ロックインアンプの速度が遅い理由を教えて下さい。

質問

ロックインアンプの原理を知った上で質問致します。
ある論文に、ロックインアンプの応答速度は1kHzである。というようなことが書かれていたのですが、ロックインアンプの速度がこれほどまでに遅い理由は何なのでしょうか？
また、これは原理的にこれ以上速くすることが出来ないのか、
技術が進めばもっと速くすることが出来るものなのかどちらなのでしょうか？

回答No.5

anachrockt · ベストアンサー

> 800kHzと800.1kHzの間で50kHzの周波数で動く
> シグナルは追随出来ると思うのですが・・・
僕は，数学（特殊関数）は苦手でよくわからないんですが，
これは，1kHzのローパスを用いたら検出できないと思います．
簡単のために，800kHzと800.1kHzの２つの発振器を用意し，
50kHzのトグルスイッチで切り換えたとしましょう．
そうすると，出てくる周波数は，800kHz±50kHzと
800.1kHz±50kHzの４つになるんじゃないでしょうか？
つまり，750kHz，850kHz，750.1kHz，850.1kHzの
４つですね．
だから，800kHz±1kHzでは検出できないでしょう．

最近は，式が苦手な人にもわかりやすいシミュレーション
ソフトがありますから，使ってみたらどうでしょう．

回答No.4

anachrockt

> 800kHzと900kHzの間だけにバンドが見られるのか、
> 1kHzにもスペクトルが見られるのかどちらなのでしょうか？
ここの式を見ると，1kHzのスペクトルは見えないようです．
http://www.ne.phen.mie-u.ac.jp/teaching_materials/spectrum.pdf
（注：w0はキャリア850kHz，wは信号1kHzの周波数）

もっと単純に800kHz/900kHzの位相連続FSK変調を考えれば，1kHzはでないでしょう．

お礼

ありがとうございます。

すいません、ちょっと勘違いしていました。お聞きしたかったのは、PLLの応答速度でした。
ロックインするシグナルがどのくらいの速さまでなら追随出来るかを知りたいのですが、
上記の回答と下記では矛盾していないでしょうか？

ロックインにおいて最終段でカットオフ周波数が1kHzのローパスでフィルタをかけるということは、800kHzにロックインした状態では900kHzにあるシグナルは見えないというのは当たり前のことですが、800kHz/900kHz間で1kHz以上の周波数で動くシグナルに追随出来ないという理由にはならないと思うのですが。

例えば1kHzのローパスを用いたとしても、800kHzと800.1kHzの間で50kHzの周波数で動くシグナルは追随出来ると思うのですが・・・

一体どこを勘違いしているのでしょうか？

回答No.3

anachrockt

ロックインアンプの原理は知っているんですよね．
「Hz」とゆうのは周波数の単位だとゆうこともわかりますよね．
「ロックインアンプの応答速度は1kHzである。」とゆうことは，その前後の文章から理解できるようになってるはずですが．
応答速度が位相検波部の平滑時定数で決まることは，原理からわかりませんか？
例えば，このロックインアンプで
http://www.nfcorp.co.jp/pro/mi/lb/lockin/li5640/pdf/spec_li5640.pdf
平滑時定数は10μs～30ks（ 1-3シーケンス）となっています．
従って，周波数に換算するのは2π倍すればエエから，
16kHz～5.3μHz
となりますね．
ロックインアンプの目的はノイズに埋もれた低周波信号（上記は0.5m{ミリ}Hz～）の検出だから，速くしたかったら，スペクトラムアナライザやインピーダンスアナライザのように高速な測定器はいっぱいありますよ．

お礼

大体理解することが出来ました。ありがとうございます。

上記のことでずっと気になっていたのですが、もう一つお聞きしてもよろしいでしょうか？
例えば800kHzにある正弦波1kHzの周期で800kHzと900kHzで間を往復していたとします。
この信号をスペアナで観測するとどういうスペクトルが見られるのですか？

全く想像出来ないのですが、800kHzと900kHzの間だけにバンドが見られるのか、1kHzにもスペクトルが見られるのかどちらなのでしょうか？

回答No.2

angkor_h

「応答速度が遅い」のは終段の積分回路のことではないでしょうか。
原理的には、検出(同期)周波数より高くすることに意味がありません(動作目的を失います)。
これが、「ロックインアンプの原理」ではないでしょうか。
なお、初段回路は扱う信号に応じた応答速度(周波数応答)が必要なのは、電子回路の一般的要求(常識)と同じです。

>バンドパスフィルタも遅いのですか？その理由についても教えて頂けないでしょうか？
遅い速いの対象によります。周波数、遅延時間、位相、…
設計手法(利得平坦、群遅延平坦、…)により異なります。

お礼

ありがとうございます。

もしかしてロックインアンプの応答速度が1kHzというのは、
終段の積分回路のカットオフ周波数そのもののことなのでしょうか？
これを大きくとると応答速度は上がるけれどもQ値が下がる、
これを小さくとると応答速度が下がるけれども、Q値が大きくなるということなのでしょうか？

回答No.1

kt1965

BPFの信号応答速度の遅さは有名ですが、ロックインアンプの応答速度の遅さは知りませんでした。

原理的には、もっと早くすることは可能でしょう。

お礼

バンドパスフィルタも遅いのですか？
その理由についても教えて頂けないでしょうか？

よろしくお願い致します。