图7. 使用ADA2200 实现锁定放大器
改进方波锁定电路
图8 显示了方波调制电路的一种改进方式。传感器采用方波进行激励，但测量信号会与相同频率和相位的正弦波相乘。现在，只有基波频率的信号内容才会移至直流，而所有其他谐波都将移至非零频率。这样，便可轻松使用低通滤波器滤除测量信号中直流分量以外的所有其他分量。
图8. 使用正弦波作为参考信号可防止噪声解调到直流
另一个难点是，如果参考信号和测量信号之间存在任何相移，所产生的输出都会小于无相移时。如果传感器信号调理电路包含任何会造成相位延迟的滤波器，就会出现这种情况。在模拟锁定放大器中，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。这并不容易，因为电路必须可调节，以补偿各种相位延迟，并且会随温度、元件容差而变化。一个较为简单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°相移版本。这个第二级的输出信号将与输入的反相分量成比例，如图9 所示。
经过两个乘法器级后，低通滤波器的输出为与输入的同相（I）及正交（Q）分量成比例的低频信号。要计算输入信号的幅度，只需对I 和Q 输出求平方和。这种架构的另一个好处是，可以计算激励/参考信号和输入之间的相位。
图9. 使用参考信号的正交版本计算幅度和相位
目前讨论的所有锁定放大器均会产生参考信号来激励传感器。最后一项改进是允许将外部信号用作参考信号。例如，图10 中的系统可使用宽带白炽灯来测试表面的光学特性。此类系统可以测量镜面反射率或表面污染程度等参数。与使用电子调制相比，使用机械斩波碟调制白炽灯光源会简单得多。紧挨着斩波碟的低成本位置传感器生成方波参考信号，馈入锁定放大器。锁相环不直接使用此信号，而是生成频率和相位与输入参考信号相同的正弦波。使用这种方法时必须注意一点，那就是内部生成的正弦波必须具有低失真。
