Změřte drobné signály zachycené šumem na vašem osciloskopu (detekce citlivá na fázi): 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Představte si, že chcete změřit malý signál pohřbený v šumu, který je mnohem silnější. Podívejte se na video, kde najdete rychlý postup, jak na to, nebo pokračujte ve čtení podrobností.

Krok 1: Příklad

Představte si, že chcete měřit světlo odražené od laserového bodu pomocí pouze fotodiody bez optiky a hrubého zesilovače.

Můžete vidět, že signálu, který dostáváme, dominují světla v místnosti a také 50 Hz šum zachycený zesilovačem.

Jednoduše zprůměrování signálu zde nebude fungovat, protože změny pozadí (řekněme, že jste pohnuli rukou) jsou mnohem významnějším efektem zablokování laseru pro měření rozdílu.

Toto je hrozné nastavení, protože se pokoušíte měřit signál na DC, a to je velmi hlučná oblast spektra. Ale jak jdete dále do AC, hluk obecně klesá, protože hlavní zdroj hluku se nazývá růžový šum: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Řešením je tedy přesunout náš signál do střídavého proudu, pryč od zdrojů hluku.

Krok 2: Řešení

Signál můžete přesunout do AC pulzováním laseru a způsob, jakým jsem to udělal, je jeho napájení z digitálního pinu na Arduinu. Arduino spouští mrknutí, které vytváří 5kHz čtvercovou vlnu pro přímé napájení laseru.

na tento kolík pak můžete připojit další sondu a sdělit osciloskopu přesnou frekvenci laseru.

Nyní, když je signál v AC, můžete AC párovat kanál 1, abyste se zbavili stejnosměrného offsetu a maximalizovali dynamický rozsah ADC.

Poté chcete nastavit spoušť pro kanál 2, protože to bude přesně stejná frekvence jako světlo vyzařované laserem.

Nyní vidíme, že v šumu je malá čtvercová vlna. Toto je světlo z laseru!

A protože spouštíme na stejné frekvenci, můžeme signál průměrovat: cokoli, co nemá stejnou frekvenci jako náš signál, nebo náhodný šum, bude průměrně až 0.

Náš signál, který je vždy ve fázi s referenčním kanálem, se průměruje na konstantní průběh.

Krok 3: Výsledky

Vidíte, že jsme vydolovali náš signál ze všeho toho hluku! to je nezbytné, aby pásmový filtr, který se zužuje, jak zahrnete více průměrů.

Signál je kolem 50 mV a byl pohřben v šumu 1 V (od vrcholu k vrcholu)! úžasné, že to ještě dokážeme změřit!

Výsledek lze odůvodnit zablokováním laseru, který nutí signál zmizet.

Tato technika se nazývá fázově citlivá detekce a má mnoho využití, pro jednoho je to téměř páteř veškeré RF komunikace na světě !.

Existují nástroje nazývané lock in zesilovače, které mohou pomocí této metody extrahovat nV signály zakopané ve V šumu. Podrobnější vysvětlení a způsoby vytváření obvodů pomocí tohoto naleznete v tomto článku o analogových zařízeních:

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

Doufám, že se vám tento rychlý hack líbil, pokud máte nějaké dotazy, rád je zodpovím v komentářích.

Pokud vám to přišlo užitečné, můžete mi dát hlas:)