SR860锁相放大器 斯坦福Stanford SRS仪器DSP锁相放大器带宽500kHz

锁相放大器（也称为相位检测器）：一种可从干扰的环境中分离出特定载波频率信号的放大器，是一种用于检测微弱信号的精密仪器，通过相敏检测技术显著提高信噪比。

假设有一个参考信号，锁相放大器会将输入信号与参考信号相乘，然后通过低通滤波器提取出直流分量，这样噪声就会被抑制，因为只有与参考信号同频率且同相位的信号才会被有效放大。
工作原理：
1，相敏检测（PSD）：
输入信号与参考信号相乘，产生和频与差频成分。数学表达式为：
Vout=Vsig×Vref×[cos(θ−φ)−cos(2ωτ+θ+φ)]
其中，低频部分（cos(θ−φ））为有效信号，高频部分（2ω）通过低通滤波器滤除。
2，低通滤波：
滤除高频噪声，仅保留与参考信号同频的直流分量，输出幅值与相位差相关
3，相位调整：
移相器调整参考信号（φ），使θ−φ=0（同相），最大化输出。
SR860锁相放大器特点：
· 1 mHz 至 500 kHz
· 触摸屏数据显示
· 1 µs 至 30 ks 时间常数
· 低噪声电压和电流输入
· 高带宽输出
·HDMI视频输出
· 10 MHz 时基输入和输出
·GPIB、RS-232、以太网和 USB
SR860 具有无与伦比的模拟性能、复杂的新数字信号处理功能、完全现代、直观的用户界面和广泛的计算机连接选项，是任何同步检测应用的理想选择。
锁定性能从前端开始。SR860 前端提供最先进的电压和电流输入放大器。电压输入是一个可切换的单端/差分 JFET 对放大器，在 1 kHz 时噪声为2.5 nV/√Hz ，在 10 Hz 时噪声低于10 nV/√Hz。电压输入具有 10 MΩ 的输入阻抗，可以是交流或直流耦合。输入连接器屏蔽可通过用户可选的 10 Ω（接地）或 10 kΩ（浮动）电阻器连接到仪器接地。
SR860 的内置电流放大器与以前的设计相比有了显着的改进。电流输入范围可选择 1 μA 或 10 nA。1 μA 范围具有 400 kHz 的带宽和130 fA/√Hz的噪声，而 10 nA 范围提供 2 kHz 的带宽和13 fA/√Hz的噪声。
SR860 的输入范围可以从前面板明确设置，而无需参考令人困惑的“动态储备”方程。只需选择您的实验所需的灵敏度，然后选择不会过载的最小输入范围。
输出时间常数：
SR860提供传统的rc响应输出时间常数从1µs到30 ks，滚降为6、12、18和24 dB/oct。此外，SR860还提供先进的数字滤波器，可以显着减少测量时间，同时增加信噪比。在3 s以下，高级滤波器为高斯FIR滤波器，在与RC滤波器相同的噪声带宽下，其上升时间和阻带衰减明显更好。这些滤波器还具有对称的上升和下降轮廓，在扫描频率时保留特征形状。在时间常数大于3s时，在3 s以下，高级滤波器为高斯FIR滤波器，在与RC滤波器相同的噪声带宽下，其上升时间和阻带衰减明显更好。这些滤波器还具有对称的上升和下降轮廓，在扫描频率时保留特征形状。在时间常数大于3s时，先进的滤波器是线性相位IIR滤波器，其沉降速度几乎是RC滤波器等效阻带衰减速度的两倍。
在低于4khz的参考频率下也可以选择同步滤波。同步滤波器陷波出参考频率的倍数，在进行低频测量时非常有用，否则在锁定输出中会出现参考频率的倍数。与以前的设计不同，SR860中的同步滤波器可以在不损失输出分辨率的情况下选择。
参考通道：
