微弱信號檢測 總結(jié)docx

1、1、微弱信號檢測特點 WSD目的：提取需要檢測到的微弱信息。微弱：一般幅值小，但其實是相對噪聲。檢測特點：遏制噪聲（內(nèi)部、外部）、放大信號、提高信噪比。對象：研究噪聲、信號。研究兩者區(qū)別，并且利用該區(qū)別研發(fā)設(shè)備和方法相對性：信號噪聲可轉(zhuǎn)換2、信號和噪聲相關(guān)理論研究方法：（1）時域：均值、中值濾波、相關(guān)性、高斯分布（2）頻率域：FFT、采樣定理、低通、帶通、帶阻（3）其他：小波、分形等，特征分析信號分析方法：信號的性質(zhì)可以從頻域和時域兩方面進行分析。頻域分析常采用傅里葉分析法。時域分析主要包括卷積和相關(guān)函數(shù)。 3、噪聲：通常把由于材料或器件（內(nèi)部電路器件）的物理原因產(chǎn)生的擾動稱為噪聲，頻譜分布較

2、寬。4、信噪比：噪聲對信號的覆蓋程度信噪改善比：改善的效果，評價一個放大器或者一個測試系統(tǒng)遏制噪聲的能力當信號通過一個放大器或者一個測試系統(tǒng)后，信噪比可能提高，也可能降低。引入信噪比改善系數(shù)SNIR來描述放大器或測試系統(tǒng)對信噪比的改善作用，定義為 分辨率：輸入最小變化x1，y 產(chǎn)生可觀察到變化5、微弱信號蘊含著兩層含義：第一層含義是信號本身非常微弱，是一個絕對意義上的微弱；第二層含義是相對意義上的微弱，也就是信號對于強背景噪聲而言，是非常微弱的，簡而言之就是信噪比極低。6、常規(guī)小信號檢測方法：濾波、調(diào)制和解調(diào)7、電噪聲的主要統(tǒng)計特征包括：（1）頻域統(tǒng)計特征：功率譜密度（2）時域統(tǒng)計特征：相關(guān)函

3、數(shù)（3）幅域統(tǒng)計特征：概率密度函數(shù)8、對于電壓或電流型的隨機變量，均值表示的是其直流分量；表示對均值的偏離程度，表明隨機噪聲的起伏程度；均方值反映的是隨機噪聲得到歸一化功率，它表示的是隨機電壓或電流在1電阻上消耗的功率9、相關(guān)函數(shù)：衡量隨機過程在任意兩個時刻獲得的隨機變量之間的關(guān)聯(lián)程度。是其時域特征的平均量度，它反映同一個隨機噪聲n(t)在不同時刻t1和t2取值的相關(guān)程度10、自相關(guān)函數(shù)在=0處取得最大值 周期信號的自相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率的周期信號，但不具有原信號的相位信息。隨機信號的自相關(guān)函數(shù)將隨值增大而很快趨于零。11、（1）小信號處理方法：濾波：頻率可分調(diào)制解調(diào)：改變頻率零位：間接方式，

4、消除干擾反饋：反饋穩(wěn)定（2）隨機過程平穩(wěn)隨機過程各態(tài)歷經(jīng)統(tǒng)計量12、功率譜密度函數(shù)：定義：單位（角頻率，頻率）帶寬的功率描述了隨機噪聲X(t)功率在各個頻率點上的分布對功率譜密度函數(shù)在整個頻率范圍內(nèi)積分，可得到X(t)的功率，平穩(wěn)隨機過程有：功率信號的功率譜密度與其自相關(guān)函數(shù)互為傅氏變換對。13、白噪聲：定義：若N(t)為一個具有零均值的平穩(wěn)隨機過程，其功率譜密度均勻分布在 的整個頻率區(qū)間 ，功率譜密度為常數(shù)，即 低通白噪聲總結(jié)：有限帶寬內(nèi)功率譜密度為常數(shù)自相關(guān)函數(shù)有規(guī)律振蕩衰減14、-3dB帶寬（確定信號）：就是半功率點之間頻率間隔，也就是電壓的1/1.414,之間的頻率寬度。等效的原則：理

5、想系統(tǒng)與實際系統(tǒng)在同一白噪聲激勵下,兩個系統(tǒng)的輸出功率相等。15、熱噪聲:電阻 散彈噪聲:半導體器件 1/f噪聲:導體接觸 爆裂噪聲:部分半導體 16、噪聲系數(shù)：放大電路整體電路的噪聲特性指標，衡量電路噪聲特性的優(yōu)劣。噪聲系數(shù)定義一：線性四端網(wǎng)絡(luò)（放大器）中，F(xiàn)=輸出總噪聲功率/放大器無噪聲時的輸出噪聲功率 (可以僅僅依靠噪聲進行計算）噪聲系數(shù)定義二：線性四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的信噪比與輸出端的信噪比之比值。（對定義1變換可以得到） 17、由噪聲系數(shù)的定義式說明放大器內(nèi)部噪聲對系統(tǒng)噪聲的影響F=輸出總噪聲功率/放大器無噪聲時的輸出噪聲功率輸入噪聲功率 輸出噪聲功率放大器功率放大倍數(shù)輸入信號功率輸出信號

