锁定放大器的设计
第三部分 锁定放大电路设计与应用
Bi为相敏检波器前的选频放大器的带宽,也是输入到 相敏检测器的窄带噪声的带宽.Be为相敏检测器的等 效噪声带宽. (1) Be可做到很窄, Bi不可能太窄,从而使得相敏检测 器的信噪改善比较大,具有很好的抑制噪声作用. (2)即使Be =Bi,相敏检测器的相敏特性也对不同相位 的噪声具有一定的抑制作用,噪声和信号同频又同相 的概率很低.
锁定放大电路设计与应用
4.1 锁定放大概述
锁定放大器抑制噪声有3个基本出发点: (1) 用调制器将直流或慢变信号的频谱迁移到调制频 率 0 处,再进行放大,以避开1/f噪声的不利影响. (2) 利用相敏检测器实现调制信号的解调过程,可以同 时利用频率和相角进行检测,噪声与信号同频又同相 的概率很低. (3) 用低通滤波器而不是用带通滤波器来抑制宽带噪 声.LPF的频带可以做得很窄,而且其频带宽度不受调 制频率的影响,稳定性也远远优于BPF.
锁定放大电路设计与应用
(4) x(t) 为正弦波含窄带噪声,r(t)为正弦波
x(t ) Vs cos(0t ) n(t ) n(t ) nc (t ) cosnt ns (t ) sin nt r (t ) Vr cos0t
窄带噪声及其正交分量的功率谱密度函数
锁定放大电路设计与应用
(3) x(t) 为正弦波含单频噪声,r(t)为正弦波
x(t ) Vs cos(0t ) Vn cos(nt ) r (t ) cos 0t up (t ) x(t ) r (t ) 0.5Vs cos 0.5Vs cos(20t ) 0.5Vn cos[(n 0 )t ] 0.5Vn cos[(n 0 )t ]
基于DSP的多通道锁相放大器设计与实现
基于DSP的多通道锁相放大器设计与实现摘要：锁相放大器是一种用于测量微弱信号的高精度仪器。
本文基于数字信号处理（DSP）技术，设计并实现了一种多通道锁相放大器。
通过使用DSP芯片进行信号的采集、处理和控制，实现了对多通道信号的同时测量和分析。
实验结果表明，该锁相放大器具有较高的精度和稳定性，适用于多种实际应用场景。
1. 引言锁相放大器是一种广泛应用于科学研究和工程实践中的测量仪器。
其基本原理是通过将待测信号与参考信号进行相位比较，并进行放大和滤波，从而提取出微小的信号成份。
然而，传统的锁相放大器在多通道测量中存在一些局限性，如仅能同时处理有限数量的通道信号，处理速度较慢等。
为了解决这些问题，本文提出了一种基于DSP的多通道锁相放大器设计方案。
2. 设计与实现本文所设计的多通道锁相放大器主要由DSP芯片、模数转换器、放大器和滤波器等组成。
首先，通过模数转换器将待测信号和参考信号转换为数字信号。
然后，使用DSP芯片进行信号的采集、处理和控制。
在DSP芯片中，采用了高效的算法和优化技术，以提高信号处理的速度和精度。
最后，通过放大器和滤波器对信号进行放大和滤波，得到所需的测量结果。
3. 实验结果与分析本文所设计的多通道锁相放大器在实际实验中取得了较好的效果。
通过对多个通道的信号进行同时测量和分析，可以快速获取各通道的相位差和幅度差等信息。
实验结果表明，该锁相放大器具有较高的精度和稳定性，能够满足多种实际应用场景的需求。
4. 结论本文基于DSP技术设计并实现了一种多通道锁相放大器。
通过使用DSP芯片进行信号的采集、处理和控制，实现了对多通道信号的同时测量和分析。
实验结果表明，该锁相放大器具有较高的精度和稳定性，适用于多种实际应用场景。
本文的设计方案为锁相放大器的进一步研发和应用提供了有益的参考。
关键词：锁相放大器；DSP技术；多通道测量；信号处理；精度与稳定性。
锁相放大器设计
C题：锁定放大器的设计摘要：本设计对于检测微弱信号的锁存放大器进行论述，锁定放大器主要包括交流放大器、带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器、直流放大器及液晶显示等几个部分。
其中，交流放大器以INA128为主要构成部件，实现交流信号的放大从而作为带通滤波器的输入；带通滤波器用UAF42构成，实现对900Hz到1100Hz频带范围的滤波过程，其误差小于20%；相敏检波器的主要部件采用乘法器MPY634，得到的信号在输入低通滤波器经直流放大器放大后输入显示电路，显示出被测信号的幅度及有效值。
另外，在相敏检波器部分的方波驱动信号由参考信道的参考信号经触发整形、移相、比较而来。
同时，为了更好的检测出锁定放大器的性能，在信号的输入端增加加法器电路，实现被测信号与干扰信号的1:1叠加，当干扰信号的频率为1050Hz—2100Hz时，输出端的测量误差小于10%。
锁定放大器在实际应用中用途广泛，尤其对于微弱信号检测方向站着主导地位，随着科技的发展已渐渐的融入人类的生活之中，拥有很好的发展前景。
关键词：带通滤波器；相敏检波器；显示；方波驱动1 总体方案设计1.1方案比较与选择1.1.1微弱信号检测模块方案比较方案一：采用滤波电路检测微弱信号，通过滤波电路将微弱信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，由此可见该方案不满足要求。
方案二：采用取样积分电路检测小信号，采用取样技术，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，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。
方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道和相敏检波器等组成，其中相敏检波器(PSD)是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有良好的检波特性。
由于该被测信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适用于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。
锁定放大器
实 验 四 锁定放大器
一、实验目的
1. 了解锁定放大器的原理及典型框图
2. 根据典型框图，连成锁定放大器
3. 熟悉锁定放大器的使用方法
二、实验原理
锁定放大器的基本原理：
相关器乘法
低通
锁定放大器分三部分：信号通道、参考通道、相关器
（1） 信号通道作用：把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉
部分干扰和噪声，扩大仪器动态范围。
（2） 参考通道：作用，产生于被测信号同步的参考信号输给相关器。
（3）
相关器是锁定放大器的核心，把放大后的输入信号与参考信号进行相关运算，达到
从噪声或干扰中检测有用信号。
锁定放大器相当于以为中心频率的带通放大器，等效信号带宽由相关器的时间常数决定
锁定放大器等效噪声带宽：
抑制噪声能力：
三、实验内容与测试
1. 锁定放大器对微弱电压信号的测试
2. 接通电源，预热，调节多功能信号源，输出正弦波。
频率1.1KHz ，电压100mv ，由精
密衰减器衰减输出100nv 微弱信号进行测量。
