教师：＿＿＿＿＿＿＿微弱信号检测装置摘要:本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下，识别出已知频率的微弱正弦波信号，并将其放大。
该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路组成.其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路完成微小信号的检测.本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4066,最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号。
经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号检测锁相放大器相敏检测强噪声1系统设计1.1设计要求设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
整个系统的示意图如图1所示。
正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。
噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC 机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。
图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点.图1 微弱信号检测装置示意(1）基本要求①噪声源输出V N的均方根电压值固定为1V±0。
1V；加法器的输出V C =V S+V N，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。
②微弱信号检测电路的输入阻抗R i≥1 MΩ。
③当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时,检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过5%。
（2）发挥部分①当输入正弦波信号V S 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时, 检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
②扩展被测信号V S的频率范围,当信号的频率在500Hz ～2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
微弱信号检测
5、离散量的计数统计（适合符合统计的离散信号）
随被检测信号中，有时是随机的或按概率 分布的离散信息。例：光子 需要分辨离散信号，减小噪声。
在弱光检测中主要的噪声源是大量的二次电子发 射、热激发和放大器噪声，它们都有很高的计数 概率，所以要求光电器件对二次电子发射等的输 出脉冲幅度要低，对要求检测的光子脉冲幅度尽 可能的要趋于一致，对宇宙射线要尽量屏蔽防止 进入。
依据功率谱对噪声的分类
白噪声： 如果噪声在很宽的频率范围内具有恒定功 率谱密度，这种噪声称白噪声 (注意：功率谱不包 括相位信息)。 有色噪声：反之，若噪声功率谱密度不是常数则称 为有色噪声 谱密度随频率的减小而上升，称为红噪声 谱密度随频率的升高而增加，则称为蓝噪声 这些都是以光的颜色与频率的关系来比拟的。
微弱信号检测技术进步的标志是仪器检测 灵敏度的提高。更确切地说，应是信噪比 (SNlR)改善。 它的定义为 ，是输出信噪比 与输入信噪比之比。SNIR越大，表示处理 噪声的能力越强，检测的水平越高。
一方面，如果分辨率要求高，或光谱扫描速度要求快，则 信噪比必然降低。 另—方面，如果利用微弱信号检测技术将传感器降温到液 He温度(4.2K)，而使S/N提高20倍。这时，若要求测量的S ／N不变，却可使光谱扫描速度提高400倍，或分辨率提 高3.3倍。 因此，应尽力降低传感器的噪声。
2 i11 2KTg f 11
(3)闪烁噪声（1/f噪声）：由于材料生产过程中的 非均匀性造成的晶体缺陷，引起载流子迁移过程 中局部的不规则行为产生的噪声。其频率近似与 fn(n=0.9～1.35)，通常取为1。 其形式与频率有关，属于红噪声。 对于有源器件，此种噪声是最重要的。
三、信噪比的改善
PMT不是理想的光电转换传感器，它不仅接受光信息， 其输出还因杂散光、漏电流和暗电流的存在而使总电流增 加，真正的信号电流却被淹没在其中。
第九章：微弱信号检测
为带通白噪声的带宽
x(t)=Asin(0 t+) Sx()=N0/2
