SRS,Stanford Research Systems,SR865A,4 MHz 數字信號處理鎖相放大器

SR865A — 4 MHz 數字信號處理鎖相放大器

概述

SR865A 鎖相放大器提供卓越的性能和優越的性價比。它具有 4 MHz 的頻率范圍、從 1 μs 到 30 ks 的時間常數、極低噪聲的前端放大器，以及現代、直觀的用戶界面，是任何同步檢測應用的理想選擇。

憑借超過 30 年的鎖相放大器設計經驗，SRS 對 SR865A 的每個細節進行了優化。從消除開關模式噪聲的重型環形變壓器到通過 iOS 連接將鎖相放大器帶到手機，再到消除更多噪聲并加快實驗速度的先進 DSP 濾波器，SR865A 是真正的終極鎖相放大器。

趨勢圖

鎖相放大器的性能從前端開始。SR865A 前端配備了最先進的電壓和電流輸入放大器。電壓輸入是一個可切換的單端/差分 JFET 對放大器，1 kHz 時噪聲為 2.5 nV/√Hz，10 Hz 時噪聲低于 10 nV/√Hz。電壓輸入具有 10 MΩ 輸入阻抗，可以進行 AC 或 DC 耦合。輸入連接器屏蔽可以通過用戶可選擇的 10 Ω（接地）或 10 kΩ（浮地）電阻連接到儀器接地。

SR865A 的內置電流放大器代表了之前設計的顯著改進。電流輸入范圍可以選擇 1 μA 或 10 nA。1 μA 范圍具有 400 kHz 的帶寬和 130 fA/√Hz 的噪聲，而 10 nA 范圍提供 2 kHz 的帶寬和 13 fA/√Hz 的噪聲。

雖然內置的電壓和電流放大器適用于大多數應用，但 SR865A 也兼容 SRS 提供的完整系列專用前置放大器。SR550（FET 輸入）、SR552（BJT 輸入）、SR554（變壓器輸入）、SR555（120 kHz 電流放大器）和 SR556（低噪聲電流放大器）均可直接從 SR865A 的后面板前置放大器電源端口供電。

靈敏度和輸入范圍

與以前的儀器一樣，SR865A 的靈敏度設置是產生滿量程輸出的電壓（或電流）。但與以前的設計不同，SR865A 的輸入范圍可以通過前面板明確設置，無需查閱復雜的“動態余量”公式。只需選擇實驗所需的靈敏度，然后選擇不會過載的最小輸入范圍即可。

SR865A 的有效動態余量即為這兩個設置的比率。例如，在 10 nV 靈敏度設置和 300 mV 輸入范圍下，SR865A 的有效動態余量為 3 × 10^7，或接近 150 dB。

輸出時間常數

SR865A 提供傳統的 RC 響應輸出時間常數，從 1 μs 到 30 ks，滾降率為 6、12、18 和 24 dB/oct。此外，SR865A 還提供先進的數字濾波器，這些濾波器可以顯著減少測量時間，同時提高信噪比。時間常數小于 3 秒時，先進濾波器為高斯 FIR 濾波器，這些濾波器在與 RC 濾波器相同的噪聲帶寬下具有顯著更好的上升時間和停止帶衰減。這些濾波器還具有對稱的上升和下降曲線，在掃描頻率時保持特征形狀。時間常數大于 3 秒時，先進濾波器為線性相位 IIR 濾波器，這些濾波器的穩定時間幾乎是其 RC 對應物的兩倍，具有相同的停止帶衰減。

同步濾波器也可以在 4 kHz 以下的參考頻率處選擇。同步濾波器去除參考頻率的倍頻，這在進行低頻測量時非常有用，因為參考頻率的倍頻會出現在鎖相輸出中。與以前的設計不同，SR865A 的同步濾波器可以在不損失輸出分辨率的情況下選擇。

參考通道

SR865A 的參考頻率范圍為 1 mHz 到 4 MHz。檢測可以在參考頻率的基頻或高達第 99 次諧波進行。提供幾種參考模式：內部模式使用 SR865A 的精密內部振蕩器作為參考；外部模式鎖定到外部正弦波或 TTL 信號。在雙模式中，鎖相放大器檢測內部設置的參考頻率和外部應用的同步信號之間的差頻，允許直接恢復雙調制信號。最后，在剪切模式中，SR865A 提供數字 PID（比例-積分-微分）控制信號，以使 SR540 光學切割器與鎖相放大器的內部振蕩器同步。通過讓鎖相放大器直接控制切割器，頻率漂移幾乎可以消除。

正弦波輸出

SR865A 提供精密的正弦波輸出，可以設置為 6 位數的頻率分辨率和 1 nV 至 2 V 的幅度范圍。SR865A 的輸出獨特之處在于，它可以配置為單端或差分（平衡）信號。正弦波輸出可以施加高達 ±5 V 的直流偏置。后面板還提供與正弦波輸出同步的邏輯電平同步信號。