f s =1.1KHz ，V s =100nV ，T e =0.1s,Q=3 f s =1.1KHz ，V s =100nV ，T e =1s,Q=3
f s =1.1KHz ，V s =100nV ，T e =10s,Q=3
四、实验结论
(1)利用锁定放大器提取深埋在背景信号噪声中的信号时，加大时间常数，可以提高输出信噪比。
(2)在选择时间常数时，要考虑侧信号的响应时间，时间常数过长，将会把有用信号平均掉，使测量结果不能反映待测物理量，时间常数的选择需考虑信号响应速度和输出信噪比两个因素。
锁定放大器设计
锁定放大器设计报告一、方案选择本系统是基于相敏检波(PSD)技术的锁定放大器(LIA)，用于实现强干扰背景下uV级微弱信号的有效检测。
本文给出一种基于TI器件的解决方案。
系统由信号通道、参考通道、相敏检波器三部分组成。
其中信号通道由加法器、分压网络组成，实现信号与干扰的叠加并将大信号衰减为微弱信号，参考通道包括移相电路、触发整形电路，生成用于驱动模拟开关实现PSD的方波信号。
相敏检波器为核心，检波后经低通滤波输出直流信号供AD采样处理。
经单片机简单计算，在液晶屏上显示微弱信号幅值。
经测试，本系统较好完成了微弱信号的检测。
参考信号R(t)输入后分两路，一路送信号通道，一路送参考通道。
R(t)在信号通道中经过3600倍衰减获得待测微弱信号，送加法器与干扰叠加，是否引入干扰、干扰倍数可通过切换继电器控制，且干扰也经过同结构纯电阻网络分压，叠加了干扰的微弱信号经两阶带通滤波器滤波后送相敏检波器处理。
R(t)在参考通道中先经移相电路移相，使得与信号通道末的微弱信号相位一致，经触发整形生成驱动方波送相敏检波器处理。
相敏检波器利用模拟开关实现检波，输出信号经两阶低通滤波提取直流分量。
AD进行采样转换，单片机读取AD值，进行简单计算处理现实对应微弱信号幅值。
总体设计框图如图1.图1 总体设计框图二、理论分析与计算2.1移相电路移相电路核心部分由电阻电容构成，差分输出，可计算出其传递函数为：观察幅频特性，对其取模，可知：可见，图示移相电路具有结构简单、无额外增益、稳定性好的特点，且可以实现0到180°相移。
移相电路 纯电阻分压触发整形PSD 相敏检波器干扰选择AD 采样显示Σ加法器干扰源 N(t)小信号S(t)参考输入 R(t)大信号 R(t)信号通道参考通道纯电阻分压图2 移相电路核心2.2带通滤波器由题意，本题需要设计中心频率f0=1000Hz，3dB频带范围为900Hz~1100Hz的带通滤波器。
锁定放大器的设计(C题)
1
������ ������ ������5
������ ������������5
+ ������28
=
1 1 + ������������������5 ������28
������29 ������29 1 ������������ + （1 + ） ������27 ������27 1 + ������������������5 ������28 ������������ = 1 − ������������������5 ������28 1 + ������������������5 ������28
图 11 开关乘法器电路图 调整移相器得到与待测信号同相的方波，CD4053 得到如图 12 所示的输出波形
图 12 整流输出波形 3.1.9 低通滤波及直流放大电路 开关乘法器输出的电压值并不是直流， 经过一个截止频率很低的低通滤波器 可以得到直流，经过直流放大输出到单片机进行显示。
OPA4227PA VCC
12V
图 5 交流放大电路图 3.1.4 带通滤波器的设计 本系统要求带通滤波器的通频带为 900Hz～1100Hz,通带窄，而且要求通频带之 外的频率衰减的越快越好，因此我们要选择二阶带通滤波器。我们使用 TI 公司 提供滤波器设计软件 Filter Pro 进行初步设计，并在 Multisim 中进行参数的微 调，在实际电路中将 R17 和 R21 变为滑动变阻器，使得带通滤波器的截止频率和 Q 值可以微调。最终形成图 6 所示的带通滤波器。其幅频特性如图 7 所示：
图 1 整体系统框图
2 理论分析与计算
2.1 锁相放大器原理 锁相放大器由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成，是一种 对交变信号进行相敏检波的放大器。 它利用和被测信号有相同频率和相位关系的 参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频、同相的信号 有响应。所以它能大幅度抑制噪声信号，提取出有用信号。一般锁相放大器具有
锁定放大器的原理
锁定放大器的原理锁定放大器（PLL放大器）是一种常用的电路，用于调频调相解调、信号恢复、时钟回复等应用中。
它的核心原理是通过负反馈控制产生的一个稳定的输出信号，并将其锁定到一个参考信号源上。
与传统的放大器不同，锁定放大器可以自动跟踪输入频率的变化，并在输出中保持同样的频率。
锁定放大器的基本结构包括相频检测器、环路滤波器、振荡器和反馈环。
下面我们将详细介绍锁定放大器的原理。
1. 相频检测器（Phase Detectors）：相频检测器是锁定放大器的核心部件之一。
它根据输入和输出信号的相位关系来产生一个误差信号。
常用的相频检测器有相移检测器、频率差检测器和同步检测器等。
相频检测器的作用是将输入信号的频率和相位信息转换为电压或电流信号，用于比较和控制。
2. 环路滤波器（Loop Filter）：环路滤波器是一个用于滤除高频杂散信号的低通滤波器。
它的作用是将相频检测器输出的误差信号进行滤波和放大，产生一个控制电压或电流信号，用于驱动振荡器工作。
环路滤波器的设计需要考虑系统的带宽、稳定性和抗干扰能力等因素。
3. 振荡器（Oscillator）：振荡器是锁定放大器的另一个重要组成部分，它产生一个输出信号，并将其与输入信号进行比较，根据比较结果反馈给相频检测器进行调整。
常用的振荡器有LC振荡器、晶体振荡器和压控振荡器等。
振荡器的频率和相位可以受到控制电压的调节，从而实现与输入信号的锁定。
4. 反馈环（Feedback Loop）：反馈环是锁定放大器的核心组成部分，它将输出信号通过滤波器和振荡器反馈给相频检测器，形成一个闭环控制系统。
反馈环的作用是根据误差信号来调节振荡器的频率和相位，使输出信号与输入信号保持一致。
反馈环的稳定性和抗干扰能力决定了锁定放大器的性能。
锁定放大器的工作过程如下：1. 初始状态：锁定放大器初始时，输入信号和输出信号的频率和相位可能不一致。
相频检测器检测到这种差异，并将误差信号传递给环路滤波器。
锁相放大器的设计
锁相放大器的设计【摘要】本系统以超低功耗MSP430G2553作为处理核心，用OPA244、OPA2237、LM324N、LM3119等实现对微弱信号的检测。
该电路由信号调理模块、移相器模块、相敏检波器和数码管四个模块组成。
信号调理模块包括加法器，交流放大器，四阶带通滤波器，信号调理电路子模块，其具有微弱信号放大和调理、抑制干扰和噪声的作用。
移相器模块由多个比较器，积分器组成，实现与被测信号的同步，产生可180°移相的方波传输给MCU，由数码管显示被测信号的幅度。
