赛恩科仪 锁相放大器模块OE1311/OE1351 100/500kHz锁相放大器模块

锁相放大器模块OE1311/1351 100/500kHz锁相放大器模块

概述

OE1311/OE1351模块锁相放大器是目前款的核心技术产品，是一款高性能、高性价比的测量仪器。基于数字调制、输出滤波器以及高精度24位数模转换器(ADC)，采用全新Zynq架构，能够精确、快速测量出淹没在大噪声中的有效信号分量。而且，OE1311/OE1351锁相放大器能够同时测量输入信号的幅度和相位信息，在测量精度、工作频率范围、信噪比、动态储备等核心参数方面，均与国际同行业的技术相媲美。同时新开发了多谐波测量、示波器，频谱分析仪等功能，使得OE1311/OE1351功能可以满足多种科研及工业用途。

输入信号通道

锁相放大器OE1311/OE1351中所采用的低噪声模拟前端放大器能够有效地处理差分信号或者单端信号，其等效输入噪声为10nV/√Hz。本通道的输入阻抗为10MΩ，在满量程输出时能够检测到的输入信号电平为1nV至5V。此外，OE1311/OE1351能够应用于输入电流信号的测量，其前端可变电流增益为10^6 V/A。OE1311/OE1351的动态范围可以达到120dB以上，其可以根据输入信号的幅度来调节内部的可编程的增益放大器以改变整个系统的动态储备。高精度的24位ADC的采样率为4SPS，在ADC前面的抗混叠滤波器能够有效地防止信号混叠。

参考信号通道

OE1311OE1351数字锁相放大器的参考信号可根据用户的实际情况来选择正弦波信号或者是方波信号，同时也可以利用仪器内部数字合成的参考信号。当OE1311/OE1351设定为内部参考信号模式时，仪器内部的高精度振荡器和数字合成算法能够产生用于和输入信号相乘的正弦波信号，此时的内部参考信号几乎不会受到相位噪声的影响。利用数字移相技术，内部参考信号的相位能够达到1udeg 的分辨率精度。本仪器的内部参考信号模式能够在1uHz至100/500kHz的频率范围内正常工作。此外，OE1311/OE1351也能够使用外部参考信号模式，正弦波信号和TTL逻辑电平可作为外部参考信号。外部参考信号的上升沿或者下降沿会触发内部的锁相环(PLL)。基于参考信号的频率，OE1311/OE1351可以对信号谐波进行检测，其所能检测到的谐波信号频率是基频的65535倍，但谐波频率不能超过仪器的工作频率100/500 kHz。

滤波器

OE1311/OE1351的核心部件是调制器。相比于模拟的信号乘法器，这款仪器内部的数字调制器能够有效地遏制直流偏移和失调所带来的潜在测量误差。同时，通过优化该数字调制器内部相干信号的乘法运算，使得其计算误差为最小，保证仪器能够精确的检测出输入的微弱信号。OE1311/OE1351的时间常数可以设定在1μs至3ks之间。输出低通滤波器的滚降速率可设定为6、12、18、24、30、36、42和48 dB/oct。这款低通数字滤波器是利用无限脉冲响应（IIR)滤波器结构实现的，其信号处理的采样率为4 MHz。OE1311/OE1351采用的数字调制方法和滤波器结构，保证其相对于模拟锁相放大器来说拥有更高的动态储备（>120dB)、精确的相位（相位误差<1°)、零直流漂移和良好的正交性。此外，在输入信号的频率低于1 kHz时，OE1311/OE1351还会使用同步滤波器来消除参考信号的谐波影响，保证仪器能够快速的检测出有效的低频信号。

示波器

示波器具有一个 4 MSa/s 模拟输入通道，具有2MHz 模拟带宽、5 Vrms 输入电压范围以及用户可配置的 AC/DC 耦合和10 MΩ 阻抗。

频谱分析仪

频谱分析仪可以在频域中观察DC到2MHz输入信号。 同时分辨率带宽低至 1 Hz，最小跨度为 100 Hz。

多解调器

传统的锁相放大器中，同一时间只能测量基频信号或者某个谐波信号分量。因此对于某些需要同时多个频率分量的幅值及相位的情况，传统锁相放大器是无法满足测量要求。OE1311/OE1351的数字端将FPGA与ARM技术相结合，实现更高的处理带宽及更灵活的数字架构，数字处理精度可达到48位，可以最多同时以8个容易频率分析信号输入，8 个解调器可自由配置幅值和相位，实现自由组合。

