Medir sinais minúsculos ocultos no ruído em seu osciloscópio (detecção sensível à fase): 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Imagine que você deseja medir um sinal minúsculo enterrado em um ruído muito mais forte. Confira o vídeo para uma rápida demonstração de como fazer isso ou continue lendo para os detalhes.

Etapa 1: Exemplo

Imagine que você queira medir a luz refletida de um ponto de laser usando apenas um foto diodo sem ótica e um amplificador bruto.

Você pode ver que o sinal que recebemos é dominado pelas luzes da sala, bem como pelo ruído de 50 Hz captado pelo amplificador.

Simplesmente calcular a média do seu sinal não funcionará aqui, pois as mudanças de fundo (digamos que você moveu sua mão) é muito mais significativo do que o efeito de bloquear o laser para medir a diferença.

Esta é uma configuração terrível porque você está tentando medir um sinal em CC, e esta é uma área muito ruidosa do espectro. Mas conforme você avança no AC, o ruído geralmente diminui porque a principal fonte de ruído é chamada de ruído rosa: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Portanto, a solução é mover nosso sinal para o AC, longe das fontes de ruído.

Etapa 2: Solução

Você pode mover o sinal para o AC pulsando o laser, e a forma como fiz isso aqui é ligando-o a um pino digital no arduino. O arduino está executando um esboço intermitente que forma uma onda quadrada de 5 khz para alimentar o laser diretamente.

você pode então conectar outra ponta de prova neste pino para informar ao osciloscópio a freqüência exata do laser.

Agora que o sinal está em CA, você pode acoplar o canal 1 de CA para se livrar do desvio CC e maximizar a faixa dinâmica do ADC.

Em seguida, você deseja definir o gatilho para o canal 2, pois será exatamente a mesma frequência da luz emitida pelo laser.

Agora podemos ver que há uma pequena onda quadrada no ruído. Essa é a luz do laser!

E porque estamos disparando na mesma frequência, podemos calcular a média do sinal: qualquer coisa que não seja a mesma frequência do nosso sinal, ou ruído aleatório, terá a média de 0.

Nosso sinal, que está sempre em fase com o canal de referência, terá uma média de forma de onda constante.

Etapa 3: Resultados

Você pode ver que extraímos nosso sinal de todo aquele barulho! isso é essencial para fazer um filtro passa-banda que fica mais estreito à medida que você inclui mais médias.

O sinal está em torno de 50 mV e foi enterrado em 1 V (pico a pico) de ruído! incrível que ainda possamos medi-lo!

O resultado pode ser justificado bloqueando o laser que força o sinal a desaparecer.

Essa técnica é chamada de detecção sensível à fase e tem muitos usos, por um lado, é praticamente a espinha dorsal de todas as comunicações de RF no mundo !.

Existem instrumentos chamados de amplificadores lock in que podem extrair sinais nV enterrados em Vs de ruído usando este método. Para obter uma explicação mais abrangente e maneiras de construir circuitos usando isso, dê uma olhada neste artigo de dispositivos analógicos:

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

Eu espero que você tenha gostado deste hack rápido, se você tiver alguma dúvida eu ficaria feliz em respondê-la nos comentários.

Se você achou isso útil, você pode me dar um voto:)