【关键词】微弱信号;移相器;msp430;相敏检波器1.锁相放大器设计原理根据相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数f1（t）和f2（t）的相关函数定义为：它是度量一个随机过程在时间t和两时刻线性相关的统计参数，如果f1（t）和f2（t）完全没有关系，则相关函数将是一个常数。
下面我们设有两个信号x（t）、y（t）为：其中n1（t）、n2（t）为噪声，Vs（t）为待测信号，Vr（t）为参考信号。
则相关函数为：展开得：因为信号和噪声不相关，且噪声的平均值为零，所以都为零。
故：这样我们可以看到，两个信号经过相乘和积分处理后就可以把噪声抑制，锁相放大器的核心就是根据这个原理设计的。
2.设计方案的论证如图1所示，该方案将数字脉冲电位器用模拟移相器取代，其中移相器是由多个小模块依次作为输入产生不同的波形，最终实现将正弦信号调整为相位不同的方波信号。
且该处采用模拟器件容易实现，便于分级检测输出的波形，及时对硬件电路进行修正和改进。
图13.硬软件设计3.1 硬件的总体设计通过理论分析，该系统主要由由三部分组成，即：信号通道，参考通道和其他相关器。
加法器将被测信号S（t）和噪声信号n（t）以1：1叠加后通过电阻分压网络将叠加后的信号进行衰减。
信号通道由放大器和带通滤波器组成，其作用是把微弱信号放大到足以推动相关器的工作电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器动态范围的性能;参考通道由触发整形和移相器组成，其作用是产生与被测信号同步的对称方波，再由方波驱动给相关器;相关器由数字相敏检波器组成，是锁定放大的核心部件，具有动态范围大、漂移小、时间常数可调等性能。
锁定放大器实验报告
A6 ：潘美方、于溪、石汶奇锁定放大器的设计（C题）摘要本系统是基于锁定放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声的影响下微弱正弦波的幅值。
本系统由纯电阻分压网络、加法器、交流放大器、带通滤波器、滞回比较器、相敏检波器、低通滤波器和直流放大电路组成。
本系统是以相敏检波器为核心，参考信号经过移相后，通过滞回比较器触发整形产生方波。
移相电路用于调整方波与正弦波相位一致性，开关乘法器CD4053在方波的驱动下对正弦波进行全波整流，最后通过低通滤波器和直流放大器检测出微弱信号，并通过MCU采样，在液晶屏上显示微弱信号的幅度。
经最终的测试，系统能较好的完成微弱信号的检测。
AbstractThis system is a device for weak signal detection based on Lock-in amplifier,which can be used to detect the weak amplitude sine wave under the influence of strong noise.The system consists of a purely resistive divider network,adders,AC amplifier,a bandpass filter,hysteresis comparator,phrase sensitive detector,a low-pass filter and a DC amplifier circuit.The phrase shifter is for adjusting the phase of the square wave and sine wave consistency,with switch multiplier CD4053 driving under the square wave full-wave rectified sine wave.Finally, after go through the low-pass filter and a DC amplifier,we detect the weak signal with sampling by MCU, and display the amplitude of the weak signal on the LCD screen.After the final test, the system can complete the detection of weak signals well.1 系统方案1.1 方案比较与选择1.1.1 触发整形电路方案一：采用单限比较器。
锁定放大器的设计
摘要本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，由信号通道电路，参考通道电路，相敏检波器，输出显示部分组成。
其中信号经电阻分压网络生成微小信号，再经过放大和参考通道的方波输入到AD630,AD630再输出直流量给单片机采样显示。
经测试，本系统能准确测量出强噪声背景下范围为10uf-1mV的微弱信号，并在液晶准确显示，基本完成了题目要求。
本系统分压网络由精密电阻搭建的π型分压网络，简单快捷，稳定性高，移相运用了有源移相网络，实现了0到360度连续调节。
检测显示模块利用高性能MSP430单片机和高精度模数转换器ADS1118进行采样并经12864显示，美观大方。
关键词微弱信号相敏检波器MSP430目录1. 设计任务 (1)1.1任务 (1)1.2基本要求 (1)2. 方案论证 (2)2.1交流放大器 (2)2.2带通滤波器 (2)2.3相敏检波器 (2)2.4移相器 (2)2.5软件方案选取 (3)2.6系统整体方案 (3)2.7系统总体框图 (3)3. 理论分析计算 (3)3.1硬件电路的设计原理 (3)3.1.1信号通道电路的设计 (3)3.1.2参考通道触发整形电路的设计 (4)3.1.3相敏检波器的设计 (5)3.1.4低通滤波器的设计 (6)3.2单片机控制与系统任务的设计与选取 (6)4. 测试结果与误差分析 (7)4.1测试仪器： (7)4.2测试分析 (7)4.2.1 衰减器测试 (7)4.2.2 移相器测试 (7)4.2.3带宽测试 (7)4.2.4 微弱信号的测量 (7)4.2.5 结论与误差分析 (8)5. 结论、心得体会 (8)6.参考文献 (8)1 设计任务1．1任务设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA ）。
锁定放大器基本组成框图见图一。
4.1 1．2基本要求（1）外接信号源提供频率为1kHz 的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信号R (t )端。
R (t )通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S (t )端，S (t )幅度有效值为 10μV ~1mV 。
定放大器设计
目前微弱信号检测仪器，极大部分都是在上述的这些方法指导下设计与研制的，大致可以分下列几类：①锁定放大器——相关检测（相干检测）它是目前最常用的仪器，适于对淹没在噪声背景中的正弦波或方波信号的检测。
