Двухканальный высокочастотный синхронный усилитель HF2LI

Описание

HF2LI (High Frequency 2-inputs Lock-In) от Zurich Instruments – цифровой синхронный усилитель, работающий в диапазоне частот от 0.7 мкГц до 50 МГц. Благодаря наличию двух независимых контуров, в большинстве испытательных схем система фактически может работать как две отдельных. Великолепная точность (как за счет снижения шумов, так и повышением динамического резерва 120 дБ) достигается за счет использования 128-битной цифровой обработке. В результате HF2LI обладает непревзойденными показателями, поднимающими синхронное усиление на новую высоту. Передача информации на компьютер происходит за счет высокоскоростного интерфейса USB 2.0. ПО LabOne обеспечивает полноценный графический пользовательский интерфейс, а комплект программ, входящих в поставку делает управление всеми функциями прибора очень удобным.

Ключевые характеристики

• Скорость семплирования – 210 MSa/s, 14 бит;
• Диапазон частот – от DC до 50 МГц;
• Шесть демодуляторов, до 6 осцилляторов;
• Шум на входе – 5нВ/√Гц, динамический резерв 120 дБ, минимальная временная константа – 1 мкс;
• ПО LabOne в комплекте поставки: Oscilloscope, Parametric Sweeper, Imaging Module, Spectrum Analyzer (FFT);
• Два отдельных синхронных модуля, два генератора сигналов; • API для LabVIEW, .NET, MATLAB, C, Python.

Доступные опции

• HF2LI-MF многочастотная опция;
• HF2LI-PLL система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);
• HF2LI-PID Счетверённый PID контроллер;
• HF2LI-MOD AM/FM модуляция;
• HF2TA усилитель тока (требует покупки отдельно стоящего модуля).

Вводы и выводы сигнала
Два 14-битных ввода сигналов обеспечивают уровень входных шумов не выше 5нВ/√Гц. Скорость семплирования составляет 210 MSa/s и обеспечивает эффективное сглаживание и отличное соотношение «сигнал/шум». Линейная комбинация до 6 синусоид может быть выведена на компьютер с разрешением 16 бит в различных диапазонах вплоть до ±10 В. Амплитудой, частотой, и фазовым сдвигом каждого компонента можно независимо управлять при приобретении опции HF2LI-MF (многочастотная опция).
Демодуляторы и фильтры
Синхронный усилитель HF2LI имеет шесть двухфазных демодуляторов. Параметры каждого могут быть установлены независимо: временная константа (от 1 мкс до 500 с) или ширина полосы (от 80 мкГц до 200 кГц) и фильтрование высших гармоник (от 1 до 8). Фильтры являются цифровыми и используют новейшую 128-битную платформу. Их преимущество перед аналоговыми фильтрами заключается в более высоком динамическом резерве, нулевом дрифте, точном фазовом сдвиге и высокой ортогональности.
ПО LabOne
Синхронные усилители HF2LI управляются с помощью ПО LabOne. Наличие интегрированного веб-сервера делает возможным использование графического интерфейса, доступного через любой браузер, и устраняет необходимость установки дополнительного ПО. Благодаря LabOne управление прибором очень удобно – любую функцию можно вызвать не более чем с двух кликов мышкой. Компьютер является центром сбора, анализа и хранения данных. Основные функции – Integrated Oscilloscope, Spectrum Analyzer, Imaging Module, Plotter, Parameter Sweeper.
Выбор API
Для комфортного внедрения в управляющую среду, применяемую конечным пользователем, имеются интерфейсы LabView, MATLAB, .NET, C и Python.

Основные функции ПО LabOne

Синхронный усилитель
Каждый демодулятор представлен в виде блок-схемы, для облегчения корректного понимания принципов работы синхронного усилителя. Функция «Обзор» (overview) даёт возможность контроля над всеми демодуляторами с единой панели.

Осциллоскоп с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ, FFT)
Позволяет выполнить анализ временной и частотной зависимостей сигналов на входах, а также триггерных сигналов. Ключевые особенности:

• Несколько источников сигналов: сигналы на входах, триггерные сигналы и др.;
• Различные триггерные источники и триггерные методы;
• 2048 семплов в памяти.

Параметрический свипер
Даёт возможность выполнения автоматических измерений путем смещения параметров прибора в определенных диапазонах с возможностью настройки числа шагов и их величины (линейной или логарифмической). Важнее всего то, что без проблем автоматизируется запись частотной зависимости в виде изменений смещающего напряжения или амплитуды тестового сигнала. Имеется несколько особых программных режимов (заключающихся в подборе оптимальных параметров для конкретных измерений), позволяющих получать точные и воспроизводимые результаты с минимальными затратами времени.

• Параметры, которые могут смещаться по заданному алгоритму: частота, фазовый сдвиг, амплитуда выходного сигнала, сдвиг токов и другие;
• Анализатор частотного отклика (график Боде);
• Предустановленные программные режимы (FRA, Noise, 3-Omega и другие);
• Нормализация, автоматическая подстройка частот, усреднение и стандартизация отклонений.

Анализатор спектра с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ, FFT)
Анализатор использует сигнал с вывода частоты или демодулятора как входной параметр и применяет быстрое преобразование Фурьер. Ключевые параметры:

• Четыре разнообразных функциональных окна БПФ;
• Спектры амплитуды, спектральной плотности и мощности;
• Режимы БПФ: FFT(X+iY), FFT(R), FFT(ϴ), FFT(f) и FFT((dϴ/dt)/2π);
• Авторегулировка, автосканирование, компенсация фильтра.

