鎖相放大器模塊OE1311/1351 100/500kHz鎖相放大器模塊

概述

OE1311/OE1351模塊鎖相放大器是目前款的核心技術(shù)產(chǎn)品，是一款高性能、高性價(jià)比的測(cè)量?jī)x器。基于數(shù)字調(diào)制、輸出濾波器以及高精度24位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)，采用全新Zynq架構(gòu)，能夠精確、快速測(cè)量出淹沒在大噪聲中的有效信號(hào)分量。而且，OE1311/OE1351鎖相放大器能夠同時(shí)測(cè)量輸入信號(hào)的幅度和相位信息，在測(cè)量精度、工作頻率范圍、信噪比、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備等核心參數(shù)方面，均與國(guó)際同行業(yè)的技術(shù)相媲美。同時(shí)新開發(fā)了多諧波測(cè)量、示波器，頻譜分析儀等功能，使得OE1311/OE1351功能可以滿足多種科研及工業(yè)用途。

輸入信號(hào)通道

鎖相放大器OE1311/OE1351中所采用的低噪聲模擬前端放大器能夠有效地處理差分信號(hào)或者單端信號(hào)，其等效輸入噪聲為10nV/√Hz。本通道的輸入阻抗為10M?，在滿量程輸出時(shí)能夠檢測(cè)到的輸入信號(hào)電平為1nV至5V。此外，OE1311/OE1351能夠應(yīng)用于輸入電流信號(hào)的測(cè)量，其前端可變電流增益為10^6 V/A。OE1311/OE1351的動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到120dB以上，其可以根據(jù)輸入信號(hào)的幅度來調(diào)節(jié)內(nèi)部的可編程的增益放大器以改變整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備。高精度的24位ADC的采樣率為4SPS，在ADC前面的抗混疊濾波器能夠有效地防止信號(hào)混疊。

參考信號(hào)通道

OE1311OE1351數(shù)字鎖相放大器的參考信號(hào)可根據(jù)用戶的實(shí)際情況來選擇正弦波信號(hào)或者是方波信號(hào)，同時(shí)也可以利用儀器內(nèi)部數(shù)字合成的參考信號(hào)。當(dāng)OE1311/OE1351設(shè)定為內(nèi)部參考信號(hào)模式時(shí)，儀器內(nèi)部的高精度振蕩器和數(shù)字合成算法能夠產(chǎn)生用于和輸入信號(hào)相乘的正弦波信號(hào)，此時(shí)的內(nèi)部參考信號(hào)幾乎不會(huì)受到相位噪聲的影響。利用數(shù)字移相技術(shù)，內(nèi)部參考信號(hào)的相位能夠達(dá)到1udeg 的分辨率精度。本儀器的內(nèi)部參考信號(hào)模式能夠在1uHz至100/500kHz的頻率范圍內(nèi)正常工作。此外，OE1311/OE1351也能夠使用外部參考信號(hào)模式，正弦波信號(hào)和TTL邏輯電平可作為外部參考信號(hào)。外部參考信號(hào)的上升沿或者下降沿會(huì)觸發(fā)內(nèi)部的鎖相環(huán)(PLL)。基于參考信號(hào)的頻率，OE1311/OE1351可以對(duì)信號(hào)諧波進(jìn)行檢測(cè)，其所能檢測(cè)到的諧波信號(hào)頻率是基頻的65535倍，但諧波頻率不能超過儀器的工作頻率100/500 kHz。