它的使用范围之广已遍及各个领域，使用十分普遍。
②取样积分器，多点信号平均器——重复信号的时域平均这种仪器用于淹没在噪声背景中的信号波形的恢复。
测量信噪比的提高，遵守m法则。
取样积分器适于快速信号波形的恢复，多点信号平均器适于低频信号的恢复。
③单道光子计数器，光学多通道分析器（OMA）——离散信号的统计处理方法这两种仪器用于极微弱光的测量。
由于微弱光的量子化，光子流具有离散信号的特征，使利用离散信息处理方法检测成为可能。
单道光子计数器是采用光电倍增管（PMT）作传感器，具有明显单光子峰，采用脉冲甄别计数技术，检测微弱光。
光学多通道分析器（OMA），采用光导摄象管等多路转换器件。
配上微处理器处理，能得到x、y、t三维图像。
具有时间分辨测量的能力，为动力学过程的研究创造了条件。
④计算机处理的方法随着计算机应用范围的扩大，原来在微弱信号检测中一些需要用硬件完成的检测系统，可以用软件来实现。
利用计算机进行曲线拟合，平滑，数字滤波，快速富里叶变换（FFT）及谱估计等方法理信号，提高信噪比，实现微弱信检测的要求。
光电实验的弱信号检测模块包括相关器和锁定放大器实验和多点积分器实验，分别介绍相关接收和同步积累这两种方法。
相关器和锁定放大器实验一、实验目的（1）了解和掌握相关器、锁定放大器工作原理；（2）测定相关器的性能和输出特性；（3）*观察相关器对倍频干扰的抑制作用，观察并测定相关器对倍频干扰的抑制性能；（4）*掌握双相锁定放大器工作原理，并测试双相锁定放大器的输出特性；二、锁定放大器和相关器的工作原理在非电量（如光强、速度、温度、压力等信号）的电测量过程中，需要用传感器把被测物理量转换成电信号即被测信号，送到测量放大器进行处理。
用于微弱信号检测的锁定放大器的设计与实现
用于微弱信号检测的锁定放大器的设计与实现锁定放大器（lock-in amplifier）是一种用于微弱信号检测和信号处理的专用放大器。
锁定放大器的设计与实现需要考虑各种因素，包括放大器的噪声性能、放大器的频率响应和相位响应以及锁定放大器的操作原理。
本文将介绍锁定放大器的设计与实现，包括放大器的电路设计、噪声分析和性能评估。
1.锁定放大器的操作原理锁定放大器的基本原理是通过参考信号将待测信号与参考信号进行相乘，并将结果通过低通滤波器进行滤波，得到待测信号的幅值和相位信息。
锁定放大器的核心部分由乘法器、低通滤波器和反馈回路组成。
参考信号主要用来抑制噪声，增加信号与干扰的信噪比。
2.放大器的电路设计锁定放大器的电路设计需要考虑放大器的噪声性能和频率响应。
放大器的噪声性能可以通过选择合适的器件和电路结构来优化。
常见的放大器电路设计包括差动放大器、运算放大器、宽带放大器等。
放大器的频率响应应根据待测信号的频率范围来选择。
3.噪声分析噪声是锁定放大器中一个重要的性能指标，噪声可以从各个器件的噪声源和噪声系数来分析。
常见的噪声源包括热噪声、亚热噪声、1/f噪声等。
为了降低噪声，可以采用低噪声器件、合理的电路设计和滤波技术等。
4.性能评估性能评估包括增益、相位补偿、输入输出阻抗和频率响应。
增益是指待测信号经过放大器放大后的幅度变化，一般以分贝（dB）表示。
相位补偿是指待测信号经过放大器后的相位偏移，一般用相位差来表示。
输入输出阻抗是指放大器的输入阻抗和输出阻抗，一般要尽量匹配待测信号源或负载的阻抗。
频率响应是指放大器的对不同频率信号的放大程度，一般以频率响应曲线来表示。
5.实现与优化锁定放大器的实现与优化可以通过选择合适的器件、优化电路结构和滤波器设计来完成。
选择合适的器件可以在一定程度上提高放大器的性能指标，比如选择低噪声放大器可以降低噪声；优化电路结构可以提高放大器的增益和相位补偿性能；滤波器设计可以提高锁定放大器的频率响应。
锁定放大器的设计(最全)word资料
nullnull测信号为 1mV 时的显示值噪声信号为 1mV，频率为 2kHz，待测显示值为1.032mV，误差为 3.2% 信号为 1mV 时的显示值噪声信号为 10mV，频率为1050Hz，待显示值为 1.122mV，误差为 12.2% 测信号为 1mV 时的显示值噪声信号为 10mV，频率为 2kHz，待测显示值为 1.092mV，误差为 9.2% 信号为 1mV 时的显示值 4.3 测试结果分析测试结果表明本系统采实现了在有干扰信号的情况下的已知频率和幅度微小信号的测量。
误差基本在 10%以内，能够较好的达到要求的功能。
5 结束语本系统能够很好地完成基础部分和大部分发挥部分，系统电路中相敏检波器能够工作在信号频率缓慢变化时有效检测出有用信号。
但由于时间仓促，没有时间进一步改进系统，不过这三天依然学到了很多东西，我们付出了很多，也收获了不少。
福州大学物信学院《模拟电子技术课程设计》设计报告组别：第2组姓学号：111000833 同组姓名：石泽伟专年级：10级指导老师：屈艾文实验时间：《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计一、设计目的满足技术指标的音频放大器，实现话筒扩音和音频放大的功能。
二、设计指标额定功率Po≥0.3W(γ <3%)；负载阻抗RL=8Ω；截止频率fL=50Hz，fH=20kHz；音调控制特性 1kHz处增益为0dB，125Hz和8kHz处有±12dB的调节AVL=AVH≥20dB；话放级输入灵敏度 5mV；输入阻抗Ri>>1KΩ。
三、设计器材小喇叭扬声器8Ω/0.5w，LM386，LM324，咪头，单面万能板单孔100mm×150mm，YB4325示波器，EE1641B1型函数信号发生器，DA—16B交流毫伏表，+9V电《模拟电子技术课程设计》音响放大器设计四、电路图及原理分析1、功率放大器设计Av4=2R7/(R5+R6//R)=31.22、音调控制器设计f（Lx）=125Hz，f(Hx)=8k，x=12Dbf(l2)=f(Lx)*2^(x/6)=500Hz，f(L1)=f(L2)/10=50Hz；f（H1）=f（Hx）/2^(x/6)=2kHz；f（H2）=10f（H1）=20kHz。
简易锁相放大器的设计-TIE2E中文社区
锁相放大器的原理锁相放大器L队(Lock．in Amplifier，简称L队)就是利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪。
它是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备。
在测量中，噪声是一种不希望的扰乱信号，它是限制和影响测量仪器的灵敏度的白噪声和1／f噪声的低频噪声。
这些噪声是无法用屏蔽等措施消除的。
为了减少噪声对有用信号的影响，常用窄带滤波器滤除带外噪声，以提高信号的信噪比。
但是，由于一般滤波器的中心频率不稳，而且带宽和中心频率以及滤波器的Q值有关等原因，使它不满足更高的滤除噪声之要求。
根据相关原理，通过乘法器和积分器串联，进行相关运算，除去噪声干扰，实现相敏检波，锁相放大器采用互相关接受技术使仪器抑制噪声的性能提高了好几个数量级。
另外，还可以用斩波技术，把低频以至直流信号变成高频交流信号后进行处理，从而避开了低频噪声的影响。
