Misura piccoli segnali sepolti nel rumore sull'oscilloscopio (rilevamento sensibile alla fase): 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Immagina di voler misurare un piccolo segnale sepolto nel rumore che è molto più forte. Guarda il video per una rapida panoramica su come farlo o continua a leggere per i dettagli.

Passaggio 1: esempio

Immagina di voler misurare la luce riflessa da un punto laser usando solo un fotodiodo senza ottica e un amplificatore grezzo.

Puoi vedere che il segnale che otteniamo è dominato dalle luci della stanza e dal rumore a 50 Hz captato dall'amplificatore.

La semplice media del segnale non funzionerà qui poiché lo sfondo cambia (diciamo che hai spostato la mano) è molto più significativo dell'effetto di bloccare il laser per misurare la differenza.

Questa è una configurazione terribile perché stai cercando di misurare un segnale in CC, e questa è un'area molto rumorosa dello spettro. Ma man mano che vai più avanti nell'AC il rumore generalmente diminuisce perché la principale fonte di rumore è chiamata rumore rosa: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Quindi la soluzione è spostare il nostro segnale nell'AC, lontano dalle fonti di rumore.

Passaggio 2: soluzione

Puoi spostare il segnale nell'AC facendo pulsare il laser, e il modo in cui l'ho fatto qui è alimentandolo da un pin digitale sull'arduino. L'arduino sta eseguendo uno schizzo intermittente che crea un'onda quadra di 5khz per alimentare direttamente il laser.

è quindi possibile collegare un'altra sonda a questo pin per comunicare all'oscilloscopio l'esatta frequenza del laser.

Ora che il segnale è nell'AC, puoi accoppiare il canale 1 in AC per eliminare l'offset in cc e massimizzare la gamma dinamica dell'ADC.

Quindi si desidera impostare il trigger per il canale 2 poiché questa sarà esattamente la stessa frequenza della luce emessa dal laser.

Ora possiamo vedere che c'è una piccola onda quadra nel rumore. Questa è la luce del laser!

E poiché stiamo attivando alla stessa frequenza, possiamo mediare il segnale: tutto ciò che non è la stessa frequenza del nostro segnale, o rumore casuale, avrà una media di 0.

Il nostro segnale che è sempre in fase con il canale di riferimento avrà una media di una forma d'onda costante.

Passaggio 3: risultati

Puoi vedere che abbiamo estratto il nostro segnale da tutto quel rumore! questo è essenziale per creare un filtro passa banda che si restringe man mano che si includono più medie.

Il segnale è di circa 50 mV ed è stato sepolto in 1 V (picco a picco) di rumore! incredibile che possiamo ancora misurarlo!

Il risultato può essere giustificato bloccando il laser che costringe il segnale a scomparire.

Questa tecnica è chiamata rilevamento sensibile alla fase e ha molti usi, per uno è praticamente la spina dorsale per tutte le comunicazioni RF nel mondo!.

Esistono strumenti chiamati amplificatori lock in che possono estrarre segnali nV sepolti in V di rumore usando questo metodo. Per una spiegazione più completa e per i modi per costruire circuiti utilizzando questo, dai un'occhiata a questo articolo sui dispositivi analogici:

www.analog.com/en/dialogo-analogico/articoli…

Spero che questo rapido trucco vi sia piaciuto, se avete domande sarò felice di rispondervi nei commenti.

Se lo hai trovato utile puoi darmi un voto:)