Zurich Instruments 鎖相放大器
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Zurich Instruments 鎖相放大器

500k/5MHz鎖相放大器MFLI

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瑞士蘇黎世儀器 (Zurich Instruments) 的 MFLI 是一款數字鎖相放大器,為中頻和低頻范圍的測量設定了新標桿。MFLI 提供兩種版本,適用于“直流至 500 kHz”和“直流至 5 MHz”的頻率范圍(并可在有需要時從500kHz升級到5MHz)。憑借精心開發的模擬和數字前端,結合FPGA,使得儀器具有高速數字信號處理功能。MFLI 將優越的性能與出色的LabOne® 軟件包融合到了一起。嵌入式數據和網絡服務器可直接連接至任何能夠運行網絡瀏覽器的設備。


MFLI 主要特點
•    直流 - 500 kHz / 5 MHz,60 MSa/秒,16 位
•    電流和差分電壓輸入
•    LabOne軟件包:示波器,參數掃描儀,頻譜分析儀,等等
•    即插即用的瀏覽器軟件 LabOne
•    USB 2.0 和 1 GbE 高速連接
•    同時提供交流和直流供電(可連電池)
•    可在本地升級選件


MFLI 鎖相放大器視頻介紹



MFLI 應用
•    光學斬波器應用
•    脈沖激光應用(如高能激光)
•    材料研究
•    量子納米電子學
•    掃描隧道顯微鏡
•    低溫物理學
•    四端子檢測
•    地震測量


MFLI 可升級選件



MFLI 功能圖解


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  • 前面板接口
    MFLI 的前面板上有 1 個電流信號輸入、1 個差分電壓輸入、1 個差分信號輸出、2 個可作為參考輸入的輔助輸入和 4 個輔助輸出。針對高抗噪聲干擾能力的實驗,信號輸入和輸出既可以選擇單端模式,也可以選擇差分模式。信號接地可以是儀器接地或信號輸入的BNC屏蔽層。

  • 電壓和電流測量
    儀器標配支持電壓測量或電流測量,如需同時測量電流和電壓則需要 MF - MD 多解調器選件的支持。模擬前端擁有可變輸入阻抗和交流/直流耦合選擇以及高頻過采樣技術,來確保優越的鎖相性能和波形的高保真度。

  • 輸出通道
    鎖相測量的結果(每個解調器的 X、Y、R 和 Θ)可以通過以下方式使用:
    •    前面板上的 4 個輔助模擬輸出的任何一個都可以單獨設置比例縮放和偏置,612 kSa/秒的采樣率確保所有解調信號分量都能在接口上可靠地使用。所有信號的帶寬一致且高達 200 kHz。
    •    通過 USB 2.0 或 1 GbE 傳輸到主機,并顯示在 LabOne® 用戶界面上,信號可以由任一 LabOne 工具進行分析,或簡單地點擊幾下鼠標將其存儲在本地。
    •   儀器提供2個USB口,都可以把數據保存在USB存儲設備上。

  • 后面板接口
    后面板提供了更多 BNC 接口,包括 2 個觸發輸入、2 個觸發輸出以及 10 MHz 同步時鐘的 1 個輸入和 1 個輸出。以及 1 個可訪問所有 DIO 通道的 SCSI 接口。儀器可以使用標準 90 - 240 V 伏交流電源或 12 V 的外部直流電源(例如外部電池組),可切斷接地回路。


MF 閾值單元

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Zurich Instruments 推出了用于狀態檢測和硬件觸發的第一個功能單元,以及鎖相放大器和 PID 控制器測量的相關邏輯操作。 每個 MFLI鎖相放大器和 MFIA 阻抗分析儀中都包含 MF 閾值單元,當然,功能將隨著進一步升級而增加,例如安裝 MF-PID 四重 PID/PLL 控制器 選件和 MF-MD 多體制解調器選件。

