基于AD630的锁相放大器的设计与分析
ad630锁相用法
ad630锁相用法AD630锁相放大器是一种常见的电子设备，用于测量和分析具有相位差的信号。
它通常用于信号处理、频谱分析和通信系统中的应用。
下面将介绍AD630锁相放大器的基本原理和应用方法。
AD630锁相放大器的基本原理是利用同步检测的原理，将输入信号与参考信号进行相乘，然后经过低通滤波器进行滤波，得到输出信号。
该输出信号的幅度与输入信号的幅度成正比，而相位则与输入信号的相位差相关。
这种原理使得AD630锁相放大器能够准确测量和分析信号的相位差。
在实际应用中，AD630锁相放大器具有许多功能和特点，使其成为科研和工程领域中的重要工具之一。
首先，它具有高精度和稳定性，能够在宽频带范围内进行准确的相位测量。
其次，它能够处理大范围的信号幅度，适用于不同的实际应用场景。
此外，AD630锁相放大器还具有较低的噪声水平和快速的响应时间，使其在实时信号分析和实时控制中表现出色。
AD630锁相放大器的应用非常广泛。
在科学研究领域，它被广泛应用于光学实验、声学实验和电子实验等方面，用于测量和分析不同频率和相位差的信号。
在工程领域，它可以用于频率合成器、振荡器和通信系统中的相位调制和解调等应用。
此外，AD630锁相放大器还可以用于无线电和电视接收器、功率测量和谐波分析等领域。
AD630锁相放大器作为一种重要的电子设备，具有高精度、稳定性和广泛的应用领域。
它在科学研究和工程实践中发挥着重要的作用，为信号处理和相位分析提供了强大的工具和支持。
（以上内容仅供参考，不构成技术指导，具体应用需根据实际情况和设备手册进行操作。
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锁相放大器
锁相放大器————————————————————————摘要锁定放大器（LIA）是一种检测微弱信号的专用电路。
它能在较强干扰背景条件下，对特定频率信号进行有效测量。
系统是以平衡调制器AD630构成的相敏检波电路为核心，由纯电阻分压模块、被测微弱信号与背景噪声叠加的加法器及交流放大器模块、参考信号整形移相模块、具有锁相功能的微弱信号检测模块、单片机有效值检测显示模块等组成。
被测微小信号与背景噪声叠加后，进行交流放大和带通滤波器与具有参考信号在相敏检波器中叠加，相敏检波器可以在背景噪声中获取与参考信号同频率的有用信号并整流输出，然后对该输出信号进行低通滤波和直流放大后，由单片机AD检测并在液晶上显示出来。
整形移相模块可以用来调整参考信号与被测信号的相位，使之同相。
该系统具有灵敏度高、测量较准确等优点。
关键字：锁相放大器，相敏检波器，移相，有效值检测目录一、系统方案选择与论证............... 错误!未定义书签。
1.2设计思路与框图 0二、系统分析与计算 (1)2.1 纯电阻分压电路 (1)2.2 加法器 (1)2.3 交流放大器 (2)2.4 带通滤波器 (3)2.5 相敏检波器 (4)2.6 低通滤波器 (4)2.7 参考通道 (5)2.8 输出显示.................... 错误!未定义书签。
2.8.2 程序流程图........... 错误!未定义书签。
三、测试方案与测试结果 (6)3.1检测方法与结果 (6)3.2测试结果分析 (9)四、实物演示......................... 错误!未定义书签。
六、参考文献 (9)于负半周时，场效应管导通，差分放大器相当于一个反相比例放大电路，输出为-S(t)，这样在输出端看到的就是一个直流信号，类似于S(t)经过整流后的效果。
方案二：数字相敏检波器图3 数字相敏检波该方案其实质相当于一个乘法器和一个积分器（如图3）。
AD630中文手册及使用案例
基于A D 6 3 0的锁相放大器结构，电路要包括以下部分：输人信号、前置放大、参考信号、带通滤波器、隔离器、移相器、调制器、比较器、缓冲放大器、积分器等。
输人信号往往频率成分比较复杂，尽管锁相放大器本身能够很好地滤波，但是实验证明，前边使用一个带宽很窄的带通滤波器首先对输入信号进行滤波，能更好地限制幅值很大的过高频和过低频输人信号成分干扰，从而避免了锁相放大器承受噪声冲击的干扰；由于参考信号一般取自信号源电路，所以必须对参考信号进行信号隔离，有利于保护信号源电路，防止后端电路噪声串扰信号源电路的输出特性；移相器是对信号相位进行调整，将参考信号与输入信号调整到同相状态，使同频信号获得最大增益输出；A D 6 3 0锁相放大器的主要功能主要由比较器、调制器和缓冲放大器完成，其参考信号与输出信号见图4 、图5 ；积分电路是将AD6 3 0输出信号进行整流，设计一款低通滤波器便可以完成此功能。
根据以上分析设计，实际设计电路图见图6 。
锁相放大器芯片( AD 6 3 0 ) 1 1 脚供电+1 2 V；8 脚供电一1 2 V；9脚为信号输入端；1 3脚为信号输出端；1脚与1 6脚都为参考输入端。
产生两路模拟输出的紧凑四象限锁入放大器本例中的电路采用Analog Devices公司的AD630平衡调制解调IC实现了一种简单的低成本锁入放大器（参考文献1）。
该器件使用激光微调薄膜电阻，这带来了很高的准确性和稳定性，并因此产生了一种灵活的换向体系结构。
它可用于同步检测等先进的信号处理应用。
如果知道信号的频率与相位，那么即使存在振幅大得多的噪声源，该放大器也能检测出微弱的AC信号。
作为模拟放大器，AD630显示了输入电压信号在某个狭窄频带内的分量，该频带围绕基准信号的频率。
AD630输出端的低通滤波器使你能获得关于微弱信号振幅的信息，它原本被无关的噪声掩盖了。
当输入电压与基准电压同相时，低通滤波器的输出VOUT具有最大振幅。
一种高精度锁定放大电路
