用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器，具有中心频率和带宽值可调的滤波电路，该滤波器包括电流放大器、可编程滤波器及其接入电路以及锁相放大器；所述接入电路连接模拟开关MAX4677，从光电导天线输出的电流信号经过电流放大器变成幅值很小的电压信号VIN，该电压信号经过第一级运算放大器的放大后，接入到可编程滤波器中，模拟开关MAX4677控制接入电路中的电阻矩阵的R值变化，使可编程滤波器成为中心频率和带宽值一定的滤波器，最后经过滤波的电压信号VOUT从滤波器输出，该信号通过锁相放大电路检波后输出信号OUT。本发明在THz-TDS系统中根据不同的测量对象和测量方法组成相应的工作参数，而不用再调整相应的硬件电路，结构简单，能够实现集成化。
【专利说明】用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自适应THz-TDS微弱信号探测技术，特别是涉及一种用于锁相放 大电路中的可编程带通滤波器。
【背景技术】
[0002] 太赫兹时域光谱技术（Terahertztime-domainspectroscopy ;THz_TDS)是二十世 纪八十年代末发展起来的一种新型THz波段（0· ΙΤΗζ-ΙΟΤΗζ)光谱测量方法，它使用频率介 于远红外和微波之间的相千电磁辐射作为探测源，利用光电导取样和自由空间电光取样方 法直接记录下THz波形，然后通过快速傅立叶变换得到THz电场的振幅和位相，并进一步得 到材料在THz波段的色散、吸收等信息。
[0003] 在THZ-TDS中，THz辐射的信号非常微弱，且噪声很大，因此需要采用锁相放大技 术进行信号的探测。在锁相放大技术中，需要确定的调制信号和参考信号的频率、相位差、 带通滤波的带宽、低通滤波的截止频率和总体增益等参数。而在THZ-TDS中，由于不同的测 量对象和测量方法，需要使用不同的工作参数。此时，需要根据不同的使用要求设置相关的 中心频率和带宽值（Q值）。与此技术问题相关的现有技术有以下几个方面：
[0004] 1、二阶可编程滤波器，其中心频率带宽BW = :^，改变接入电路中 的R值或C值，可以控制整个滤波器的中心频率和带宽值（Q值）
[0005] 2、MAX4677是MAXIM公司生产的高速模拟开关，可以单电源2. 7V到11V供电或者 双电压土2. 7V到±5. 5V供电，单片MAX4677能够提供四个模拟开关。用锁存器控制相应 的管脚就可以控制接入电路中的R值，进而改变二阶滤波器的中心频率和Q值。
[0006] 3、Anal〇gDevice公司生产的AD8664运算放大器具有低失调电压、低偏置电压，低 噪声和髙带宽等优点，并且可以采用±5V电压供电。单片AD8664可以提供四个性能优良 的运算放大器。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术，本发明提出了一种用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波 器，适用于THz-TDS锁相放大系统中，其中心频率和带宽值可调的带通滤波器设计电路。 [0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] 本发明提出了一种用于探测THz-TDS信号的可调式可编程滤波器，具有中心频率 和带宽值可调的滤波电路，该滤波器包括从输入端至输出端依序连接的电流放大器、可编 程滤波器及其接入电路以及锁相放大器；所述接入电路连接模拟开关MAX4677,以控制电 阻矩阵R值变化的，其中：
[0010]从光电导天线输出的电流信号经过电流放大器变成幅值很小的电压信号VlN，该 电压信号经过第一级运算放大器的放大后，接入到可编程滤波器中，模拟开关ΜΑχ4677控 制接入电路中的电阻矩阵的R值变化，使可编程滤波器成为中心频率和带宽值一定的滤波 器，最后经过滤波的电压信号vQUT从滤波器输出，然后该信号通过锁相放大电路检波后输出 信号OUT。 _
[0011] 所述可编程滤波器采用具有低失调电压，低偏置电压，低噪声和高带宽优点 的AD8664运算放大器搭建的二阶可编程滤波器；其中心频率为右=带宽为 Bf s 依据对接入电路中的R值控制，从而控制中心频率和带宽值。 y
[0012] 所述模拟开关MAX4677的管脚连接设置为：管脚2、管脚7、管脚10、管脚15分别连 接要输出的电阻，管脚2另一端、管脚6、管脚11、管脚14接地，管脚1、管脚8、管脚9、管脚 16接到锁存放大器上控制电平变化改变开关的开和闭，管脚4接-5V电源，管脚13接+5V 电源，管脚15接地，管脚12接VCC3. 3V电源，其中+5V电源通过滤波电容接地，Vcc3·別电 源通过滤波电容接地。
