斯坦福Stanford SRS儀器SR860鎖相放大器

   鎖相放大器（也稱為相位檢測器）：一種可從干擾的環境中分離出特定載波頻率信號的放大器，是一種用于檢測微弱信號的精密儀器，通過相敏檢測技術顯著提高信噪比。

假設有一個參考信號，鎖相放大器會將輸入信號與參考信號相乘，然后通過低通濾波器提取出直流分量，這樣噪聲就會被抑制，因為只有與參考信號同頻率且同相位的信號才會被有效放大。

工作原理：

1，相敏檢測（PSD）：

輸入信號與參考信號相乘，產生和頻與差頻成分。數學表達式為：

Vout=Vsig×Vref×[cos(θ?φ)?cos(2ωτ+θ+φ)]

其中，低頻部分（cos(θ?φ））為有效信號，高頻部分（2ω）通過低通濾波器濾除。

2，低通濾波：

濾除高頻噪聲，僅保留與參考信號同頻的直流分量，輸出幅值與相位差相關

3，相位調整：

移相器調整參考信號（φ），使θ?φ=0（同相），最大化輸出。

SR860鎖相放大器特點：

· 1 mHz 至 500 kHz

· 觸摸屏數據顯示

· 1 μs 至 30 ks 時間常數

· 低噪聲電壓和電流輸入

· 高帶寬輸出

· HDMI視頻輸出

· 10 MHz 時基輸入和輸出

· GPIB、RS-232、以太網和 USB

SR860 具有無與倫比的模擬性能、復雜的新數字信號處理功能、完全現代、直觀的用戶界面和廣泛的計算機連接選項，是任何同步檢測應用的理想選擇。

鎖定性能從前端開始。SR860 前端提供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，在 1 kHz 時噪聲為2.5 nV/√Hz ，在 10 Hz 時噪聲低于10 nV/√Hz。電壓輸入具有 10 MΩ 的輸入阻抗，可以是交流或直流耦合。輸入連接器屏蔽可通過用戶可選的 10 Ω（接地）或 10 kΩ（浮動）電阻器連接到儀器接地。

SR860 的內置電流放大器與以前的設計相比有了顯著的改進。電流輸入范圍可選擇 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。

SR860 的輸入范圍可以從前面板明確設置，而無需參考令人困惑的“動態儲備”方程。只需選擇您的實驗所需的靈敏度，然后選擇不會過載的最小輸入范圍。

輸出時間常數：

SR860提供傳統的rc響應輸出時間常數從1μs到30 ks，滾降為6、12、18和24 dB/oct。此外，SR860還提供先進的數字濾波器，可以顯著減少測量時間，同時增加信噪比。在3 s以下，高級濾波器為高斯FIR濾波器，在與RC濾波器相同的噪聲帶寬下，其上升時間和阻帶衰減明顯更好。這些濾波器還具有對稱的上升和下降輪廓，在掃描頻率時保留特征形狀。在時間常數大于3s時，在3 s以下，高級濾波器為高斯FIR濾波器，在與RC濾波器相同的噪聲帶寬下，其上升時間和阻帶衰減明顯更好。這些濾波器還具有對稱的上升和下降輪廓，在掃描頻率時保留特征形狀。在時間常數大于3s時，先進的濾波器是線性相位IIR濾波器，其沉降速度幾乎是RC濾波器等效阻帶衰減速度的兩倍。

在低于4khz的參考頻率下也可以選擇同步濾波。同步濾波器陷波出參考頻率的倍數，在進行低頻測量時非常有用，否則在鎖定輸出中會出現參考頻率的倍數。與以前的設計不同，SR860中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：

SR860的參考頻率范圍為1mhz ~ 500khz。檢測可以在參考頻率的基頻處進行，也可以在99次諧波處進行。幾種參考模式可用：內部模式使用SR860的精密內部振蕩器作為參考。外部模式鎖定到外部正弦或TTL信號。在雙模式下，鎖相檢測在內部設定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，在斬波模式下，SR860提供數字PID（比例積分導數）控制器信號，將SR540光學斬波器同步到鎖相器的內部振蕩器。通過鎖相直接控制斬波器，幾乎可以消除頻率漂移。