图1 由A D630与OP 07组成的锁定放大电路一种高精度锁定放大电路常 青 赵永林 孙凤池(山东矿院济南分院电系,济南,250031) 锁定放大是一种用于从干扰噪声中分离出小的窄带信号的技术,锁定放大器起着检测器和窄带滤波器的双重作用。
当已知信号的频率和相位时,就可以在大量的非相关噪声中检测出该微弱信号。
这是介绍用AD630组成的锁定放大电路,其结构简单,精度高,性能稳定可靠。
AD630内部结构及性能参数AD630内部结构如图1虚线框内所示,由两个运算放大器A 和B 、切换开关S 、输出积分放大器D 、比较器C (含三极管T )、片内电阻、片内补偿电容组成。
由C 驱动开关S 置A 或B 。
管脚5、6是共模失调调节,管脚3、4是差模失调调节。
通道A 和B 之间隔离度超过100dB,分时工作。
片内电阻均是高稳定度的SiCr 薄膜电阻。
片内补偿电容经外管脚连接,不需外接电容即可稳定工作在闭环增益上。
通道A 和B 属高精度、高速集成运放,其开环电压增益A vd ≥100dB ,输入失调电压V OS ≤100L V,输入失调电流I OS ≤10nA,输入偏置电流I IB ≤100nA ,共模抑制比K CM R ≥110dB,电源电压抑制比K SVR ≥100dB ,转换速率S R ≥45V /L s ,开环带宽积B X G≥2MHz 。
利用片内电阻可组成闭环增益为±1和±2的对称增益放大器,闭环增益的精度高于±0.05%,温度系数为2ppm/℃。
锁定放大电路的组成为了从含有干扰噪声的调幅波中精密检出被调制信号,必须使用锁定放大器。
用AD630和OP07组成的锁定放大电路是一个带有低通滤波器的同步解调器,如图1所示。
AD 630的通道A 为同相输入,闭环放大倍数为G A =2;通道B 为反相输入,闭环放大倍数G B =-2。
由C 决定通道A 或B 导通。
u 1为含有干扰的调幅信号。
锁相放大器报告
锁相放大器报告1. 引言锁相放大器（Lock-in Amplifier）是一种用于检测和放大微弱信号的仪器。
它的原理是利用参考信号与待测信号进行相位比较，并通过频率调制将待测信号转换成与参考信号频率相同的信号，从而实现信号的放大与解调。
锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，例如光学测量、电子学实验、磁学、生物医学等。
本报告将重点介绍锁相放大器的原理、应用以及仪器的使用方法。
2. 原理锁相放大器的核心原理是相位敏感放大技术，它通过与参考信号进行相位比较，实现对待测信号的放大与解调。
具体原理可以分为以下几个步骤：1.信号混频：将待测信号与参考信号进行混频，产生一个电压与参考信号频率相同的交流信号。
2.低通滤波：对混频后的信号进行低通滤波，滤除高频噪声部分。
3.相位移动：通过改变参考信号的相位，实现对待测信号相位的调整。
相位调整后，待测信号与参考信号之间的相位差将被最小化。
4.放大器：对调整后的信号进行放大，增加信号的幅度。
5.解调器：将放大后的信号与参考信号进行相乘，得到待测信号的幅度信息。
锁相放大器将以上步骤组合在一起，能够对微弱信号进行高增益放大和高精度解调，从而提高信号的检测灵敏度和测量精度。
3. 应用锁相放大器在许多领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用场景。
3.1 光学测量在光学测量中，锁相放大器常用于检测光能量、相位差、频率等参数。
例如在光学干涉仪中，通过锁相放大器可以对光的干涉信号进行放大和解调，从而实现对干涉信号的精确测量。
3.2 电子学实验锁相放大器在电子学实验中也有着广泛的应用，可以用于检测微弱信号、分析信号的谐波成分等。
例如在电阻、电容和电感测量中，锁相放大器可以消除噪声的影响，提高测量的精度。
3.3 生物医学在生物医学领域，锁相放大器被广泛应用于生物信号检测和分析。
例如在心电图检测中，锁相放大器可以提取出心电信号的有效部分，并抑制背景噪声干扰，从而实现对心电信号的准确分析和诊断。
ad630锁相用法
ad630锁相用法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：AD630锁相用法AD630是一款高性能锁相放大器，为频率合成和信号复原应用提供了理想的解决方案。
它拥有多种功能和特性，可以实现精确的信号锁定和滤波，广泛应用于通信、雷达、航空航天等领域。
本文将介绍AD630锁相器的基本原理、特点和使用方法，帮助读者更好地了解和应用这一强大的电子器件。
一、AD630锁相器的基本原理AD630锁相器是一种用于提取特定频率信号的电路，通过将输入信号与参考信号相乘，然后经过低通滤波器，最终得到输出信号。
其工作原理可以简单概括为三个步骤：输入信号乘以参考信号、经过滤波器处理、输出锁定频率信号。
在AD630锁相器中，输入信号通过乘法器与参考信号相乘，产生含有锁定频率成分的信号。
接着，这个乘积信号经过低通滤波器滤除高频噪声，得到纯净的锁相信号。
输出的锁相信号与参考信号相位一致，频率保持稳定不变，实现了信号的精确锁定。
1. 高性能：AD630锁相器具有低谐波失真、高动态范围和良好的相位稳定性，可以实现高质量的信号恢复和调制。
2. 宽频带范围：AD630锁相器的频率范围广泛，可适用于不同频率信号的提取和恢复。
3. 高精度：AD630具有高分辨率和精确的频率控制，可实现微小频率调整和锁定。
4. 易于控制：AD630锁相器提供了多种参数设置和控制接口，方便用户进行灵活的调节和配置。
5. 可靠性高：AD630锁相器采用高质量的元件和工艺，具有稳定性和可靠性，适用于各种严苛环境下的工作条件。
1. 确定输入信号和参考信号：在使用AD630锁相器前，首先需要确定输入信号和参考信号的频率、幅度等参数，以便正确配置锁相器的工作方式。