自相关函数性质： L Rx x()=Rxx(-)，即Rxx()为的偶函数。 L Rxx()在原点=0处最大。Rxx(0)代表x(t)变化量的平均功率。 L若变化量x(t)不包含周期性分量，则Rxx()将随的增加从最大 值Rxx(0)逐渐下降。Rxx()衰减得越快，表示变化量x(t)随机 信号相关性越小。由于白噪声在不同时期是相关独立的，所 以它的Rxx()=(t)，随着的增加衰减得非常迅速。
互相关函数为：
1 1 1 R xy ( ) x(t ) y (t )dt S i (t ) y (t )dt N i (t ) y (t )dt T 0 T 0 T 0 Rsy ( ) Rny ( ) Rsy ( )
Rxx ( ) Rss ( ) Rsn ( ) Rns ( ) Rnn ( )
对于图示的低通滤波器，电压V1和输出电压V0满足一阶线性微 分方程：
dV0 V0 V1 C0 dt R0 R1
通解为：
t t V1 dt dt V0 exp( )[ ( ) exp( )dt C ] 0 R C 0 0 R1C0 R0 C0 0 0 t
T
1 R xx ( ) lim A 2 sin( 0 t ) sin[ 0 (t ) ]dt T T 0 A2 cos 0 2
(2)白噪声
由于其功率谱密度与频率无关，因而可以定义 Sx()=N0/2，其中 N0为常数，于是由式(9.1-7)可得： N 0 j N0 1 R xx ( ) e d ( ) 2 2 2
(3)带通白噪声
微弱信号检测技术
微弱信号检测技术科学技术发展到现阶段，极端条件下的物理实验已成为深化认识自然的重要手段．这些实验中要测量的物理量往往都是一些非常弱的量，如弱光、弱磁、弱声、微小位移、徽温差、微电导及微弱振动等等。
由于这些微弱的物理量一般都是通过各种传感器进行电量转换．使检测的弱物理量变换成电学量。
但由于弱物理量本身的涨落、传感器的本底和测量仪器的噪声的影响，被测的有用的电信号往往是淹没在数千倍甚至数十万倍的噪声中的微弱信号．为了要得到这一有用的微弱电信号，就产生了微弱信号检测技术。
因此．微弱信号检测技术是一种与噪声作斗争的技术．它利用了物理学、电子学和信息论的方法．分析噪声的原因和规律．研究信号的特征及相关性．采用必要的手段和方法将淹没在噪声中有用的微弱信号检测出来．目前．微弱信号检测主要有以下几种方法：‘1、相干检测相干检测是频域信号的窄带化处理方法．是一种积分过程的相关测量．它利用信号和外加参考信号的相干特性，而这种特性是随机噪声所不具备的，典型的仪器是以相敏检波器(PSD)为核心的锁相放大器。
2、重复信号的时域平均这种方法适用于信号波形的恢复测量。
利用取样技术．在重复信号出现的期间取样．并重复n次，则测量结果的信噪比可改善n倍。
代表性的仪器有Boccar 平均器或称同步(取样)积分器，这类仪器取样效率低，不利低重复率的信号的恢复．随着微型计算机的应用发展．出现了信号多点数字平均技术，可最大限度地抑制噪声和节约时间，并能完成多种模式的平均功能．3、离散信号的统计处理在微弱光检测中，由于微弱光的量子化，光子流具有离散信号的特征．使得利用离散信息处理方法检测微弱光信号成为可能。
微弱光检测又分为单道(Single-Channel)和多道(MuIti．-Channel)两类。
前者是以具有单电子峰的光电倍增管作传感器，采用脉冲甄别和计数技术的光子计数器；后者是用光导摄象管或光电二极管列阵等多路转换器件作传感嚣．采用多道技术的光学多道分析器(OMA)。
第十一章-微弱信号检测技术
锁相放大器的工作过程
I 随时间缓变的信号
经过调制
λ(t)
I
信号恢复
输出信号 （与信号幅度成 λ(t) 正比，与相对相 位有关）
ωm
送入锁相放大器
信号输入
Lock-in
参考信号
ωm
互相关函数
两个具有确定频率和相位的周期性信号，它们的相关特
性可以用互相关函数来表达：
lim R12 ( ) T
1 2T
模拟锁相放大器
数字锁相放大器
锁相放大器
2. 锁定放大器抑制噪声的基本出发点
( 1 )用调制器将直流或慢变信号的频谱迁移到调制频率处,再进行放 大, 以避开1/f 噪声的不利影响； ( 2 )利用相关器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声
与信号同频又同相的概率很小； （3）利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做的较窄，
1.锁相放大器概述
自从1962年，美国EG&G PARC公司制作了第一台锁相放大器(LIA)的 后，微弱信号检测技术得到了突破性的发展。后来又出现了模拟锁相放 大器(ALIA) 和数字锁相放大器(DLIA) 。对于数字锁相放大器而言，又 出现基于单片机的DLIA 和基于专用DSP的DLIA 。还有基于PC的系统级 模块化DLIA ，这种锁相的算法是采用C，C++等语言实现的。由于整个 系统运行在PC平台上，所以可以使用各种仿真软件对算法进行研究。
