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锁相放大器
SR860 — 500 kHz DSP 锁相放大器
- 频率范围：1 mHz 到 500 kHz
- 触摸屏数据显示
- 时间常数：1 µs 到 30 ks
- 低噪声电压和电流输入
- 高带宽输出
- HDMI 视频输出
- 10 MHz 时间基准输入和输出
- GPIB、RS-232、以太网和 USB 接口
概述
SR860 锁相放大器是 SRS 最新推出的一款锁相放大器，具有无与伦比的模拟性能、先进的数字信号处理功能、直观的现代用户界面和广泛的计算机连接选项，非常适合用于任何同步检测应用。凭借超过 30 年的锁相放大器设计经验，SRS 通过优化 SR860 的每一个细节，从消除开关模式噪声的沉重环形变压器到 iOS 连接，将锁相放大器带到手机上，再到减少噪声的高级 DSP 滤波器，SR860 无疑是终极锁相放大器的代表。
信号输入
- 电压输入：开关单端/差分 JFET 对放大器，1 kHz 时噪声为 2.5 nV/√Hz，10 Hz 时噪声低于 10 nV/√Hz。输入阻抗为 10 MΩ，可 AC 或 DC 耦合。输入连接器的屏蔽可以通过用户选择的 10 Ω（接地）或 10 kΩ（漂浮）电阻连接到仪器接地。
- 电流输入：当前输入范围可选择 1 μA 或 10 nA。1 μA 范围带宽为 400 kHz，噪声为 130 fA/√Hz；10 nA 范围带宽为 2 kHz，噪声为 13 fA/√Hz。SR860 也兼容 SRS 提供的全系列专用前置放大器，如 SR550（FET 输入）、SR552（BJT 输入）、SR554（变压器输入）、SR555（120 kHz 电流放大器）和 SR556（低噪声电流放大器）。
灵敏度与输入范围
SR860 的灵敏度设置是产生满量程输出的电压（或电流）。与之前的设计不同，SR860 的输入范围可以直接从前面板设置，无需查看复杂的“动态储备”公式。只需选择实验所需的灵敏度，然后选择不会过载的最小输入范围。SR860 的有效动态储备是这两个设置的比率。例如，使用 10 nV 灵敏度设置和 300 mV 输入范围时，SR860 的有效动态储备为 3 × 10^7，或接近 150 dB。
输出时间常数
SR860 提供从 1 µs 到 30 ks 的传统 RC 响应输出时间常数，衰减率为 6、12、18 和 24 dB/oct。此外，SR860 还提供先进的数字滤波器，这些滤波器可以显著减少测量时间，同时提高信噪比。在 3 秒以下，先进的滤波器是高斯 FIR 滤波器，其噪声带宽与 RC 滤波器相同，但具有显著更好的上升时间和停止带衰减。这些滤波器还具有对称的上升和下降曲线，能够在扫描频率时保持特征形状。在超过 3 秒的时间常数下，先进的滤波器为线性相位 IIR 滤波器，其稳定时间几乎是 RC 对应器的两倍，具有相同的停止带衰减。
参考通道
SR860 的参考频率范围为 1 mHz 到 500 kHz。检测可以在参考频率的基频或最多第 99 次谐波处进行。提供几种参考模式：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波或 TTL 信号；双模式下，锁相放大器检测内部设置的参考频率与外部同步信号之间的差频，允许直接恢复双重调制信号；切换模式下，SR860 提供数字 PID（比例-积分-微分）控制器信号，以将 SR540 光学切换器与锁相放大器的内部振荡器同步，从而几乎消除频率漂移。
正弦波输出
SR860 提供精密正弦波输出，频率分辨率为 6 位，幅度范围从 1 nV 到 2 V。SR860 的输出可以配置为单端或差分（平衡）信号。可以向正弦波输出施加 ±5 V 的 DC 偏移量。还提供一个 rear-panel 逻辑电平同步信号，与正弦波输出同步。
时间基准