2. 连接输入输出端口：将待处理的信号输入AD630锁相器的输入端口，并连接参考信号到锁相器的参考端口，同时连接输出端口到下游电路或设备。
3. 配置参数：根据实际需求，设置AD630锁相器的参数，如输入输出范围、滤波器类型、锁定频率等，确保其按照预期工作。
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。
基于AD630的双相锁相放大器设计
Ｔｈ ｓｇ ｆＤｕ ｌ Ｐ ａ ｅＬｏ ｋ Ｉ ｅＤｅ ｉ ｎ ｏ ａ － ｈ ｓ ｃ － ｎ Ａｍｐ ｉ ｅ ｓ ｄ ｏ ｌ ｒＢａ ｅ ｎ ＡＤ６ ０ ｉ ｆ ３
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AD630锁相原理
上为引脚图
下为原理图
AD630锁相是利用电子开关来回选择放大实现信号和参考信号乘积的
AD630中有两个相同增益的同向放大器和反向放大器，放大倍数为1或者2；当有一个载波从selA或者selB中输入时（载波是一个占空比是50%的方波），则实现了对信号的正向放大和反向放大，输出的信号可以看作为输入的有用信号和载波进行乘积运算后的波形。
再由
波形相关原理得到输出的波形经过低通滤波后只有同频同相的信号能叠加成直流，通过低通滤波器，从而实现了微弱信号从高幅值噪声中分离出来的功能。
其中分离的条件是，信号必须是固定频率的高频信号，或者带宽很窄的高频信号，否则将由错误信号输出。
从原理图看，AD630内部没有低通滤波；但看引脚图，内部有低通滤波，但从示波器上看也同样是没有低通滤波，输出波形基本上。
【2017年整理】AD630中文手册及使用案例
【2017年整理】AD630中文手册及使用案例基于A D 6 3 0的锁相放大器结构，电路要包括以下部分: 输人信号、前置放大、参考信号、带通滤波器、隔离器、移相器、调制器、比较器、缓冲放大器、积分器等。
输人信号往往频率成分比较复杂，尽管锁相放大器本身能够很好地滤波，但是实验证明，前边使用一个带宽很窄的带通滤波器首先对输入信号进行滤波，能更好地限制幅值很大的过高频和过低频输人信号成分干扰，从而避免了锁相放大器承受噪声冲击的干扰; 由于参考信号一般取自信号源电路，所以必须对参考信号进行信号隔离，有利于保护信号源电路，防止后端电路噪声串扰信号源电路的输出特性; 移相器是对信号相位进行调整，将参考信号与输入信号调整到同相状态，使同频信号获得最大增益输出; A D 6 3 0锁相放大器的主要功能主要由比较器、调制器和缓冲放大器完成，其参考信号与输出信号见图4 、图5 ; 积分电路是将 AD 6 3 0输出信号进行整流，设计一款低通滤波器便可以完成此功能。
根据以上分析设计，实际设计电路图见图6 。
锁相放大器芯片( AD 6 3 0 ) 1 1 脚供电 +1 2 V; 8 脚供电一1 2 V;9脚为信号输入端;1 3脚为信号输出端;1脚与1 6脚都为参考输入端。
产生两路模拟输出的紧凑四象限锁入放大器本例中的电路采用Analog Devices公司的AD630平衡调制解调IC实现了一种简单的低成本锁入放大器(参考文献1)。
该器件使用激光微调薄膜电阻，这带来了很高的准确性和稳定性，并因此产生了一种灵活的换向体系结构。
它可用于同步检测等先进的信号处理应用。
如果知道信号的频率与相位，那么即使存在振幅大得多的噪声源，该放大器也能检测出微弱的AC信号。
作为模拟放大器，AD630显示了输入电压信号在某个狭窄频带内的分量，该频带围绕基准信号的频率。
AD630输出端的低通滤波器使你能获得关于微弱信号振幅的信息，它原本被无关的噪声掩盖了。
锁相放大器的原理实验分析报告
精心整理锁相放大器的原理实验报告摘要：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。
微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。
它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。
锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。
它可用于测量交流信号的幅度和一、开始产生并迅速发展，现已逐渐形成一专门的边缘科学，在物理、化学、生物、天文、地质、医学、材料等学科领域得到广泛应用。
锁相放大器（Lock-InAmplifier，简写为LIA）就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。
它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号,能测量到输入信噪比低至10-5的微弱正弦量。
自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。
目前全世界已有多个厂家生产该仪器本实验使用由南京微弱信号检测中心研制的微弱信号综合实验仪来介绍锁相放大器的基本工作原理与使用方法，通过本实验可以了解锁相放大器的基本特点和应用方向。
二、实验(一)(二)1.左右。
调节信号源，使输出波形分别为三角波和方波，重复上述观测。
2.相敏检波器的特性研究及主要参数测量a.相敏检波器PSD输出波形和电压测量按图接线，置交流放大倍数为×1，直流放大倍数为×10，相关器低通滤波时间常数置1秒，调节宽带移相器的相移量，用示波器观察信号、参考信号及PSD的输出波形并分析它们之间的关系，测量相关器输出直流电压大小与信号、参考信号之间幅值及相位差的关系，用相位计测量值大小，在0度~360度范围内作PSD输出直流信号Udc和输入信号Ui的比值Udc/Ui与相位差的关系曲线度与理论公式对比（必须有0度、90度、180度、270度以及直流输出最大和最小的数据）。
