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微弱信号检测是利用信号周期性，噪声随机性的特点实现信号参数检测的，它广泛应用于许多的科学研究领域。锁定放大器LIA(Lock-In Amplifier)是实现强噪声背景环境下微弱信号检测的重要仪器。自从1962年世界上第一台锁定放大器问世以来，国内外研制了多种型号的锁定放大器，美国Stanford Research System公司对于锁定放大器的研制处于领先地位，国内对锁定放大器的研制也有近四十年的历史。
本文简要分析了锁定放大器的国内外研究现状。详细分析了噪声的统计学模型，对锁定放大器的核心部分一相关器做了理论推导，给出了其数学解。分析了单通道LIA和矢量型(双通道)LIA的检测原理，说明矢量型LIA消除了相位差的影响，在应用中更具有优势。分析了模拟锁定放大器的局限性，说明数字锁定放大器是发展的必然趋势，并对数字锁定放大器的原理进行了较为详细的分析。设计了系统软件和硬件，给出了关键部分的电路图和软件源代码。
在矢量型数字锁定放大器的设计中，两路正交参考信号的设计既是系统设计的关键，又是设计的重点和难点。AD9854是美国AD公司最新推出的一款高度集成的高速、高性能的正交DDS芯片，具有正交两路信号输出功能。文中对直接数字合成(DDS)原理进行了详细的分析，并介绍了DDS芯片AD9854的内部结构和工作原理，在此基础上，对其外围电路进行了设计(包括：电源、时钟以及低通滤波电路)，并设计了单片机(AT89S52)控制DDS芯片(AD9854．)产生两路正交参考信号的电路，给出了其连接框图和相应的控制程序流程图，解决了单片机与DDS芯片之间逻辑电平不兼容的问题。可编程键盘/显示接口芯片8279能自动完成键盘的扫描输入和LED扫描显示输出，本文利用该芯片进行了键盘和显示电路的设计，给出了单片机控制8279的电路图和相应的控制程序流程图，并给出了实测的控制效果。
单片机控制DDS芯片产生两路正交的参考信号，存在输入DSP芯片时的同步问题，在进行了多方思考之后，最终决定由DSP采集其中一路信号，然后计算获得参考信号的频率，再在DSP内部合成两个同频正交的数字化参考信号，这样可以很好地解决与被测信号进行相关运算的两个参考信号的严格正交性。论文总结了前述电路设计的经验。
矢量型锁定放大器数字算法的设计是系统设计的核心。在数字正交参考信号的设计中，要求在跟踪输入的参考信号频率时，必须能够识别出参考信号频率的突变和缓变，以保证生成的数字参考信号与被测信号的同频性，对参考信号的频率跟踪与信号同步做了说明，并应用直接数字合成算法合成了两个同频正交的数字化参考信号，给出了参考信号数字合成的软件设计流程图。
数字滤波部分有50Hz陷波器、FIR低通滤波器。所设计的50Hz陷波器，在工频f=50Hz处陷波深度达到-114dB，即对工频衰减10<-5.7>，陷波宽度(-3dB)为10Hz左右，给出了当被测信号为含有工频干扰的多个正弦输入信号时，陷波前后的频谱对比图，陷波后极大地衰减了工频50Hz信号，40Hz信号因比较靠近50Hz频率，也产生了部分衰减，但仍可清晰分辨。分析了FIR低通滤波器的数学模型，给出了加Blackman窗前后的频率特性图，加窗后，衰减效果由加窗前的-30dB增强到-80dB左右。
数字化的输入信号和参考信号在DSP内部进行数字相关运算(相关运算是系统的核心算法)获得检测结果，论文叙述了相关锁定算法的原理，给出了相应的程序设计流程图，还利用MATLAB软件对该算法进行了计算机仿真，结果表明本算法能检测低信噪比的信号，在CCS中对算法进行了测试，说明该算法在理论上是可行的。本文还对整个系统的算法进行了测试，给出了被测信号处理前后的幅度．时间特性图和频谱图，以及最终锁定结果，说明本文设计的算法较好地实现了提取被测微弱信号参数的目的。基本上从软件上实现了矢量型锁定放大器的设计。最后对系统误差的影响因素进行了理论分析并提出了减小误差的一些措施。
以TI公司的高性能DSP芯片TMS320VC5416为核心，进行了系统硬件电路的设计，主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、存储器接口、与主机通讯模块的设计，由于时间和条件等因素的限制，未完成相应的PCB板的制作。
论文的结论与建议部分，对全文进行了总结，说明了系统设计的不足以及待研究的工作，对系统的改进和完善提出了切合实际的建议。