SVILUPPO DI UN LOCK-IN AMPLIFIER BASATO SU MOLTIPLICATORI ANALOGICI INTEGRATI

The measurement of small-amplitude signals heavily corrupted by noise represents a critical challenge in numerous scientific and industrial fields, a context where traditional band-pass filters show severe limitations. This thesis aims to overcome these criticalities through the development, simulation, and experimental validation of an analog Lock-in Amplifier. Following a careful examination of the mathematical principles of synchronous detection and a comparison between analog and digital architectures, the project focuses on the design of a system based on the AD633 analog multiplier. A Dual Phase architecture was implemented for the simultaneous recovery of magnitude and phase, supported by Sallen-Key low-pass filters and Notch filters. The validation of the system occurred in stages: it started with ideal modeling in the Simulink environment, followed by rigorous circuit simulation using LTspice, and concluded with the physical assembly of the circuit on a breadboard. The final comparison between theoretical models, simulations, and experimental characterization allowed validating the proposed architecture, demonstrating the prototype's effectiveness in recovering weakly perceptible signals.

La misura di segnali di piccola ampiezza fortemente contaminati dal rumore rappresenta una sfida critica in numerosi ambiti scientifici e industriali, un contesto in cui i tradizionali filtri passa-banda mostrano severi limiti. Questo lavoro di tesi si pone l'obiettivo di superare tali criticità attraverso lo sviluppo, la simulazione e la validazione sperimentale di un Lock-in Amplifier analogico. Dopo un'attenta disamina dei principi matematici della rivelazione sincrona e un confronto tra le architetture analogiche e digitali, il progetto si concentra sulla progettazione di un sistema basato sul moltiplicatore analogico AD633. È stata implementata un'architettura di tipo Dual Phase per il recupero simultaneo di modulo e fase, supportata da filtri passa-basso Sallen-Key e filtri Notch. La validazione del sistema è avvenuta per gradi: è partito da una modellazione ideale in ambiente Simulink, seguita da una rigorosa simulazione circuitale tramite LTspice, per concludersi con il montaggio fisico del circuito su breadboard. Il confronto finale tra i modelli teorici, le simulazioni e la caratterizzazione sperimentale ha permesso di validare l'architettura proposta, dimostrando l'efficacia del prototipo nel recupero di segnali debolmente percepibili.