4 個閾值單元
•    模擬輸入參數: 解調器樣品(X、Y、R、Θ);PID 錯誤、PID 輸出值、PID 偏移(需要 MF-PID 選件)
•    可以在閾值檢測之前應用絕對值和低通濾波
•    閾值檢測: 上、下、外、內、上升沿、下降沿
•    可配置的激活和停用時間
•    數字輸入信號: 32 DIO 通道、輸入和輸出溢出等
•    通過 NOT、AND、OR 和 XOR 運算組合最多 3 個邏輯信號
•    最小長度、保持和反轉功能


閾值單元對測量數據進行實時邏輯分析。 用戶可以從模擬或邏輯測量數據開始定義多個操作,以便檢測特定條件并通過 TTL 輸出觸發反應。

  • LabOne 集成
    LabOne 用戶界面中的專用選項卡用上圖中的四行表示四個閾值單元。 每行分為左側的閾值檢測部分和右側的邏輯部分。

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  • 閾值部分
    閾值部分將模擬信號轉換為邏輯信號。 測量數據或其絕對值可以通過可調節的一階低通濾波器幫助使信號平滑并在發生短時小故障時避免虛警。 例如,可以在 LabOne Scope 中方便地顯示使用濾波器后得到的閾值信號用于修正錯誤。 然后,用戶可以根據過濾后的閾值信號,定義一個或兩個閾值水平,以確定以下條件對應的邏輯信號: 上、下、外、上升沿和下降沿。 可以單獨設置激活和停用時間,以確保邏輯信號的時序和可靠性符合要求。
    如果選邏輯信號作為閾值部分的輸入,可以采用與模擬信號相同的方式設置激活和停用時間。 可用以下邏輯信號: 32 DIO 通道、2 觸發輸入、2 觸發輸出、輸入溢出 (I)、輸入溢出 (V)、輸出溢出、輔助輸入溢出、輔助輸出溢出、4 PID 輸出溢出。

  • 邏輯部分
    在邏輯部分,可以使用 NOT、AND、OR 和 XOR 運算對來自閾值部分和其他來源的最多 3 個邏輯信號進行組合。 這樣可以定制反饋條件以滿足基于多個模擬和數字信號源的復雜模式。 設置最小信號長度可以確保即使后續硬件不能檢測到非常短暫的事件也不會丟失任何事件。 最后,每個邏輯信號都可以在輸出前反轉。

  • 信號可用性
    閾值單元生成的 4 個邏輯信號都可以分配給 32 條 DIO 通道之一(后面板上的 SCSI 連接器)或 2 個觸發輸出中的任何一個。
    除了邏輯信號,每個閾值單元都生成過濾后的閾值信號,用于狀態檢測和觸發。 這些信號可以使用偏移、縮放和限制功能通過 4 個輔助輸出進行輸出。 此外,這些信號可用作示波器中的觸發源和顯示信號。


應用示例

  • 微流控阻抗譜和細胞分選
    阻抗譜在微流控通道上的一個應用是個體生物細胞的表征。 閾值單元可以進一步解釋測量信息并將前饋導出到分離裝置。 使用適當的參數集合,可以將不同屬性的細胞可靠地分類到不同的容器中。

  • AFM 尖端保護
    MFLI 鎖相放大器支持許多原子力顯微鏡 (AFM) 模式。 通過聯合使用 MF-PID 控制器、MF-MD 多體制解調器選件和 MF-MOD 調制選件,可支持以下 AFM 相關功能
    •    自動增益控制 (AGC)
    •    調頻 (FM)
    •    開爾文探針力顯微鏡(FM-KPFM、AM-KPFM)
    •    STS IETS
    •    多頻 AFM
    •    旁帶分析

    閾值單元通過反饋機制快速增加尖端/探針和表面之間的距離以避免損壞,從而幫助延長尖端的使用壽命。 可以根據各種信號感測緊急情況,例如,頻率調制控制環路的 PID 錯誤或自動增益控制環路的 PID 輸出值。


