Стоит такая задача: есть фотоусилитель, который принимает оптический сигнал периодом 125 мксек. В течение 25мксек сигнал усилен включением светодиода, в течение оставшихся 100 мксек измеряется фон и светодиод выключен (постоянная засветка плюс 100 Гц от ламп). Ставить оптические фильтры нельзя, поэтому с засветкой надо бороться электронным способом. Фотодиод весит на кабеле, длиной 1,5 м. Ёмкость кабеля не позволяет увеличить частоту сигнала. Величина фототока амплитуды при засветке светодиодом порядка 100 нА. Величина фона - 100...500 нА. Необходимо измерить эту амплитуду с разрешением 10 пА, причём разрешением свободным от шума (т.е. С/Ш = 80 дБ). Система работает следующим образом: измеряется сигнал при включенном светодиоде и при выключенном измеряется фон, затем два числа вычитаются. Если взять частоту 100 Гц оптической помехи от сети получается, что фон не совсем постоянен и за счёт изменения его за 125 мксек получается комбинационный сигнал помехи. Полезный сигнал изменения амплитуды лежит в диапазоне 0...40 Гц, а спектральные составляющие комбинационной помехи будут равны M*8000+-N*100 Гц, где M и N - целые числа. Если частота помехи от сети будет не 100, а 99,8 Гц, то ближайшая спектральная составляющая комбинационной помехи попадёт в диапазон полезного сигнала: 8000-80*99,8=16 Гц. Вот я подумал, как бы организовать ФАПЧ, синхронный с сетью 50 Гц, который бы выдавал частоту 8 кГц, синхронную относительно 50 Гц, а также частоту 32 МГц для АЦП (ADS1675), также синхронную с 50 Гц. Думал поставить диодный мост от питания, затем полосовой фильтр на 50 Гц и оптопару (нужна гальваноразвязка), сигнал с которой подать на компаратор для формирования частоты 50 Гц, относительно которой нужно синхронизироваться. Встал вопрос, при изменении напряжения в сети у меня будет меняться скорость нарастания синусоиды 50 Гц, а значит пойдёт сильный джиттер. Как вообще от этого избавляются? Может не с сети нужно 50 Гц брать, а например, с экрана кабеля или вообще антенку сгородить? Хотя проблема джитттера при изменении амплитуды наводки сохранится. Кто вообще реализовывал синхронизацию относительно 50 Гц в сети подскажите схемное решение. Может для этого и микросхемы специальные есть, вроде для видеокамер есть синхронизация относительно сетевых 50 Гц, или я что путаю?

Просто с чего Вы взяли что форма сигнала от завсетки будет чистым синусом? А если нет- то все возможные гармоники вплоть до....8кГц

Какие гармоники?
Вот представьте: синус (50Гц) длился миллион лет. Но 13 полупериодов назад один полупериод был искажен...

а если взять 10pA да перемножить к примеру на 100мкВ да ещё домножить на 20 мкС получится 2*10^-20 Дж . в 4кТ уже упёрлось. Как тут быть? в смысле, с тепловыми шумами.

Это Вы к чему? Один квант света унесет в среднем примерно четверть эв. Но не каждый квант долетит до середины Днепра. А если и долетит, то помножится на квантовый выход и не всегда даст нам электрон в ощущения...

Гармоники попадающие в спектр сигнала не фильтруются в принципе.

А Вы к чему? представьте что вопрос был задан топикстартеру. 10pA и 20 мкс не я придумал.

Сообщение отредактировал тау - Oct 26 2009, 21:03

Не 20 мксек, а 25 мксек. А 100 мкВ Вы откуда взяли? Поясните, что за работа в Дж была рассчитана? Если 100 мкВ - это выходное напряжение при токе 10 пА, то как их можно перемножать, мощность чего получится? Для полосы в 10 кГц и сопротивления обратной связи 1 МОм я считал Vrms теплового шума и получилось 12,71 мкВ. Действительно, 10 пА соответствует 10 мкВ выходного сигнала. Добавив тепловой шум от сопротивлений обратной связи, входной шум АЦП (Vrms=10,1 мкВ) и шум усилителя (Vrms = 540 нВ) можно прикинуть суммарный шум системы VrmsAll = sqrt(Vrmsi)=sqrt(12,71^2+10,1^2+0.54^2)=16,24 мкВ. А если ещё учесть, что за 25 мксек (фронт в 5.8 мксек не считаем) будет получено 12 отсчётов, которые будут усредняться, то усреднение уменьшит вычисленную величину в sqrt(12)=3.46 раза до 4,7 мкВ. Правда определение разности увеличит шум конечного результата, но за 100 мксек будет зарегистрировано 62 отсчёта, а это уменьшит величину 16.24 до 2,1 мкВ и суммарный шум полученных данных в итоге в микровольтах должен будет равен sqrt(4.7^2+2.1^2)=5.1 мкВ

Почему 13?
Т.е Вы хотите сказать что в течении миллион лет мы думали что у нас идеальный синус... Но потом оказалось что ошиблись?
И чтоже из этого следует?

Если оценить вклад гармоник и спектральных выбросов (случайных как в том случае что Вы описали), то гармоники дадут намного больше эффект. Имхо конечно.


Да но их можно так аккуратненько сдвинуть, чтобы они не папали в интересующую область. ФАПЧ должен помочь имхо

да так , навскидку . 10мкв вых.сигнала еще сложнее. Энергия импульса на вашем 1 МОм резисторе еще меньше. Шум больше.

Полосу надо ширее брать, Вас же каждый импульс интересует , причем точное значение верхушки. тут даже 50кГц мало.

прошу прощения за любопытство , а что за АЦП?


хорошо, коли так, а если в пик-пиках посчитать , выходит под 30 мкВ , или 3 LSB. Да реально больше получится, имхо.

Это каким же образом?
Напомню, автор хочет получить амплитуду каждого импульса, т. е. спектр сигнала широкий.
Гармоники 50-ти до 8кгц не дотянут, там могут быть только помехи от устройств типа тиристорных регуляторов,
а против них никакая ФАПЧ не поможет.

Сообщение отредактировал alexkok - Oct 26 2009, 22:42

Прочтите внимательно первый пост автора " Полезный сигнал изменения амплитуды лежит в диапазоне 0...40 Гц"

ЗЫ. Дотянет, только вот ослабнет очень значительно. Грубо -в 2000 раз

Согласен, полосу надо будет брать шире. АЦП ADS1672.

Так каждый импульс или " Полезный сигнал изменения амплитуды лежит в диапазоне 0...40 Гц"?
Определитесь.

Как бы Вам посильнее объяснить...
Вот представьте (а еще лучше - посчитайте) зависимость температуры от времени нити накаливания. Пусть только два полупериода мы ее питаем. И пусть амплитуда будет меняться. В крайнем случае экспериментально измерьте свет от нее...
Какие гармоники?
Видели лампу эталонную? Там лента широкая и массивная... Зачем-то...

К сожалению сейчас не могу ни проверить, ни посчитать. Мне просто интересно, что по-Вашему там будет.
И все-таки давайте рассматривать не момент включения, а установившееся термодинамическое равновесие. И учитывать инертность спирали, которая за 1-2 полупериода и нагрется толком то не успеет.