正弦輸出：

SR860提供精確的正弦波輸出，可以設置6位頻率分辨率和幅度范圍從1 nV到2 V。SR860輸出的獨特之處在于它可以配置為單端或差分（平衡）信號。可將±5 V的直流偏置應用于正弦輸出。還提供了與正弦輸出同步的后面板邏輯級同步信號。

時基：

提供后面板10 MHz輸入和輸出，允許SR860鎖定到外部頻率參考（如FS725 10 MHz銣頻率標準）。另外，SR860的10 MHz輸出可用于同步幾個鎖定或其他測試設備與10 MHz時基輸入。

FFT顯示：

鎖相放大器傳統上是時域儀器，但有時在頻域更容易理解信號。SR860在這兩個領域都很拿手。FFT顯示器顯示前端輸入信號的頻譜，后混頻器信號，或經過時間常數濾波器的信號的頻譜。使用FFT顯示器可以簡化追蹤隱秘噪聲源的過程，否則這些噪聲源會在傳統鎖相放大器的“單數字”輸出中丟失。

觸屏顯示器:

SR860前面板的中心是一個640 × 480的全彩觸摸屏，可以設置為顯示多達4個通道的數據。（當需要在暗室時，LCD屏幕可以從前面板或遠程接口關閉。）每個數據通道可以配置顯示X， Y， R， Θ， Aux In (1-4), Aux Out (1-2)， X噪聲，Y噪聲，正弦幅度，正弦輸出DC電平，參考相位或參考頻率。屏幕可以設置為顯示數據通道的大數字，很容易從整個房間看到，或者作為一個“條形圖”顯示每個通道的完整歷史，可選擇的時間尺度從0.5 s/div到2天/div。即使不顯示測量值，SR860也始終保存所有測量值，確保沒有數據丟失。觸摸屏還不斷顯示鍵鎖定設置參數，如相位，參考頻率和正弦振幅。后面板的HDMI接口允許在任何HDMI顯示器或電視上觀看LCD屏幕。

需要強調的是，盡管觸摸屏顯示對顯示數據很有用，但沒有必要使用觸摸屏來控制SR860上的常用儀表功能。所有常用的控制：時間常數、參考頻率、正弦振幅和偏置、輸入配置等，都可以通過專用的前面板旋鈕或按鈕進行控制。不經常訪問的配置設置，如TCP/IP設置和其他通信設置，通過觸摸屏上顯示的菜單進行訪問。

電腦連接:

SR860標準配備幾乎所有可以想象的遠程接口。當然提供了GPIB （IEEE488.2）和RS-232，以及USB（測試和測量類）和以太網（VXI-11和telnet）。SR860擁有自己的web服務器，只需一個瀏覽器就可以遠程監控和控制儀器。

前面板USB接口允許數據和屏幕截圖到USB閃存驅動器。數據可以保存為逗號分隔的文件或MATLAB兼容的。mat文件。將屏幕截圖和數據合并到報告或電子表格中從未如此簡單。

信號通道:

電壓輸入： 單端 (A) 或差分 (AB)

靈敏度/輸出量表 ：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）

過載前的最大輸入： 1 V（峰值）或 1 μA（峰值）

輸入阻抗:

電壓輸入： 10 MΩ + 25 pF，交流 (>1 Hz) 或直流耦合

電流輸入 ：1 kΩ 或 100 Ω 到虛擬接地

獲得準確度 ：±1 %（

噪音 ：1 kHz 時為 2.5 nV/√Hz（10 mV 輸入范圍，典型值）

諧波失真： -80 dB (100 kHz)

CMRR： 1 kHz 時為 90 dB（直流耦合，10 mV 至 100 mV 輸入范圍）

動態儲備： 120 分貝（典型值）