锁相放大器抑制噪声的性能如下：国内外生产的锁相放大器的等效噪声带宽厶在103Hz数量级，少数的可以达到4×104Hz，信号带宽2．55×106Hz，可见，仪器具有非常窄的信号和噪声带宽，通常带通滤波器由于Q值的定义，常规滤波器很难达到一些性能。
而锁相放大器被测信号和参考信号是同步的，它不存在频率稳定性问题，所以可以把它看成为一个“跟踪滤波器"。
它的等效Q值由低通滤波器的积分时间常数决定，所以对元件和环境的稳定性要求不高。
研究表明，锁相放大器使信噪比提高一万多倍即信噪比提高了80dB以上。
这足以表明，采用相关技术设计的锁相放大器具有很强的抑制噪声能力。
目前锁相放大器有如下特点：极高的放大倍数，若有辅助前置放大器，增益可达101l(即220dB)，能检测极微弱信号交流输入、直流输出，其直流输出电压正比于输入信号幅度及被测信号与参考信号相位差，满刻度灵敏度达pV、nV甚至于pV量级。
由此可见，锁相放大器具有极强的抗噪声性能。
它和一般的带通放大器不同，输出信号并不是输入信号的放大，而是把交流信号放大并变成相应的直流信号。
一种基于开关电容技术的锁定放大器设计
一种基于开关电容技术的锁定放大器设计
随着电子学、信息论、物理学、计算机技术的发展，为满足现代科学研究和技术开发的需要，微弱信号的处理方法得到不断的发展。
微弱信号检测技术可以分为两类：1)用硬件电路实现微弱信号的调理和采集，其方法主要有：滤波技术、相关检测技术、同步积累法、开关电容网络及光子计数法等；2)利用计算机技术和信息处理技术从噪声中提取微弱信号。
这里主要从硬件方面提出一种新的微弱信号检测电路设计方案，利用开关电容网络和积分器相结合实现检测，在降低噪声的同时，对微弱信号进行放大。
1 锁定放大器工作原理锁定放大器是基于互相关原理设计的一种同步相干检测仪，能够对检测信号和参考信号进行相关运算。
按照互相关的数学表达式，相关器包括乘法器和积分器2 部分。
考虑到线性范围和动态范围，通常相关器不采用模拟乘法器，而采用线性好、动态范围大、电路简单的开关式乘法器。
锁定放大器的参考信号不是一个任意函数，而是和待测信号同步的方波。
锁定放大器的工作原理如图1 所示。
图中乘法器和积分器实现互相关运算，积分器在同步方波的控制下以充放电形成方波信号，以便后续电路处理；带通滤波器(BPF)的功能是选频和放大，根据放大倍数的需要，采用适当级数的BPF；相敏检波器(PSD)把放大后的调制信号再和载波信号相乘，利用低通滤波器(LPF)滤出高频分量，输出直流电平的大小与被测微电流成正比。
图2 为锁定放大器采用的相关原理。
由此可知，相关器输出为直流电压，其值正比于输入信号的基波振幅，并与参考信号之间的相位差的余弦成正比。
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基于单片机的锁定放大器设计
基于单片机的锁定放大器设计胡捷【摘要】This electronic design is based on the MCU-MSP430 minimum system, and combined with the principle of lock-in amplifier it canachieve the weak signal detection. The design includes AC amplifier, band pass filter, phase shift circuit, square wave generator, PSD circuit, A/D sampling circuit and MCU control circuit. The system can detect the weak signal amplitude from the strong noise. Through the LCD, it can shows A/D sampling of amplitude and maximum error is less than 1%, and the weak signal amplitude detected can reach less than 20mV.%文章介绍的电子设计是以TI公司的MSP430单片机最小系统作为控制中心，结合锁定放大器原理实现的微弱信号的检测装置。
该设计包括了交流放大器、带通滤波器、移相电路、方波发生器、PSD电路、A/D采样电路和单片机控制电路等。
该小系统能将微弱信号幅值从强噪声中检测出来，并通过液晶显示A/D实时采样的幅值，且误差最高能达到1%以下，所能检测到的弱信号幅度能达到20mV以下。
【期刊名称】《江苏科技信息》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】2页(P59-60)【关键词】MSP430;锁定放大;单元电路【作者】胡捷【作者单位】武昌工学院，湖北武汉 430065【正文语种】中文在精密仪器设计中，传感器的输出信号往往是极弱信号，这种信号通常会被强大的干扰信号所淹没，导致后续电路对有用信号的提取非常不利。
光纤光栅传感器锁定放大电路的设计
鞍山师范学院学报Jou rna l o f A nshan N or m al Un iversit y 2010 12,12(6):38-43光纤光栅传感器锁定放大电路的设计曾喜娟1,庄其仁2(1.黎明职业大学,福建泉州362000;2.华侨大学信息科学与工程学院,福建泉州362021)摘 要:针对光纤光栅传感器反射光信号微弱的特点,采用锁定放大器作为检测放大电路.设计了锁定放大器的硬件电路,通过PROTU S 软件仿真,得到了各部分电路的仿真波形图.结果表明,设计的电路作为光纤光栅传感器的检测电路可提高系统的信噪比.关键词:带通滤波器;移相电路;相敏检测;PROTU S中图分类号:TN 253 文献标识码:A 文章篇号:1008 2441(2010)06 0038 06光纤光栅传感系统中,若采用可调谐FFP 腔[1]滤波解调,探测器探测的光谱是传感光栅FBG 的反射谱和可调谐FFP 透射谱的卷积,结果会使得探测器探测到的光谱展宽,幅度变得平坦.这时探测器探测到的峰值功率附近,任何噪声干扰都会降低系统的分辨率.直接放大检测电路的增益一般不高,因此要求采用昂贵的高功率宽带光源,不但造成系统功耗的增加,还会降低系统的使用寿命.而采用锁定放大器来放大被测信号,可改善系统的噪声特性,提高系统的波长分辨率,降低宽带光源的发光功率以延长系统的寿命.1工作原理图1 FFP 腔光纤光栅解调系统原理图采用锁定放大器的可调谐FFP 腔滤波解调光纤传感系统原理框图如图1所示,宽带光源(BBS)为宽带LED,由单片机产生一个2k H z 的方波信号对光源进行调制.调制光信号经过光隔离器和3dB 耦合器输入到传感光栅(FBG )阵列,传感光栅阵列FBG1 FBGn 反射n 个相应布拉格波长的调制光信号,最后经过可调谐FFP 腔滤波得到单一波长的调制光信号,并由光电探测器(PD )转换为调制电信号,经锁定放大器放大后变为直流信号,该直流信号的幅度与传感光栅阵列FBG1 FB Gn 的反射光强度成正比,因此通过改变PZT 上所加的驱动电压进行可调谐FFP 腔滤波波长扫描,就可检测到对应每个FBG 的峰值波长,实现FBG 阵列传感测量.