通常把由于材料或器件的物理原因产生的扰动称为噪 声。
把来自外部的原因的扰动称为干扰，有一定的规律性， 可以减少或消除。
锁相放大器要解决的就是如何在很强的外部干扰环境 中检测弱信号。
通常干扰是可以减少或消除的外部扰动，而由于材料 或器件的物理原因产生的噪声则很难消除。
微弱信号的检测方案设计要点
微弱信号的检测方案设计要点.docx微弱信号的检测方案设计一、原理分析针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。
下面就针对这几种方法做一简要说明。
方案一：滤波法。
在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。
常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。
但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。
虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。
方案二：取样积分器取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。
由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。
其系统原理图如图23。
Vs（t）Vn（t带通滤波鉴相器低通滤波器Vo本地振荡器移相器锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。
它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全相同时，即相位差为。
时经低通滤波后，输出信号的直流分量达到最大，其正比于输入信号中某一特定频率（参考输入频率）的信号幅值。
锁相放大器具有很多优点：信号通过调制后交流放大，可以避免噪声的不利影响；利用相敏检波器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声同频又同相的概率很小；利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做得很窄，并且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大提高。
但是值得注意的是适合于锁相放大器的检测信号应该是单频的，或者传导频谱所占频带是较窄的。
综合考虑，尤其根据是手头现有器件的情况，我们选择了利用锁相放大器作为本次的检测方案，并达到了预期的效果。
二、总体方案设计本设计系统框图如图42所示，并在适当位置预留了测试端口：仿真）（protel前置放大器：该电路用于对信号进行预放大处理,使其输入到后级锁相放大器的信号有个适当的幅度。
《微弱信号检测》
S/N << 1 －－微弱信号（微弱光电信号）
整理ppt
3
微弱信号检测定义：利用电子学、信息论 和物理学的方法，分析噪声产生的规律找 到抑制的方法；研究被测信号的特点和相 干性，检测被背景噪声淹没的弱信号。
微弱信号检测是测量技术中的尖端和综合 领域，可划归“低噪声电子学”。
整理ppt
4
二 . 微弱信号检测的途径
噪声是一种平稳随机信号； 噪声一般采用长周期测定其均方值(即噪声功率)的方法，通 常采用先计算噪声电压(电流)的平方值，然后将其对时间作 平均，来求噪声电压(电流)的均方值，即：
u i Un 2
lim 1 T T
T 0
2(t)d t或
n
in2
lim1 TT
T 0
2(t)dt
n
表示噪声电压(电流)消耗在1Ω电阻上的
利用时域中周期信号的相关性而噪声的随机、不相关性（或弱 相关性），通过求取信号的自相关函数或互相关函数，在强噪声背 景下提取周期信号的“相关检测”。这相当于在频率中窄带化滤除 干扰和噪声。特别适用窄带信号。例如锁定放大器。
2．平均积累处理
对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不佳，一种根据 时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢复波形的取样积分器可获 得良好探测效果。其基本原理是对于任何重复的（周期性）信号波 形，每周期如在固定的取样间隔内取样m次积累则信噪比改善。因 为“信号电压幅值为线性叠加”（有规律的周期信号）而“噪声功 率为矢量相加”（无规律的随机信号）。
fin A v 2(f)d f
0
V
2 so
是系统的功率增益，我们可以取中频区最大值，即
V
2 si
所以：
