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SR850— 100 kHz DSP 鎖相放大器

概述

SR850 是一款基于創新的 DSP（數字信號處理）架構的數字鎖相放大器。與傳統鎖相放大器相比，SR850 具有許多顯著的性能優勢，包括更高的動態范圍、更低的漂移、更低的失真以及顯著更高的相位分辨率。此外，平板顯示器和 65,536 點內存使其能夠以傳統鎖相放大器無法提供的多種格式顯示和處理數據。

數字精度

SR850 的輸入端配備了精密的 18 位 A/D 轉換器，可在 256 kHz 下對輸入信號進行數字化。A/D 轉換器與高速 DSP 芯片替代了傳統鎖相放大器中的模擬解調器（混頻器）、低通濾波器和 DC 放大器。SR850 采用一系列精確的數學計算來取代模擬組件，從而消除了模擬組件固有的漂移、偏移、非線性和老化問題。同一 DSP 芯片還數字合成了參考振蕩器，提供低于 -80 dBc 的失真，100 mHz 的頻率分辨率和 2 mV 的幅度分辨率。

數字靈活性

SR850 的顯示器支持多種選項。數據可以以數值或圖形的形式顯示，格式包括條形圖、極坐標圖和條形圖。具有 65,536 點內存和高達 512 Hz 的數據采集速率，您可以清楚地看到數據隨時間的變化，而不僅僅是當前的輸出值。數據采集后，SR850 提供了多種數據處理選項，如 Savitsky-Golay 平滑、曲線擬合和統計分析。標準的 RS-232 和 GPIB 接口使數據傳輸到計算機變得非常方便。

輸入通道

SR850 配備了一個差分輸入，具有 6 nV/√Hz 的輸入噪聲。輸入阻抗為 10 MΩ，最小全量程輸入電壓靈敏度為 2 nV。輸入也可以配置為電流測量，具有選擇的電流增益 106 和 108 V/A。提供 50 Hz 或 60 Hz 的線濾波器和 2× 線濾波器（100 Hz 或 120 Hz）以消除與線路相關的干擾。與傳統鎖相放大器不同，SR850 的輸入不需要跟蹤帶通濾波器。傳統鎖相放大器使用該濾波器來提高動態范圍，但帶通濾波器會引入噪聲、幅度和相位誤差以及漂移。SR850 的 DSP 設計具有內在的大動態范圍，因此不需要跟蹤帶通濾波器。

參考通道

SR850 的參考源可以是外部施加的正弦波或方波，或其自身數字合成的參考源。由于內部參考源是從與輸入相乘的相同數字信號合成的，因此在使用內部參考時幾乎沒有參考相位噪聲。內部參考可以在 1 mHz 到 102.4 kHz 的整個工作范圍內以固定頻率或線性或對數方式掃描?？梢栽趨⒖碱l率的任何整數諧波上進行諧波檢測，而不僅僅是前幾個諧波。

DSP 方法在處理外部參考時也提供了相當大的優勢。獲取外部參考的時間僅為 2 個周期 + 5 毫秒（或 40 毫秒，以較大者為準）——大約是傳統鎖相放大器的十倍速度。

由于 SR850 使用數字相位移技術而非模擬相位移器，參考相位可以以千分之一度的分辨率進行調整。此外，X 和 Y 輸出在一個千分之一度范圍內正交。

輸出和時間常數

SR850 的輸出時間常數是數字實現的。提供 6、12、18 和 24 dB/倍頻程的低通濾波器，時間常數范圍從 10 μs 到 30 ks。200 Hz 以下，SR850 可以執行同步濾波。同步濾波器可以濾除參考頻率的倍頻——這是在低頻下非常有用的功能，因為 2f 成分的接近會要求長時間常數以實現有效濾波。SR850 使得在低頻下的工作變得不那么耗時。

高動態范圍

鎖相放大器在給定全量程輸入電壓下的動態范圍是干擾信號與全量程輸入電壓的比率（以 dB 計）。最大干擾信號定義為在鎖相放大器無法以其指定準確度測量信號之前，施加到輸入的最大信號幅度。

