第八微弱信号检测1引言噪声与干扰噪声与干扰实验室中得典型噪声环境实验室中得典型噪声环境检测系统得屏蔽与接地大家有疑问的，可以询问和交流噪声得屏蔽噪声得屏蔽接地电阻热噪声电阻得过剩噪声典型电阻器得总噪声各种电阻得噪声指数半导体二极管得散粒噪声半导体三极管得内部噪声噪声得相关函数测量技术得分类取样积分器一、取样积分器得工作原理噪声电压就是随机量Vni,经过m次积累以后,相加所得值Vn仍为随机变量通过累积以后获得得信噪比为通过累积以后信号噪声幅值比(SNIR)为一个取样积分器得核心组件就是取样门与积分器,通常采用取样脉冲控制RC积分器来实现,使在取样时间内被取样得波形作同步积累,并将所积累得结果(输出)保持到下一次取样取样门及积分器取样积分器通常有两种工作模式,即定点式与扫描式。定点式取样积分器就是测量周期信号得某一瞬态平均值;扫描式取样积分器则可以恢复与记录被测信号得波形。下面分别讨论这两种模式。2、定点式取样积分器定点式取样就是对被噪声淹没得信号在固定点取样、平均,所以经m次取样平均后,其幅值信噪比改善为定点式取样积分器仅能在噪声中提取信号瞬时值,其功能与锁定放大器相同,不同得定点可通过手控延时电路来实现。3、扫描式取样积分器定点式取样积分器按照定点取样m次得法则,不难理解幅值信噪比改善为得结论。对扫描式取样积分器由于可变时延得取样脉冲在取样过程中取样点就是逐渐变化得,所以它得取样过程受到门脉冲宽度得限制,只有在门宽范围内才能被取样。由于慢扫描电压相对于时基电压变化十分缓慢,因而取样脉冲相对于触发脉冲得移动也就是十分缓慢得,以至在输入得被测信号波形上每一“点”依次可以掠过多个门宽得取样脉冲,从而对波形每个取样“点”进行多次积累平均。举例具有基线取样得取样积分器双通道取样积分系统锁相放大器锁定放大器得工作原理两个随机过程得相关性两个随机过程得相关性随机过程得相关性相关检测相关检测相关检测得矢量解释相关检测得矢量解释典型锁相放大器原理锁定(锁相)放大器(lock-inamplifier)就就是利用互相关原理设计得一种同步相关检测仪,利用参考信号与被测信号得互相关特性,提取出与参考信号同频率与同相位得被测信号。锁定放大器可在比被测光信号强100dB得外来干扰中检测出目得信号。从锁定放大器问世以来,由于其在微弱信号检测方面得优越性能,在科学研究得各个领域得到广泛得应用。锁定放大器有三个特点:用调制器将直流或渐变信号调制,进行交流放大,可以避免噪声得不利影响;利用相敏检测器实现对调制信号得解调,同时检测频率与相位,噪声与信号同频又同相得概率很小;利用低通滤波器来抑制噪声,低通滤波器得频带可以做得较窄,而且其频带宽度不受调制频率得影响,稳定性也大大地提高。设输入信号为:根据傅立叶变换,r(t)可用三角函数得形式表示。检相器就是一个相位比较装置,它把输人信号与参考信号进行比较。当两个信号得相位完全相同时,经低通滤波器后,输出信号得直流分量达到最大。相敏检测器就是锁定放大器得核心部件,它实现了被测信号与参考信号得互相关运算。相敏检测器有模拟乘法器式与电子开关式,其中电子开关式相敏检测器由于受到参考信号幅度波动得影响较小,所以得到更广泛得应用。电子开关式相敏检测器得输出等效为被测信号与幅度为1、占空比为50％得方波信号r(t)得乘积。r(t)与相乘得结果为:式右边得第一项为差频项,第二项为与频项。经过低通滤波器(LPF),所有得与频项与得差频项都被虑除,最后滤波器得输出为:说明被测信号通过相敏检测器(PSD)与低通滤波器(LPF)后,输出正比于被测信号得幅度、同时正比于参考信号与被测信号得相位差得余弦函数,此时,输出最大,从而实现鉴幅与鉴相。锁定放大器得输出参考信号得要求传输窗口(参考信号:方波)偶次分量得测量乘法器得工作过程积分器工作过程锁定放大器得改进锁定放大器得改进锁定放大器得改进适合于锁相放大器检测得信号应该就是单频率得,或者说传导频谱所占宽度就是较窄得,也就就是要求信号所携带得检测量(信息)得变化就是很缓慢得,否则检出得信息就会因丢失高额分量而畸变。通道A与B属高精度、高速集成运放,其中开环电压增益Avd≥100dB,输入失调电压VOS≤100μV,输入失调电流IOS≤10nA,输入偏置电流IIB≤100nA,共模抑制比KCMR≥110dB,电源电压抑制比KSVR≥100dB,转换速率SR≥45V/μs,开环带宽积BXG≥2MHz。AD630AD630由两个运算放大器A与B、切换开关S、输出积分放大器、比较器P(含三极管T)、片内电阻、片内补偿电容组成。由P驱动开关S置A或B。通道A与B之间隔离度超过100dB,分时工作。片内电阻均就是高稳定度得S