圖7. 使用ADA2200 實現(xiàn)鎖定放大器

改進方波鎖定電路

圖8 顯示了方波調(diào)制電路的一種改進方式。傳感器采用方波進行激勵，但測量信號會與相同頻率和相位的正弦波相乘?，F(xiàn)在，只有基波頻率的信號內(nèi)容才會移至直流，而所有其他諧波都將移至非零頻率。這樣，便可輕松使用低通濾波器濾除測量信號中直流分量以外的所有其他分量。

圖8. 使用正弦波作為參考信號可防止噪聲解調(diào)到直流

另一個難點是，如果參考信號和測量信號之間存在任何相移，所產(chǎn)生的輸出都會小于無相移時。如果傳感器信號調(diào)理電路包含任何會造成相位延遲的濾波器，就會出現(xiàn)這種情況。在模擬鎖定放大器中，解決該問題的唯一方法是在參考信號路徑中增加相位補償電路。這并不容易，因為電路必須可調(diào)節(jié)，以補償各種相位延遲，并且會隨溫度、元件容差而變化。一個較為簡單的替代方案是添加第二個乘法級，將測量信號乘以參考信號的90°相移版本。這個第二級的輸出信號將與輸入的反相分量成比例，如圖9 所示。

經(jīng)過兩個乘法器級后，低通濾波器的輸出為與輸入的同相（I）及正交（Q）分量成比例的低頻信號。要計算輸入信號的幅度，只需對I 和Q 輸出求平方和。這種架構(gòu)的另一個好處是，可以計算激勵/參考信號和輸入之間的相位。

圖9. 使用參考信號的正交版本計算幅度和相位

目前討論的所有鎖定放大器均會產(chǎn)生參考信號來激勵傳感器。最后一項改進是允許將外部信號用作參考信號。例如，圖10 中的系統(tǒng)可使用寬帶白熾燈來測試表面的光學特性。此類系統(tǒng)可以測量鏡面反射率或表面污染程度等參數(shù)。與使用電子調(diào)制相比，使用機械斬波碟調(diào)制白熾燈光源會簡單得多。緊挨著斬波碟的低成本位置傳感器生成方波參考信號，饋入鎖定放大器。鎖相環(huán)不直接使用此信號，而是生成頻率和相位與輸入?yún)⒖夹盘栂嗤恼也āＪ褂眠@種方法時必須注意一點，那就是內(nèi)部生成的正弦波必須具有低失真。