锁相放大器是一种微弱信号检测、解调设备。近年来,计算机与嵌入式系统的发展推动了锁相放大器技术的发展。为使数字锁相放大器能够适用于嵌入式应用,迫切需要研制一款高性能数字锁相放大器模块,以满足实际需求。本文的主要工作包括:第一,高性能数字锁相放大器模块的设计与制作。设计了数字锁相模块的电路和软件,包括前置放大电路、高阶低通滤波电路以及电源树等内容;利用现场可编程逻辑门阵列与微控制器设计了四路相敏检波。研制出一款噪声极低、宽带、体积较小、功耗超低且能满足嵌入式应用需求的高性能数字锁相放大器模块。第二,数字锁相放大器性能测试与验证。测试了信号输入通道的线性度、非线性失真、交流传输特性、稳压电源质量以及自发热情况;在对微弱调幅信号解调的实验中,测试了自制锁相模块的线性度、噪声与信噪比以及不同时间常数与阶次对解调结果的影响;在TDLAS技术应用中,测试了自制锁相模块波形输出的功能以及对一次谐波与二次谐波同步解调的功能;测试了自制锁相模块的重要性能指标;分析了噪声对锁相放大器解调结果的影响,并对其固有输出噪声进行溯源。第三,数字锁相放大器的光谱分析应用。搭建了CO气体浓度检测实验系统,使用自制锁相模块对探测器输出信号进行一次谐波与二次谐波的同步解调。对其解调结果进行浓度标定,比较了商品化锁相放大器仪器、模块与自制锁相模块在光谱分析中的应用效果。结果表明,自制锁相模块的解调效果不仅优于模块化锁相放大器LIA-MVD-200,还优于台式锁相放大器SR844。本文针对光谱分析应用,提出以输出噪声密度和输出动态范围作为锁相放大器的评价参数。自制锁相模块能够实现对一次谐波与二次谐波的同步解调功能,输出动态范围高达103.84d B,输出噪声密度低至53.6n V/√Hz,功耗仅为1.87W,能够在保持高性能的同时,满足嵌入式应用与光谱分析中的需求。