SRS,Stanford Research Systems,SR865A,4 MHz 数字信号处理锁相放大器
SR865A — 4 MHz 数字信号处理锁相放大器
概述
SR865A 锁相放大器提供卓越的性能和优越的性价比。它具有 4 MHz 的频率范围、从 1 µs 到 30 ks 的时间常数、极低噪声的前端放大器，以及现代、直观的用户界面，是任何同步检测应用的理想选择。
凭借超过 30 年的锁相放大器设计经验，SRS 对 SR865A 的每个细节进行了优化。从消除开关模式噪声的重型环形变压器到通过 iOS 连接将锁相放大器带到手机，再到消除更多噪声并加快实验速度的先进 DSP 滤波器，SR865A 是真正的终极锁相放大器。
趋势图
锁相放大器的性能从前端开始。SR865A 前端配备了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，1 kHz 时噪声为 2.5 nV/√Hz，10 Hz 时噪声低于 10 nV/√Hz。电压输入具有 10 MΩ 输入阻抗，可以进行 AC 或 DC 耦合。输入连接器屏蔽可以通过用户可选择的 10 Ω（接地）或 10 kΩ（浮地）电阻连接到仪器接地。
SR865A 的内置电流放大器代表了之前设计的显著改进。电流输入范围可以选择 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。
虽然内置的电压和电流放大器适用于大多数应用，但 SR865A 也兼容 SRS 提供的完整系列专用前置放大器。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）均可直接从 SR865A 的后面板前置放大器电源端口供电。
灵敏度和输入范围
与以前的仪器一样，SR865A 的灵敏度设置是产生满量程输出的电压（或电流）。但与以前的设计不同，SR865A 的输入范围可以通过前面板明确设置，无需查阅复杂的“动态余量”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即可。
SR865A 的有效动态余量即为这两个设置的比率。例如，在 10 nV 灵敏度设置和 300 mV 输入范围下，SR865A 的有效动态余量为 3 × 10^7，或接近 150 dB。
输出时间常数
SR865A 提供传统的 RC 响应输出时间常数，从 1 µs 到 30 ks，滚降率为 6、12、18 和 24 dB/oct。此外，SR865A 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。时间常数小于 3 秒时，先进滤波器为高斯 FIR 滤波器，这些滤波器在与 RC 滤波器相同的噪声带宽下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，在扫描频率时保持特征形状。时间常数大于 3 秒时，先进滤波器为线性相位 IIR 滤波器，这些滤波器的稳定时间几乎是其 RC 对应物的两倍，具有相同的停止带衰减。
同步滤波器也可以在 4 kHz 以下的参考频率处选择。同步滤波器去除参考频率的倍频，这在进行低频测量时非常有用，因为参考频率的倍频会出现在锁相输出中。与以前的设计不同，SR865A 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
SR865A 的参考频率范围为 1 mHz 到 4 MHz。检测可以在参考频率的基频或高达第 99 次谐波进行。提供几种参考模式：内部模式使用 SR865A 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。在双模式中，锁相放大器检测内部设置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，在剪切模式中，SR865A 提供数字 PID（比例-积分-微分）控制信号，以使 SR540 光学切割器与锁相放大器的内部振荡器同步。通过让锁相放大器直接控制切割器，频率漂移几乎可以消除。
正弦波输出
SR865A 提供精密的正弦波输出，可以设置为 6 位数的频率分辨率和 1 nV 至 2 V 的幅度范围。SR865A 的输出独特之处在于，它可以配置为单端或差分（平衡）信号。正弦波输出可以施加高达 ±5 V 的直流偏置。后面板还提供与正弦波输出同步的逻辑电平同步信号。
时间基准
提供后面板 10 MHz 输入和输出，允许 SR865A 锁定到外部频率参考（例如 FS725 10 MHz 铷频率标准）。或者，SR865A 的 10 MHz 输出可以用于同步多个锁相放大器或其他测试设备的 10 MHz 时间基准。
快速傅里叶变换（FFT）分析
FFT 显示
锁相放大器通常是时域仪器，但有时在频域中理解信号更为容易。SR865A 在这两个领域都得心应手。FFT 显示显示前端输入信号的频谱、混频器后的信号频谱或经过时间常数滤波器后的信号频谱。使用 FFT 显示可以简化追踪隐蔽噪声源的过程，这些噪声源否则可能会在传统锁相放大器的“一数字”输出中丢失。
前面板触摸屏显示
SR865A 前面板中央是一个全彩 640 × 480 触摸屏，可以设置为显示最多 4 个数据通道。（当需要黑暗实验室时，可以通过前面板或远程接口将 LCD 屏幕遮蔽。）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、正弦波幅度、正弦波直流电平、参考相位或参考频率。屏幕可以设置为显示大数字，方便从房间另一侧查看，或以“条形图”显示，显示每个通道的完整历史记录，时间尺度可选从 0.5 s/div 到 2 天/div。即使在未显示测量时，SR865A 也会持续保存所有测量，确保不会丢失任何数据。触摸屏还不断显示锁相放大器的关键设置参数，如相位、参考频率和正弦波幅度。后面板 HDMI 端口允许将 LCD 屏幕显示到任何 HDMI 显示器或电视上。
条形图记录