一般規格

存儲溫度+5°C 到 +65°C
存儲相對濕度< 95%,不凝結
操作溫度+5°C 到 +40°C
操作相對濕度< 90%,不凝結
電耗< 40 W
直流電源進線12 V, 2 A
電源交流線路90 - 240 V, 50/60 Hz
線路電力熔斷器250 V,2 A,快速,5 x 20 毫米,F 2A L 250V
環境政策RoHS 認證
尺寸(含減震器)28.3 x 23.2 x 10.2 厘米
11.1 x 9.1 x 4.0 英寸
應要求安裝框架
重量(含減震器)3.87 公斤
議校準間隔2 年(參見背面板上的貼紙)
擔保1 年,可延長

解調器

頻率范圍0 到 500 kHz;0 到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
解調器數目1 個雙相 (X、Y、R、Θ);4 個雙相,要求 MF-MD 選件
解調器輸入信號輸入 (V/I),輔助輸入,輔助輸出,觸發輸入
濾波器時間常數336 毫微秒 - 83 秒
濾波器帶寬 (-3 dB)276 μHz - 206 kHz(四階濾波器)
諧波1 - 1023
濾波器斜率6、12、18、24、30、36、42、48 dB/oct
其他過濾Sinc 濾波器
相位分辨率10 μdeg
頻率分辨率1 μHz
輔助輸出的輸出取樣率612 kSa/秒(對于每個輔助輸出),18 位, ±10 V
1 GbE 以上的最大傳輸速率200 kSa/秒(所有解調器),48 位全范圍
在本地 USB 驅動器上的最大存儲速率50 kSa/秒(所有解調器),48 位全范圍
數據傳輸的觸發模式持續,邊緣,選通

參考模式

外部參考頻率范圍1 Hz 到 500 kHz;1 Hz 到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
外部參考輸入輔助輸入,觸發輸入,輔助輸出,電流信號輸入,電壓信號輸入
外部參考的鎖定時間通常少于最大值(100 圈,1.2 毫秒)
外部參考數目1;2 要求 MF-MD 選件
內部參考頻率范圍直流到 500 kHz;直流到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件

示波器

輸入通道信號輸入 (V,I),輔助輸入,輔助輸出,觸發輸入,觸發輸出,信號輸出,振蕩器相位
示波器模式時間域,頻率域 (FFT)
數字顯示通道1
觸發通道信號輸入 (V,I),輔助輸入,輔助輸出,觸發輸入,觸發輸出
觸發模式邊緣
觸發滯回完整輸入范圍
預觸發完整輸入范圍
采樣率1.8 kSa/秒 至 60 MSa/秒
垂直分辨率16 位
每鏡頭最大樣本數目16 kSa
最小保持時間1 毫秒
帶寬限制模式,垂直分辨率提高采用平均下采樣;提高垂直分辨率至 24 位
光標數學位置,區域,波,峰,跟蹤,直方圖

頻譜分析儀

中心頻率范圍0 到 500 kHz;0 到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
頻譜模式FFT(X+iY)、FFT(R)、FFT(Θ)、FFT(f) 和 FFT((dΘ/dt)/2π)
統計選項振幅,譜線密度,電力
平均模式無,指數移動平均
每頻譜最大樣本數目8 kSa
最大跨度58 kHz
窗口函數矩形函數,漢恩函數,漢明函數,布萊克曼哈里斯函數
光標數學位置,區域,跟蹤,波,峰,直方圖

掃頻儀

掃描參數振蕩器頻率,解調器相位,輔助偏移,信號輸出偏移等。
參數掃描范圍全范圍,線性和對數
參數掃描分辨率任意,由開始/終止值和掃描點數目定義
顯示參數解調器輸出(X、Y、R、Θ、f),輔助輸入
顯示選項單圖,雙圖(例如波特圖),多蹤
統計選項振幅,譜線密度,電力
預設測量模式參數掃描,噪聲幅值測量,頻率響應分析,3-歐米茄掃描

