基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器在磁珠檢測上的應用.pdf

1、弱信號檢測是信號檢測領(lǐng)域中很重要的一部分，它的應用范圍很廣，如雷達、地質(zhì)勘探、聲譜光譜探測、環(huán)境氣體監(jiān)測、生物樣品檢測等都屬于弱信號檢測的應用。檢測微弱信號的方法有很多，利用鎖相放大器進行弱信號檢測就是其中一種常用的方法。而目前常見的通用型鎖相放大器，體積較大，價格昂貴，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為背景，以 FPGA做為技術(shù)實現(xiàn)手段，采用相關(guān)性原理設(shè)計了一

2、款專用數(shù)字鎖相放大器，并將它用于磁珠檢測系統(tǒng)。由于巨磁電阻（GMR）效應的發(fā)現(xiàn)，高靈敏度的GMR傳感器也應運而生，通常，人們將用于生物樣品檢測的GMR傳感器、檢測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，在免疫磁珠產(chǎn)生的微小磁場影響下，GMR傳感器的電橋平衡會被打破，產(chǎn)生

3、輸出信號。建立輸出信號變化量與磁珠濃度之間的對應關(guān)系便能完成對生物樣品的檢測。然而，由于GMR傳感器輸出的電信號很小，往往被淹沒在噪聲之中，檢測電路若不能有效的將磁珠微弱的輸出變化檢測出來，對目標生物樣本的檢測也無從談起，因此，檢測電路能否檢測到磁珠對輸出變化量的影響是GMR生物傳感器進行檢測的第一步，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)是微弱信號檢測技術(shù)當中應用較為廣泛的一種，能夠檢測到信噪比為10-5的微弱

4、信號，其效果相當于一個中心頻率可調(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檢測方法相比，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)備龐大且價格昂貴，難以適應當今生物檢測快捷、廉價、現(xiàn)場檢測及易操作等需求。因此，需要設(shè)計一款用于磁珠檢測系統(tǒng)的專用鎖相放大器。本文以磁珠檢測為目標，設(shè)計了一款磁珠檢測專用鎖相放大器，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)

5、建磁珠檢測平臺，做了相應的磁珠檢測工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①通過Dsp Builder平臺設(shè)計了基于FPGA的磁珠檢測專用型數(shù)字鎖相放大器，采用DDS截斷算法和改進的并行分布式算法分別完成了參考信號模塊和低通濾波器模塊的設(shè)計；根據(jù)實際應用需求，設(shè)計了磁珠信號的前置預處理電路，完成放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等相關(guān)功能。②在設(shè)計好的數(shù)字鎖相放大器為基礎(chǔ)加上信號前置預處理電路構(gòu)成信號檢測電路，將信號檢測電路、亥姆霍茲線圈、GMR芯片等