其中Udc为相关器输出直流电压，Kac为交流放大倍数，Kdc为直流放大倍数，为输入信号的幅值，为相位差。
锁相放大电路的设计
电信学院毕业设计任务书题目锁相放大电路的设计学生姓名班级学号题目类型工程设计，自拟指导教师系主任一、毕业设计的技术背景和设计依据：本设计是作为电子信息科学与技术专业本科学生毕业设计题目。
近几十年来，在研究宏观和微观世界的过程中，科学家们不断开发能把淹没在噪声中的大量有用信息检测出来的理论和方法，通过不断的系统化，完整化，从而形成了一门新的微弱信号检测的学科分支。
锁相放大器的出现使得微弱信号检测步入了一个新的台阶。
锁相放大技术在物理、化学、激光、电子、生物医学等方面有着极为广泛的应用。
它主要是利用噪声、信号的时间特性不同,设法得到抑制噪声和干扰发现微弱信号的检测方法。
锁相放大电路可以使仪器抑制噪声的性能提高好几个数量级，具有极强的抗噪声性能。
它是把待检测的信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。
鉴于现在的锁相放大器体积过大，成本高等因素，可以设计一个基于AD630芯片的锁相放大电路，用来实现一些微弱信号检测，并且可以应用到某些系统当中。
二、毕业设计的任务1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献2、方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）3、硬件和软件设计（其中还包括理论分析、设计计算、实验及数据处理、设备及元器件选择等）4、撰写设计说明书，绘制图纸5、指定内容的外文资料翻译6、其它三、毕业设计的主要内容、功能及技术指标1、毕业设计的主要内容锁相放大器电路的组成一般分为四部分：信号通道，参考通道，同步积分器和相关器。
(1) 相关器是一种完成被测信号与参考信号互相关函数运算的电子线路。
他必须具有动态范围大，漂移小，时间常数可调，线性好，增益稳定和频率范围宽等性能。
它包括乘法器和积分器两部分。
该部分使用平衡调制解调芯片AD630，可以有效地抑制了噪声和干扰(2) 信号通道主要由输入变压器，低噪声前置放大器，各种功能的有源滤波器和主放大器组成。
其作用是将弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤除部分干扰及噪声的功能从而扩大仪器的动态范围。
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 。
一种带移相功能的锁相放大电路设计及仿真
•22•理论与实践2020年第44卷第5期dot：10.n823/j.issn.174-5795.2220.05.04一种带移相功能的锁相放大电路设计及仿真李丹，张学聪，蔡静(航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京10095)摘要：介绍了一种带移相功能的锁相放大电路的设计及仿真。
锁相放大技术与窄带滤波相似，包括相敏检波和低通滤波。
本文带移相功能的锁相放大电路基于相敏检波芯片AD630，并设计2。
〜362。
移相电路，可调节相位，以保证输入信号与参考信号相位一致，得到输出最大值，经过仿真试验验证，该锁相放大电路可从1002倍的噪声中提取有效信号。
关键词：锁相放大；移相；AD636芯片中图分类号：TB971文献标识码：A文章编号：1674-5795(2222)05-2222-23Design and Simulation of a LockPn Ampliner with Phase-shift FunctionLI Dan,ZHANG Xuecong,CAI Jing(Changcheng Astitute of Metrolouc&Measurement,Beijing10095,China)Abstract:This paper presents the desian and simulabon of a loch-in amplifier(LIA)with phase-shift fusction,which can be usea in pro-cessiny small sienals buriea in soises.A loch-in amplifier is eyuivalent te a sairow-Pand filter.A basicalle0°〜360°consists of a phase sensitive detector and a low-pass filter.The circait is basea on the phase-sensitive detector AD630,and is dasianea touether with a phase-shift circhO, which can maPe-he phase of referencc sianals coordinate with the phase of induU siosals.Simulabon experiments verifiea ihat the LIA can extracU exstract useful sional from a soise sional of approximately160001X0in amplituUe.Key words：loch-in amplifier(LIA)；phase-shift；AD6360引言锁相放大技术是从噪声中提取微弱信号的重要技术之一，已经在近红外光谱信号提取、TDLAS传感器测试气体浓度或温度、微弱生理信号检测、蓄电池内阻检测、信号继电器触点接触电阻检测、光纤气体传感检测系统等多个领域有所应用u-1。
