鎖相放大器與信號發生器的同步方法

在精密測量與信號處理領域，鎖相放大器（Lock-in Amplifier）與信號發生器（Signal Generator）的同步是實現高信噪比檢測的關鍵技術之一。鎖相放大器通過提取與參考信號同頻同相的交流信號成分，能夠從強噪聲背景中恢復微弱信號，而其性能的發揮高度依賴于與信號發生器的精確同步。實現二者同步，主要依賴于頻率、相位和時間基準的一致性，具體方法如下：

一、頻率同步：確保驅動與檢測頻率一致 鎖相放大器的工作原理基于對特定頻率信號的解調，因此必須確保其參考頻率與信號發生器輸出的激勵頻率完全一致。通常，信號發生器輸出的交流信號作為待測系統的激勵源，同時該信號或其分頻/倍頻版本需作為鎖相放大器的參考輸入（Reference Input）。通過將信號發生器的同步輸出端口（如“Sync”或“Trigger”）連接至鎖相放大器的參考輸入端，可實現頻率鎖定。部分高端設備支持內部頻率共享或通過主時鐘同步，進一步提升頻率穩定性。

二、相位同步：校準相位差以提高檢測精度 即使頻率一致，若鎖相放大器參考信號與實際被測信號之間存在未知相位差，將導致檢測幅值偏低或相位測量誤差。為此，需進行相位校準。可通過調節鎖相放大器的參考通道相位偏移（Phase Offset），使檢測結果達到最大值，從而實現相位對齊。在多通道或復雜系統中，還可利用示波器觀測信號發生器輸出與鎖相參考信號的相位關系，進行外部校正。

三、時間基準同步：共用時鐘源消除漂移 長期測量中，不同設備的時鐘漂移可能導致同步失效。為解決此問題，可采用共用外部時鐘（External Clock）的方式，將同一高穩定度時鐘源（如10 MHz恒溫晶振）同時輸入至信號發生器和鎖相放大器，使其內部時基保持一致。這種“主從同步”結構廣泛應用于高精度實驗系統，如低溫物理、掃描探針顯微術等。

四、數字同步與軟件控制 現代數字鎖相放大器與函數發生器常支持通過GPIB、USB或以太網進行聯機控制。借助實驗控制軟件（如LabVIEW、MATLAB），可實現頻率、相位參數的自動同步與實時調整。例如，軟件統一設定信號頻率，并同時下發至發生器與放大器，避免手動設置誤差，提升自動化程度與重復性。

綜上所述，鎖相放大器與信號發生器的同步是一個涉及頻率、相位和時間多維度協同的過程。通過硬件連接、相位校準、共同時鐘及軟件集成等手段，可構建穩定、高精度的同步檢測系統，為微弱信號測量提供可靠保障。