SR850 具有任何鎖相放大器中最高的動態范圍（100 dB）。在傳統的鎖相放大器中，動態范圍的提高通常以犧牲穩定性為代價。由于 SR850 的數字濾波和增益過程，超高動態范圍的獲得沒有犧牲穩定性或準確度。此外，SR850 的高動態范圍是在不使用模擬帶通濾波器的情況下獲得的，從而消除了此類濾波器引入的噪聲和誤差。

軌跡和顯示

SR850 收集的數據可以存儲在最多四個用戶定義的軌跡中。每個軌跡可以配置為 (A×B)/C，其中 A、B 和 C 可以從 X、Y、R、Θ、噪聲、頻率或四個后面板輔助輸入中選擇?？梢酝ㄟ^定義適當的軌跡實時執行常見操作，如比率計算。軌跡值可以顯示為帶有大數值顯示的條形圖，或顯示為條形圖，顯示軌跡值隨時間的變化。此外，您可以顯示極坐標圖，顯示由信號的同相和正交分量形成的相量。所有顯示可以從前面板或通過計算機接口輕松縮放，并提供自動縮放功能以快速優化顯示。屏幕可以配置為單一大顯示，或為兩個水平拆分的顯示。

便捷的自動測量

常見的測量參數可以通過單鍵 “自動” 功能獲取。增益、相位、動態范圍和顯示縮放均可通過單鍵按下設置。對于許多測量，儀器可以通過自動功能完全配置。

輔助 A/D 和 D/A

四個后面板 A/D 輸入允許您以毫伏分辨率測量外部信號。測量值可以納入 SR850 的一個軌跡定義中，或在前面板上顯示，或通過計算機接口讀取。四個 D/A 輸出可以提供固定輸出電壓或與 SR850 的頻率掃描同步掃描的電壓水平。A/D 輸入和 D/A 輸出都具有 ±10 V 范圍。

分析功能

SR850 的性能不僅限于數據采集——還包括全面的數據處理功能?？梢詫θ魏诬壽E數組應用多范圍 Savitsky-Golay 平滑，并且可以計算選定軌跡區域的統計信息（均值、方差、總和）。曲線擬合例程可以計算線性、指數曲線和高斯曲線的最佳擬合。軌跡 “計算器” 允許您對軌跡數據執行各種簡單的算術和三角運算。

接口和打印

SR850 標配 RS-232 和 GPIB 接口。所有儀器功能都可以通過接口查詢和控制。為了方便調試，通過接口接收和發送的字符可以在前面板上查看。SR850 提供了幾種打印選項。屏幕可以通過標準 Centronics 打印接口傳送到點陣或激光打印機上。顯示也可以通過 GPIB 或 RS-232 繪制在任何 HP-GL 兼容繪圖儀上。

SR850 規格

信號通道

• 電壓輸入：單端或差分
• 靈敏度：2 nV 至 1 V
• 電流輸入：106 或 108 V/A
• 輸入阻抗：
  • 電壓輸入：10 MΩ + 25 pF，AC 或 DC 耦合
  • 電流輸入：1 kΩ 至虛擬地
• 增益精度：±1%（典型值 ±0.2%）
• 噪聲：
  • 6 nV/√Hz 在 1 kHz
  • 1 kHz 下 0.13 pA/√Hz（106 V/A）
  • 100 Hz 下 0.013 pA/√Hz（108 V/A）
• 線濾波器：50/60 Hz 和 100/120 Hz（Q=5）
• 共模抑制比（CMRR）：10 kHz 時 100 dB，10 kHz 以上每倍頻程降低 6 dB
• 動態范圍：>100 dB（無預濾波器）