提供 rear-panel 10 MHz 输入和输出，允许 SR860 锁定到外部频率基准（如 FS725 10 MHz 铷频率标准）。此外，SR860 的 10 MHz 输出可用于同步多个锁相放大器或其他测试设备，配备 10 MHz 时间基准输入。
FFT 显示
SR860 支持传统的时间域测量，但有时在频率域中理解信号更为直观。FFT 显示可以显示输入信号的频谱、混频器后的信号频谱或时间常数滤波器后的信号频谱。使用 FFT 显示可以简化对隐蔽噪声源的追踪，这些噪声源可能会在传统锁相放大器的“一数字”输出中丢失。
触摸屏显示
SR860 前面板中央是一个全彩 640 × 480 触摸屏，可以显示多达 4 个数据通道。每个数据通道可以配置为显示 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大数字，方便从房间另一端查看，或以“条形图”显示，显示每个通道的完整历史记录，时间尺度可选择从 0.5 s/div 到 2 天/div。即使在未显示测量时，SR860 也会不断保存所有测量数据，确保不会丢失任何数据。触摸屏还会持续显示锁相放大器设置参数，如相位、参考频率和正弦幅度。后面板的 HDMI 端口允许将 LCD 屏幕显示到任何 HDMI 监视器或电视上。
计算机连接
SR860 标配几乎所有想象得到的远程接口。提供 GPIB（IEEE488.2）和 RS-232 接口，以及 USB（测试和测量类）和以太网（VXI-11 和 telnet）。SR860 内置了自己的 Web 服务器，允许通过浏览器远程监控和控制仪器。
前面板的 USB 端口允许将数据和屏幕截图保存到 USB 闪存驱动器。数据可以保存为逗号分隔文件或 MATLAB 兼容的 .MAT 文件。将屏幕截图和数据整合到报告或电子表格中变得更加简便。
SR860 规格
信号通道
- 电压输入：单端（A）或差分（A-B）
- 灵敏度/输出尺度：1 nV 到 1 V（电压输入），1 fA 到 1 µA（电流输入）
- 电压输入范围：10 mV 到 1 V（峰值）
- 电流输入范围：1 µA 或 10 nA（峰值）
- 过载前最大输入：1 V（峰值）或 1 µA（峰值）
- 输入阻抗：
- 电压输入：10 MΩ + 25 pF，AC（>1 Hz）或 DC 耦合
- 电流输入：1 kΩ 或 100 Ω 到虚拟接地
- 增益准确度：±1%（<200 kHz），±2%（至 500 kHz）。信号幅度必须小于输入范围的 30%。
- 噪声：1 kHz 时 2.5 nV/√Hz（10 mV 输入范围，典型值）
- 谐波失真：-80 dB（<100 kHz），-60 dB（>100 kHz）
- 共模抑制比（CMRR）：1 kHz 时 90 dB（DC 耦合，10 mV 到 100 mV 输入范围）
- 动态储备：120 dB（典型值）
参考通道
- 频率范围：0.001 Hz 到 500 kHz
- 时间基准：10 MHz 输入/输出（将内部频率锁定到其他 SR860）
- 输入阻抗：1 MΩ 或 50 Ω
- 相位设置分辨率：360/232 度
- 相位噪声：
- 内部参考：1 kHz 时 <0.0001° rms（100 ms，12 dB/oct）
- 外部参考（典型值）：1 kHz 时 <0.001° rms（100 ms，12 dB/oct）
- 相位漂移（典型值）：
- 正弦输出到信号输入（200 mVrms）：<0.002°/°C（低于 20 kHz，DC 耦合）
- <0.02°/°C（低于 200 kHz）
- <0.2°/°C（低于 2 MHz）
- 谐波检测：检测 N × fref（N < 99，N × fref < 2 MHz）
- 双重参考：检测 fdual = │fint – fext│。所有频率必须小于 2 MHz
- 切换器参考：SR860 驱动 SR540 切换器（通过 Aux Out 4）以将切换器锁定到 fint
解调器
- DC 稳定性：数字输出值无偏移漂移
