Mesurez de minuscules signaux enfouis dans le bruit sur votre oscilloscope (détection sensible à la phase) : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Imaginez que vous vouliez mesurer un petit signal enfoui dans un bruit beaucoup plus fort. Regardez la vidéo pour un aperçu rapide sur la façon de le faire, ou continuez à lire pour les détails.

Étape 1: Exemple

Imaginez que vous vouliez mesurer la lumière réfléchie par un spot laser en utilisant uniquement une photodiode sans optique et un amplificateur grossier.

Vous pouvez voir que le signal que nous obtenons est dominé par les lumières de la pièce ainsi que par le bruit à 50 Hz capté par l'ampli.

Le simple fait de faire la moyenne de votre signal ne fonctionnera pas ici car le fond change (disons que vous avez bougé votre main) est beaucoup plus important que l'effet de blocage du laser pour mesurer la différence.

C'est une configuration terrible car vous essayez de mesurer un signal en courant continu, et c'est une zone très bruyante du spectre. Mais au fur et à mesure que vous avancez dans le courant alternatif, le bruit diminue généralement car la principale source de bruit est appelée bruit rose: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

La solution est donc de déplacer notre signal dans le courant alternatif, loin des sources de bruit.

Étape 2: Résolution

Vous pouvez déplacer le signal dans le courant alternatif en pulsant le laser, et la façon dont je l'ai fait ici est de l'alimenter à partir d'une broche numérique sur l'arduino. L'arduino exécute un croquis clignotant qui fait une onde carrée de 5 kHz pour alimenter directement le laser.

vous pouvez ensuite brancher une autre sonde sur cette broche pour indiquer à l'oscilloscope la fréquence exacte du laser.

Maintenant que le signal est dans le courant alternatif, vous pouvez coupler le canal 1 en courant alternatif pour éliminer le décalage continu et maximiser la plage dynamique de l'ADC.

Ensuite, vous voulez régler le déclencheur pour le canal 2 car ce sera exactement la même fréquence que la lumière émise par le laser.

Maintenant, nous pouvons voir qu'il y a une petite onde carrée dans le bruit. C'est la lumière du laser !

Et parce que nous déclenchons à la même fréquence, nous pouvons faire la moyenne du signal: tout ce qui n'est pas à la même fréquence que notre signal, ou le bruit aléatoire, sera moyenné à 0.

Notre signal qui est toujours en phase avec le canal de référence sera moyenné à une forme d'onde constante.

Étape 3: Résultats

Vous pouvez voir que nous avons extrait notre signal de tout ce bruit ! ceci est essentiel pour créer un filtre passe-bande qui se rétrécit au fur et à mesure que vous incluez plus de moyennes.

Le signal est d'environ 50 mV et il était enterré dans 1 V (crête à crête) de bruit ! incroyable qu'on puisse encore le mesurer !

Le résultat peut être justifié en bloquant le laser ce qui force le signal à disparaître.

Cette technique est appelée détection sensible à la phase et a de nombreuses utilisations, d'une part, c'est à peu près l'épine dorsale de toutes les communications RF dans le monde !.

Il existe des instruments appelés amplificateurs à verrouillage qui peuvent extraire des signaux nV enfouis dans des V de bruit en utilisant cette méthode. Pour une explication plus complète et pour savoir comment construire des circuits à l'aide de cela, consultez cet article sur les appareils analogiques:

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

J'espère que vous avez apprécié ce hack rapide, si vous avez des questions, je serais heureux d'y répondre dans les commentaires.

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