Frage:
Wie man ein winziges Signal verstärkt, das auf einer großen Gleichtakt-Rechteckwelle läuft
user1155386
2017-04-15 03:05:27 UTC
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Ich habe ein kleines Signal von ungefähr 10uV-100uV, das auf ungefähr 1V Gleichtakt fährt.Ich habe versucht, dies auf dem Bild darzustellen.Ich bin daran interessiert, eine Platinenpegelschaltung zu entwickeln (ich kann keinen handelsüblichen Lock-In-Verstärker verwenden), die das 10uV-100uV-Signal auf messbarere Pegel verstärken kann, die mein ADC unterstützen kann (z. B. 10mV).Das blaue Signal ist eine Uhr und das orange Signal wird von einer einzelnen Fotodiode ausgegeben, wenn es zwei verschiedenen Lichtwellenlängen ausgesetzt wird.Was ist der beste Weg, um dies zu erreichen?Ich bin ziemlich offen für die Wahl der Impulsbreite, wie durch die gestrichelten blauen Linien dargestellt.

Hinweis: Betrachten Sie das Blau als ein TTL-Logiktaktsignal.Die y-Achsenskalen für Blau und Orange sind nicht gleich.

enter image description here

Sie können das Taktsignal (den Eingang über einen Schmitt-Trigger speisen) verwenden, um zwischen zwei verschiedenen Vorspannungen zu wechseln.
@Oskar hier etwas verwirrt.Ist Shmitt Trigger (ein Komparator) nicht ein digitales Gerät?Wie werden die analogen Pegel erhalten?Können Sie mich auf einen Link verweisen oder einen Schaltplan skizzieren?
Gibt es einen Grund, warum Sie keinen kapazitiv gekoppelten Verstärker verwenden können?
@owg60 Das könnte eine Lösung sein, aber wird es nicht viel Schwenken dieses digitalen Signals geben?Ich frage mich, ob dadurch die genauen benötigten analogen Spannungspegel erhalten bleiben.
Interessieren Sie sich nur für das orangefarbene Signal oder nur für das blaue Signal oder für beides?
Nur im orangefarbenen Signal.
cool, also gilt meine Antwort :)
@user1155386: Ich meinte nur zur Auswahl der Vorspannung, das Signal vom Schmitt-Trigger könnte verwendet werden, um dem blauen Signal entgegenzuwirken, wobei nur das orange Signal plus Rauschen übrig bleibt.
@user1155386: Ich meinte ziemlich genau, was Whit3rds Antwort sagt.
Zwei antworten:
Marcus Müller
2017-04-15 04:04:18 UTC
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Der Gleichtakt ändert sich langsam, das Signal ändert sich schnell.

Sie benötigen daher einen Hochpassfilter, der die Gleichstromkomponente herausfiltert. Im einfachsten Fall: Dies ist ein Kondensator in Reihe mit Ihrer Signalquelle, mit einem Widerstand gegen Masse gegen "kurzen" Niederfrequenzgehalt. Hier ist ein benutzerfreundliches RC-Hochpass-Designtool. Beginnen Sie mit etwas wie C = 10nF. Sie scheinen sehr daran interessiert zu sein, Spannungen zu erhalten: Das ist die Aufgabe, einen geeigneten Filter zu entwerfen, und dieses Tool hilft. Sie müssen zuerst die Frequenzen des interessierenden Signals ermitteln!

Sie würden für jede der Kanten Ihres "blauen" Signals eine Spitze am Hochpassfilterausgang erhalten (da diese Flanke ein sich sehr schnell änderndes Signal ist).

Nach dem Hochpassfilter wird Ihr interessierendes Signal nur um die von Ihnen verwendete Vorspannung zentriert (Hinweis: Ihr Widerstand vom Filter kann auch in einen Spannungsteiler zwischen Versorgungsspannung und Masse aufgeteilt werden, sodass Sie Vorspannung erzeugen können Ihr Signal in die Mitte des Betriebsbereichs Ihres Verstärkers). Dann verstärken Sie dies einfach, damit sich das interessierende Signal so weit wie möglich von Ihrem ADC-Bereich erstreckt.

