Как усилить крошечный сигнал на большой синфазной прямоугольной волне

Синфазный режим меняется медленно, сигнал меняется быстро.

Таким образом, вам нужен фильтр верхних частот, который отфильтровывает постоянную составляющую. В самом простом случае: это конденсатор, включенный последовательно с вашим источником сигнала, с резистором на землю для «короткого» низкочастотного содержимого. Вот простой в использовании инструмент для проектирования высокочастотных радиочастот . Начните с чего-то вроде C = 10 нФ. Вы, кажется, очень озабочены сохранением напряжения: это работа по разработке надлежащего фильтра, и этот инструмент помогает. Сначала вам нужно выяснить частоты интересующего вас сигнала!

Вы получите всплеск на выходе фильтра верхних частот для каждого из ваших «синих» краев сигнала (потому что этот край является очень быстро меняющимся сигналом).

После фильтра верхних частот вы получаете только интересующий вас сигнал, сосредоточенный вокруг любого смещения, которое вы используете (подсказка: ваш резистор из фильтра также может быть разделен на делитель напряжения между напряжением питания и землей, так что вы можете сместить свой сигнал в центр рабочего диапазона вашего усилителя). Затем вы просто усиливаете его, чтобы интересующий сигнал максимально охватывал диапазон вашего АЦП.

Всплеск, который вы получите, когда фильтр высоких частот увидит край вашего тактового сигнала, не так уж и плох, отфильтруйте его цифровым способом. (вы не потеряете много семплов из-за «избыточного усиления» этого пика). Особенно, если вы знаете период синего сигнала, цифровая фильтрация становится очень простой.

Вы используете АЦП. Следовательно, у вас также должен быть фильтр нижних частот, который ограничивает полосу пропускания, достигающую вашего АЦП, до половины вашей частоты дискретизации! В противном случае вы получите алиасинг, и ваш сигнал будет непригоден для использования.

Возможным решением является использование для этого сигнала усилителя с ограничением скорости нарастания в сочетании со связью по переменному току. Таким образом, размер шага будет уменьшаться при прохождении пульсаций с более медленным нарастанием. Некоторые операционные усилители с внешним компенсационным конденсатором могут сделать это с компенсационным конденсатором увеличенного размера.

Другим может быть синхронное стробирование, так что выполняется серия измерений, и эти измерения разделяются на наборы данных «с низким V», «переходным» и «высоким V».
Если ваш тактовый сигнал известен, его можно синхронизировать по фазе для создания адресов ячеек (внутренний счетчик, привязанный к часам, который повторяет «0», «1», «2») для разделения точек данных. Я сделал это с несколькими регистраторами данных, включив соответствующие регистраторы на каждом этапе.

И, если у вашего АЦП достаточный диапазон, весь сигнал может быть оцифрован и отсортирован в программном обеспечении позже; это означало бы подгонку кривой к наиболее подходящей прямоугольной волне, а затем вычитание этой прямоугольной волны из данных.