如何调整传感器信号调理的各种挑战

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。

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。　

如预计的那样，PSD在基频处生成与输入信号相对相位的余弦成比例的响应，但它同时也会生成针对信号所有奇次谐波的响应。若将输出滤波器视为相敏检波器的一部分，则信号传输路径看上去就会像是一系列以基准信号奇次谐波为中心的带通滤波器。带通滤波器的带宽由低通输出滤波器的带宽确定。PSD输出响应是这些带通滤波器之和，如图3所示。出现在直流端的响应部分落在输出滤波器的通带内。出现在基准频率偶次谐波的响应部分将由输出滤波器抑制。