4. LOCK-IN ZESILOVAČE Záladní princip Fázově cilivý deeor (PSD) s řízeným směrňovačem - vlasnosi Fázově cilivý deeor (PSD) s číslicovým zpracováním signál - vlasnosi Vysoofrevenční Loc-in zesilovač X38SMP P4
X38SMP P4 Záladní princip - řízený směrňovač (opaování viz X38EMC) Předpolad: Harmonicý (sinsový) vspní signál () ( ) ( ) () složy sříd sřídavé složy. cos cos cos 4 cos cos 4 0 m 3 m m 4 443 4 443 443 443 () ( ) () ( ) () () () ř m ř ř sin liché pro sin 4 amplido obdélníy s ŘO ř () () () ř 0
Záladní princip Loc-in zesilovače s řízeným směrňovačem Po odfilrování sřídavých slože dolnofrevenční propsí je ss. napěí,0 na výsp ř.. úměrné reálné složce měřeného fázor. Posneme-li řídící napěí o 90 0 (/), odpovídá ss. napěí,90 složce imaginární. ref,0 ();,90 () () ref () ŘÍZENÝ SMĚR. TVARO- VAČ 90 o FILTR ř,0 (); ř,90 () ř,0 0 o 90 o TVARO- VAČ Re,0 ;,90 ; ř,0,0 ř,90,90,0,90,0 m,90 cos ef m cos sin ef sin Im ř,90 X38SMP P4 3
Periodicý vspní signál j. signal obsahjící i liché harmonicé složy: Vspní signál je násoben obdélníovým průběhem, ř 4 () sin( ) pro liché j. jednolivými lichými harmonicými složami s amplido 4 Násobení obdélníovým referenčním signálem lze chápa jao násobení oo řado sinsových signálů Výspní sejnosměrná složa úměrná nejen signál první harmonicé vspního signál, ale i /3 řeí harmonicé složy, /5 páé ad. Too může bý pro řad apliací nevýhoda lze řeši násobením referenčním signálem harmonicého průběh obvyle realizováno číslicově X38SMP P4 4
Obecný vspní signál (j. signál, erý mimo periodicé složy obsahje i neharmonicé [sprios] složy) - pro zpracování periodicé složy plaí oéž, jao v předchozím případě; - vynásobením signál, jehož mioče není celisvým násobem (podílem) referenčního mioč popř. lichých násobů referenčního mioč vznine zázněj; - mioče záladní harmonicé zázněje je roven rozdíl miočů referenčního signál a neharmonicé složy popř. lichých násobů referenčního mioč a neharmonicé složy. dva obecné sinsové průběhy výslede násobení X38SMP P4 5
Výslede: Signál na výsp násobičy (popř. řízeného směrňovače) se sládá ze: - sejnosměrné složy úměrné. 3. 5... harmonicé, 3 5 - sřídavé složy s harmonicými rovnými násob frevence referenčního signál, - sřídavé složy se záladní harmonico s miočem rovným rozdíl miočů referenčního signál, jeho lichých harmonicých a neharmonicé složy. Signál s ěmio složami je filrován dolnofrevenční propsí s mezním miočem f D Signál na výsp filr se sládá ze ss složy a sř. složy s miočem rovným rozdíl miočů referenčního signál, jeho lichých harmonicých a neharmonicé složy 3 / 0,3 0, 0, 0 0 3 4 5 6 7 X38SMP P4 6 Výspní signál ovlivní poze ršivé složy s miočem rovným mioč referenčního napěí ± f D a s miočem rovným lichým násobům mioč referenčního napěí ± f D f /f s
Závěr: Loc-in zesilovač s řízeným směrňovačem se chová jao vysoce valiní úzopásmová props s cenrálním miočem f ř s šířo pásma f D a vedlejšími pásmy s úlmem / a cenrálními miočy f ř ( liché) doplněná převodníem sřední hodnoy. X38SMP P4 7
Fázově cilivý deeor (PSD) s násobičo Periodicý vspní signál, j. signál obsahjící i liché harmonicé složy, je násoben harmonicým signálem: ř () sin( ) m, () m,ř sin () () () ř m, m,ř () cos cos 443 443 m, m,ř cos cos 4443 4 4443 4 ( ) ( ) m, m,ř () cos sřídavé složy 0 sříd. složy Výspní sejnosměrná složa je v omo případě úměrná poze záladní harmonicé vspního signál X38SMP P4 8