電壓信號輸入

連接器前面板上的 2 個同軸電纜接插頭,單端和差分
屏蔽連接浮充或接地
最大浮充電壓與接地±1V
輸入阻抗50 Ω 和 10 MΩ;范圍 >=300 mV 內 27 pF;范圍 <= 100 mV 內 35 pF
輸入頻率范圍直流到 500 kHz;直流到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
輸入模擬/數字轉換16 位,60 MSa/秒
輸入噪聲振幅3.3 mV 輸入范圍內,1 kHz 以上 2.5 nV/√Hz,輸入短路電容;10 Hz 時 7 nV/√Hz,1 Hz 時 40 nV/√Hz
輸入噪聲轉角頻率范圍 <= 10 mV 內通常為 100 Hz
輸入偏置電流通常為 ±10 pA,最大 ±200 pA
輸入全范圍敏感性(10 V 鎖定放大器輸出)1 nV 至 3 V
輸入交流范圍1 mV 至 3 V,8 階
交流耦合截止頻率1.6 Hz
交流耦合的最大直流偏移±10 V
輸入直流范圍1 mV 至 3 V,8 階
輸入增益不準確度< 1% (< 2 MHz);對于受模擬輸入濾波器限制的更高頻率
模擬輸入濾波器(反走樣)5 MHz 時 1 dB 抑制,12 MHz 時 3 dB 抑制;三階衰減
輸入振幅穩定性0.1%/°C
輸入偏移振幅 最大值(0.5 mV,1% 的范圍)
動態儲備最高 120 dB
諧波失真頻率 <= 100 kHz 內 80 dBc;頻率 <= 5 MHz 內 65 dBc;載波振幅 1 dBFS
相干拾音器待定

電流信號輸入

連接器前面板同軸電纜接插頭,浮充/接地
屏蔽連接浮充或接地
最大浮充電壓與接地±1 V
輸入阻抗參見表 5.9
輸入頻率范圍直流到 500 kHz;直流到 5 MHz,需要 MF-F5M 選件
輸入模擬/數字轉換16 位,60 MSa/秒
輸入噪聲振幅10 nA 輸入范圍內,100 Hz 以上時 20 fA/√Hz;1 μA 輸入范圍內,10 kHz 以上時 200 fA/√Hz;100 μA 輸入范圍內,1 MHz 以上時 3.5 pA/√Hz;10 mA 輸入范圍內,1 MHz 以上時 300 pA/√Hz;
輸入泄漏電流±10 pA
輸入全范圍敏感性(10 V 鎖定放大器輸出)10 fA 至 10 mA
輸入增益不準確度< 1%(對于在輸入帶寬 10% 以下的頻率)
輸入偏移振幅1% 的范圍
動態儲備最高 120 dB
相干拾音器待定

電流信號輸入:輸入范圍,跨阻抗增益,帶寬,輸入阻抗

電流輸入范圍跨阻抗增益帶寬(-3 dB)直流輸入阻抗
10 mA100 V/A5 MHz50 Ω
100 μA10 kV/A5 MHz50 Ω
1 μA1 MV/A150 kHz500 Ω
10 nA100 MV/A2 kHz10 kΩ

差分信號輸出

連接器前面板上的 2 個同軸電纜接插頭,單端和差分
輸出阻抗50 Ω
輸出頻率范圍直流到 500 kHz;直流到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
輸出頻率分辨率1 μHz
輸出相位范圍±180°
輸出相位分辨率10 μdeg
差分輸出正弦波移動 180°
輸出數字/模擬轉換16 位,60 MSa/秒
輸出振幅范圍±10 mV、±100 mV、±1 V、±10 V (高阻抗單端)
輸出功率24 dBm (±10 V,250 mW),每個同軸電纜接插頭
輸出增益不準確度所有輸出范圍內,100 kHz 時小于 1%
最大輸出驅動電流100 mA
輸出偏移振幅±1 mV 或 1% 的范圍(以最大者為準)
諧波失真頻率 < 100 kHz 內 85 dBc,頻率 < 5 MHz 內 60 dBc;輸出范圍 <= 1 V;頻率 < 100 kHz 內 80 dBc,頻率 < 5 MHz 內 50 dBc;輸出范圍 10V;載波振幅 1 dBFS
模擬加法器輔助輸入 1 可以被添加到信號輸出中,+/- 10 V,直流 10 MHz

輔助輸入

連接器前面板上 2 個同軸電纜接插頭
模擬/數字轉換器16 位,15 MSa/秒
模擬/數字模擬帶寬5 MHz
輸入阻抗1 MΩ
振幅±10 V
分辨率0.335 mV

