基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器在磁珠檢測(cè)上的應(yīng)用.pdf

1、弱信號(hào)檢測(cè)是信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域中很重要的一部分，它的應(yīng)用范圍很廣，如雷達(dá)、地質(zhì)勘探、聲譜光譜探測(cè)、環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)、生物樣品檢測(cè)等都屬于弱信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用。檢測(cè)微弱信號(hào)的方法有很多，利用鎖相放大器進(jìn)行弱信號(hào)檢測(cè)就是其中一種常用的方法。而目前常見(jiàn)的通用型鎖相放大器，體積較大，價(jià)格昂貴，為了適用儀器化的需求，近幾年各種專用的鎖相放大器的研究受到人們普遍重視。
　　本文以磁珠濃度的定量檢測(cè)為背景，以 FPGA做為技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，采用相關(guān)性原理設(shè)計(jì)了一

2、款專用數(shù)字鎖相放大器，并將它用于磁珠檢測(cè)系統(tǒng)。由于巨磁電阻（GMR）效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，高靈敏度的GMR傳感器也應(yīng)運(yùn)而生，通常，人們將用于生物樣品檢測(cè)的GMR傳感器、檢測(cè)電路和免疫磁珠一起統(tǒng)稱為GMR生物傳感器。它的基本工作原理是：將生物樣品與免疫磁珠結(jié)合構(gòu)成生物探針的一部分，另一部分生物探針固定在GMR傳感器表面，當(dāng)GMR傳感器表面的生物探針捕獲到結(jié)合有生物樣品的免疫磁珠時(shí)，在免疫磁珠產(chǎn)生的微小磁場(chǎng)影響下，GMR傳感器的電橋平衡會(huì)被打破，產(chǎn)生

3、輸出信號(hào)。建立輸出信號(hào)變化量與磁珠濃度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系便能完成對(duì)生物樣品的檢測(cè)。然而，由于GMR傳感器輸出的電信號(hào)很小，往往被淹沒(méi)在噪聲之中，檢測(cè)電路若不能有效的將磁珠微弱的輸出變化檢測(cè)出來(lái)，對(duì)目標(biāo)生物樣本的檢測(cè)也無(wú)從談起，因此，檢測(cè)電路能否檢測(cè)到磁珠對(duì)輸出變化量的影響是GMR生物傳感器進(jìn)行檢測(cè)的第一步，其性能將直接決定和制約GMR生物傳感器的整體性能。鎖相放大技術(shù)是微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛的一種，能夠檢測(cè)到信噪比為10-5的微弱

4、信號(hào)，其效果相當(dāng)于一個(gè)中心頻率可調(diào)且?guī)拰挾刃∮?.004HZ的帶通濾波器，與窄帶濾波法和取樣積分與數(shù)字式平均法等其他微弱信號(hào)檢測(cè)方法相比，鎖相放大技術(shù)更加的高效、靈活和穩(wěn)定。然而，目前市場(chǎng)上的商用鎖相放大器需要基于通用性和多功能的考慮，往往設(shè)備龐大且價(jià)格昂貴，難以適應(yīng)當(dāng)今生物檢測(cè)快捷、廉價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及易操作等需求。因此，需要設(shè)計(jì)一款用于磁珠檢測(cè)系統(tǒng)的專用鎖相放大器。本文以磁珠檢測(cè)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一款磁珠檢測(cè)專用鎖相放大器，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)

5、建磁珠檢測(cè)平臺(tái)，做了相應(yīng)的磁珠檢測(cè)工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①通過(guò)Dsp Builder平臺(tái)設(shè)計(jì)了基于FPGA的磁珠檢測(cè)專用型數(shù)字鎖相放大器，采用DDS截?cái)嗨惴ê透倪M(jìn)的并行分布式算法分別完成了參考信號(hào)模塊和低通濾波器模塊的設(shè)計(jì)；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了磁珠信號(hào)的前置預(yù)處理電路，完成放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等相關(guān)功能。②在設(shè)計(jì)好的數(shù)字鎖相放大器為基礎(chǔ)加上信號(hào)前置預(yù)處理電路構(gòu)成信號(hào)檢測(cè)電路，將信號(hào)檢測(cè)電路、亥姆霍茲線圈、GMR芯片等