对低SNR微弱信号采集应该先放大还是先滤波呢?

电子说

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描述

传感器是连接模拟世界与数字世界的桥梁,微弱信号采集是非常具有挑战性的一个应用,我们的目标信号本身就及其微弱,还伴随着各种各样的干扰,信噪比SNR非常低。

比如ECG心电信号,只有十几毫伏,而EEG脑电信号只有几到几百微伏,而且还有心电、眼电、肌电、工频等各种干扰,难以采集。

SNR

对于低SNR微弱信号采集,很多同学会有这样一个疑问:应该先放大还是先滤波呢?这是一个问题!

我喜欢以实际波形举例说明,更清晰容易理解。

SNR

比如一个信号X=0.1sin(t)+0.1,信号波形见上图第一行,如果X叠加噪声后,降低其信噪比,从时域就很难分辨其波形,SNR被大大降低,带噪信号见上图第二行。

对于一个信噪比非常低的信号,噪声幅值是很大的,如果此时先直接用放大器放大,放大后的噪声非常容易导致放大器进入非线性区域(饱和),进而影响其性能,见上图第三行。

因此在微弱信号处理时,先滤波、再放大,是一个选择,以保障后续电路的要求,这可以满足大部分应用需求。有的场合是第一级放大倍数很低,经过多级滤波后,通过一个高倍数的主放大器对信号进行放大。

然而放大器电子电路本身也会有噪声,如果对SNR要求十分严格,往往需要再放大之后再次滤波,即:滤波->放大->再滤波。

审核编辑:刘清

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