AD630锁定放大器说明
AD630锁定放大器应用：锁定放大是一种从干扰噪声中分离出小窄带信号的方法。
锁定放大器充当一个探测器和窄带滤波器的作用。
在大量不相关噪声的情况下，当期望的信号的频率和相位已知，非常小的信号能被检测出来。
锁定放大器就是一个基本的同步解调器后跟一个低通滤波器。
锁定放大器的一个重要的测量参数是解调器的动态范围。
如图14所示的原理图，表示了用于锁定放大器时AD630的动态范围。
图15是示波器照片，显示了AD630很大的动态范围。
这张图片显示了一个从400Hz的调制信号从大小近试自身100000倍的噪声信号中恢复出来。
测试信号由400Hz的载波调制0.1Hz的正弦波产生。
产生的信号,例如,通过断续辐射(即。
、红外探测器、光学)检测器可能也有类似的低频率成分。
一个正弦调制波形用于清晰的说明。
信号通过类似于图9b的电路产生，显示在如图15上部的轨迹。
它被衰减100000倍，加法放大器的输出B被规范化。
一个噪声信号可以表示，例如，背景和检测器噪声在断续辐射情况下，通过加法放大器添加到调制信号中。
这个信号就是简单的带限剪裁的白噪声。
图15的中间轨迹显示了衰减的信号和噪声的叠加，混合信号使用相位信息同步解调，相位信息源于调制器，结果为使用2极点的简单滤波器进行低通滤波，滤波器对输出端提供100增益，恢复后的信号在图15的下部。
上述说明的这个混合调制信号和干扰噪声类似于要求进行锁定放大器检测的信号。
AD630准确的输入性能提供了大于100dB的信号范围，并且其动态响应允许其用于载波频率比实例中的大于两个或以上的数量级。
一个更复杂的低通输出滤波器将有助于抵抗更宽的带宽干扰。
AD630锁相原理
上为引脚图
下为原理图
AD630锁相是利用电子开关来回选择放大实现信号和参考信号乘积的
AD630中有两个相同增益的同向放大器和反向放大器，放大倍数为1或者2；当有一个载波从selA或者selB中输入时（载波是一个占空比是50%的方波），则实现了对信号的正向放大和反向放大，输出的信号可以看作为输入的有用信号和载波进行乘积运算后的波形。
再由
波形相关原理得到输出的波形经过低通滤波后只有同频同相的信号能叠加成直流，通过低通滤波器，从而实现了微弱信号从高幅值噪声中分离出来的功能。
其中分离的条件是，信号必须是固定频率的高频信号，或者带宽很窄的高频信号，否则将由错误信号输出。
从原理图看，AD630内部没有低通滤波；但看引脚图，内部有低通滤波，但从示波器上看也同样是没有低通滤波，输出波形基本上。
基于 AD630的锁相放大器的研究与改进
基于 AD630的锁相放大器的研究与改进许圣梅;王春静;孙潇;戚玉娟【期刊名称】《山东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】Lock - in amplifier with AD630 as the core of hardware can effectively extract the weak useful signal submerged in noise signals,whose characteristics of being efficient and accurate have shown its unique advantage in weak signal detection. This paper researches the lock - in amplifier mainly from two aspects. First, one kind of pre low noise LC resonant amplifier is designed to replace the parts of pre amplifier and pre filtering required by the past lock - in amplifiers,and to realize the integration of amplifying and filtering. Secondly,one kind of detection and correction circuit of the output signal for the problem of existence of error between actual output value and expected value of the lock - in amplifier is designed to make the actual output value relatively close to the expected value. In the end,the circuits designed in the paper are simulated by using the Proteus software to verify the feasibility of the circuits.%以AD630为硬件核心的锁相放大器能够有效的提取出淹没在噪声信号中的微弱有用信号，其高效、准确的特性使其在微弱信号检测方面显示出独特的优势。
AD630文手册及使用案例
基于A D 6 3 0的锁相放大器结构，电路要包括以下部分：输人信号、前置放大、参考信号、带通滤波器、隔离器、移相器、调制器、比较器、缓冲放大器、积分器等。
