信号调理

同步解调可以解决很多传感器信号调理所共有的特性挑战。本文讨论在功耗和成本有着严格受限的系统中使用同步解调进行传感器信号调理时的一些设计考虑因素。

<strong>1、传感器激励</strong>

传感器随处可见，它们用来测量温度、光照、声音和其他各种环境参数。在某些应用中，传感器可以把待测样本转换成感应器。例如，色度计使用LED将光线照射穿过待测液体样本。样本的光吸收调制光电二极管检测的光量，以便揭示待测液体的特性。血氧含量可以通过测量血管组织中的红光和红外光吸收之差来确定。超声传感器根据超声在气体中行进的多普勒频移来测量气流速率。所有这些系统都可以使用同步解调来实现。

图1显示的是测量传感器输出信号的同步解调系统。激励信号f_x用作载波，传感器以幅度、相位（或两者同时）作为待测参数的函数进行调制。信号可能经过放大和滤波，然后再由相敏检波器（PSD）向下调制，回到直流状态。输出滤波器（OF）将信号带宽限制在待测参数的频率范围内。

在低功耗、低成本设计中，尽量降低系统噪声至关重要。为了从信号调理电路获得最低噪底和最佳性能，设计人员必须了解元件级噪声源并在计算模拟前端的总噪声时充分考虑这些噪声源——若要针对极小信号实现高分辨率，就必须能够透过数据手册上有限的噪声指标了解内在本质，这点至关重要。每个传感器都具有自身的噪声、阻抗和响应特性，因此将它们匹配到模拟前端是设计过程的一个重要部分。有多种方法可以计算电路的噪声——在执行噪声分析和计算之前，所有这些方法都应该先优化配置信号调理电路。如果有良好的运算放大器SPICE模型可用，则使用SPICE是最简便的方法。