- 时间常数：1 µs 到 30 ks
- 低通滤波器：典型 RC 类型滤波器或先进的高斯/相位线性滤波器
- 滤波器斜率：6、12、18 或 24 dB/oct 衰减
- 同步滤波器：可用于 4 kHz 以下
- 谐波抑制：-80 dB
- 低延迟输出：后面板 BlazeX 输出，延迟 <2 µs（加上 LPF 上升/下降时间）
内部振荡器
- 频率：1 mHz 到 500 kHz
- 频率准确度：25 ppm + 30 µHz（使用内部时间基准）
- 外部时间基准：后面板上的 10 MHz 时间基准输入/输出
- 频率分辨率：6 位或 0.1 mHz（以较大者为准）
正弦波输出
- 输出：差分或单端
- 输出阻抗：50 Ω 源
- 幅度：1 nVrms 到 2 Vrms（指定幅度为 50 Ω 负载的差分值）。单端使用时幅度减半。高阻抗负载时幅度翻倍。
- 幅度分辨率：3 位或 1 nV（以较大者为准）
- DC 偏移：±5 V，差分或共模
- 偏移分辨率：3 位或 0.1 mV（以较大者为准）
- 输出限制：±6 V，DC 偏移和峰值幅度之和
- 同步：后面板上的逻辑电平同步（通过 BlazeX 输出）
数据
- 数据通道：显示和绘制 4 个数据通道（绿色、蓝色、黄色、橙色）
- 数据来源：每个数据通道可以分配以下数据源中的任何一个：X、Y、R、Θ、Aux In 1 到 4、Aux Out 1 到 2、X 噪声、Y 噪声、正弦输出幅度、正弦输出 DC 电平、参考相位或参考频率
- 数据历史：所有数据源在所有图表显示时间尺度上持续存储。任何数据源的完整存储历史可以随时显示。
- 偏移：X、Y 和 R 可以偏移至 ±999% 输出尺度
- 扩展：X、Y 和 R 可以扩展 ×10 或 ×100
- 比率：X 和 Y 可以通过 Aux In 3 比率计算。R 可以通过 Aux In 4 比率计算
- 捕获缓冲区：1 Mpoints 内部数据存储。以最高 1.25 MHz 的采样率存储（X）、（X 和 Y）、（R 和 Θ）或（X、Y、R 和 Θ）。这是除了图表显示的数据历史之外的附加存储。
- 数据流：实时数据流，支持（X）、（X 和 Y）、（R 和 Θ）或（X、Y、R 和 Θ）的采样率最高达 1.25 MHz，通过以太网接口
- 扫描：可扫描以下参数之一：fint、正弦输出幅度、正弦输出 DC 电平、Aux Out 1 或 2。
FFT
- 来源：输入 ADC、解调器输出或滤波器输出
- 记录长度：1024 个频 bins
- 平均：指数 rms
输入和输出
- CH1 输出：与 X 或 R 成正比，±10 V 满量程通过 50 Ω
- CH2 输出：与 Y 或 Θ 成正比，±10 V 满量程通过 50 Ω
- X 和 Y 后面板输出：与 X 和 Y 成正比，±10 V 满量程通过 50 Ω
- BlazeX：X 的低延迟输出，±2.0 V 满量程或逻辑电平参考同步输出，通过 50 Ω
- Aux 输出：4 个 BNC D/A 输出，±10.5 V 通过 50 Ω，1 mV 分辨率
- Aux 输入：4 个 BNC A/D 输入，±10.5 V，1 mV 分辨率，1 MΩ 输入
- 触发输入：TTL 输入触发存储到内部捕获缓冲区
- 监控输出：信号放大器的模拟输出
- HDMI：视频输出到外部监视器或电视，640 × 480，60 Hz
- 时间基准 I/O：1 Vrms，10 MHz 时钟，将内部参考频率同步到其他设备
一般
- 接口：IEEE488.2、RS-232、USB 设备和以太网
- USB 闪存：前面板插槽用于 USB 闪存存储屏幕截图和数据
- 前置放大器电源：9 针 D 连接器，为 SRS 前置放大器供电
- 功率：60 W，100/120/220/240 VAC，50/60 Hz
- 尺寸：17″ × 5.25″ × 17″（WHL）
- 重量：22 lbs
- 保修：一年零件和材料的缺陷保修