输人信号往往频率成分比较复杂，尽管锁相放大器本身能够很好地滤波，但是实验证明，前边使用一个带宽很窄的带通滤波器首先对输入信号进行滤波，能更好地限制幅值很大的过高频和过低频输人信号成分干扰，从而避免了锁相放大器承受噪声冲击的干扰；由于参考信号一般取自信号源电路，所以必须对参考信号进行信号隔离，有利于保护信号源电路，防止后端电路噪声串扰信号源电路的输出特性；移相器是对信号相位进行调整，将参考信号与输入信号调整到同相状态，使同频信号获得最大增益输出；A D 6 3 0锁相放大器的主要功能主要由比较器、调制器和缓冲放大器完成，其参考信号与输出信号见图4 、图5 ；积分电路是将AD6 3 0输出信号进行整流，设计一款低通滤波器便可以完成此功能。
根据以上分析设计，实际设计电路图见图6 。
锁相放大器芯片( AD 6 3 0 ) 1 1 脚供电+1 2 V；8 脚供电一1 2 V；9脚为信号输入端；1 3脚为信号输出端；1脚与1 6脚都为参考输入端。
产生两路模拟输出的紧凑四象限锁入放大器本例中的电路采用Analog Devices公司的AD630平衡调制解调IC实现了一种简单的低成本锁入放大器（参考文献1）。
该器件使用激光微调薄膜电阻，这带来了很高的准确性和稳定性，并因此产生了一种灵活的换向体系结构。
它可用于同步检测等先进的信号处理应用。
如果知道信号的频率与相位，那么即使存在振幅大得多的噪声源，该放大器也能检测出微弱的AC信号。
作为模拟放大器，AD630显示了输入电压信号在某个狭窄频带内的分量，该频带围绕基准信号的频率。
AD630输出端的低通滤波器使你能获得关于微弱信号振幅的信息，它原本被无关的噪声掩盖了。
当输入电压与基准电压同相时，低通滤波器的输出VOUT具有最大振幅。
ad630工作原理
ad630工作原理AD630是一种差动差分放大器，被广泛应用于精密测量和自动控制系统中。
它的工作原理基于差动放大器和模数转换器的组合，能够实现高精度的信号测量和处理。
AD630的核心是一个差动放大器，它具有两个输入端和一个输出端。
它通过比较两个输入信号的差异来放大差分信号。
差动放大器的输出信号是输入信号差异的放大倍数，具有较高的共模抑制比和增益精度。
AD630采用了高精度的差分放大电路设计，能够抵消共模噪声对差分信号的干扰，从而提高信号的准确性和稳定性。
AD630还配备了一个模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号。
模数转换器能够将连续的模拟信号按照一定的采样频率进行采样，并将采样值转换为对应的数字代码。
AD630采用的模数转换器具有高分辨率和快速转换速度，能够实现对信号的高精度采集和处理。
AD630的工作原理可以简单概括为：首先，差动放大器接收到输入信号，并将其放大到合适的幅度；然后，差动放大器的输出信号经过模数转换器进行采样和转换；最后，转换后的数字信号可以通过数字处理器进行进一步的处理和分析。
AD630的工作原理使其具有许多优点。
首先，它具有高精度和高分辨率的特性，能够实现对微弱信号的准确测量和处理。
其次，它具有较高的共模抑制比和增益精度，能够有效抵消外部噪声和干扰，提高信号的纯净度和稳定性。
此外，AD630还具有较低的功耗和较小的尺寸，适用于各种精密测量和自动控制系统中。
总结起来，AD630是一种差动差分放大器，通过差动放大器和模数转换器的组合实现对信号的高精度测量和处理。
它具有高精度、高分辨率、高共模抑制比和增益精度的特点，能够有效抵消外部噪声和干扰，提高信号的纯净度和稳定性。
在精密测量和自动控制系统中有着广泛的应用前景。
iData_用于微弱信号检测的锁定放大器设计_褚凯乐
图 6 x（t）和 r（t）均为正弦波时的相敏特性
当被测输入 x（t）和参考输入 r（t）同频率时，根据式（5），可以画出图 6 所示的相敏特性曲线。 当 θ=
0o 时，uo（θ）=0.5VsVr 为其最大值。
当信号输入含宽带噪声，为方波。 此时的被测调制信号可以表示为
x（t）=Vscos（ωot+θ）+n（t）
参考文献:
［1］高普占. 微弱信号检测［M］. 北京：清华大学出版社， 2011. ［2］王颖倩，锁相环全同步视频检波技术［J］.孝感学院学报， 2001. ［3］贾立新，王涌. 电子系统设计与实践［M］. 北京： 清华大学出版社， 2007. ［4］童诗白，华成英. 模拟电子技术基础［M］. 北京 ：高等教育出版社， 2001.
（12）
n（t）为宽带噪声，r（t）表示为
∞
Σ r（t）= 4Vr
π
n=1
=
（-1）n+1 2n-1
cos（2n-1）ωot
（13）
up（t）=x（t）r（t）=
∞
Σ 2VsVr
π
n=1
（-1）n+1 2n-1
cos[（2n-2）ωot-θ]+
（14）
36
宁波工程学院学报
2014 年第 2 期
∞
Σ 2VsVr
（15）
得出的计算量为
∞
Σ uan（t）=Vncos（ωnt+φ）·4πVr
n=1
（-1）n+1 2n-1
cos（2n-1）ωot
∞
Σ = 2VrVn
π
n=1
（-1）n+1 2n-1
cos[（ωn+（2n-1）ωo）t+φ]+
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万方数据
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
基于 AD630 的锁相放大器的设计与分析 摘 要
