- 使用同步检测进行精密低电平测量

简单的集成式替代方案

图4的电路要求使用运算放大器、模拟开关和一些分立组件，另外还需要微处理器提供参考时钟。该电路的替代方案是使用集成式同步解调器，如ADA2200。图6展示了ADA2200的内部模块，包括缓冲输入、可编程IIR滤波器和乘法器。它还包括可对参考信号进行90°相移的模块，从而可轻松测量或补偿在参考时钟和输入信号之间的相移。后面将详细说明这样做的好处。

要利用ADA2200实现锁定检测电路，只需施加比所需参考频率高64倍的时钟频率。可编程滤波器的默认配置针对带通响应，因而无需如图4中的电路对信号进行交流耦合。ADA2200的采样模拟输出将以采样速率的倍数生成图像。您可以使用RC滤波器后接Σ-Δ ADC以移除这些图像，并且仅测量信号的解调直流组分。

改善方波锁定电路

图8展示了对方波调制电路的改进。如果您通过方波激励传感器，现在将测量信号与相同频率和相位的正弦波相乘，则只有基波频率的信号内容才会移至直流，而所有其他谐波将移至非直流频率。这样使用低通滤波器就很轻松，并且除测量信号直流组分外，其他一切皆不需要。

另一个难点是，如果参考信号和测量信号之间存在相移，则将两者相乘会导致输出幅度比无相移时更低。如果传感器信号调理电路包括任何滤波器(这会造成相位延迟)，就会出现这种情况。利用模拟锁定放大器，解决该问题的唯一方法是在参考信号路径中增加相位补偿电路。这并非易事，因为电路需要可调，以补偿各种相位延迟，并且会随温度、元件容差等因素而变化。一个更为轻松的替代方案是添加第二个乘法级，将测量信号乘以参考信号的90°相移。这个第二级的输出信号将与输入的反相组分成正比。图9展示了这一概念。经过两级乘法器后，低通滤波器的输出会是与输入的同相(I)及正交(Q)组分成正比的低频信号。要计算输入信号幅度，只需取I和Q输出的平方和。该架构的另一好处是您还可以计算激励/参考信号和输入之间的相位。