濾波器

OE1311/OE1351的核心部件是調(diào)制器。相比于模擬的信號(hào)乘法器，這款儀器內(nèi)部的數(shù)字調(diào)制器能夠有效地遏制直流偏移和失調(diào)所帶來的潛在測(cè)量誤差。同時(shí)，通過優(yōu)化該數(shù)字調(diào)制器內(nèi)部相干信號(hào)的乘法運(yùn)算，使得其計(jì)算誤差為最小，保證儀器能夠精確的檢測(cè)出輸入的微弱信號(hào)。OE1311/OE1351的時(shí)間常數(shù)可以設(shè)定在1μs至3ks之間。輸出低通濾波器的滾降速率可設(shè)定為6、12、18、24、30、36、42和48 dB/oct。這款低通數(shù)字濾波器是利用無限脈沖響應(yīng)（IIR)濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，其信號(hào)處理的采樣率為4 MHz。OE1311/OE1351采用的數(shù)字調(diào)制方法和濾波器結(jié)構(gòu)，保證其相對(duì)于模擬鎖相放大器來說擁有更高的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備（>120dB)、精確的相位（相位誤差<1°)、零直流漂移和良好的正交性。此外，在輸入信號(hào)的頻率低于1 kHz時(shí)，OE1311/OE1351還會(huì)使用同步濾波器來消除參考信號(hào)的諧波影響，保證儀器能夠快速的檢測(cè)出有效的低頻信號(hào)。

示波器

示波器具有一個(gè) 4 MSa/s 模擬輸入通道，具有2MHz 模擬帶寬、5 Vrms 輸入電壓范圍以及用戶可配置的 AC/DC 耦合和10 MΩ 阻抗。

頻譜分析儀

頻譜分析儀可以在頻域中觀察DC到2MHz輸入信號(hào)。 同時(shí)分辨率帶寬低至 1 Hz，最小跨度為 100 Hz。

多解調(diào)器

傳統(tǒng)的鎖相放大器中，同一時(shí)間只能測(cè)量基頻信號(hào)或者某個(gè)諧波信號(hào)分量。因此對(duì)于某些需要同時(shí)多個(gè)頻率分量的幅值及相位的情況，傳統(tǒng)鎖相放大器是無法滿足測(cè)量要求。OE1311/OE1351的數(shù)字端將FPGA與ARM技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高的處理帶寬及更靈活的數(shù)字架構(gòu)，數(shù)字處理精度可達(dá)到48位，可以最多同時(shí)以8個(gè)容易頻率分析信號(hào)輸入，8 個(gè)解調(diào)器可自由配置幅值和相位，實(shí)現(xiàn)自由組合。

信號(hào)發(fā)生器

基于16位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），OE1311/OE1351能夠產(chǎn)生頻率范圍在1uHz到100/500kHz之內(nèi)的正弦波信號(hào)，其信號(hào)的幅值和相位與儀器內(nèi)部的振蕩器有關(guān)，可以通過儀器的控制目錄能夠設(shè)定儀器所產(chǎn)生的正弦信號(hào)的幅值。OE1311/OE1351的信號(hào)發(fā)生器所能產(chǎn)生的正弦波信號(hào)的幅值為5 Vrms。

接口

OE1311/OE1351的接口標(biāo)準(zhǔn)為1000Mbps RJ45網(wǎng)口和XH2.54-4PIN串口。通過網(wǎng)口或者串口，用戶能夠在控制計(jì)算機(jī)上有效地使用OE1311/OE1351的所有測(cè)試功能，包括設(shè)定儀器的合理控制參數(shù)和讀取儀器所測(cè)的數(shù)據(jù)。

PC軟件操作

配套圖形化上位機(jī)軟件。擁有快捷圖形按鈕及豐富的圖形操作功能，此外，本軟件具有清晰的數(shù)值顯示和波形顯示功能，可實(shí)時(shí)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果可以采用excel格式輸出保存，供后續(xù)的專業(yè)軟件進(jìn)行分析，讓測(cè)試得心應(yīng)手。此外，我們還全面支持Python、MATLAB 和LabVIEW 應(yīng)用程序接口（API）。

信號(hào)通道
電壓輸入模式 單端或差分輸入
滿量程靈敏度 1 nV 至 5 V，以 1-2-5 的倍數(shù)順序步進(jìn)
電流輸入增益 10⁶ V/A
輸入阻抗
電壓 10 MΩ//10 pF，交流或直流耦合
電流 1 kΩ 到虛擬地
共模抑制比 >70 dB 至 10 kHz，以 6 dB/oct 減小
動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備 >120 dB
增益精度 標(biāo)準(zhǔn) 0.5%， 2%
電壓噪聲
997Hz時(shí) 5 nV/√ Hz