本文针对传统放大器信噪分离能力弱，无法检测微弱信号这一现状，设计 了一个基于 AD630 的锁相放大器。系统以开关式相关器为锁相放大器的核心部 分进行设计，具有电路简单、运行速度快、线性度高、动态范围大、抗过载能 力强等优点。 本文设计的锁相放大器硬件主要包括信号通道模块、参考通道模块、相关 器模块、电源模块、电压检测模块、显示模块等部分。信号通道模块的输入级 通过并联多个放大器的方式有效降低了噪声，通过跟踪带通滤波电路提高了信 噪比；参考通道模块包含参考电压放大器、锁相环电路和相移器电路三个部分， 可以将输入信号放大 10~10000 倍；相关器模块是锁相放大器的核心部分，采用 高信噪比的 AD630 芯片进行电路设计，包括相敏检波电路（PSD）和低通滤波 电路；电源模块由集成三端稳压器构成，通过模拟电源和数字电源隔离的方式 有效降低了电源纹波；电压检测模块通过电阻分压的方式提高了可检测范围； 显示模块为数字电压表 ZF5135-DC2V，直观显示被检测信号。 本文利用 Altium Designer 软件绘制 PCB 板对电路进行了测试， 结果表明系 统能够准确检测到 μV 级别的信号，并且信噪比较高。相位差在 0~360° 范围内 连续调节时，能够将较微弱的信号从噪声的背景中提取出来并进行放大。同时 该系统各级电路之间采用直接耦合的方式，对于频率较低的信号，仍然能进行 锁相放大。 设计中对锁相放大器理想和非理想模型进行了仿真对比，结果表明在未掺 杂噪声时，信号通道将输入信号放大 10 倍，相位改变 180° 。最后根据行为级建 模和电路实物焊接两种方法进一步分析验证了锁相放大器的工作机理。 关键词 锁相放大器；PSD；噪声；AD630
本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于 AD630 的锁相放大 器的设计与分析》 ，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位 期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外 不包含他人已发表或撰写过的研究成果。 对本文研究工作做出贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 刘芳芳 日期： 2016 年 3 月 29 日
工学硕士学位论文
基于AD630 的锁相放大器的设计与分析
刘芳芳
哈尔滨理工大学
2016 年 3 月
万方数据
国内图书分类号： TN433
工学硕士学位论文
基于 AD630 的锁相放大器的设计与分析
硕 士 研 究 生： 刘芳芳 导 师： 宋明歆副教授
申请学位级别： 工学硕士 学 科 、 专 业： 集成电路工程 所 在 单 位： 应用科学学院 答 辩 日 期： 2016 年 3 月 授予学位单位： 哈尔滨理工大学
II
万方数据
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
In the design, the ideal and non ideal models of the phase lock amplifier are simulated and compared. The results show that when the signal is not doped, the input signal is amplified by 10 times, and the phase is changed to 180° . Finally, based on the two methods of behavior modeling and circuit physical welding, the work mechanism of the phase lock amplifier is verified further.
Keywords phase lock amplifier, PSD, noise, AD630
III
万方数据
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
目
录
摘 要 ........................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................II 第 1 章 绪 论 .............................................................................................................. 1 1.1 锁相放大器研究目的与意义 ........................................................................... 1 1.2 锁相放大器分类 ............................................................................................... 2 1.3 锁相放大器国内外研究现状 ........................................................................... 4 1.3.1 锁相放大器国外发展现状 ........................................................................ 4 1.3.2 锁相放大器国内发展现状 ........................................................................ 6 1.4 论文的主要工作 ............................................................................................... 7 第 2 章 锁相放大器工作原理及整体设计 ................................................................ 