图2 锁定放大器基本结构图收稿日期:2010-10-11作者简介:曾喜娟(1973-),女,福建莆田人,泉州黎明职业大学讲师,硕士.锁定放大器可在比被测光信号强100dB(105)的外来干扰中检测出目的信号[2].其结构由信号通道、参考通道、相敏检测器(PSD)和低通滤波器组成,如图2所示.锁定(锁相)放大器(lockin a m plifier)利用参考信号与被测信号的互相关特性,提取出与参考信号同频率和同相位的被测信号,达到去除噪声的目的.结构中相关器是锁定放大器的核心部件,主要由相敏检测器和低通滤波器组成,相敏检测器实现了被测信号与参考信号的互相关运算,相敏检测器有模拟乘法器式和电子开关式,本文采用电子开关式相敏检测器.电子开关式相敏检测器[3]的输出等效为被测信号与幅度为 1、占空比为50%的方波信号r(t)的乘积.设输入信号为x(t)=V cos( 0t+ ),r(t)是偶函数,根据傅立叶变换,r(t)可用三角函数的形式表示:r(t)=4¥n=1(-1)n+12n-1cos[(2n-1) 0t],(1)r(t)与x(t)相乘的结果为:u p(t)=x(t) r(t)=V cos( 0t+ ) 4¥n=1(-1)n+12n-1cos[(2n-1) 0t]=(2)2V ¥n=1(-1)n+12n-1co s[(2n-2) 0t- ]+2V¥n=1(-1)n+12n-1cos[2n 0t+ ].式(2)右边的第一项为差频项,第二项为和频项.经过低通滤波器(LPF),所有的和频项与n>1的差频项都被滤除,最后滤波器的输出为:u o(t)=2Vco s( ).(3)式(3)表明被测信号通过相敏检测器(PSD)和低通滤波器(LPF)后,输出正比于被测信号的幅度,同时正比于参考信号与被测信号的相位差 的余弦函数,当 =0时,输出最大,从而实现鉴幅和鉴相.2 锁定放大器的设计2.1 信号通道的设计2.1.1 前置放大及二级放大电路的设计 从FPP腔解调出的信号经2k的正弦波调制,信号较为微弱而噪声相对较强,因而要求信号通道有较高的增益、共模抑制比较低的噪声系数.信号通道主要包含交流放大电路和带通滤波器,这里交流放大电路的性能对整个系统的噪声系数的影响是最大的.本文采用两级放大电路,其中I CL7650作为前置放大,第二级采用OP97作为放大电路,电路如图3所示.图3 前置放大电路、二级放大电路原理图39第6期曾喜娟,等:光纤光栅传感器锁定放大电路的设计2.1.2 带通滤波电路的设计 在放大电路中限制通频带是抑制干扰和噪声很有效的一种方法.信号功率往往只限在很窄的频率范围之内,而白噪声是系统中固有的噪声,其频率范围很宽,如果信号放大过程中用滤波器仅滤出信号频谱能量,抑制其它频率的能量通过,则能显著提高系统的信噪比[4].设计电路如图4-a 所示.图4-b 所示为中心频率2k 时的频谱图及3dB 带宽(即幅度降到中心频率幅度的0.707倍时的频率).图4-b 中下限截止频率约为1.942k H z ,上限截止频率约为2.2747k H z ,带宽约为332.7H z.图4 带通滤波器电路原理图与频谱图2.2 参考通道移相整形电路的设计电路如图5-a 所示.该电路可产生相位可调的方波,作为参考信号加到相敏解调器上.将调制信号源(由单片机产生)的参考信号由运放U1比较整形后加到由二极管D1、D2、R2、R3、C2及运放U 2电路中进行波形转换,把方波变成锯齿波,再经U3进行放大,之后加到U5比较运放电路中变成占空比可调、幅度稳定的方波,之后经二极管D3输入到锁相环电路.锁相环采用一个集成芯片CD4046,它由一个压控振荡器(VCO )、两个鉴相器组成,本电路只用一个鉴相器PD 2.U 5将一矩形波输出到锁相环中,VCO 就产生一个占空比为0.5的方波,这个方波又接至PD2的输入端,PD 2将U5输出的矩形波与VCO 输出的方波的相位加以比较,能够产生一个相应于两信号相位差的误差电压.该电压控制VCO,从而实现锁相.PD 2为边沿型触发鉴相器,调节电位器RV 3可改变U5输出波形的占空比,最终改变VCO 输出方波相对于参考信号的相位,所以该电路又称为移相器,仿真波形如图5-b 所示,其中上面那个波形是移相整形后的输出波形,下面那个波形是单片机产生的波形.40鞍山师范学院学报第12卷图5 参考通道移相整形电路图与仿真波形图2.3 相敏检波电路相敏检波器是锁定放大的核心部件,它决定了测试系统的准确度以及弱信号的检测水平.它的作用有两个:一是抑制噪声;二是实现对正弦信号或调制信号进行幅度和相位的检测.本文相敏检波器采用高精度同步解调器AD630,AD630相当于一个模拟乘法器,将输出信号与解调信号(方波电压)相乘,适用于从含有干扰噪声的调幅波中精密检出被调制的信号.由式(2)可知,经过低通滤波器(LPF)后,最后输出信号电压u o (t)正比于被测信号幅度V 以及参考信号与被测信号相位差 的余弦.其电路原理图如图6-a 所示,仿真结果见图6-b .图6-b 中上方波形为输入调制信号波形,下方波形是经相敏检波后的输出电压信号(图6中还有部分纹波,地电平在该波形下4格处).把相敏检波输出电压信号经放大滤波后,再通过AD 转换送入计41第6期曾喜娟,等:光纤光栅传感器锁定放大电路的设计算机处理,就可得到传感光栅阵列FBG1 FBGn 的反射峰值波长(布拉格波长).图6 相敏检测及低通滤波原理图与仿真结果图3 结果与讨论由于采用锁定放大器,大大降低了噪声的影响和系统带宽,因此光纤光栅传感器反射光信号检测系统的总增益可达6 106V /A.满刻度输出时的输入(FS)可表征系统的灵敏度,它取决于系统的总增益.在本设计中锁定放大器的输出级为有源低通滤波器,设最大输出电压V max (t)=4V,则满刻度输出时的输入光电流:FS =V max A =46 106=0.67uA 系统的最小可探测信号是由系统的温度漂移决定的.本系统输出的直流漂移约为4.5mV,因此,系统的最小可探测光电流为:42鞍山师范学院学报第12卷MDS = V os A =4.56 10=0.75nA 采用锁定放大器后,系统的测量精度大大提高,锁定放大器的信噪比改善程度为SN I R=2B i n / f n ,B i n 为相关解调器前面带通滤波器的带宽, f n 是低通滤波的噪声带宽.由于 fn 远远小于B i n ,因此信号的信噪比大大改善.但是当噪声过大时,器件的非线性特性使乘法器不再具有理想乘法特性,进入过载状态,此时的相关解调器输出信噪比迅速恶化,因此,设计中把相关解调器设计成具有大的过载能力的相关器,比起不用锁定放大器,其测量精度大大改善.4 结论设计了光纤光栅传感器反射光微弱信号检测的锁定放大器硬件电路,通过PROTUS 软件仿真,得到了各部分电路的仿真波形图.由于采用锁定放大器,大大降低了噪声的影响和系统带宽,因此光纤光栅传感器反射光信号检测系统的总增益可达6 106V /A,使光纤光栅传感器的灵敏度、测量精度和抗干扰能力明显提高.参考文献:[1]黄俊斌,尹进,姜德生,等.基于可调光纤F P 滤波器解调的分布式光纤光栅传感系统[J].