輔助輸出

連接器前面板上的 4 個同軸電纜接插頭
數字/模擬轉換器18 位,612 kSa/秒
數字/模擬模擬帶寬200 kHz
輸出阻抗50 Ω
振幅±10 V
分辨率< 85 μV
驅動電流20 mA

觸發輸入

連接器后面板上的 2 個同軸電纜接插頭
觸發輸入阻抗1 kΩ
頻率范圍外部參考1 Hz 到 500 kHz;1 Hz 到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
觸發振幅范圍±5 V
最小脈寬35 毫微秒
觸發電平5 V,3.66 mV 分辨率
觸發滯回< 20 mV

觸發輸出

連接器后面板上的 2 個同軸電纜接插頭
觸發輸出阻抗50 Ω
頻率范圍外部參考1 μHz 到 500 kHz;1 μHz 到 5 MHz,要求 MF-F5M 選件
觸發振幅5 V

10 MHz 同步

連接器2 個同軸電纜接插頭,后面板上的 10 MHz 時鐘輸入和輸出
10 MHz 輸入,阻抗50 Ω
10 MHz 輸入,頻率范圍9.98 至 10.02 MHz
10 MHz 輸入,振幅范圍200 mV 至 3 V
10 MHz 輸出,阻抗50 Ω
10 MHz 輸出,振幅1 V 

內部頻率參考

類型TCXO
初始精確度< ±1.5 ppm
長期精確度/老化第一年 < ±1 ppm
短期穩定性(0.1 秒)< 2·10-10
溫度系數0.05 ppm/°C (@23°C)
相位噪聲(1 kHz 時)-140 dBc/Hz
相位噪聲(10 kHz 時)-150 dBc/Hz

連接性和其他

主連接LAN,1 GbE;USB 2.0,480 Mbit/秒
USB 主機背面板上 2 個連接器,用于大容量存儲或 WLAN 模塊
DIO,數字輸入/輸出4 x 8 位,通用數字輸入/輸出端口,3.3 V TTL VHDCI 68 針母連接器
內置存儲器4.7 GB 測量數據內存, 250 MB 設置文件存檔, 250 MB 日志文件存檔

最大額定值

參數
破壞閾值電流信號輸入 I-5 V5 V
破壞閾值電壓輸入 +V/-V 差分-10 V 10 V 
破壞閾值信號輸出 +V/-V-12 V12 V
破壞閾值輔助輸入 1、2-12 V12 V
破壞閾值輔助輸出 1、2、3、4-12 V12 V
破壞閾值記時器 10 MHz 輸入/輸出-5 V5 V
破壞閾值觸發輸出 1、2-1 V1 V
破壞閾值觸發輸入 1、2-8 V8 V
破壞閾值數據輸入輸出 32 位-1 V1 V
破壞閾值直流輸入0 V26 V

LabOne 用戶界面要求

操作系統任意,網絡瀏覽器基礎
輸入設備觸屏,鍵盤,鼠標
中央處理器2+ 內核,瀏覽器硬件加速渲染
瀏覽器Internet Explorer 10+、Firefox 27+、Chrome 36+、Safari 6+、Opera 23+
網絡連接1 GbE、100 MbE、USB 2.0

LabOne 應用程序接口要求

操作系統Windows 8.x 64 位、Windows 7 64 位
32 位和 64 位 Linux、Ubuntu 14.04 LTS (i386、AMD64)、64 位系統要求 IA32 擴展
Mac OS X
中央處理器AMD K8(Athlon 64、Sempron 64、Turion 64 等)、AMD Phenom、Intel Pentium 4、Xeon、Celeron、Celeron D、Pentium M、Celeron M、Core、Core 2、Core i5、Core i7、Atom
隨機訪問內存4GB+
網絡連接1 GbE、100 MbE、USB 2.0
支持語言LabVIEW 2009(32 位、64 位)和更新版本;Python 2.6x、2.7x(32 位、64 位);Matlab 2009 和更新版本; C/C++


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