用锁相放大器SR860提取淹没在噪声中的信号步骤

锁相放大器通过相敏检测技术，将输入信号与参考信号相乘后经低通滤波，只提取与参考信号同频同相的成分，从而将微弱信号从强噪声中“拎”出来。SR860作为一款高性能数字锁相放大器，动态储备高达120 dB，即使噪声比信号大百万倍也能有效锁定微弱信号。以下是使用SR860提取淹没在噪声中信号的标准操作步骤。

一、设备准备与连接

首先将SR860接入稳定电源并开机，建议预热10–15分钟以确保内部电路稳定。连接待测信号至前面板的A/I INPUT端口，根据信号类型选择电压输入（单端A或差分AB模式）或电流输入模式——差分输入可有效抑制共模干扰。如需使用外部参考信号（如函数发生器或斩波器），将其接入后面板的Ref In接口。为减少电磁干扰，务必使用屏蔽BNC线缆并确保良好接地。

二、参考频率与参考模式设置

参考频率的设置是锁相检测的核心。在触摸屏主界面选择“Reference”菜单，将参考源（Source）设置为所需模式：

内部参考模式：使用SR860内置的高稳定度振荡器（1 mHz – 500 kHz），通过旋钮或触摸屏输入频率值。此模式下，“SINE OUT”端口可同时作为激励信号输出，实现天然零相位差锁定。

外部参考模式：将外部信号源接入Ref In，仪器自动检测并锁定输入频率。

选择参考频率时，应避开1/f噪声和工频干扰（50/60 Hz及其谐波），通常设定在几Hz至几百kHz之间。

三、输入范围与灵敏度设置

根据信号强度设置输入范围（Input Range），SR860电压输入范围为10 mV至1 V（峰值），电流输入可选1 μA或10 nA量程。操作原则是：从高挡位逐步降低，确保信号不超载（过载指示灯亮起时需提高量程）。在保证不超载的前提下，尽量选择较小的输入范围以获得更高增益。灵敏度（Sensitivity）可独立设置，最低可达1 nV（电压模式）。

四、时间常数与滤波斜率设置

时间常数（Time Constant）和滤波斜率（Filter Slope）决定了噪声抑制能力与响应速度的平衡。SR860提供1 μs至30 ks的时间常数，滚降斜率可选6、12、18、24 dB/oct。对于极微弱信号，可设置较长的时间常数（如1–10 s）和陡峭的滤波斜率（24 dB/oct）以最大限度抑制噪声。此外，SR860还提供高斯FIR和线性相位IIR等先进数字滤波器，可在相同噪声带宽下获得更快的建立时间。参考频率低于4.8 kHz时还可启用同步滤波器，有效抑制参考频率的谐波干扰。

五、相位校准

相位设置直接影响信号提取效率——当输入信号与参考信号同相时输出最大，相位差90°时输出为零。SR860提供两种相位设置方式：

自动相位：在相位菜单中点击“Auto Phase”，仪器自动调整使输出最大化。

手动微调：切换至X-Y显示模式观察李萨如图形，调整相位旋钮使图形变为一条直线（相位差0°或180°）；或直接调整相位使同相分量X最大化、正交分量Y趋于零。

相位分辨率可达0.001°，内部参考下1 kHz相位噪声低于0.0001° rms。

六、执行测量与数据读取

参数设置完成后启动测量。SR860触摸屏可实时显示X（同相分量）、Y（正交分量）、R（幅值）、θ（相位） 四个通道。若信号稳定，等待至少一个时间常数周期后读取数据。数据可通过USB、GPIB或以太网接口导出至计算机进行自动化采集与分析。

七、注意事项

避免过载：确保输入信号不超过1 V峰值或1 μA峰值，以防损坏前端放大器。

良好接地：使用屏蔽线缆，必要时将仪器置于法拉第笼中。

定期校准：利用SR860的自校准功能定期检查仪器性能。

本底噪声测试：定期执行本底噪声测量（输入端接50 Ω终端负载），可评估仪器状态、验证系统可靠性。