基于單片機的強噪聲下微弱信號的檢測系統的設計

摘要：有用信號的幅度非常小，而噪聲信號的幅度值相對較大，而且噪聲信號的頻譜分布于整個通頻帶，經過計算得出信噪比非常小（小于1），在此情況下需要進行微弱信號的檢測。本文采用鎖相放大進行微弱信號的檢測，為了更直觀地把檢測的結果顯示出來，采用MSP430系統單片機進行后期處理，并通過LCD液晶顯示器輸出結果。

關鍵詞：微弱信號 單片機 信號檢測

0 引言

近年來，微弱電流信號檢測技術在信號處理、電視技術、測量技術、通信技術、信息運算、多媒體技術以及一般的電子電路設計等領域得到了非常廣泛的應用，并極大地促進了相關技術領域的迅速發展，進行微弱電流信號檢測技術的分析討論非常重要。

1 微弱信號檢測的原理

待檢測的信號為某一固定頻譜的余弦信號，噪聲信號采用平穩隨機信號，它的功率譜密度函數為常數，滿足高斯白噪聲的功率譜密度函數規律。同時由于有用信號的幅度較小，噪聲信號的幅度較大，使信噪比（SNR）較小。為了有效地在強噪聲背景下提取出微弱的有用信號，本文采用了改進的鎖相放大法和低通濾波器方法對有用信號進行分離并通過模數轉換過程把測量結果送入單片機經過處理后把最終的測量結果顯示在液晶顯示器上。該方法采用了先模擬數據的提取與采集并通過單片機控制電路實現了數字顯示。系統的總體原理框圖如圖1所示。

2 鎖相放大電路分析

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系的參考信號作為比較基準，只對被測信號本身和那些與參考信號同頻（或者倍頻）、同相的噪聲分量有響應。因此，能大幅度抑制無用噪聲，改善檢測信噪比。此外，鎖相放大器有很高的檢測靈敏度，信號處理比較簡單，是弱光信號檢測的一種有效方法。鎖相放大器實際上是一個模擬的傅立葉變換器，鎖相放大器的輸出是一個直流電壓，正比于是輸入信號中某一特定頻率（參數輸入頻率）的信號幅值。而輸入信號中的其他頻率成分將不能對輸出電壓構成任何貢獻。

假設有用信號用公式1來描述。