6、功率或用dB表示為 噪聲因數(shù)：F=1（NF0），無噪聲理想放大器F>1 （NF>0） ：越大，內(nèi)部噪聲越嚴重, 表示通過放大器后,信噪比變壞的程度。表明放大器放大信號同時，輸出噪聲功率放大，且F越大，內(nèi)部噪聲源在輸出端產(chǎn)生的噪聲占總噪聲功率的比重越大。18、噪聲系數(shù)通常只適用線性網(wǎng)絡(luò)，因為非線性電路會產(chǎn)生信號和噪聲的頻率變換，噪聲系數(shù)不能反映系統(tǒng)的附加噪聲性能可以得出下述結(jié)論：（1）當線性網(wǎng)絡(luò)本身不產(chǎn)生噪聲，即F1時為無噪聲的理性網(wǎng)絡(luò)（2）線性網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的噪聲P 越大，噪聲系數(shù)F越大 19、放大器可檢測的最小信號 檢測微弱信號時，需要輸出：SNR0>一定數(shù)值，在一定的F條件

7、下，對于輸入信號有要求：可檢測的（輸入）信號結(jié)論：（1）F大，檢測分辨率低（放大器加入噪聲多）（2）需要減少放大器等效噪聲帶寬（3）減少信號源電阻（輸入熱噪聲少）20、 低噪聲放大器設(shè)計的原則(1)前置放大器的噪聲會導致信噪比變壞，因此會影響整個儀表的可檢測最小信號(2)和噪聲指標相關(guān)設(shè)計內(nèi)容：器件選擇/電路級數(shù)和電路組態(tài)/工作點確定/噪聲匹配(3)其他設(shè)計內(nèi)容：總增益/頻率響應(yīng)/輸入輸出阻抗/動態(tài)范圍/穩(wěn)定性等21、高頻低噪聲放大器設(shè)計的原則(1)信號源輸出阻抗為復數(shù)(2)等效電路圖上，也分為兩個部分存在(3)公式中阻抗替代純電阻(4)eN和iN的相關(guān)性22、場效應(yīng)管噪聲：(1)溝道的熱噪聲

8、電壓(2)柵極的散彈噪聲(3)感應(yīng)噪聲（來自熱噪聲）(4)1/f噪聲(5)信號源的熱噪聲電壓23、信號通道對調(diào)制正弦信號進行交流放大，將微弱信號放大到足以推動相敏檢測器工作的頻率，并且要用帶通濾波器濾除部分干擾和噪聲，以提高相敏檢測的動態(tài)范圍。參考輸入一般是等幅正弦信號或方波開關(guān)信號，它可以是從外部輸入的某種周期信號，也可以是系統(tǒng)內(nèi)原先用于調(diào)制的載波信號或用于斬波信號。參考通道對參考輸入進行放大或衰減，以適應(yīng)相敏檢器對幅度的要求。參考通道的另一個重要功能是對參考輸入進行移相處理，以使各種不同相移信號的檢測結(jié)果達到最佳。24、通過三級級聯(lián)放大器噪聲系數(shù)數(shù)學表達式的推導，說明各級放大器級對聯(lián)放大器

9、總得噪聲系數(shù)影響。答：對三級電路組成的網(wǎng)絡(luò)，總的噪聲系數(shù)為 說明：越是前級放大器，影響越大。如果K1足夠大，那么第一級噪聲系數(shù)應(yīng)該盡可能的小。多級放大器總的噪聲系數(shù)主要取決于前面兩級。25.分析設(shè)計低噪聲放大器時通過附加并聯(lián)電阻對噪聲系數(shù)的影響。Rso>Rs，串聯(lián)熱噪聲 in電壓降輸入引入的電阻必然帶來新的噪聲源，將引入的電阻認為是放大器的一部分，那么惡化了放大器原來的噪聲情況，改變了Fmin等特性選定器件后，為了噪聲匹配，進行串聯(lián)和并聯(lián)電阻都是惡化了放大器的噪聲性能。串聯(lián)電阻越大，效果越差，F(xiàn)大。并聯(lián)電阻越小，效果越差，F(xiàn)大。26、分析輸入電阻Rs對放大器噪聲系數(shù)影響(1)數(shù)學分析輸入

10、電阻Rs ：Rs同時存在于分子、分母，顯然過大、過小都導致F趨于無限大。(2)機理分析輸入電阻Rs：變小->輸入熱噪聲小，那么放大器噪聲作用明顯，F(xiàn)大變大->由于電流源的存在，顯然放大器噪聲也會明顯，F(xiàn)大27、分析放大器的噪聲系數(shù)與最佳源電阻關(guān)系目標：對于指定的放大器，要使F最接近1，合理取Rs數(shù)值，此時就是噪聲匹配此時的F最接近11）Fmin是放大器特性2）知道了Fmin和Rso就可以知道任何Rs下的F3）低噪音放大器選擇匹配電阻更加方便，圖2144）和器件有關(guān)，同時也是頻率的函數(shù)，圖2155）選擇器件過程：先定傳感器電阻，再選擇合適放大器28、由下圖寫出相關(guān)器RSS的表達式或 分析由通過鎖定放大器后的輸出29、30、取樣積分基本原理框圖31、指數(shù)式門積分器的輸出特性分析32、線性取樣積分器參數(shù)選擇過程框圖指數(shù)式取樣積分器參數(shù)選擇過程框圖33、BOXCAR積分和數(shù)字式多點平均的特性比較SNIR采樣效率頻率保持時間門寬TgBoxcar100%適于高頻差（電容）窄（分辨好）數(shù)字平均100%適于低頻好（存儲器）不太窄（分辨差）34、鎖相放大器是一種對交變信號進行相敏檢波的放大器。它利用和被測信號有相同頻率和相位關(guān)系的參考信號作為比較基準，只對被測信號