9 2.1 锁相放大器的基本原理 ................................................................................... 9 2.1.1 AD630 芯片介绍 ........................................................................................ 9 2.1.2 调制解调原理 ............................................................................................ 9 2.2 锁相放大器的结构框图 ................................................................................. 12 2.3 本章小结 ......................................................................................................... 14 第 3 章 锁相放大器各模块设计 .............................................................................. 15 3.1 信号通道模块 ................................................................................................. 15 3.1.1 低噪声前置放大器电路设计 .................................................................. 15 3.1.2 跟踪带通滤波器电路设 .......................................................................... 17 3.2 参考通道模块 ................................................................................................. 20 3.2.1 参考通道放大器的设计 .......................................................................... 20 3.2.2 锁相环电路设计 ...................................................................................... 21 3.2.3 相移器电路设计 ...................................................................................... 23 3.3 相关器模块 ..................................................................................................... 24 3.3.1 相敏检波器电路设计 .............................................................................. 24 3.3.2 低通滤波器的电路设计 .......................................................................... 26 3.4 其他模块设计 ................................................................................................. 27 3.4.1 供电电源设计 .......................................................................................... 27 3.4.2 电压检测与显示 ...................................................................................... 28 3.5 本章小结 ......................................................................................................... 28 第 4 章 锁相放大器各电路实验结果与分析 .......................................................... 29 4.1 前置放大器仿真结果与分析 ......................................................................... 29 4.2 跟踪带通滤波器制作与测试 ......................................................................... 33 4.3 参考通道放大器与锁相环的实验结果与分析 ............................................. 34