[笔记]一般小信号测量方法

小信号测量的关键是提高信噪比，分别提取信号和噪声的特征，分析差异，利用时域或频域方法对信号和噪声进行有效分离，并对小信号进行放大以达到可测量程度。

滤波

1. 针对信号频谱相对较窄，可采用滤波方法提升信噪比，如果初始信号信噪比较低，需在放大器前添加滤波器以降低放大器压力，如通信系统接收机低噪声放大器前的低通或带通滤波器。
2. 小信号进行放大后，并不会造成信噪比提升，因为有用信号和噪声会被同时放大，而且放大器本身由于热噪声，电源噪声等因素，会引入额外噪声，造成信噪比下降，所以在放大器之后，一般会再次添加滤波器，针对放大器引入的噪声或原有信号中的噪声进行针对性滤除。

调制放大

1. 直流放大电路由于电子元器件本身的特性或空间电磁干扰等因素会引入额外的1/f噪声，体现为信号会随时间，温度等因素产生缓慢漂移或缓慢震荡，造成输出误差增大，超限等问题，如果采用滤波器对信号进行滤波处理往往会造成有用信号的低频成分衰减。
2. 调制放大器可解决这种问题，调制放大器利用混频器对初始信号进行频谱搬移，搬移到高频，再利用交流放大器对信号进行放大，之后利用带通滤波器对调制后的信号进行滤波，之后利用混频器进行下变频，此时信号幅值有效提升，在放大阶段引入的低频噪声并不会对已经搬移到高频的信号造成干扰。

零位法

1. 一般用于直接指示测量仪表，实现方法是添加对比量通过调整对比量及其电路的电参数，使对比量输出与被测量输出一致，即表征误差为0，此时对比量的输出即可表示被测量，对比量的调整可采用手动方法或闭环自动方法。中国古老的杆秤就是这种方法的典型代表。
2. 为了便于理解，在此举一个典型的例子，光电平衡天平采用标准零位法，天平托盘机构会因为放置重物造成向下的位移，这个位移会造成测量光电门遮挡量增大，输出电压降低，运算放大器构成的负反馈控制电路输出电流增大，驱动平衡线圈的托举力增大，天平托盘机构上升，达到原有平衡，即零点，此时测量运算放大器输出，即可表征重物的质量，进行线性校正后即可准确测量微克级别的质量。

锁定放大

1. 之前介绍的调制放大器的信噪比提升依赖于带通滤波器，但是当信号本身十分微弱的情况下，要想达到比较好的信噪比提升效果，需要设计高Q值的带通滤波器，但是高Q值的带通滤波器稳定性不佳，容易受电压温度等影响造成通带漂移，从而很难达到比较好的效果，此时就需要锁定放大器进行放大。
2. 锁定放大器核心思想包含了调制放大将信号搬移到高频进行放大以避开1/f噪声，还包含利用相敏检测器同时利用信号的频率和相位进行检测的思想，而且利用低通滤波器，使稳定性较高。
3. 相敏检测器实现针对相位完全一致的信号(同频同相)的频谱搬移，将有效信号搬移到零频，采用低通滤波器即可有效滤除噪声。
4. 锁定放大器可以用AC放大配合相敏检测器实现，也可以用AC放大配合正交解调器实现，常用的是正交解调法。
5. 锁定放大器又称为锁相放大器，如果信号接近零频而不是已有频率，需要先进行调制后，再进行AC放大，之后进行正交解调，求IQ信号的开平方和，即可得到原始信号的幅度信息。