相敏檢測器(PSD)的實現(xiàn)對于模擬和數(shù)字鎖定放大器是不同的。

數(shù)字鎖定放大器，如斯坦福鎖相放大器SR830，以數(shù)字方式將信號與參考正弦波相乘。放大后的信號使用 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器(采樣率為 256 kHz)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。A/D 轉(zhuǎn)換器之前是一個 102 kHz 的抗混疊濾波器，以防止較高頻率的輸入混疊到 102 kHz 以下。該輸入數(shù)據(jù)流與前面描述的計算參考正弦波逐點相乘。每 4 微秒對輸入信號進行一次采樣，并將結(jié)果乘以兩個參考正弦波(相差 90°)。

數(shù)字鎖定放大器中的相敏檢測器 (PSD) 充當(dāng)線性乘法器;也就是說，它們將信號與參考正弦波相乘。模擬 PSD(方波和線性)都存在許多問題。主要問題是諧波抑制、輸出失調(diào)、有限的動態(tài)儲備和增益誤差。

數(shù)字 PSD 將數(shù)字化信號與數(shù)字化計算的參考正弦波相乘。由于參考正弦波的計算精度為 20 位，因此諧波含量非常低。事實上，諧波電平為 -120 dB!這意味著信號僅被單個參考正弦波相乘(而不是參考波及其許多諧波)，并且僅檢測到該單個參考頻率的信號。SR810、SR830 和 SR850 數(shù)字鎖定放大器對參考波的諧波信號完全不敏感。相比之下，方波乘法鎖定放大器將在參考波的所有奇次諧波上進行檢測(方波包含許多較大的奇次諧波)。

輸出失調(diào)是一個問題，因為感興趣的信號是來自 PSD 的直流輸出，而輸出失調(diào)會導(dǎo)致誤差和零點漂移。使用數(shù)字乘法器可以消除模擬 PSD 的失調(diào)問題。信號和參考波的數(shù)字乘法不會產(chǎn)生任何錯誤的直流輸出失調(diào)。事實上，實際乘法幾乎沒有誤差。

模擬 PSD 的動態(tài)儲備限制在約 60 dB。當(dāng)存在一個大的噪聲信號時(比滿量程信號高 1000 倍或 60 dB)，模擬 PSD 測量信號會產(chǎn)生誤差。誤差是由乘法中的非線性引起的(輸出端的誤差取決于輸入的幅度)。該誤差可能相當(dāng)大(滿量程的 10%)，并且取決于噪聲的幅度、頻率和波形。由于噪聲在這些參數(shù)上通常變化很大，因此 PSD 誤差會導(dǎo)致很大的輸出不確定性。

在數(shù)字鎖定放大器中，動態(tài)儲備受 A/D 轉(zhuǎn)換質(zhì)量的限制。一旦輸入信號被數(shù)字化，就不會引入進一步的誤差。當(dāng)然，乘法的準(zhǔn)確性不取決于數(shù)字的大小。斯坦福鎖相放大器SR810、SR830 和 SR850 中使用的 A/D 轉(zhuǎn)換器具有極高的線性度，這意味著大噪聲信號的存在不會影響其正確數(shù)字化小信號的能力。事實上，這些鎖定放大器的動態(tài)儲備可以輕松超過 100 dB。我們稍后會詳細(xì)討論動態(tài)儲備。

線性模擬 PSD 將信號乘以模擬參考正弦波。參考幅度的任何幅度變化都會直接表現(xiàn)為整體增益的變化。模擬正弦波發(fā)生器易受幅度漂移的影響，尤其是在溫度變化的情況下。數(shù)字參考正弦波具有精確的幅度，并且永遠不會改變。這避免了模擬鎖定放大器常見的增益誤差的主要來源。

鎖定放大器的整體性能很大程度上取決于其相敏檢測器的性能。在幾乎所有方面，數(shù)字 PSD 都優(yōu)于模擬 PSD。

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