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技術情報:計測お役立ち情報

雑音に埋もれた信号の測定 ~ロックインアンプを用いた微少信号の測定

雑音に強いロックインアンプ(1)

ロックインアンプが雑音の影響を受けにくい理由は、雑音 (ホワイトノイズ) と目的信号 (正弦波) の性質の違いを上手く利用している点にあります。
ここでは、ホワイトノイズの性質と正弦波の性質を整理しながら、ロックインアンプがなぜ雑音に強いかを解説します。

雑音(ホワイトノイズ)の性質

平坦な周波数スペクトル

広い周波数範囲で、ほぼ一定の周波数スペクトルを有する信号です。瞬時レベルは予想のつかないランダムな値となります。

 

ホワイトノイズ

帯域幅で測定電圧が変わる

ミリバルでホワイトノイズを測定すると、ホワイトノイズが持つスペクトル帯域幅 (BandWidth : B.W.)の平方根およびレベルに比例した値が得られます。下図の水色の部分の面積に比例した電圧値になります。

 

ミリバル

 

同じノイズでも、バンドパスフィルタ(BPF)で帯域制限することによって、測定される電圧値は異なります。

 

ノイズ バンドバス 電圧値 雑音電圧密度

 

測定された雑音電圧(Vrms)を帯域幅の平方根で割った値は、雑音の大きさを表す単位として雑音電圧密度(V/√Hz)と呼ばれます。帯域幅を1/100にすると、測定される雑音電圧は1/10となります。

 

次に、正弦波の性質を見てみましょう!