SNIRAv2(f0)
微弱信号检测76730【范本模板】
光电检测技术——微弱光检测一、相关检测原理 (2)1 相关函数 (2)2、相关检测 (3)二、锁定放大器 (6)1、基本原理 (6)2、锁定放大器的主要参数 (8)三、光子计数技术 (10)1、基本原理 (10)2、光子计数器的组成 (13)3、光电倍增管 (14)4、光子计数系统的测量误差 (15)在许多研究和应用领域中，都涉及到微弱信号的精密测量。
然而，由于任何一个系统部必然存在噪声,而所测量的信号本身又相当微弱,因此，如何把淹没于噪声中的有用信号提取出来的问题具有十分重要的意义.在光电探测系统中，噪声来自信号光、背景光、光电探测器及电子电路.通常抑制这些光学噪声和干扰的方法是：合理压缩系统视场，在光学系统结构上抑制背景光，加适当光谱滤波器，空间滤波器等以抑制背景光干扰.合理选择光信号的调制频率，使信号频率远离市电（50Hz)频率和空间高频电磁波频率，偏离l／f噪声为主的区域，以使光电探测系统在工作的波段范围内达到较高的信噪比.此外，在电子学信号处理系统中采用低噪声放大技术，选取适当的电子滤波器限制系统带宽，以抑制内部噪声及外部干扰。
保证系统的信噪比大大改善，即使信号较微弱时，也能得到S/N〉1的结果。
但当信号非常微弱，甚至比噪声小几个数量级或者说信号完全被噪声深深淹没时，再采用上述的办法，就不会有效，必须利用信号和噪声在时间特性方面的差别，也即利用信号和噪声在统计特性上的差别去区分它们，来提取被噪声淹没的极微弱信号，即采用相关检测原理来提取信号。
一、相关检测原理利用信号在时间上相关这一特性，可以把深埋于噪声中的周期信号提取出来，这种摄取方法称为相关检测或相干接收,是微弱信号检测的基础。
信号的相关性用相关函数采描述，它代表线性相关的度量,是随机过程在两个不同时间相关性的一个重要统计参量。
1 相关函数相关函数R xy是度量两个随机过程x（t), y（t）间的相关性函数，定义为(1）式中τ为所考虑时间轴上两点间的时间间隔。
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微弱直流电压的测量
学院：微电子与固体电子学院
专业：微电子科学与工程
班级：2014级微电2班
姓名：邓阳杰
学号：2014030102022
微弱直流电压的测量
邓阳杰 2014030102022
摘要
微弱直流电压信号检测技术注重的是使系统输出信噪比提高，即如何抑制、屏蔽噪声、减小误差，这些特质都使得微弱信号检测技术被应用于各个高端领域，并且微弱信号检测仪器被广泛地应用于物理、生化、天文、地理等领域的科学研究工作中。
故了解微弱信号检测的相关知识是推进现代测量技术进步的关键。
关键词：检测，原理，电路。
引言
目前，在微波频段上的功率测量通常采用热敏电阻、热电偶和二极管检波器这3种传感器件，其中基于二极管检波器的微波功率计由于测量频带宽、动态范围大、测量速度快，得到了广泛应用。
二极管检波式微波功率计是利用二极管检波器将微波功率信号转变为直流电压信号，然后进行测量，该方法关键是实现微弱直流信号的检测。
对应输入功率为-60—+20 dB·m的微波信号，二极管检波输出直流电压为0．8 tLV～1．6 V ⋯。
该信号具有动态范围大、微弱、背景噪声强的特点，测量过程中还会受到诸如温差电势、放大电路失调电压等误差因素的影响，能否对其准确、快速检测将决定微波功率计测量准确度和测量速度【1】。
目前典型的微弱信号检测的方法有以下几种：基于互相关接收原理的锁定放大技术、基于混沌理论的弱信号检测J、基于取样积累平均理论的弱信号测量H 等。
作为测量仪器电路使用，该设计要求对直流电压信号的测量精度高，测量速度快，电路可靠性好，以上几种方法虽各有优点但并不能完全满足该设计要求。
文中采用平衡斩波、低噪声前置级放大、带通滤波等一系列微弱信号处理技术，实现了微弱直流信号的检测，取得了良好效果。
测量原理
一、二极管检波器原理
检波二极管检波具有平方律一非平方律特性，在数学上服从于二极管检波方程【2】：
式中：i为二极管电流；Is为饱和电流，在给定温度下为常数；V为跨在二极管上的净电压； =g／(nkT)；g为电子电荷；n为适应实验数据的修正常数；为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。
将式(1)展开成幂级数形式：
从式(2)可以看出，由于信号的正负叠加和瞬间效应，正是该级数的二次及其他偶次项提供了整流作用。
对于小信号的整流，只有二次项有意义，因此，二极管检波器在小信号检波时检波的直流电流与跨接在该二极管两端的输入电压
的平方成正比，从而该二极管工作在平方律区域。
当高得使四次项不能忽略时，二极管按准平方律整流，称之为过渡区，再往上就到了线性检波区。
此外，二极管检波特性还受工作环境温度和输入微波信号频率的影响。