參考通道

• 頻率范圍：0.001 Hz 至 102.4 kHz
• 參考輸入：TTL 或正弦波（最小 400 mVpp）
• 輸入阻抗：1 MΩ，25 pF
• 相位分辨率：0.001°
• 絕對相位誤差：<1°
• 相對相位誤差：<0.001°
• 正交度：90° ± 0.001°
• 相位噪聲：
  • 內部參考：1 kHz 時 <0.0001° rms
  • 外部參考：1 kHz 時 0.005° rms，100 ms，12 dB/oct
• 相位漂移：
  • 10 kHz 以下 <0.01°/°C
  • 10 kHz 至 100 kHz <0.1°/°C
• 諧波檢測：2F、3F、… nF 至 102.4 kHz
• 獲取時間：（2 個周期 + 5 ms）或 40 ms，以較大者為準

解調器

• 穩定性：
  • 數字輸出：無漂移
  • 模擬輸出：所有動態范圍下 <5 ppm/°C
• 諧波抑制：-90 dB
• 偏移/擴展：±100% 偏移，擴展至 256×
• 時間常數：10 μs 至 30 ks（6、12、18、24 dB/倍頻程滾降）。200 Hz 以下可用同步濾波。

內部振蕩器

• 范圍：1 mHz 至 102.4 kHz
• 精度：25 ppm + 30 μHz
• 分辨率：0.01% 或 0.1 mHz（以較大者為準）
• 失真：
  • f < 10 kHz 時 -80 dBc
  • f > 10 kHz 時 -70 dBc 在 1 Vrms
• 振幅：0.004 至 5 Vrms 進入 10 kΩ（2 mV 分辨率）
• 輸出阻抗：50 Ω
• 振幅精度：1%
• 振幅穩定性：50 ppm/°C
• 輸出：正弦波和 TTL（均可鎖相到外部參考）
• 掃描：線性和對數

輸入和輸出

• 接口：標準 IEEE-488.2、RS-232 和 Centronics 接口。所有儀器功能都可以通過接口控制和讀取。
• X、Y 輸出：±10 V，更新頻率為 256 ksamples/s
• CH1 輸出：±10 V 輸出 X、R 或軌跡 1 至 4
• CH2 輸出：±10 V 輸出 Y、Θ 或軌跡 1 至 4
• 輔助 A/D 輸入：4 個 BNC 輸入，1 mV 分辨率，±10 V
• 輔助 D/A 輸出：4 個 BNC 輸出，1 mV 分辨率，±10 V（固定或掃描幅度）
• 正弦輸出：內部振蕩器模擬輸出
• TTL 輸出：內部振蕩器 TTL 輸出
• 觸發輸入：TTL 信號可啟動內部振蕩器掃描或觸發儀器數據采集（速率至 512 Hz）。
• 遠程前置放大器：為可選的 SR550、SR552 和 SR554 前置放大器提供電源

顯示

• 屏幕格式：單顯示或雙顯示
• 顯示量：每個顯示器顯示一個軌跡。軌跡定義為 A×B/C 或 A×B/C2，其中 A、B、C 可以從 X、Y、R、Θ、X 噪聲、Y 噪聲、R 噪聲、Aux 1 至 4 或頻率中選擇。
• 顯示類型：大數字讀數、條形圖、極坐標圖或條形圖
• 數據緩沖區：64k 數據點。緩沖區可以配置為 64k 點的單一軌跡，或每個 32k 點的 2 個軌跡，或每個 16k 點的 4 個軌跡。
• 采樣率：0.0625 Hz 至 512 Hz，外部至 512 Hz

分析功能

• 平滑：5、9、17、21、25 點（Savitsky-Golay）
• 曲線擬合：線性、指數或高斯
• 計算器：算術、三角和對數計算
• 統計：均值和標準差

通用

• 硬拷貝：屏幕打印到點陣或激光打印機。通過 RS-232 或 GPIB 打印到 HP-GL 兼容繪圖儀。
• 數據存儲：USB 驅動器。數據和儀器設置的存儲（二進制或 ASCII）。屏幕可以保存為 PCX 文件。
• 電源：60 W，100/120/220/240 VAC，50/60 Hz
• 尺寸：17″ × 6.25″ × 19.5″（寬 × 高 × 深）
• 重量：40 lbs
• 保修：一年的材料和工藝缺陷保修