Die Spitze, die Sie erhalten, wenn der Hochpassfilter die Flanke Ihrer Uhr sieht, ist nicht so schlecht. Filtern Sie sie digital heraus. (Sie werden nicht viele Samples durch die "Überverstärkung" dieses Spikes verlieren.) Besonders wenn Sie die Periode des blauen Signals kennen, wird das digitale Filtern sehr einfach.

Vergiss nicht:

Sie verwenden einen ADC. Sie müssen daher also über einen Tiefpassfilter verfügen, der die Bandbreite, die Ihren ADC erreicht, auf die Hälfte Ihrer Abtastrate begrenzt! Andernfalls erhalten Sie ein Aliasing und Ihr Signal ist unbrauchbar.

Funktioniert!Simuliert sind zusätzliche Kommentare ebenfalls hilfreich.
:) froh zu hören, dass es Ihren Bedürfnissen entspricht!
@MarcusMüller, toller Punkt, dass Sie sowohl die Kantenübergänge als auch die DC-Komponente digital filtern können.
@JackCreasey Nun, mein Vorschlag ist, dass Sie DC analog herausfiltern sollten, um Ihren Dynamikbereich zu maximieren.Dynamikumfang und Nyquist sind für mich (praktisch) die einzigen relevanten Gründe, * keinen * Filter im digitalen, sondern im analogen Bereich durchzuführen, und normalerweise würde ich sagen, dass Sie lieber höllisch überabtasten würden, um DR zurückzubekommenanstatt zu versuchen, Ihr Signal im analogen Bereich übermäßig zu konditionieren
Whit3rd
2017-04-15 06:10:47 UTC
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Eine mögliche Lösung besteht darin, hierfür einen Verstärker mit begrenzter Anstiegsgeschwindigkeit zu verwenden Signal in Kombination mit Wechselstromkopplung.Die Schrittweite würde dann verringert werden, während langsam schwingende Welligkeit durchlaufen wird.Etwas Operationsverstärker mit externem Kompensationskondensator können dies mit einem übergroßen Gerät tun Kompensationskondensator.

Noch einer wäre synchrones Gating, so dass eine Reihe von Messungen erfolgt gemacht, und diese Messungen werden in "Low-V", "Übergang" und "getrennt 'High-V'-Datensätze.
Wenn Ihr Taktsignal bekannt ist, kann es phasenverriegelt werden, um das zu erstellen Bin-Adressen (ein interner Zähler, der an die sich wiederholende Uhr gebunden ist '0', '1', '2') zum Trennen der Datenpunkte.ich hab's gemacht mit mehreren Datenrekordern, indem Sie die entsprechenden während aktivieren jede Phase.

Und wenn Ihr ADC genügend Reichweite hat, kann das gesamte Signal digitalisiert werden und später in Software aussortiert;es würde eine Kurvenanpassung an eine am besten passende Rechteckwelle bedeuten, dann Subtrahieren dieser Rechteckwelle von den Daten.

Wie Ihr synchroner Gating-Ansatz.Versaut Jitter Ihre Messungen nicht?Vor allem, wenn Sie mehrere Behälter haben?
Timing Jitter tat nicht weh;Es gab ein Beobachtungsfenster für eine eindeutige Datenerfassung während eines Halbzyklus und eine Nullperiode für die Hintergrundmessung während eines Teils des anderen Halbzyklus.Der Zyklus wurde von unserem Homebrew-Generator für beliebige Funktionen generiert, sodass die Gate-Signale nur eine kleine zusätzliche Logik waren.Die mehreren Datenrekorder sammelten Impulse in Zählern und hatten ungefähr tausend Zähler.Ein Rekorder hatte Signal gegen Temperatur, der andere Hintergrund gegen Temperatur, wenn ein thermischer Scan durchgeführt wurde.


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