海军工程大学学报,2003,15(5):5-8.[2]张日希,张春熹,杜新政.光纤陀螺中的数字锁相放大器设计[J].中国惯性技术学报,2001,8(4):70-73.[3]高晋占.微弱信号检测[M ].北京:清华大学出版社,2004.[4]W illia m s ,A rthur B T ay l o r ,F red J .E lectron ic F ilter D esi gn H andbook[M ].U S :M cG ra w H ill Professi ona,l 2005.[5]凌海.锁相电路在分析仪器中的应用[J].分析仪器,2000,(2):43-46.D esign of L ock i n Amplificati on C ircuit for FBG Sensor Si gna l Detecti onZENG X i juan 1,Z HUANG Q i ren 2(1.L i m ing Vocational Un i ver sit y,Q uanZhou F uJ i an 362000,China;2.Co llege of Infor.Sc&i E ng .H uaqiao Universit y,Q uanzhou Fuji an 362021,Ch i na)A bstract :A ccordi n g to the features o f FBG sensor ,a Lock i n Am p lificati o n C ircuit is used for w eak signal de tection .Every hardw are c ircu it is designed based on the Lock i n Am p lificati o n C ircuit s struct u re .Then all of the circuits are si m u lated by the PROTU S ,and the si m ulati o n w avefor m are g i v en .The si m ulation resu lt i n d i cates that the syste m s signal to no ise ratio is i m proved by adopti n g this design sche m e .K ey words :Band pass filter ;Phase sh ift circui;t Phase sensitivity detecti o n ;PROTUS(责任编辑:陈 欣)43第6期曾喜娟,等:光纤光栅传感器锁定放大电路的设计。
锁相放大器
锁相放大器实验锁相放大器实验（Lock-in amplifier）,简称LIA。
它是一个以相关器为核心的检测微弱信号仪器，它能在强噪声情况下检测微弱正弦的幅度和相位。
学习本实验的目的是使同学了解锁相放大器的基本组成,掌握锁相放大器的正确使用方法。
一、锁相放大器的基本组成结构框图如图1所示。
它有四个主要部分组成:信号通道、参考通道、相关器（即相关检测器）和直流放大器。
图1 锁相放大器的基本结构框架1.信号通道信号通道包括:低噪音前置放大器、带通滤波器及可变增益交流放大器。
前置放大器用于对微弱信号的放大，主要指标是低噪音及一定的增益（100～1000倍）。
可变增益放大器是信号放大的主要部件，它必须有很宽的增益调节范围，以适应不同的信号的需要。
例如，当输入信号幅度为10nV，而输出电表的满刻度为10V时，则仪器总增益为10V/10nV =109若直流放大器增益为10倍，前置放增益为103，则交流放大器的增益达105。
带通滤波器是任何一个锁相放大器中必须设置的部件，它的作用是对混在信号中的噪音进行滤波，尽量排除带外噪音。
这样不仅可以避免PSD（相敏检波器）过载，而且可以进一步增加PSD输出信噪比，以确保微弱信号的精确测量。
常用的带通滤波器有下列几种：（1） 高低通滤波器图2为一个高通滤波器和一个低通波滤波器组成的带通滤波器，其滤波器的中心频率f 0及带宽B 由高低滤波器的截止频率f c1决定和f c2决定。
锁相放大器中一般设置几种截止频率，从而根据被测信号的频率来选择合适的频率f 0及带宽B 。
但是带宽滤波器带宽不能过窄，否则，由于温度、电源电压波动使信号频谱离开带通滤波器的通频带，使输出下降。
为了消除电源50Hz 的干扰，在信号通道中常插入组带滤波器。
（2）同步外差技术上述高低通滤波器的主要缺点是随着被测信号频率的改变，高低通滤波器的参数也要改变，高低通滤波器的参数也要改变，应用很不方便。
为此，要采用类似于收音机的同步外差技术，原理框图如图3所示。
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目录1.摘要与系统方案选择2.设计原理与理论分析3.交流放大器4.有源带通滤波器5.硬件设计6.加法器7.二阶带通滤波器8.参考通道9.实验数据10.软件程序11.参考文献锁定放大器的设计摘要本系统以TI公司超低功耗MSP430G2553作为处理核心，进行控制和测量。
信号通道对调制正弦信号输入运用加法电路以后，先进行衰减10000倍，然后进行交流放大10000倍（一级放大100倍，二级放大100倍），让信号通过信号通道，一级放大用高精度仪表放大器 INA114对信号进行初步的放大，进一步提升系统的噪声抑制比，二级放大应用TI通用双运放OPA2237实现。
相敏检波模块（相敏检波器,低通滤波器和直流放大器）由数字电路用单片机来实现，参考信号通过自制的电阻分压网络降压和TI公司的LM324电压比较器实现移相器，调理后汇总进入数字检波模块最后显示出结果，顺利完成了题目要求。
关键词：微弱信号放大精密仪表放大器放大器数字检波一、系统方案与选择1.放大电路的选择方案一：选用普通运算放大器，价格便宜，技术成熟，操作难度小。
但是会将内部严重的噪声放大，共模抑制比一般，测量会存在很大的误差。
方案二：采用高精度仪表放大器INA114是一种通用的仪表放大器，尺寸小精度高，价格低廉，应用广泛。
对于系统的前端放大电路用INA114只需要一个外部电阻就可以设置,电路简单。
由于被测信号小，就要求前置放大器必须具备低噪声的特点，否则将由于放大器本身的噪声将使放大器的本身噪声将使信号淹没的更深。
另外，还要考虑前置放大器具备足够的放大倍数，强的共模抑制比。
综上，放大器信号通道要求具有低噪声和高效益的性能，而TI公司的仪表放大器IN114完美的达到了要求。
增益在1--10000之间的任意增益值, 共模抑制比高（G＝1000时为50dB）,失调电压低，漂移小（0.25uV∕°C）测量精准。
2.相敏检测装置的选择方案一：输出前的低通滤波器和直流放大器运用模拟电路来实现，电路简单操作容易，但是考虑到全局都用模拟来实现会带来较大误差。
方案二：相敏检测器与低通滤波器如果用数字检波模块来采集，会增加精准度，但是会有编程上的困难。
方案比较：综上，我们选择方案二。
虽然会有难度的增加，但是实验的精度却得以保证。