图1给出了典型的封装二极管检波器的平方律一非平方律检波特性曲线。
二、平衡斩波原理
对于低频和直流微弱信号的测量，1If噪声是最主要的噪声源。
1／f噪声是产生于器件内部的一种低频率噪声，它是由器件本身半导体材料的物理性质决定的。
输入信号频率越低，噪声的功率谱密度越大，过低的频率将造成待测信号完全淹没在噪声中，因此使用集成运算放大器等半导体器件的放大电路般无法直接实现对微弱直流信号的放大 J。
文中采用小信号场效应管(MOSFET)自制平衡斩波器很好地解决了上述问题。
平衡斩波技术的核心思想是利用开关器件导通和关断将检波输出直流信号转化成交流方波信号，经耦合后利用交流放大电路加以放大，从而回避了1／f噪声的问题。
设计过程中需要注意以下3个问题：
(1)由于MOSFET源极和漏极之间存在电容C 在MOS—FET开关导通和关断过程中产生电容反馈，为减小该电容反馈，可以在MOSFET的输出端设置负载电阻，阻值的确定需要折中考虑，阻值过大对电容反馈的削弱效果不明显，阻值过小又会与MOSFET导通电阻R。
形成分压对信号造成衰减。
(2)在MOSFET开关导通和关断的瞬间会产生干扰信号，加在栅极的控制信号会容性耦合至沟道，将干扰信号加载到待测的有用信号中，直接表现为斩波生成的方波信号上升沿和下降沿处会出现噪声尖峰，通过一个小电容耦合一个反向栅
极控制信号便可以消除噪声尖峰。
(3)斩波开关控制信号频率的确定主要出于以下考虑：首先过低的频率会使抑制1／f噪声的作用削弱，其次过高的频率会引入较强的栅极感应噪声。
三、、低噪声前置级放大原理
一个完整的多级放大系统的总噪声系数可用弗里斯公式描述：
式中：F。
、、⋯为各级放大器本身的噪声系数；K
PA1、K
PA2
…为各级额定功率。
式(3)表明一个级联放大系统中，越是前级噪声系数对系统总噪声系数影响越大，当第一级放大器的额定功率增益足够大时，则总噪声系数基本上等于第一级噪声系数，前置级放大电路的性能直接影响着整个多级放大系统的性能。
前置级放大电路设计主要遵循以下3个原则：
(1)器件选型要选择噪声电压E 和噪声电流，n尽量小的低噪声器件，同时要考虑到与信号源的噪声匹配。
(2)根据设计要求确定合适的耦合方式。
(3)电路形式(组态、偏置、反馈等)的选择不仅要使电路噪声足够小，同时要保证电路的其他性能指标。
测量电路
二极管式微波功率计利用双检波二极管将输入的微波信号转化为直流信号，经斩波后转化为方波信号，依据信号的大小经过量程开关选择进入低噪声高增益的前置级放大电路，放大后的信号通过带通滤波、后级放大等操作后利用A／D 芯片进行采集，将采集到的数据通过USB总线送入Pc处理，全部过程在CPLD控制下完成。
微波功率计信号检测电路如图2所示。
一、二极管检波电路
新型二极管平均功率计检波器采用平衡配置的双二极管检波方式，基于多种校准和补偿技术，使得单个二极管平均功率探头的动态范围达到了一70～+20 dB·m．二极管检波器组件的原理如图3所示。
输入的微波信号经过隔直电容C及3 dB衰减器进入50 n匹配负载和双二极管检波器，两个检波二极管输出的正负两路直流信号通过视频滤波电容 C 送入平衡斩波电路处理。
这种平衡配置双二极管全波检波可以有效地消除低功率测量时由不同金属连接导致的接触电压问题，提高了信噪比。
二、平衡斩波电路
以小信号MOSFET作为斩波器件，由CPLD控制产生2路频率为440 Hz的斩波控制信号CHOPP和CHOPN，2路控制信号相差半个周期，使2片MOSFET轮流导通，将正负2路直流转化为l路方波信号。
设计中，2片MOSFET尽可能靠近，使其工作环境温度接近一致，相互抵消温度漂移。
图4为平衡斩波电路原理图。
三、低噪声放大电路
平衡斩波输出的方波信号具有较大的动态范围，因此在信号进入低噪声前置放大电路之前需要合适的量程切换。
前置级放大电路由共射极高B双极晶体管和低噪声精密运算放大器组成，与信号源之间(待测信号)的耦合方式选择直接耦合，晶体管和运算放大器共同构成负反馈放大电路。
前置级放大电路的晶体管需要工作在一定的工作点上，这由晶体管本身特性和外加偏置电压决定，为了避免偏置电压造成放大电路的噪声性能下降，文中使用2组电源供电，同时设计了相应的电源滤波电路。
为了防止电路发生自激振荡，对其进行相位补偿。
经过放大的信号经带通滤波和后级放大后即可进行ADC采集。
图5为前置级放大电路原理框图。
总结
在实际应用中，人们要检测的信号种类繁多，只有掌握了检测技术的基本理论和基本方法才能创新和发展了。
根据不同的信号、不同的要求、不同的条件，采用它们的不同组合设计出所需要的微弱信号检测设备。
微弱信号检测技术的日益成熟，必将给这一领域带来革命性的发展。
参考文献
【1】高晋占.微弱信号检测（M）.北京：清华大学出版社，2004.
【2】曾庆勇.微弱信号检测（第二版）.浙江大学出版社.。