信号发生器

基于16位的数模转换器（DAC），OE1311/OE1351能够产生频率范围在1uHz到100/500kHz之内的正弦波信号，其信号的幅值和相位与仪器内部的振荡器有关，可以通过仪器的控制目录能够设定仪器所产生的正弦信号的幅值。OE1311/OE1351的信号发生器所能产生的正弦波信号的幅值为5 Vrms。

接口

OE1311/OE1351的接口标准为1000Mbps RJ45网口和XH2.54-4PIN串口。通过网口或者串口，用户能够在控制计算机上有效地使用OE1311/OE1351的所有测试功能，包括设定仪器的合理控制参数和读取仪器所测的数据。

PC软件操作

配套图形化上位机软件。拥有快捷图形按钮及丰富的图形操作功能，此外，本软件具有清晰的数值显示和波形显示功能，可实时显示测量数据，测量结果可以采用excel格式输出保存，供后续的专业软件进行分析，让测试得心应手。此外，我们还全面支持Python、MATLAB 和LabVIEW 应用程序接口（API）。

信号通道
电压输入模式 单端或差分输入
满量程灵敏度 1 nV 至 5 V，以 1-2-5 的倍数顺序步进
电流输入增益 10⁶ V/A
输入阻抗
电压 10 MΩ//10 pF，交流或直流耦合
电流 1 kΩ 到虚拟地
共模抑制比 >70 dB 至 10 kHz，以 6 dB/oct 减小
动态储备 >120 dB
增益精度 标准 0.5%， 2%
电压噪声
997Hz时 5 nV/√ Hz

参考通道
输入
频率范围 1 uHz 至 100/500 kHz
参考输入 方波或正弦波
输入阻抗 10 MΩ
方波参考电平 V_IH>3V， V_IL<0.5V
正弦参考信号 >2 Hz
> 400 mVpp
相位
分辨率 1udeg
相位误差 <1deg

相对相位误差 <0.001deg

正交性
内部参考 在 1 kHz 时： <0.0001°rms
外部参考 在 1 kHz 时： 0.005°rms(时间常数 100 ms， 12 dB/oct)
温漂
低于 10 kHz <0.01°/℃
高于 10 kHz <0.1°/℃

谐波检测 2F, 3F, …nF 至 100/500 kHz (n<65,535)

采集时间

内部参考 即时采集

外部参考 （3个周期+5ms）或者40ms

解调器

稳定性

数字输出 所有设置均无零点漂移

显示 所有设置均无零点漂移

模拟输出 所有动态储备设置小于5 ppm/℃

谐波抑制 -90 dB

时间常数 1 us至3 ks . 6, 12, 18, 24,30,36,42 ,48dB/oct陡降

同步滤波器 低于1 kHz且大于18dB/oct陡降有效

信号发生器

频率

范围 1 uHz至100/500 kHz

精度 2 ppm + 10 uHz

分辨率 1 uHz

失真 -70 dBc

正弦幅值 0.001Vrms至5 Vrms (分辨率1 mVrms)

误差 标准0.5% (f<10 kHz)，2%

温度稳定性 100 ppm/℃

正弦输出 正弦信号，输出阻抗50 Ω

TTL同步输出 5V TTL/CMOS电平，输出阻抗200Ω

辅助输入与输出

CH 1 和 CH 2

功能 输出X,Y,R,θ和谐波

幅值 ±10 V

驱动电流 ±30mA max

AUX Inputs

功能 2通道输入

幅值 ±10 V，1 mV分辨率

阻抗 1 MΩ

通讯接口

UART XH2.54-4PIN

网口 隔离式1000Mbps RJ45接口

其他

电源要求

电压 12VDC±5%

功率 标准18W，不超过24W

尺寸

长 180 mm

深 106 mm

高 44 mm

应用领域

扫描显微镜 AFM、STM、SPM

材料科学 载流子迁移率、载流子密度、霍尔效应、超声材料

输运测量 电导测量，阻抗测量

噪声表征 噪声密度，互相关测量

光学实验 光谱分析、光谱测量、THz测量、TDLAS

传感器测量 陀螺仪、光电传感器、谐振器、加速度计

磁性传感 SQUIDs, NV色心, 原子磁强计，VSM

生物医疗 微流控

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