我们设计的锁定放大器方案如下图二、 设计原理及理论分析 2、锁相放大器的基本原理相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数1()f t 和2()f t 的相关函数定义为：121()lim()()2TTT R f t f t dt Tττ-→∞=-⎰它是度量一个随机过程在时间t 和t τ-两时刻线性相关的统计参数，如果1()f t 和2()f t 完全没有关系，则相关函数将是一个常数。
下面我们设有两个信号()x t 、()y t 为：12()()()()()()s r x t V t n t y t V t n t =+=+其中1()n t 、2()n t 为噪声，()s V t 为待测信号，()r V t 为参考信号。
则相关函数为：[][]1211()lim()()lim()()()()22TTxy srTTT T R x t y t dt V t n t V t n t dtTTττττ--→∞→∞=-=+-+-⎰⎰展开得：211221121()lim ()()()()()()()()2()()()()Txy s r s r T T sr s r R V t V t V t n t V t n t n t n t dtT R R R R τττττττττ-→∞=-+-+-+-=+++⎰因为信号和噪声不相关，且噪声的平均值为零，所以2112()()()s r R R R τττ、、都为零。
故1()lim ()()2Txy s r TT R V t V t dt Tττ-→∞=-⎰。
这样我们可以看到，两个信号经过相乘和积分处理后就可以把噪声抑制，锁相放大器的核心就是根据这个原理设计的，见下图：参考信号为方波时：由于方波可以傅里叶展开成余弦函数：[]041()cos (21)21r r n V t B n t n τωϕπ∞=-=∑+++，则： []0141()lim cos()cos (21)221cos()T sr sr T T n s r R AB t n t dt T n kAB τωωϕπϕωω∞-→∞==∑+++==⎰（）锁定放大器的原理方框图，原理详解如下： 硬件设计 1、信号通道信号通道由加法器、衰减网络、仪表放大器（一级）、多阶有源滤波器（二级）、调理电路组成。
将用另一信号源产生一个频率为1050至2100HZ 的正弦波信号，作为n (t )叠加在锁定放大器的输入端，信号幅度等于S (t )。
n (t )亦可由与获得S(t)同样结构的电阻分压网络得到。
对输入的幅度调制正弦信号进行交流放大，滤波处理。
由低噪声前置放大器，有源带通滤波器，主放大器等部分组成。
其作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器的动态范围。
此外，前置放大器的等效噪声阻抗要与信号源的输出阻抗相匹配，共模抑制比更高，已达到最佳的噪声性能。
⑴加法器加法器由运放组成，有两个输入端，一个是信号输入端，另一个是噪声或干扰信号输入，把加法器和噪声混合起来，便于研究相敏检测。
参考通道用于产生相干检测所需要的和被测信号同步的参考信号。
参考通道首先把和被测信号同频率的任何一种波形的输入信号转换为占空比为1:1的方波信号（为了抑制偶次谐波），其频率和输入移相器的参考信号的频率相同。
加法器仿真图如下⑵衰减网络衰减网络由两个电阻（分别为100Ω和1MΩ）组成,由两个阻值来改变衰减系数。
⑶交流放大器该放大电路网络由TI公司生产的高精度仪表放大器INA114来作为第一级发大（放大100倍）和二级放大应用TI通用双运放OPA2237来实现（放大100倍）。
仪表放大器放大器信号通道要求具有低噪声和高效益的性能，而TI公司的仪表放大器IN114完美的达到了要求。
增益在1--10000之间的任意增益值,,失调电压低，共模抑制比高（G ＝1000时为50dB）漂移小（0.25uV∕°C）测量精准。
仪表放大器INA114的放大增益公式为：1+50k∕R1，当R1为510欧姆时，放大倍数近似为100⑷二阶有源带通滤波器为了方便与简便我们设计了二阶带通滤波电路，要以f=1KHZ为中心频率，信号3db频带范围为900 HZ--1100HZ二阶带通滤波器仿真图锁定放大器的等效噪声宽带Δf=200HZ信号通道中常用的滤波器是中心频率为载波频率1KHZ频带为3dB的带通滤波器，在锁定放大器中，常采用低通滤波器和高通滤波器组合而成的带通滤波器。
2.参考通道参考通道由整形电路（迟滞比较器）、多级移相器、调理电路组成。
调理电路为方波以后将同步信号输入相敏检测部分，再经单片机分析，最后由输出显示。
3.跟随器仿真图4.迟滞比较器三、测试方案与计算相关器的PSD波形观察及输出电压测量四、测试结果五、程序设计重要程序//*******************************************void main(void){WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; //设定cpu时钟DCO频率为1MHzDCOCTL = CALDCO_8MHZ;BCSCTL2 = DIVS_3;P1DIR |= 0x40; // P1.6 LED输出P1IE |= 0x10; // P1.4 中断使能P1IES = 0x00; // P1.4 上升沿触发P1IFG &= ~0x10; // P1.4 清除中断标志位//****************************************P1DIR = 0X2E;P2DIR = 0XFF;P2SEL = 0x00;P1OUT&= 0xD1;//***************************************ADC10CTL0 = SREF_1 + ADC10SHT_1 + MSC + ADC10ON + ADC10IE + REFON + REF2_5V ;//参考电压2.5V// 内部电压参考器//AD中断允许//打开ADC10模块//多次采样/转换控制//AD采样保持时间4*ADC10CLK//参考电压选择内部ADC10CTL1 = CONSEQ_2 + INCH_0+ADC10SSEL_3+ ADC10DIV_7;//ADC10时钟选择分频数4//ADC10时钟源选择系统时钟//A0通道// 多次转换ADC10AE0 = BIT0;// 使能模拟输入脚 A0ADC10CTL0 &= ~ENC; //ADC不使能??其实这句话可以放在紧接着CPU唤醒之后的，因为CPU唤醒了，说明我们想要的while (ADC10CTL1 & BUSY); // Wait if ADC10 core is active??等待忙_EINT(); //打开中断while(IO_flag==0);IO_flag=0;P1IE = 0x00; // P1.4 中断使能ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; // Sampling and conversion start???ADC使能，开始转换 ADC10SC为采样触发源参考文献《微弱信号检测》高晋占编著清华大学出版社2004年。