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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(4)

ここまで、「ロックインアンプは、雑音と目的信号の性質の違いを利用することで雑音の影響を受けにくい」ということを説明するため、

といった点を解説してきました。

 

バンドパスフィルタとロックインアンプ

バンドパスフィルタ狭帯域化の限界

測定したい周波数のみを通過させるバンドパスフィルタを使用することにより、雑音を抑圧して目的信号を浮かび上がらせることができました。
しかし、バンドパスフィルタの帯域幅を狭めることには、限界があります。

バンドパスフィルタにおいて、中心周波数と帯域幅の比をQと呼び、バンドパスフィルタの鋭さの指標として用いられます。
Qが大きい程帯域幅が狭く、雑音除去能力が高くなりますが、一般的なフィルタで実現できるQは100程度です。1kHzの中心周波数に対して、帯域幅で10Hz程度が限界です。Qを大きくできない理由は、フィルタを構成する部品の精度や温度/時間安定度に限界があるためです。

 

これらを、ロックインアンプと比べてみましょう。

  Q (中心周波数/帯域幅) 中心周波数
バンドパスフィルタ 100程度 (10Hz@1kHz) 固定(可変は困難)
ロックインアンプ ~107 程度 (0.1mHz@1kHz) 測定信号に追従

 

ロックインアンプは、特殊な方法により、Qが107 程度 (通常のバンドパスフィルタは100程度) で、しかも、中心周波数を測定周波数に自動的に追尾できるバンドパスフィルタを実現しています。

 

では、ロックインアンプのしくみをご紹介しましょう!