斯坦福锁相放大器检测微弱信号
锁相放大器，是一种可以从干扰极大的环境中对特定频率的电学信号进行提�。鼓芙徊骄劢购退ㄌ囟ㄏ辔簧喜降饕恢鲁煞值牡缱友б瞧鳎佣顺肷锏轿⑷跣藕偶觳獾哪康�。今天威客电竞VKGAME测试为大家介绍用斯坦福锁相放大器检测为微弱信号的方法。
假设要放大的信号是10nV，10kHz的正弦波信号，性能较好的低噪声放大器的输入噪声有5nV/√Hz。
1. 放大器的带宽为100kHz，增益为1000，待测信号放大后为
10nv×1000=10μV
2. 输入噪声为
5 nV/√Hz×√100kHz×1000=1.6mV
噪声远大于待测信号幅值，无法检测。
3. 在放大器后面加一个理想的带通滤波器，其品质因子Q=100，中心频率为10kHz，则频率在9.95kHz-10.05kHz范围内的信号
都会被有效地检测到，频率范围计算过程如下
10kHz÷Q=100Hz，10kHz-100Hz/2=9.95kHz，10kHz+100Hz/2=10.05kHz
4. 待测信号依旧是10μV，噪声经滤波器滤波后变为
5 nV/√Hz×√100Hz×1000=50μV
噪声仍然比待测信号大很多，无法检测。
5. 不用带通滤波器，在放大器后面加一个相敏检测器PSD。PSD可以在带宽为0.01Hz的情况下，检测到10kHz的信号
6. 此时，待测信号仍然为10μV，而噪声为
5 nV/√Hz×√0.01Hz×1000=0.5μV
信噪比为10μV/0.5μV=20，可以检测。
锁相放大器检测原理
相敏检测技术
利用与待测信号具有相同频率和固定相位关系的参考信号为基准，滤除频率与参考信号频率不同的噪声。
1. 被测输入信号Vs=Acos(ωt+θ)
参考输入信号Vr=Bcos(ωt+φ)
A、B是信号的幅值，ω是角频率，θ、φ是相位角。
被测信号与参考信号频率相同
2. 先将被测信号用一个低噪声放大器放大，使信号幅值达到能被模拟器件感应到的范围。
3. 被测信号和参考信号经混频器混频，即两信号相乘
Vpsd=Vs×Vr=AB/2[cos(2wt+θ+φ)+cos(θ-φ)]
当然经混频器输出的信号还有噪声与Vr的乘积，所以Vpsd中含有直流项，2w项以及噪声与Vr的乘积。因为噪声中含有w角频率的信号概率很�。钥梢匀衔绷飨钪挥氡徊庑藕懦烧喙�。
4. Vpsd经一个截止频率很低的低通滤波器滤波，可以看作只保留直流成分，这样输出信号中的噪声水平就很小了。
5. 因为直流项为AB/2*cos(θ-φ)，如果θ-φ=90°，此直流项就成为0了，那威客电竞官网就不能检测到待测信号了。但是威客电竞官网又不知道待测
信号的相位θ，所以无法设置参考信号的相位与待测信号相同。
6. 解决办法是，将参考信号分为两路，一路保持不变，与待测信号混频，得到直流项
Vpsd1= AB/2*cos(θ-φ)
另一路经移相器，相位减90°，再和待测信号混频，得到直流项
Vpsd2= AB/2*cos(θ-90°-φ)=AB/2*sin(θ-φ)
7. 求Vpsd1和Vpsd2的平方和，再开平方，得
Vpsd=AB/2
与相位无关，这样就可以检测到待测信号的幅值变化了，大功告成。
以上就是锁相放大器检测微弱信号，你学会了吗？更多信息欢迎登陆威客电竞VKGAME测试进行访问。
关注官方微信