參考通道
輸入
頻率范圍 1 uHz 至 100/500 kHz
參考輸入 方波或正弦波
輸入阻抗 10 MΩ
方波參考電平 V_IH>3V， V_IL<0.5V
正弦參考信號(hào) >2 Hz
> 400 mVpp
相位
分辨率 1udeg
相位誤差 <1deg

相對(duì)相位誤差 <0.001deg

正交性
內(nèi)部參考 在 1 kHz 時(shí)： <0.0001°rms
外部參考 在 1 kHz 時(shí)： 0.005°rms(時(shí)間常數(shù) 100 ms， 12 dB/oct)
溫漂
低于 10 kHz <0.01°/℃
高于 10 kHz <0.1°/℃

諧波檢測(cè) 2F, 3F, …nF 至 100/500 kHz (n<65,535)

采集時(shí)間

內(nèi)部參考 即時(shí)采集

外部參考 （3個(gè)周期+5ms）或者40ms

解調(diào)器

穩(wěn)定性

數(shù)字輸出 所有設(shè)置均無零點(diǎn)漂移

顯示 所有設(shè)置均無零點(diǎn)漂移

模擬輸出 所有動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備設(shè)置小于5 ppm/℃

諧波抑制 -90 dB

時(shí)間常數(shù) 1 us至3 ks . 6, 12, 18, 24,30,36,42 ,48dB/oct陡降

同步濾波器 低于1 kHz且大于18dB/oct陡降有效

信號(hào)發(fā)生器

頻率

范圍 1 uHz至100/500 kHz

精度 2 ppm + 10 uHz

分辨率 1 uHz

失真 -70 dBc

正弦幅值 0.001Vrms至5 Vrms (分辨率1 mVrms)

誤差 標(biāo)準(zhǔn)0.5% (f<10 kHz)，2%

溫度穩(wěn)定性 100 ppm/℃

正弦輸出 正弦信號(hào)，輸出阻抗50 Ω

TTL同步輸出 5V TTL/CMOS電平，輸出阻抗200Ω

輔助輸入與輸出

CH 1 和 CH 2

功能 輸出X,Y,R,θ和諧波

幅值 ±10 V

驅(qū)動(dòng)電流 ±30mA max

AUX Inputs

功能 2通道輸入

幅值 ±10 V，1 mV分辨率

阻抗 1 MΩ

通訊接口

UART XH2.54-4PIN

網(wǎng)口 隔離式1000Mbps RJ45接口

其他

電源要求

電壓 12VDC±5%

功率 標(biāo)準(zhǔn)18W，不超過24W

尺寸

長(zhǎng) 180 mm

深 106 mm

高 44 mm

應(yīng)用領(lǐng)域

掃描顯微鏡 AFM、STM、SPM

材料科學(xué) 載流子遷移率、載流子密度、霍爾效應(yīng)、超聲材料

輸運(yùn)測(cè)量 電導(dǎo)測(cè)量，阻抗測(cè)量

噪聲表征 噪聲密度，互相關(guān)測(cè)量

光學(xué)實(shí)驗(yàn) 光譜分析、光譜測(cè)量、THz測(cè)量、TDLAS

傳感器測(cè)量 陀螺儀、光電傳感器、諧振器、加速度計(jì)

磁性傳感 SQUIDs, NV色心, 原子磁強(qiáng)計(jì)，VSM

生物醫(yī)療 微流控

環(huán)動(dòng)聯(lián)科 作為專業(yè)的電測(cè)儀器供應(yīng)商，為您提供良好產(chǎn)品及技術(shù)支持的同時(shí)，更加關(guān)注您的設(shè)備是否正確使用和保養(yǎng)。因?yàn)檎_的使用方法可以讓您每一次測(cè)試都能得到更加精準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果，正確的保養(yǎng)可以讓您的工作伙伴為您服務(wù)更長(zhǎng)，做出更多貢獻(xiàn)。