SR860的参考频率范围为1mhz ~ 500khz。检测可以在参考频率的基频处进行，也可以在99次谐波处进行。几种参考模式可用：内部模式使用SR860的精密内部振荡器作为参考。外部模式锁定到外部正弦或TTL信号。在双模式下，锁相检测在内部设定的参考频率和外部应用的同步信号之间的差频，允许直接恢复双调制信号。最后，在斩波模式下，SR860提供数字PID（比例积分导数）控制器信号，将SR540光学斩波器同步到锁相器的内部振荡器。通过锁相直接控制斩波器，几乎可以消除频率漂移。
正弦输出：
SR860提供精确的正弦波输出，可以设置6位频率分辨率和幅度范围从1 nV到2 V。SR860输出的独特之处在于它可以配置为单端或差分（平衡）信号。可将±5 V的直流偏置应用于正弦输出。还提供了与正弦输出同步的后面板逻辑级同步信号。
时基：
提供后面板10 MHz输入和输出，允许SR860锁定到外部频率参考（如FS725 10 MHz铷频率标准）。另外，SR860的10 MHz输出可用于同步几个锁定或其他测试设备与10 MHz时基输入。
FFT显示：
锁相放大器传统上是时域仪器，但有时在频域更容易理解信号。SR860在这两个领域都很拿手。FFT显示器显示前端输入信号的频谱，后混频器信号，或经过时间常数滤波器的信号的频谱。使用FFT显示器可以简化追踪隐秘噪声源的过程，否则这些噪声源会在传统锁相放大器的“单数字”输出中丢失。
触屏显示器:
SR860前面板的中心是一个640 × 480的全彩触摸屏，可以设置为显示多达4个通道的数据。（当需要在暗室时，LCD屏幕可以从前面板或远程接口关闭。）每个数据通道可以配置显示X， Y， R， Θ， Aux In (1-4), Aux Out (1-2)， X噪声，Y噪声，正弦幅度，正弦输出DC电平，参考相位或参考频率。屏幕可以设置为显示数据通道的大数字，很容易从整个房间看到，或者作为一个“条形图”显示每个通道的完整历史，可选择的时间尺度从0.5 s/div到2天/div。即使不显示测量值，SR860也始终保存所有测量值，确保没有数据丢失。触摸屏还不断显示键锁定设置参数，如相位，参考频率和正弦振幅。后面板的HDMI接口允许在任何HDMI显示器或电视上观看LCD屏幕。
需要强调的是，尽管触摸屏显示对显示数据很有用，但没有必要使用触摸屏来控制SR860上的常用仪表功能。所有常用的控制：时间常数、参考频率、正弦振幅和偏置、输入配置等，都可以通过专用的前面板旋钮或按钮进行控制。不经常访问的配置设置，如TCP/IP设置和其他通信设置，通过触摸屏上显示的菜单进行访问。
电脑连接:
SR860标准配备几乎所有可以想象的远程接口。当然提供了GPIB （IEEE488.2）和RS-232，以及USB（测试和测量类）和以太网（VXI-11和telnet）。SR860拥有自己的web服务器，只需一个浏览器就可以远程监控和控制仪器。
前面板USB接口允许数据和屏幕截图到USB闪存驱动器。数据可以保存为逗号分隔的文件或MATLAB兼容的。mat文件。将屏幕截图和数据合并到报告或电子表格中从未如此简单。
信号通道:
电压输入： 单端 (A) 或差分 (AB)
灵敏度/输出量表 ：1 nV 至 1 V（电压输入）、1 fA 至 1 µA（电流输入）
电压输入范围 ：10 mV 至 1 V（峰值）
电流输入范围： 1 µA 或 10 nA（峰值）
过载前的最大输入： 1 V（峰值）或 1 µA（峰值）
输入阻抗:
电压输入： 10 MΩ + 25 pF，交流 (>1 Hz) 或直流耦合
电流输入 ：1 kΩ 或 100 Ω 到虚拟接地
获得准确度 ：±1 %（
噪音 ：1 kHz 时为 2.5 nV/√Hz（10 mV 输入范围，典型值）
谐波失真： -80 dB (100 kHz)
CMRR： 1 kHz 时为 90 dB（直流耦合，10 mV 至 100 mV 输入范围）
动态储备： 120 分贝（典型值）

审核编辑 黄宇