ロックインアンプがPSDと呼ばれる所以は何ですか？

質問

ロックインアンプはノイズにまみれたシグナルを得たいシグナルの周波数をもった信号をミキサーに入れた後にローパスフィルタにより、
直流成分のみを取り出すというのが動作原理ですが、
PSD→位相敏感検出器と呼ばれるのはなぜなのでしょうか？
上記の原理だけを考えると位相という概念は出てこないと思うのですが・・・

回答No.4

ymmasayan · ベストアンサー

No.2、No.3です。

>　URLを見てみたのですが、出力が最大になる点を探すか、2 位相ロックインアンプ）を採用しなければならない。
>　と書かれているだけで２つのメリットデメリットが書かれていないのですが、
この論文は原理を紹介しています。メリットデメリットには殆ど触れていません。

>　単に仕組みが違うだけで機能的には全く同じと考えて良いのでしょうか？
機能が同じと言うのをどう定義するかですがノイズの多い交流の電圧測定と言う機能は果たせるでしょう。

>　何となくフィードバックをかけた方が応答速度が遅くなりそうな気がするのですが・・・
その通りです。

>　このフィードバックというのは、高速で位相を掃引することで、振幅が最大になる場所を探すというものだと思うのですが、
あまり高速ではまずいでしょうね。測定すべき交流の１つ１つの山で位相を図って平均化してということですから。

>　オペアンプでは不可能ですよね？どうやってこれを実現しているのでしょうか？
オペアンプ単体では無理でしょうが電圧によって抵抗が変わる素子や
電圧によってキャパシタンスの変わる素子と組み合わせれば位相器は出来るでしょう。
他にも移相回路はリアクタンス変調などでも使われています。

回答No.5

anachrockt

> このフィードバックというのは、高速で位相を掃引することで
> 振幅が最大になる場所を探すというものだと思うのですが、
ほとんどの測定では最大振幅とかゆう話は聞いたことがありません．
ロックインアンプでは特定の周波数と位相で校正してデータ取っていくから，
2位相ロックインアンプの需要はほとんど無くて売れなかったと聞いてます．
メーカーとしては，原価UPもたいしたこと無い割に高価格・高機能をうたえる
2位相ロックインアンを売りたかったようです．

ロックインアンプについては，この本にやさしい解説があります．
「第9章　ロックイン・アンプの原理と実験」
「第10章　ロックイン・アンプの使い方」
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/32/32821.htm

回答No.3

ymmasayan

>　単に参照信号のところに位相回路があるだけですが、これは手動で行うのではなく
>　自動で位相を合わせてくれるのですよね？これはフィードバックをかけているのでしょうか？
自動、手動にかかわらず位相＝０(出力最大)に調整しないと正しい出力が得られないと言うことです。
これには当然何らかのフィードバックが必要です。

>　90°位相をずらしたロックインを２つ使うことでこれが不要になると書かれていますが、
>　上記のように自動で行ってくれるのであれば、どっちでも良いことではないのでしょうか？
詳しくはＰＤＦファイルを「2位相ロックインアンプ　グランドループ」でgoogle検索してＰ５を見てください。

簡単にいうと９０度ずつずれた２つの参照信号を作り２つの出力を得るとこれがｓｉｎとｃｏｓの関係になるので
フィードバックを掛けなくても演算で振幅と位相が一発で分かると言うことです。
つまり応答性や精度が格段に向上するでしょう。
例をあげると１本の白いライン上を光で検出しながら走る車があったときセンサー一つではかなり制御が難しいですが
センサーを２つ使って差信号を取れば簡単に制御できるのに似ています。

>　そもそも90°ずらしたところで60°ずれたシグナルが入ってきたらどうするのでしょうか？
上で述べたとおり振幅と位相を計算してくれるので問題ありません。

お礼

回答ありがとうございます。

教えて下さったURLを見てみたのですが、
参照信号の位相を可変にして出力が最大になる点を探すか、90 度位相がずれた2 つ参照信号（cos ωt とsin ωt）を用意して、2 つの位相で検出して、信号の振幅と位相の情報を取り出す方式（2 位相ロックインアンプ）を採用しなければならない。

と書かれているだけで２つのメリットデメリットが書かれていないのですが、単に仕組みが違うだけで機能的には全く同じと考えて良いのでしょうか？

何となくフィードバックをかけた方が応答速度が遅くなりそうな気がするのですが・・・

このフィードバックというのは、高速で位相を掃引することで、振幅が最大になる場所を探すというものだと思うのですが、オペアンプでは不可能ですよね？どうやってこれを実現しているのでしょうか？

回答No.2

ymmasayan

入力信号と参照信号の周波数、位相はピッタリあわせる必要が有ります。
このために周波数差では無く位相差を制御する必要があります。
位相差が連続的にゼロであれば必然的に周波数差もゼロになります。
元々送信側と受信側の周波数と位相がピッタリ合っていることはありえないので
受信側で作り出す参照信号の位相調整を行う必要が有るのです。(追従)
一般的にデジタル通信では同期が必要ですが(テレビではアナログでも同期信号があります)
最近では符号中から同期信号を抽出する方式が一般的です。
ちょっと脱線してしまいました。

詳細は↓を参考にしてください。

なお余談ですが、最近の送受信機に多用されているＰＬＬ(Phase　Locked　Loop)も位相検出器(ＰＤ)が心臓部です。
原理的にはかなりよく似ています。

参考URL：

http://www.nfcorp.co.jp/techinfo/keisoku/noise/li_genri2.html

お礼

非常に分かりやすい回答ありがとうございます。

でも、どうしても分かりません。

教えて下さったURLでは単に参照信号のところに位相回路があるだけですが、これは手動で行うのではなく自動で位相を合わせてくれるのですよね？少なくとも私が今まで使ったことのあるロックインアンプはそんなことをしたことがないのですが、これはフィードバックをかけているのでしょうか？

それと文章中には90°位相をずらしたロックインを２つ使うことでこれが不要になると書かれていますが、上記のように自動で行ってくれるのであれば、どっちでも良いことではないのでしょうか？
そもそも90°ずらしたところで60°ずれたシグナルが入ってきたらどうするのでしょうか？

回答No.1

nrb

http://www.nfcorp.co.jp/techinfo/keisoku/noise/li_genri2.html