Quando você está procurando um sinal com seu osciloscópio, quanto mais forte for, melhor. Se for fraco, você pode lutar para provocá -lo de outra interferência, ou mesmo do próprio piso de ruído. Você pode desejar que estivesse procurando algo mais óbvio do que o equivalente eletromagnético de uma agulha em um palheiro.
Encontrar sinais ocultos abaixo do piso de ruído pode ser um desafio, mas não precisa ser intransponível. James Rowley e Mark Omo chegaram à superconferência de 2024 Hackaday para nos dizer como conseguir isso com a magia dos amplificadores de bloqueio.
Barulho
https://www.youtube.com/watch?v=y9frtj3uzm0
Como James explica, você pode fazer amplificação de bloqueio com praticamente qualquer conversor analógico para digital e DSP que você possa ter em mãos. Por exemplo, o osciloscópio que você já possui em sua oficina. “A magia dessa técnica está tomando um sinal barulhento, apenas rejeitando todo o barulho e obtendo apenas a parte que você deseja – apenas o sinal em que você está interessado”, explica James. “É uma técnica muito poderosa para medir como um sinal flui através de um sistema”.
“Um amplificador de bloqueio é uma ótima maneira … de bloquear os sinais muito pequenos que podem ser inundados por ruído e interferência e realmente medir sinais bem abaixo do piso de ruído com uma proporção de sinal / ruído negativo”, diz James. “Essencialmente, o que é um amplificador de bloqueio, é um filtro de passa-banda ultra-narrow”.
Na palestra, James usa uma analogia simples para explicar como isso funciona. Ele pede ao público que think about um orador e um microfone. Nesta analogia, idealmente, o microfone capta qualquer ruído que o alto -falante esteja lançando, mas no mundo actual, há muitas outras fontes de ruído do ambiente que podem inundar o sinal do próprio falante. No entanto, um amplificador de bloqueio seria capaz de rejeitar esse outro ruído, travando apenas o som do próprio alto-falante. Os amplificadores de bloqueio se aplicam a todos os tipos de aplicações, desde a captura de sinais extremamente sensíveis das células de carga, até a medição de resistências elétricas muito altas ou baixas e até encontre locais de cateteres cardíacos durante operações médicas delicadas. Onde quer que haja pequenos sinais importantes que precisam ser recolhidos, os amplificadores de bloqueio provavelmente podem ajudar.
Mark então nos guia pela magia do DSP necessária para encontrar sinais sob o piso de ruído. Ele explica que, ao filtrar fortemente o ruído fora da área de interesse, é possível aumentar efetivamente a relação sinal / ruído e captar o sinal desejado, mesmo que seja bastante fraco. Os filtros tradicionais não são bons o suficiente para reduzir o ruído na quantidade necessária de 300 vezes, portanto, são necessárias soluções alternativas. Para fazer a amplificação de bloqueio, o sinal medido é transferido primeiro para zero hertz e calculado a média ao longo do tempo. Parece um pouco descolado, mas Mark explica a trigonometria e a matemática associada para fazer tudo funcionar para um sinal de qualquer largura de banda. É importante ressaltar que essa técnica também precisa de um sinal de referência para funcionar, para que o amplificador possa efetivamente bloquear o sinal que você realmente está procurando.
A palestra abrange o prático-como criar um amplificador de bloqueio com {hardware} actual. Existem opções comerciais prontas para uso ou você pode seguir a rota analógica discreta-mas ambos são caros e exigentes. Como alternativa, você pode usar apenas um conversor analógico para digital. “Como o do seu osciloscópio!” Notas Mark. Ele explica como isso é configurado e como se compara às abordagens tradicionais; Basicamente, é mais acessível, se não tão de alto desempenho. Você basicamente acaba usando um canal como entrada de referência, enquanto o outro canal está conectado ao sinal que você está realmente tentando encontrar.
Quanto melhor o ADC no seu osciloscópio, melhor ele será executado – mais profundidade de bits, profundidade do buffer e taxas de amostragem são todos vantajosos nesse sentido. Você está limitado pelo ruído da quantização e pelo fato de o osciloscópio não ter um front-end particularmente baixo e quanto você pode calcular a média do sinal com a profundidade da memória do osciloscópio, mas é uma maneira viável de começar com uma configuração de amplificação de bloqueio. Como guia, algo como um Rigol DS1054Z tem profundidade de memória suficiente para obter uma redução de 1700x no ruído, o que ajuda muito ao procurar um sinal sob o piso de ruído típico. O código para conseguir isso está disponível no Github para o Curioso.
A conversa termina com uma demonstração interessante. Um microfone e um alto-falante são configurados a uma distância definida de 8,5 cm, momento em que o sinal deve mostrar uma mudança de fase de 90 graus com base no sinal que está sendo alimentado através do sistema. Mark e James mostram como seu sistema é capaz de medir com precisão a mudança de fase no sinal desejado, mesmo em uma sala alta, com uma multidão completa aplaudindo enquanto a demonstração corre.
Se você se encontrar regularmente lutando para medir sinais fracos que você saber Estão lá, em algum lugar, você pode achar essas técnicas altamente úteis. Essa palestra serve como uma ótima cartilha para esta técnica DSP muito útil.
