微弱信號檢測課后習題講解

課后習題講解2019年12月減小帶寬可以提高信噪比為了測量被噪聲所掩埋的信號，應該將帶通濾波器的頻帶寬度變窄。如果將頻帶寬度縮小，那么噪聲就減小，而信號卻不改變，其結果是SNR（信噪比）將提高。

輸入噪聲的頻帶一般是遠寬于有用的信號的，所以減小帶寬之后，輸入噪聲的帶寬會減小，噪聲的功率和幅值也隨之減少，而有用信號不受影響，也就提高了信噪比。以白噪聲為例，帶寬減為原帶寬的 ，則噪聲功率就減為 ，幅值減為

，有用信號不受影響（全部在減小后的帶寬內），又因為信噪比定義為式中，是信號有效值，N是噪聲的有效值，所以信噪比增加 倍。在低噪聲放大器設計中有哪幾個重要環(huán)節(jié)？主要三個重要環(huán)節(jié)

1）有源器件的選擇。噪聲匹配，源電阻匹配，達到當前頻率下的最小噪聲系數。偏置電路與直流工作點，選取合適的直流工作點，保證直流工作點的穩(wěn)定。多級放大器串聯關鍵是哪一級？根據弗里斯公式，對于多級放大器串聯，越是前級影響越大，所以最關鍵的是第一級。如何使放大器噪聲特性最佳？有源器件的選擇，信號源輸出電阻與放大器的最佳源電阻相等時，電路的噪聲系數最小，為 。所以放大器最好選擇

、小的器件并考慮工作頻率；設置合理的偏置電路，減小偏置電路中的噪聲；選擇合理的直流工作點，一般每個不同的信號源內阻 對應一個 值使噪聲系數最??；但是事實上，單獨調整工作點不一定能使電路的噪聲性能達到最佳；對于一些源內阻很大或很小的器件，源內阻匹配就很困難。此時可以采用輸入變壓器進行阻抗變換改變源電阻，從而便于源電阻匹配，但是只適用于頻率較高的交流信號。采用有源器件并聯法，降低電路最佳源內阻，使電路與較小的信號源內阻匹配，而不采用調整工作點法。

如何正確選用現成的集成放大器實現低噪聲放大？要實現低噪聲放大首先應選擇eN、iN較小的集成運放，以保證Fmin足夠??；并根據輸入信號的頻段和源電阻選擇合適的型號，保證NF等值圖中在相應頻率和源電阻下取到Fmin。另：在匹配優(yōu)先級上，優(yōu)先保證頻率，源電阻可以另行進行匹配。

結合防護屏蔽的知識，了解一種高阻抗傳感器（例如：電容傳感器，壓電傳感器等）常用的電纜驅動原理，解決傳感器長線傳

輸的問題。上圖說明傳輸線上設雙層屏蔽，內層屏蔽與芯線間以一個1:1放大器耦合，外層屏蔽接地，信號最終輸入一個運放。特點：電纜驅動法的信號傳輸線由芯線與兩層屏蔽層組成，將芯線接一個跟隨器再接到第一層屏蔽層，使第一層屏蔽層的電壓值等于芯線的電壓值。由于芯線與第一層屏蔽層無壓差，不會發(fā)生容性耦合，因此芯線與第一層屏蔽層間分布電容改變時不會影響信號，第一層屏蔽層沒有接地，所以信號也不會被分布電容旁路。第二層屏蔽層接地，耦合主要發(fā)生在第一層屏蔽層與地二層屏蔽層間，不會影響到芯線上信號，由此消除了傳感器長線傳輸是芯線與屏蔽層間分布電容的干擾。

為什么說鎖定放大器相當于高Q值帶通濾波器？因為鎖定放大器用相敏檢測和低通濾波器實現從高頻載波中濾出低頻信號，濾出的低頻信號帶寬B可以很窄（LPF可以做到），而濾波發(fā)生的頻率是在高頻w0附近，所以濾波的效果是相當于帶通濾波，且Q=w0/B會很高。

為什么頻譜遷移后再放大，可以提高信噪比？因為這樣回避了低頻的1/f噪聲和放大器緩慢漂移混入信號，并防止了級間耦合導致的低頻噪聲放大（低頻信號不能進行電容耦合，慢變噪聲會被逐級放大）。取樣為什么要積分？積分的作用是什么？ 積分可以提高信噪比。取樣門積分器就是帶通濾波器，其通帶寬度隨RC值增加而減少，而通帶越窄，其抑制噪聲能力越強，對信噪比的改善能力越高。進一步結合指數門積分的信噪改善比進行分析。多點取樣積分與數字式平均的區(qū)別是什么？ 多點取樣積分是模擬式的，采用模擬電路進行積分，數字式平均則是數字式的，采用MPU或DSP進行累加平均。多點取樣積分取樣門可以做得很窄，但是電容保持電壓能力不強，適合測量高頻信號。數字式平均取樣電路的ADC轉換需要時間，取樣脈沖寬度不容易做窄，但是存儲器的保存時間長，適合低頻信號。

噪聲中恢復信號用相關法和用數字式平均法相比較，有何相同之處，又有何區(qū)別？相同處:兩者都可以提高SNR，基于的基本思