尽管触摸屏显示对于显示数据非常有用，但在 SR865A 上控制常用仪器功能时不必使用触摸屏。所有常用控制：时间常数、参考频率、正弦波幅度和偏置、输入配置等，都可以通过专用前面板旋钮或按钮进行控制。较少访问的配置设置，例如 TCP/IP 设置和其他通信设置，通过触摸屏上的菜单进行访问。
计算机连接
SR865A 标配几乎所有可能的远程接口。提供 GPIB（IEEE488.2）和 RS-232，以及 USB（测试和测量类）和以太网（VXI-11 和 telnet）。SR865A 主机自身的 Web 服务器允许通过浏览器远程监控和控制仪器。
前面板 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。将屏幕截图和数据纳入报告或电子表格变得更加简单。
SR865A 规格
信号通道
- 电压输入：单端（A）或差分（A-B）
- 灵敏度（输出刻度）：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）
- 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 到虚拟地
- 增益精度：±1 %（<200 kHz），±2 %（至 4 MHz）。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 至 100 mV 输入范围）
- 动态余量：120 dB（典型值）
参考通道
- 频率范围：0.001 Hz 至 4 MHz，指定
- 时间基准：后面板 10 MHz 输入/输出（相位锁定内部频率至其他 SR865A）
- 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）：正弦波输出至信号输入（200 mVrms）：
- <0.002°/°C（低于 20 kHz，DC 耦合）
- <0.02°/°C（低于 200 kHz）
- <0.2°/°C（低于 4 MHz）
- 谐波检测：检测 N × fref（N < 99，（N × fref）< 4 MHz）
- 双 F 参考：检测 fdual = │fint – fext│，所有频率必须小于 4 MHz
- 切割器参考：SR865A 驱动 SR540 切割器（通过 Aux Out 4）以将切割器锁定到 fint
解调器
- DC 稳定性：数字输出值没有偏移漂移
- 时间常数：1 µs 至 30 ks
- 低通滤波器：典型的 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 滚降
- 同步滤波器：4 kHz 以下可用
- 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 至 4 MHz，指定
- 频率精度：25 ppm + 30 µHz（使用内部时间基准）
- 外部时间基准：后面板 10 MHz 时间基准输入/输出
- 频率分辨率：6 位数或 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 至 2 Vrms（指定幅度为差分负载 50 Ω）。单端使用时幅度减半。高阻抗负载时幅度加倍
- 幅度分辨率：3 位数或 1 nV（以较大者为准）
- 直流偏置：±5 V，差分或共模
- 偏置分辨率：3 位数或 0.1 mV（以较大者为准）
- 输出限制：±6 V，直流偏置和峰值幅度之和
数据
- 数据通道：4 个数据通道显示和绘图（绿色、蓝色、黄色、橙色）
- 数据源：每个数据通道可以分配以下数据源：X、Y、R、Θ、Aux In 1 至 4、Aux Out 1 至 2、X 噪声、Y 噪声、正弦波幅度、正弦波直流电平、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记录可以随时显示
- 偏移：X、Y 和 R 可偏移高达 ±999 % 的输出刻度
- 放大：X、Y 和 R 可放大 ×10 或 ×100
- 比率：X 和 Y 可通过 Aux In 3 比率化。R 可通过 Aux In 4 比率化
- 捕获缓冲区：1 Mpoints 内部数据存储。存储（X）、（X 和 Y）、（R 和 Θ）或（X、Y、R 和 Θ）以高达 1.25 MHz 的采样率。这是除图表显示数据历史记录外的附加存储
- 数据流：通过以太网接口以高达 1.25 MHz 的采样率实时流式传输数据，格式为（X）、（X 和 Y）、（R 和 Θ），或（X、Y、R 和 Θ）
- 扫描：可以扫描以下参数之一：fint、正弦波幅度、正弦波直流电平、Aux Out 1 或 2
FFT
- 来源：输入 ADC、混频器输出或滤波器输出
- 记录长度：1024 个 bin
- 平均值：指数 rms
输入和输出
- CH1 输出：与 X 或 R 成比例，±10 V 满刻度通过 50 Ω
- CH2 输出：与 Y 或 Θ 成比例，±10 V 满刻度通过 50 Ω
- X 和 Y 后面板输出：与 X 和 Y 成比例，±10 V 满刻度通过 50 Ω
- BlazeX：X 的低延迟输出，±2.0 V 满刻度或逻辑电平同步输出，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
- 监视输出：信号放大器的模拟输出
- HDMI：视频输出到外部显示器或电视，640 × 480，60 Hz
- 时间基准 I/O：1 Vrms，10 MHz 时钟，用于将内部参考频率同步到其他单元
一般
- 接口：IEEE488.2、RS-232、USB 设备和以太网
- USB 闪存：前面板槽用于将屏幕截图和数据保存到 USB 闪存驱动器
- 前置放大器电源：9 针 D 连接器为 SRS 前置放大器供电
- 电源：60 W，100/120/220/240 VAC，50/60 Hz
- 尺寸：17″ × 5.25″ × 17″（宽 × 高 × 深）
- 重量：22 lbs
- 保修：一年零件和劳动力保修，针对材料和工艺缺陷