[0013] 与现有技术相比，本发明利用低噪声高带宽低偏置的AD8664运算放大器组成二 阶可编程滤波器，利用高速模拟开关MAX4677控制接入电路中的R值，可以实现可编程滤波 器的中心频率和带宽值调节，在THz-TDS系统中可以根据不同的测量对象和测量方法，组 成相应的工作参数，而不用再调整相应的硬件电路。所需的电子元器件少，结构简单，思路 清晰，工作可靠，性能优良，价格低廉，能够实现仪器集成化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明整个系统的基本电路连接不意图；
[0015] 图2是本发明中利用模拟开关MAX4677控制接入电路中R值的管脚连接示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明，并不是把本发明的实施范 围局限于此。
[0017]如图1所示，从光电导天线输出的电流信号经过电流放大器变成幅值很小的电压 信号IN，该电压信号经过第一级运算放大器的放大后，接入到可编程滤波器中，模拟开关 MAX4677控制接入电路中的电阻矩阵R值变化，使可编程滤波器成为中心频率和带宽值一 定的滤波器，最后经过滤波的电压信号V QUT从滤波器输出，然后该信号通过鉴相器检波后输 出信号OUT。
[0018]作为优选实施方式，所述的可编程滤波器主要有三个运算放大器组成，由一片 AD8664提供，AD8664运算放大器是由AnalogDevice公司生产的，具有低失调电压，低偏置 电压，低噪声和高带宽等优点，并且可以采用± 5V电压供电。单片AD8664可以提供四个性 能优良的运算放大器。
[0019] 所述的模拟开关MAX4677,-般有多个级联，。
[0020]利用模拟开关MAX4e77控制接入电路中R值的原理为：模拟开关MAX4677, 一般有 两个或多个的级联，分别控制接入电路中的电阻矩阵的R值和C值，从而控制二阶可编程滤 波器的中心频率和带宽，从而控制可编程滤波器的各项参数。如图2所示是MAX4677控制 电阻的管脚连接图，其中2、7、10、15管脚分别连接接入电路中的要输出的电阻，2、6、11、1 4 管脚接地，1、8、9、16管脚接到锁存器上控制电平变化改变开关的开和闭，4管脚接-5V电 源，13脚接+5V电源，5脚接地，12脚接VCC3. 3V电源，其中+5V电源要通过滤波电容接地， VCC3. 3V电源通过滤波电容接地。
[0021] 本发明能在不更改硬件电路的情况下，实现滤波器中心频率和带宽值的更改，并 能实现102数量级的Q值，且滤波器参数对元器件的波动不敏感。
【权利要求】
1. 一种用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器，具有中心频率和带宽值可调的滤波电 路，其特征在于，该滤波器包括从输入端至输出端依序连接的电流放大器、可编程滤波器及 其接入电路以及锁相放大器；所述接入电路连接模拟开关MAX4677,以控制电阻矩阵R值变 化的，其中： 从光电导天线输出的电流信号经过电流放大器变成幅值很小的电压信号VIN，该电压信 号经过第一级运算放大器的放大后，接入到可编程滤波器中，模拟开关MAX4677控制接入 电路中的电阻矩阵的R值变化，使可编程滤波器成为中心频率和带宽值一定的滤波器，最 后经过滤波的电压信号V OTT从滤波器输出，然后该信号通过锁相放大电路检波后输出信号 OUT。
2. 如权利要求1所述的用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器，其特征在于， 所述可编程滤波器采用具有低失调电压，低偏置电压，低噪声和高带宽优点的AD8664 运算放大器搭建的二阶可编程滤波器；其中心频率为=
带宽为BW :
，依据 对接入电路中的R值控制，从而控制中心频率和带宽值。
3. 如权利要求1所述的用于THz-TDS锁相放大的可编程滤波器，其特征在于，所述模拟 开关MAX4677的管脚连接设置为：管脚（2)、管脚（7)、管脚（10)、管脚（15)分别连接要输 出的电阻，管脚（2)另一端、管脚（6)、管脚（11)、管脚（14)接地，管脚（1)、管脚（8)、管脚 (9)、管脚（16)接到锁存放大器上控制电平变化改变开关的开和闭，管脚（4)接-5V电源， 管脚（13)接+5V电源，管脚（15)接地，管脚（12)接VCC3. 3V电源，其中+5V电源通过滤波 电容接地，3V电源通过滤波电容接地。
【文档编号】H03H11/02GK104300937SQ201410549599
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】黄战华, 何明霞, 龙宁波, 胡子晓 申请人:天津大学