時間基準

提供后面板 10 MHz 輸入和輸出，允許 SR865A 鎖定到外部頻率參考（例如 FS725 10 MHz 銣頻率標準）。或者，SR865A 的 10 MHz 輸出可以用于同步多個鎖相放大器或其他測試設備的 10 MHz 時間基準。

快速傅里葉變換（FFT）分析

FFT 顯示

鎖相放大器通常是時域儀器，但有時在頻域中理解信號更為容易。SR865A 在這兩個領域都得心應手。FFT 顯示顯示前端輸入信號的頻譜、混頻器后的信號頻譜或經過時間常數濾波器后的信號頻譜。使用 FFT 顯示可以簡化追蹤隱蔽噪聲源的過程，這些噪聲源否則可能會在傳統鎖相放大器的“一數字”輸出中丟失。

前面板觸摸屏顯示

SR865A 前面板中央是一個全彩 640 × 480 觸摸屏，可以設置為顯示最多 4 個數據通道。（當需要黑暗實驗室時，可以通過前面板或遠程接口將 LCD 屏幕遮蔽。）每個數據通道可以配置為顯示 X、Y、R、Θ、Aux In（1-4）、Aux Out（1-2）、X 噪聲、Y 噪聲、正弦波幅度、正弦波直流電平、參考相位或參考頻率。屏幕可以設置為顯示大數字，方便從房間另一側查看，或以“條形圖”顯示，顯示每個通道的完整歷史記錄，時間尺度可選從 0.5 s/div 到 2 天/div。即使在未顯示測量時，SR865A 也會持續保存所有測量，確保不會丟失任何數據。觸摸屏還不斷顯示鎖相放大器的關鍵設置參數，如相位、參考頻率和正弦波幅度。后面板 HDMI 端口允許將 LCD 屏幕顯示到任何 HDMI 顯示器或電視上。

條形圖記錄

盡管觸摸屏顯示對于顯示數據非常有用，但在 SR865A 上控制常用儀器功能時不必使用觸摸屏。所有常用控制：時間常數、參考頻率、正弦波幅度和偏置、輸入配置等，都可以通過專用前面板旋鈕或按鈕進行控制。較少訪問的配置設置，例如 TCP/IP 設置和其他通信設置，通過觸摸屏上的菜單進行訪問。

計算機連接

SR865A 標配幾乎所有可能的遠程接口。提供 GPIB（IEEE488.2）和 RS-232，以及 USB（測試和測量類）和以太網（VXI-11 和 telnet）。SR865A 主機自身的 Web 服務器允許通過瀏覽器遠程監控和控制儀器。

前面板 USB 端口允許將數據和屏幕截圖保存到 USB 閃存驅動器。數據可以保存為逗號分隔文件或 MATLAB 兼容的 .MAT 文件。將屏幕截圖和數據納入報告或電子表格變得更加簡單。

SR865A 規格

信號通道

• 電壓輸入：單端（A）或差分（A-B）
• 靈敏度（輸出刻度）：1 nV 至 1 V（電壓輸入），1 fA 至 1 μA（電流輸入）
• 電壓輸入范圍：10 mV 至 1 V（峰值）
• 電流輸入范圍：1 μA 或 10 nA（峰值）
• 最大輸入：1 V（峰值）或 1 μA（峰值）
• 輸入阻抗：電壓輸入 10 MΩ + 25 pF，AC（>1 Hz）或 DC 耦合；電流輸入 1 kΩ 或 100 Ω 到虛擬地
• 增益精度：±1 %（<200 kHz），±2 %（至 4 MHz）。信號幅度必須小于輸入范圍的 30 %
• 噪聲：1 kHz 時 2.5 nV/√Hz（10 mV 輸入范圍，典型值）
• 諧波失真：-80 dB（<100 kHz），-60 dB（>100 kHz）
• 共模抑制比（CMRR）：1 kHz 時 90 dB（DC 耦合，10 mV 至 100 mV 輸入范圍）
• 動態余量：120 dB（典型值）

參考通道

• 頻率范圍：0.001 Hz 至 4 MHz，指定
• 時間基準：后面板 10 MHz 輸入/輸出（相位鎖定內部頻率至其他 SR865A）
• 輸入阻抗：1 MΩ 或 50 Ω
• 相位設置分辨率：（360/232）度
• 相位噪聲：
  • 內部參考：1 kHz 時 <0.0001° rms（100 ms，12 dB/oct）
  • 外部參考（典型值）：1 kHz 時 <0.001° rms（100 ms，12 dB/oct）
• 相位漂移（典型值）：正弦波輸出至信號輸入（200 mVrms）：
  • <0.002°/°C（低于 20 kHz，DC 耦合）
  • <0.02°/°C（低于 200 kHz）
  • <0.2°/°C（低于 4 MHz）
• 諧波檢測：檢測 N × fref（N < 99，（N × fref）< 4 MHz）
• 雙 F 參考：檢測 fdual = │fint – fext│，所有頻率必須小于 4 MHz
• 切割器參考：SR865A 驅動 SR540 切割器（通過 Aux Out 4）以將切割器鎖定到 fint

