數字鎖相放大器是一種以數位訊號處理為基礎的鎖相放大器。按照數位化的程度，鎖相放大器分為模擬鎖相放大器，數模混合鎖相放大器，數字鎖相放大器。一般的鎖相放大器主要有振盪器，混頻器，濾波器組成。數字鎖相放大器實現了混頻器和濾波器的的全數位化。隨著數位訊號處理技術的不斷提高，數字鎖相放大器逐漸取代傳統的模擬鎖相放大器。因為信號處理數位化，數字鎖相放大器具有集成度高，配置方便，可線上升級等等特點。
基本介紹
- 中文名：數字鎖相放大器
- 外文名：Digital Lock-in Amplifier
基本介紹,結構,原理,優勢,
基本介紹
數字鎖相放大器是一種用數位訊號處理的方式實現的相敏檢波器（或同步解調器解調器）來構成的鎖相放大器，數字鎖相放大器比模擬鎖相放大器有許多突出的優點而倍受青睞，成為現在微弱信號檢測研究的熱點。
結構
數字鎖相放大器的原理如圖所示。一般的結構包括以下一些部分，即信號輸入通道、參考輸入通道、數字相敏檢波器、正交數字相敏檢波器、數字低通濾波器、輸出通道、輔助輸入通道、輸出微處理器、輔助輸出通道和微控制器部分。
原理
數字鎖相放大器的信號的輸入通道與模擬鎖相放大器相同，只不過是交流放大必需保證轉換為數位訊號時有足夠大的幅值。抗混疊濾波器是模擬信號數位化之前所要考慮的，其作用是濾除不需要的頻率信號，並將要數位化的信號在不失真前提下將其頻率上限限制在採樣頻率的一半以下，避免ADC的信號出現虛假信號，即主ADC的採樣頻率必須滿足採樣定律。被轉換後的數位訊號被送入數位訊號處理器（DSP）中，依據一定的算法完成相敏檢波器的功能，再通過數字低通濾波器後獲取差頻後的直流信號。參考通道以信號輸入通道相同的採樣速率提供數字相敏檢波器所需要的相位信息，參考輸入通道同樣有內部和外部參考信號兩種。在外部參考信號模式下，輸入的模擬參考信號或邏輯電平，被一個DSP單元採用數字鎖相環算法測量其頻率，並產生所需要的相位信號。在內部參考信號的模式下，只需要給參考DSP單元輸入所需要的參考信號頻率值，就可以在所選定的頻率上產生數字相敏檢波處理單元所需要的相位信號，這種方式不需要外部參考信號和模擬鎖相放大器所需要的相位鎖相環，因此不需要時間鎖相就可直接輸出相位信號，降低了相位噪聲。參考通道中的n倍頻器不僅可以在與輸入信號相同的頻率上進行鎖相，而且還可以在輸入信號的n倍諧頻上進行鎖相檢測，這在俄歇光譜學等領域中是非常有用的，但是n倍頻後最大頻率是受最大參考頻率限制的。參考信號處理單元也可實現數字參考相移，其精度可達到毫度。同相相位和正交相位信號在數字處理單元中一般通過查詢的方式實現，可以使同相相位信號和正交相位信號同時提供給兩個數字解調器，使輸出的兩個分量能同步輸出。輸出通道中的數字低通濾波器，可以減小模擬濾波器的截止頻率不穩定所造成的誤差。輸出DAC將數位訊號轉換為模擬信號輸出，輸出處理單元可以通過和的平方根算法和除法算法計算出被測信號的幅值和相位。輸出微處理器可以對從輔助ADC的數位訊號進行必要的運算，在通過DAC轉換為模擬信號輸出或數字顯示。另外DLIA還包括一個微控制器，該微處理器有輔助數字輸出、數字顯示，鍵盤通訊，IEEE-488通訊和RS233通訊功能。
優勢
（1）由於數字鎖相放大器在輸出通道中沒有直流放大器，可以避免直流放大器的工作特性隨時間變化的不穩定性和由於溫度變化引起的溫度漂移帶來的干擾，這是模擬鎖相放大器不可解決的問題之一；
（2）數字鎖相放大器的內部晶振時鐘源隨時間和溫度變化小，用這種穩定性高的時鐘源來做調製信號和參考信號能降低參考信號的不穩定所帶來的誤差，同時在內部參考模式中，數位訊號處理單元能在最短時間甚至能不需要延時就能完成鎖相功能，尤其在頻率掃描測量中有其明顯的優點；
（3） 如果被測信號有較強的正交性，採用數字鎖相放大器的高性能的正交解調技術，使微弱信號檢測精度能得到很大程度上的提高；
（4）隨著技術的發展，數位訊號處理單元的性價比提高，使數字鎖相放大器的性價比也得到相應的提高，數字鎖相技術將會更深入地影響未來的測量技術。