Obecný vspní signál (j. signál, erý mimo periodicé složy obsahje i neharmonicé [sprios] složy) - pro zpracování periodicé složy plaí oéž, jao v předchozím případě - vynásobením signál, jehož mioče není celisvým násobem (podílem) referenčního mioč vznine zázněj - mioče záladní harmonicé zázněje je roven rozdíl miočů referenčního signál a neharmonicé složy Signál na výsp násobičy se pa sládá ze: - sejnosměrné složy úměrné první harmonicé, - sřídavé složy s harmonicými rovnými násob frevence referenčního signál, - sřídavé složy se záladní harmonico s miočem rovným rozdíl miočů referenčního signál a neharmonicé složy. Signál s ěmio složami je filrován dolnofrevenční propsí s mezním miočem f D Po filraci dolnofrevenční propsí s mezním miočem f D se výspní signál sládá ze ss složy a sř. složy s miočem rovným rozdíl miočů ref. signál a neharmonicé složy Výspní signál ovlivní poze ršivé složy s miočem rovným mioč referenčního napěí ± f D Závěr: Loc-in zesilovač se chová jao vysoce valiní úzopásmová props se sředním miočem f ř a šířo pásma f D doplněná převodníem sřední hodnoy. X38SMP P4 9
Bloové schéma ypicého LOCK-IN zesilovače s řízeným směrňovačem VSTP A VSTP B VSTP REFERENČNÍHO SIGNÁL NÍZKOŠMOVÝ ZESILOVAČ FÁZOVÝ POSN 90 TTL/ SIN G Ř TO Ř TO NOTCH FILTR 50 Hz PLL OBVOD FÁZOVÉHO ZÁVĚS DOLNÍ PROPST REF. COS DOLNÍ PROPST NOTCH FILTR 00 Hz REF. SIN MÍSTNÍ OSCILÁTOR DC OFFSET G DC OFFSET G FÁZOVÝ POSO- VAČ ZESILOVAČ G NASTAVENÍ FÁZE Y X SIGNÁLOVÝ KANÁL REFERENČNÍ KANÁL Nevýhoda: signály odpovídající lichým harmonicým referenčního signál jso polačeny poze čásečně Dílčí řešení: požií vspních filrů: - filr msí dosaečně polači řeí a vyšší harmonicé, aniž by ovlivnil záladní harmonico slož - je zapořebí aový filr přelaďova, aniž by se měnily jeho valiaivní paramery Taové filry jso značně ompliované a drahé. X38SMP P4 0
Bloové schéma ypicého LOCK-IN zesilovače s číslicovým násobením ( ) Analog Op Digial Op X38SMP P4
Záladní princip: vspní signál se po zesílení převede do číslicové formy AČ převodníem vynásobí s číslicovo formo sinsového signál prosřednicvím DSP, Výspní signál je poé reprezenován v číslicové formě, popřípadě převeden na analogový ČA převodníem. Omezení: pod je signál opený v šm, rozlišielnos měřeného signál závisí na dynamicém rozsah ADČ Přílad: 8-biový ADČ, příomnos šm o úrovni cca 000x věší než úroveň signál 000 ~ 0 biů, rozlišení pro měřený signál je cca 8 biů. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Konréní realizace: V blo DSP je pamě s ablo odpovídající zvoleném průběh signál (sins, obdélní). V jednoce DSP je provedeno číslicové násobení odpovídajících vzorů vspního a referenčního signál. Frevence referenčního signál je pravena v blo PLL a, aby odpovídala požiém vzorovacím mioč. Z ohoo signál se poé odvozje mioče hodin, erými se vyčíá obsah ably. Tím se zísají odpovídající si vzory referenčního a vspního signál. X38SMP P4
Vysoofrevenční LOCK-IN zesilovače (běžný LOCK-IN zesilovač - frevenční pásmo sovy Hz) X38SMP P4 3
Násobiča (mixer) provádí sočin dvo vf signálů vspního a praveného referenčního: Referenčního signál modlován (násoben ±) signálem s frevencí řád jednoe Hz. Ss složa napěí na výsp násobiče bde na signál s oo frevencí namodlována Odsraní se problémy s offseem ss zesilovačů (viz měření malých ss napěí modlační zesilovač). Vliv modlace ref. signál na signál za násobičo: Pod je referenční anál vynásoben, výsp z PSD bde nezměněn, edy: a při vynásobení bde výsp: Po odsranění vf slože dolnofrevenční propsí se zísá signál s frevencí, ero byl modlován referenční signál, o amplidě: Demodlace je prováděna číslicově v blo DSP PSD AB AB cos([ X38SMP P4 4 PSD AB AB cos([ PSD ± AB ref ref Θ Θ ref ref ]) ])
Referenční anál: Smyča fázového závěs (PLL) - dělič mioč - modlační jednoa. Výsp z PLL - signál o frevenci 00 400 MHz (dvojnásobe oproi frevenci měřeného signál 00 00 MHz). Z náběžné hrany je odvozen anál X, ze sespné anál Y a o a, aby: - anál X i Y měly poloviční mioče, edy 00 00 MHz - anály byly vzájemně posny o požadovaných 90. X38SMP P4 5