Измерете малки сигнали, заровени в шума на вашия осцилоскоп (фазово чувствително откриване): 3 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Представете си, че искате да измерите малък сигнал, погребан в шум, който е много по -силен. Вижте видеото за бърз преглед на това как да го направите или продължете да четете за подробности.

Стъпка 1: Пример

Представете си, че искате да измерите светлината, отразена от лазерно петно, като използвате само фотодиод без оптика и суров усилвател.

Можете да видите сигнала, който получаваме, е доминиран от стайните светлини, както и от 50 Hz шума, улавен от усилвателя.

Просто усредняването на вашия сигнал няма да работи тук, тъй като промените на фона (да речем, че сте преместили ръката си) са много по -значими за ефекта от блокирането на лазера за измерване на разликата.

Това е ужасна настройка, защото се опитвате да измерите сигнал при DC и това е много шумна област от спектъра. Но с по -нататъшното навлизане в променлив ток шумът обикновено намалява, защото основният източник на шум се нарича розов шум: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Така че решението е да преместим сигнала си в променлив ток, далеч от източниците на шум.

Стъпка 2: Решение

Можете да преместите сигнала в променлив ток чрез пулсиране на лазера, а начинът, по който го направих тук, е чрез захранването му от цифров щифт на arduino. Arduino изпълнява мигаща скица, която прави квадратна вълна от 5 kHz за директно захранване на лазера.

след това можете да свържете друга сонда към този щифт, за да кажете на осцилоскопа точната честота на лазера.

Сега, когато сигналът е в AC, можете да свържете AC канал 1, за да се отървете от DC изместването и да увеличите максимално динамичния диапазон на ADC.

След това искате да настроите спусъка за канал 2, тъй като това ще бъде точно същата честота като светлината, излъчвана от лазера.

Сега можем да видим, че в шума има малка квадратна вълна. Това е светлината от лазера!

И тъй като задействаме на същата честота, можем да усредним сигнала: всичко, което не е същата честота като нашия сигнал, или случаен шум, ще бъде средно до 0.

Нашият сигнал, който винаги е във фаза с референтния канал, ще се усредни до постоянна форма на вълната.

Стъпка 3: Резултати

Можете да видите, че ние изкопахме сигнала си от целия този шум! това е от съществено значение за създаването на лентов филтър, който става по -тесен, когато включите повече средни стойности.

Сигналът е около 50 mV и е погребан в 1 V (пик до пик) шум! невероятно, че все още можем да го измерим!

Резултатът може да бъде оправдан чрез блокиране на лазера, който принуждава сигнала да изчезне.

Тази техника се нарича фазочувствително откриване и има много приложения, като за една тя е почти гръбнакът за всички радиочестотни комуникации в света !.

Има инструменти, наречени заключващи усилватели, които могат да извличат nV сигнали, погребани във V на шума, използвайки този метод. За по -изчерпателно обяснение и за начини за изграждане на схеми, използвайки това, разгледайте тази статия за аналогови устройства:

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

Надявам се, че сте харесали този бърз хак, ако имате въпроси, ще се радвам да отговоря на тях в коментарите.

Ако сте намерили това за полезно, можете да ми дадете глас:)