Измерение слабых сигналов
Проблема определения параметров слабых сигналов на уровне высоких помех остаётся одной из самых острых в современном мире. Специалистам необходим надёжный инструмент, который с необходимой точностью позволит рассчитать параметры полезного слабого сигнала.
Для решения поставленной задачи предлагается использовать новую функцию программы «Взаимный узкополосный спектр» — «Измерение слабых сигналов», которая позволяет расширить стандартный функционал контроллера ZETLAB до селективного нановольтметра. Селективный нановольтметр имеет широкое применение в областях измерения слабых сигналов при наличии сильных фоновых помех в узкой полосе частот.
Измерение проводится с использованием двух каналов. Суть метода сводится к анализу спектров сигналов, поступающих на два входных канала на предмет выделения полезного маломощного сигнала и высокой нежелательной помехи путем длительного накопления и усреднения. В качестве примера, разберем использование опции «Измерение слабых сигналов» для определения параметров операционных усилителей (далее — ОУ).
Применение ОУ в электронике имеет грандиозные масштабы, поскольку ни одно измерительное устройство не обходиться без этого элемента. Они используются для усиления, ограничения, перемножения, частотной фильтрации, генерации, стабилизации и т.д. сигналов в устройствах непрерывного и импульсного действия. Для определения вклада в точностные характеристики конечного устройства, ОУ подвергаются ряду процедур, одна из которых измерение шумовых параметров (спектральная плотность шума в заданной полосе, среднеквадратичное напряжение шума в заданной полосе частот, среднее напряжение шума в заданной полосе частот, амплитуда напряжения шума в заданной полосе частот).
На первый взгляд кажется, что ничего необычного в данной процедуре нет. Однако, стоит перейти от теории к практике и сразу возникает вопрос об аппаратуре, которая способна определить напряжение шума ОУ, зачастую находящееся ниже уровня шумов самого регистрирующего оборудования.
Каким же образом добиться нужного результата, не прибегая к покупке дорогостоящего прецизионного оборудования?
Нам понадобится контроллер производства ZETLAB, разветвитель на два канала и установленное на ПК программное обеспечение ZETLAB ANALIZ.
При помощи разветвителя подключаем на два входных канала анализатора выходной сигнал ОУ, запускаем программное обеспечение, из выпадающего меню «Анализ сигналов» панели ZETLAB выбираем программу «Взаимный узкополосный спектр» и открываем меню настроек программы, нажав на кнопку «Параметры».
В окне Настройка параметров взаимного узкополосного спектра устанавливаем значения:
- Частотный диапазон — полоса частот, в которой требуется провезти оценку параметров;
- Тип обработки — быстрое ПФ;
- Частотное разрешение — шаг по частотной сетке на графике, выбирается индивидуально;
- Усреднение — чем выше установлен параметр усреднения, тем ниже уровень сигнала, параметры которого можно оценить;
- Опорный канал — первый канал, на который подаётся сигнал с ОУ;
- Измерительный канал — второй канал, на который подаётся сигнал с ОУ.
В области «Дополнительные окна» установить флаг напротив «Измерение слабых сигналов» и нажать на кнопку «Применить».
В новом окне запустится расчет параметров шумовых характеристик ОУ, а также расчет уровня неопределенности, с которым произведена оценка. Для накопления данных потребуется достаточно много времени, рекомендуемый интервал — от 15 минут.
В результате расчета вы получите:
- общий спектральный уровень шумов;
- параметры шумовых характеристик ОУ в выбранной полосе частот (СКЗ — среднеквадратичное значение; амплитуда сигнала; СП — спектральная плотность и СПМ — спектральная плотность мощности), находящийся ниже общего уровня шума;
- неопределенность измеренных параметров сигнала с ОУ.
Функция «Измерение слабых сигналов» программы «Взаимный узкополосный спектр» может использоваться для измерения шумовых параметров интегральных микросхем по методам, указанным в ОСТ 11 0243-85 «Микросхемы интегральные. Стабилизаторы напряжения непрерывные. Методы измерения напряжения шума» и ГОСТ 23089.12-86 «Микросхемы интегральные. Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей».
В качестве альтернативного способа использования данной функции можно привести пример оценки защищенности помещений от утечки речевой информации по акустическому и виброакустическому каналу. В данном случае, помимо контроллера и программного обеспечения ZETLAB ANALIZ, потребуются микрофон и вибропреобразователь.