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低功耗同步解调器设计考虑因素
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作者:
520503
时间:
2015-8-28 10:48
标题:
低功耗同步解调器设计考虑因素
简介
“同步检波器助力精密低电平测量” 一文刊于2014年11月的《模拟对话》杂志，该文讨论了存在相对较高噪声电平情况下使用同步解调测量低电平信号的优势。本文讨论在严格的功耗和成本限制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，进一步深入该话题。经仔细设计后，模拟系统在简洁性、低成本和低功耗方面将会是无与伦比的。该架构将在模拟域中执行大部分信号处理。
传感器激励
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。一些传感器的输出电压或电流取决于某些物理参数。例如，热电偶产生与参考结点和测量点之间温度差成比例的电压。大部分传感器的传递函数相对于物理参数遵循已知的关系。传递函数通常是一个阻抗，电流是传感器输入，而传感器两端的电压表示目标参数。阻性传感器（比如称重传感器、RTD和电位计）分别用来测量应力、温度和角度。就一阶而言，阻性传感器与频率无关，并且没有相位响应。
很多传感器因为它们的传递函数随频率和相位改变，所以要求使用交流激励信号。这样的例子有感性近距离传感器和容性湿度传感器。生物阻抗测量可以获取有关呼吸率、脉搏率、水合作用和其他各种生理参数。这些情况下，幅度、相位（或两者）都可用来确定检测参数的数值。
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fx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。
图1. 同步解调系统
传感器输出端的噪声可能受内部源或外部耦合的影响。低频（1/f）噪声经常会限制传感器或测量电子设备的性能。很多传感器还容易受到低频环境噪声的干扰。光学测量容易受到背景光照的影响；电磁传感器容易受到电源辐射的影响。自由选择激励频率以避开噪声源是同步解调的重要优势。
选择一个可以降低这些噪声源影响的激励频率是优化系统性能的重要途径。所选激励频率应当具有较低的噪底，并离开噪声源足够距离，以便适当进行滤波便可将噪声降低至可以接受的水平。传感器激励通常是功耗预算中最大的一块。如果传感器的灵敏度与频率的关系已知，则在灵敏度较高的频率处激励传感器即可降低功耗。
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