Zmerajte drobné signály zachytené šumom na vašom osciloskope (detekcia citlivá na fázu): 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Predstavte si, že chcete merať malý signál zakrytý hlukom, ktorý je oveľa silnejší. Pozrite si video, v ktorom nájdete rýchly postup, ako na to, alebo pokračujte v čítaní podrobností.

Krok 1: Príklad

Predstavte si, že chcete merať svetlo odrazené od laserového bodu iba pomocou fotodiódy bez optiky a hrubého zosilňovača.

Môžete vidieť, že signálu, ktorý dostávame, dominujú svetlá v miestnosti, ako aj 50 Hz šum zachytený zosilňovačom.

Jednoduché spriemerovanie vášho signálu tu nebude fungovať, pretože zmeny pozadia (povedzme, že ste pohli rukou) sú oveľa významnejšími účinkami zablokovania lasera na meranie rozdielu.

Je to hrozné nastavenie, pretože sa pokúšate merať signál v DC a je to veľmi hlučná oblasť spektra. Ale keď idete ďalej do AC, hluk sa spravidla znižuje, pretože hlavný zdroj hluku sa nazýva ružový šum: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Riešením je teda presunúť náš signál do striedavého prúdu, ďaleko od zdrojov hluku.

Krok 2: Riešenie

Signál môžete presunúť do striedavého prúdu pulzovaním lasera a spôsob, akým som to urobil, je napájať ho z digitálneho kolíka na Arduine. Arduino beží žmurknutím, ktoré vytvára 5kHz štvorcovú vlnu na priame napájanie lasera.

potom môžete na tento kolík pripojiť ďalšiu sondu, aby ste osciloskopu povedali presnú frekvenciu lasera.

Teraz, keď je signál v AC, môžete AC spárovať kanál 1, aby ste sa zbavili DC offsetu a maximalizovali dynamický rozsah ADC.

Potom chcete nastaviť spúšťač pre kanál 2, pretože to bude presne rovnaká frekvencia ako svetlo vyžarované z lasera.

Teraz vidíme, že v hluku je malá štvorcová vlna. Toto je svetlo z lasera!

A pretože spúšťame na rovnakej frekvencii, môžeme signál priemerovať: čokoľvek, čo nemá rovnakú frekvenciu ako náš signál alebo náhodný šum, bude mať priemer až 0.

Náš signál, ktorý je vždy vo fáze s referenčným kanálom, sa priemeruje na konštantný priebeh.

Krok 3: Výsledky

Vidíte, že sme vyhrabali náš signál zo všetkého toho hluku! je nevyhnutné vytvoriť pásmový filter, ktorý sa zužuje, pretože uvádzate viac priemerov.

Signál je okolo 50 mV a bol zakopaný v 1 V (špička - špička) šumu! úžasné, že to stále dokážeme zmerať!

Výsledok je možné odôvodniť zablokovaním lasera, ktorý núti signál zmiznúť.

Táto technika sa nazýva fázovo citlivá detekcia a má mnoho použití, pretože je jednou z nich chrbticou celej RF komunikácie na svete !.

Existujú nástroje nazývané zámkové zosilňovače, ktoré môžu pomocou tejto metódy extrahovať nV signály uložené vo V šumu. Komplexnejšie vysvetlenie a spôsoby vytvárania obvodov pomocou tohto systému nájdete v tomto článku o analógových zariadeniach:

www.analog.com/en/analog-dialogue/articles…

Dúfam, že sa vám tento rýchly hack páčil, ak máte nejaké otázky, rád vám na ne odpoviem v komentároch.

Ak sa vám to páčilo, môžete mi dať hlas:)