解調器

• DC 穩定性：數字輸出值沒有偏移漂移
• 時間常數：1 μs 至 30 ks
• 低通濾波器：典型的 RC 類型濾波器或先進的高斯/相位線性濾波器
• 濾波器斜率：6、12、18 或 24 dB/oct 滾降
• 同步濾波器：4 kHz 以下可用
• 諧波抑制：-80 dB
• 低延遲輸出：后面板 BlazeX 輸出，延遲 <2 μs（加上 LPF 上升/下降時間）

內部振蕩器

• 頻率：1 mHz 至 4 MHz，指定
• 頻率精度：25 ppm + 30 μHz（使用內部時間基準）
• 外部時間基準：后面板 10 MHz 時間基準輸入/輸出
• 頻率分辨率：6 位數或 0.1 mHz（以較大者為準）

正弦波輸出

• 輸出：差分或單端
• 輸出阻抗：50 Ω 源
• 幅度：1 nVrms 至 2 Vrms（指定幅度為差分負載 50 Ω）。單端使用時幅度減半。高阻抗負載時幅度加倍
• 幅度分辨率：3 位數或 1 nV（以較大者為準）
• 直流偏置：±5 V，差分或共模
• 偏置分辨率：3 位數或 0.1 mV（以較大者為準）
• 輸出限制：±6 V，直流偏置和峰值幅度之和

數據

• 數據通道：4 個數據通道顯示和繪圖（綠色、藍色、黃色、橙色）
• 數據源：每個數據通道可以分配以下數據源：X、Y、R、Θ、Aux In 1 至 4、Aux Out 1 至 2、X 噪聲、Y 噪聲、正弦波幅度、正弦波直流電平、參考相位或參考頻率
• 數據歷史：所有數據源在所有圖表顯示時間尺度上持續存儲。任何數據源的完整存儲歷史記錄可以隨時顯示
• 偏移：X、Y 和 R 可偏移高達 ±999 % 的輸出刻度
• 放大：X、Y 和 R 可放大 ×10 或 ×100
• 比率：X 和 Y 可通過 Aux In 3 比率化。R 可通過 Aux In 4 比率化
• 捕獲緩沖區：1 Mpoints 內部數據存儲。存儲（X）、（X 和 Y）、（R 和 Θ）或（X、Y、R 和 Θ）以高達 1.25 MHz 的采樣率。這是除圖表顯示數據歷史記錄外的附加存儲
• 數據流：通過以太網接口以高達 1.25 MHz 的采樣率實時流式傳輸數據，格式為（X）、（X 和 Y）、（R 和 Θ），或（X、Y、R 和 Θ）
• 掃描：可以掃描以下參數之一：fint、正弦波幅度、正弦波直流電平、Aux Out 1 或 2

FFT

• 來源：輸入 ADC、混頻器輸出或濾波器輸出
• 記錄長度：1024 個 bin
• 平均值：指數 rms

輸入和輸出

• CH1 輸出：與 X 或 R 成比例，±10 V 滿刻度通過 50 Ω
• CH2 輸出：與 Y 或 Θ 成比例，±10 V 滿刻度通過 50 Ω
• X 和 Y 后面板輸出：與 X 和 Y 成比例，±10 V 滿刻度通過 50 Ω
• BlazeX：X 的低延遲輸出，±2.0 V 滿刻度或邏輯電平同步輸出，通過 50 Ω
• Aux 輸出：4 個 BNC D/A 輸出，±10.5 V 通過 50 Ω，1 mV 分辨率
• Aux 輸入：4 個 BNC A/D 輸入，±10.5 V，1 mV 分辨率，1 MΩ 輸入
• 觸發輸入：TTL 輸入觸發存儲到內部捕獲緩沖區
• 監視輸出：信號放大器的模擬輸出
• HDMI：視頻輸出到外部顯示器或電視，640 × 480，60 Hz
• 時間基準 I/O：1 Vrms，10 MHz 時鐘，用于將內部參考頻率同步到其他單元

一般

• 接口：IEEE488.2、RS-232、USB 設備和以太網
• USB 閃存：前面板槽用于將屏幕截圖和數據保存到 USB 閃存驅動器
• 前置放大器電源：9 針 D 連接器為 SRS 前置放大器供電
• 電源：60 W，100/120/220/240 VAC，50/60 Hz
• 尺寸：17″ × 5.25″ × 17″（寬 × 高 × 深）
• 重量：22 lbs
• 保修：一年零件和勞動力保修，針對材料和工藝缺陷