作者：Luis Orozco，ADI公司系统应用工程师
同步检测是一项实用的技术，它可通过许多仪器仪表应用提取低于噪底的嵌入低电平信号。例如：测量非常小的电阻，测量在强背景光下光的吸收或反射，或者甚至在高噪声电平的情况下进行应变测量。
当频率接近直流时，许多电气和物理系统都会有更高的噪声。例如，运算放大器有1/f的噪声，并且露天光学测量系统会受日光、白炽灯、荧光灯和其他光源造成的环境光照条件变化产生的噪声影响。如果可以使测量远离这些低频噪声源，则可以获得更高的信噪比并检测出弱得多的信号。例如，如果您希望测量表面反射的光量，则在几kHz下调制光源将能够测量在较低频率噪声中嵌入的信号。图1展示了信号调制在低于噪底和可恢复测量方面有多么重要。调制传感器激励信号的方法有不少。最简单的调制方案是反复开启和关闭激励信号。这对于驱动LED和其他类型激励(例如应变计桥加压)很有效。它尤其适用于很难以电子方式调制激励源(例如广泛运用于许多波谱仪器的白炽灯)的情况。在此情况下，调制就如使用机械调制盘对光进行斩波一样简单。
要恢复图1中的信号，您只需设计窄带带通滤波器，以去除其它频率信号仅保留目标频率信号，然后测量信号的幅度。在实践中，设计具有分立组件的极窄(高Q)带通滤波器非常具有挑战性。如果规格要求极窄的滤器，则更不可能办到。此外，您可以使用同步解调将已调制的信号移回直流，同时滤除与参考信号不同步的其他信号。运用此技术的仪器称作锁相放大器。
要简单介绍锁定放大器，不妨首先描述图2中所示的应用。一个调制为1 kHz的光源照亮测试表面，一个光电二极管测量表面反射的光量，反射光量与累积的污染量成正比。假设参考信号和测量均为正弦波(频率和相位均相同，但是幅度不同)。假设参考信号以固定的幅度驱动光电二极管，则测量的幅度会随着反射的光量而变化(在其他应用中，这与测量的物理参数相对应)。
