Đo các tín hiệu nhỏ bị nhiễu trên máy hiện sóng của bạn (Phát hiện nhạy pha): 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Hãy tưởng tượng bạn muốn đo một tín hiệu nhỏ bị nhiễu mạnh hơn nhiều. Xem video để biết nhanh cách thực hiện hoặc tiếp tục đọc để biết chi tiết.

Bước 1: Ví dụ

Hãy tưởng tượng bạn muốn đo ánh sáng phản xạ từ một điểm laser chỉ sử dụng một diode quang không có quang học và một bộ khuếch đại thô.

Bạn có thể thấy tín hiệu mà chúng tôi nhận được bị chi phối bởi đèn phòng cũng như tiếng ồn 50 Hz do amp thu được.

Chỉ đơn giản là tính trung bình tín hiệu của bạn sẽ không hoạt động ở đây vì nền thay đổi (giả sử bạn di chuyển tay) ảnh hưởng của việc chặn tia laser để đo sự khác biệt đáng kể hơn nhiều.

Đây là một thiết lập tồi tệ vì bạn đang cố gắng đo tín hiệu tại DC và đây là vùng rất nhiễu của quang phổ. Nhưng khi bạn đi sâu hơn vào AC, tiếng ồn thường giảm vì nguồn chính của tiếng ồn được gọi là tiếng ồn màu hồng: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Vì vậy, giải pháp là chuyển tín hiệu của chúng tôi vào AC, tránh xa các nguồn nhiễu.

Bước 2: Giải pháp

Bạn có thể di chuyển tín hiệu vào AC bằng cách phát xung laser và cách tôi đã làm điều đó ở đây là cấp nguồn cho nó từ một chân kỹ thuật số trên arduino. Arduino đang chạy một bản phác thảo nhấp nháy tạo ra một sóng vuông 5khz để cung cấp năng lượng trực tiếp cho tia laser.

sau đó bạn có thể nối một đầu dò khác vào chốt này để cho máy hiện sóng biết tần số chính xác của tia laser.

Bây giờ tín hiệu nằm trong AC, bạn có thể ghép kênh AC với 1 để loại bỏ độ lệch dc và tối đa hóa phạm vi động của ADC.

Sau đó, bạn muốn đặt kích hoạt cho kênh 2 vì đây sẽ là tần số chính xác giống với tần số ánh sáng phát ra từ laser.

Bây giờ chúng ta có thể thấy rằng có một sóng vuông nhỏ trong tiếng ồn. Đây là ánh sáng từ tia laser!

Và bởi vì chúng ta đang kích hoạt ở cùng một tần số, chúng ta có thể tính trung bình tín hiệu: bất kỳ thứ gì không cùng tần số với tín hiệu của chúng ta, hoặc nhiễu ngẫu nhiên, sẽ lấy trung bình bằng 0.

Tín hiệu của chúng ta luôn cùng pha với kênh tham chiếu sẽ trung bình thành dạng sóng không đổi.

Bước 3: Kết quả

Bạn có thể thấy rằng chúng tôi đã đào thải tín hiệu của mình khỏi tất cả những tiếng ồn đó! điều này là cần thiết làm cho một bộ lọc băng thông hẹp hơn khi bạn bao gồm nhiều giá trị trung bình hơn.

Tín hiệu là khoảng 50 mV và nó bị chôn vùi trong nhiễu 1 V (từ đỉnh đến đỉnh)! tuyệt vời là chúng tôi vẫn có thể đo lường nó!

Kết quả có thể được chứng minh bằng cách chặn tia laser buộc tín hiệu biến mất.

Kỹ thuật này được gọi là phát hiện nhạy cảm theo pha và có rất nhiều cách sử dụng, vì một lẽ nó là xương sống cho tất cả các giao tiếp RF trên thế giới !.

Có một công cụ được gọi là khóa trong bộ khuếch đại có thể trích xuất tín hiệu nV bị chôn vùi trong tiếng ồn của V bằng cách sử dụng phương pháp này. Để có lời giải thích toàn diện hơn và cách xây dựng mạch bằng cách sử dụng này, hãy xem bài viết về thiết bị tương tự này:

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

Tôi hy vọng bạn đã thích bản hack nhanh này, nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, tôi rất sẵn lòng trả lời chúng trong phần bình luận.

Nếu bạn thấy điều này hữu ích, bạn có thể cho tôi một phiếu bầu:)