Система визуализации
Преобразует измеренные сигналы в изображение, для упрощения понимания процессов.

• Точное определение «линии», основанное на линейном триггере и заданном промежутке времени;
• Ресемплинг заданного числа точек с использованием интерполяции или усреднения;
• Возможность хранения полученных изображений в различных форматах.

Плоттер и программный триггер
Плоттер и программный триггер отображают разнообразную анализируемую информацию, а также параметры модели в заданном временном промежутке. Различие в том, что плоттер показывает информацию непрерывно, а программный триггер захватывает и отображает отдельные диапазоны, выбираемые на основании заданных условий.

• Отображение информации в полярной либо декартовой системе координат;
• Поддержка многодорожечного (multi-trace) режима с возможностью осевого группирования для удобного осевого масштабирования;
• Режимы отображения: положение (location), участок (area), слежение (tracking), волна (wave), пик (peak), гистограмма (histogram).

Опционально доступные улучшения для HF2LI

HF2LI-PLL: двухконтурная система фазовой подстройки частоты (ФАПЧ, PLL)

• Ширина фильтра низких частот до 50 кГц;
• ПО LabOne PLL Advisor и автоматическая регулировка;
• Лучшие в классе показатели гармонических искажений на входе и выходе.

Два PLL контроллера могут использовать каждый из 6 демодуляторов в качестве настраиваемых фазовых детекторов. Ширина полосы частот может быть настроена в широком диапазоне, а сдвиг частоты может быть выведен наружу со смещением и требуемым масштабом через любой из 4 вспомогательных выводов. LabOne PLL Advisor и функция автоматической настройки обеспечивают быстрое и точное достижение рабочих параметров.
HF2LI-PID: счетверенный контроллер PID

• Ширина фильтра низких частот до 5 кГц;
• ПО LabOne PID Advisor и автоматическая регулировка;
• Базовый арифметический блок;
• Задание точек: toggle, external, cascaded.

Четыре PID-контроллера встраиваются в синхронный усилитель и получают всю поступающую информацию, а также предоставляют обратную связь в виде амплитуды сигналов, фазовых сдвигов, или через вспомогательные разъемы. LabOne PID Advisor и функция автоматической настройки обеспечивают быстрое и точное достижение рабочих параметров.

HF2LI-MOD: AM/FM модуляция

• AM и FM модуляция/демодуляция;
• Работа с одним боковым лепестком;
• Носители на повышенных гармониках, а также боковые лепестки высоких порядков.

Два модулятора генерируют несущую частоту и по два боковых лепестка. Параметры фильтров для каждой частотной компоненты могут быть настроены независимо.
HF2TA: Усилитель тока

• Полоса сигнала до 50 МГц;
• Усиление в диапазоне от 100 В/А до 100 МВ/А;
• Два независимых канала усиления;
• Низкий уровень шума и потерь входного сигнала.

HF2TA – это двухканальный усилитель тока, позволяющий конвертировать ток на 2 входах в соответствующее напряжение на двух выходах в частотном диапазоне до 50 МГц. Эта опция представляет собой активный зонд, который может быть расположен рядом с измерительной установкой. Он подключается через HF2LI и управляется с использованием ПО LabOne.
HF2LI-MF: многочастотная опция

• Шесть осцилляторов вместо двух;
• Матрица переключений входных сигналов для каждого из шести демодуляторов;
• До шести частот на каждом выходе.

Увеличение количества осцилляторов позволяет выполнять анализ одновременно на нескольких произвольных частотах (до 6) для каждого ввода сигнала. Использование линейной комбинации 6 демодулированных частот позволяет высокую точность конфигурирования сигнала как по фазе, так и по амплитуде.

Спецификация

Общие параметры Размеры 45 × 35 × 10 см (для установки в 19-дюймовую стойку) Вес 6.2 кг Питание AC: 100 – 120, 220 – 240 В, 50/60 Гц Высокочастотные вводы сигнала Диапазон частот DC – 50 МГц Сопротивление на входе 50 Ом или 1 МОм || 20 пФ Шум по напряжению на входе 5 нВ/√Гц (> 10 кГц) Динамический резерв до 120 дБ Диапазон входных напряжений ± 3.3 В Диапазон по переменном току ± 1.5 В (DC связь) АЦП 14 бит, 210 MSa/s Высокочастотные выводы сигнала Диапазон частот DC – 50 МГц Диапазоны напряжений на выходе ± 10 мВ, 100 мВ, 1 В, 10 В Сумматор сигналов ± 10 В, от DC до 50 МГц ЦАП 16 бит, 210 MSa/s Демодуляторы и референс Кол-во демодуляторов 6 двухфазных Кол-во осцилляторов 2 (6 опцией с HF2LI-MF) Выходной диапазон USB: до 460 kSa/s Вспомогательные выходы: 1 MSa/s Постоянная времени От 1 мкс до 500 с Диапазон измерений От 80 мкГц до 200 кГц Спад фильтра (дБ/Окт) 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48 X, Y, R, ϴ 64 бит во всем диапазоне Разрешение по частоте 0.7 мкГц Разрешение по фазе 1.0·10-6 ° (1 микроградус) Прочее Вспомогательные выходы 4 BNC, ± 10 В, 16 бит, 1 MSa/s, смещение (Offset), масштабирование (Scaling) Вспомогательные входы 2 BNC, ±10 В, 16 бит, 400 kSa/s; ширина полосы 100 кГц Цифровые каналы ввода и вывода 16 бит вход, 16 бит универсальный, 50 МГц Другие интерфейсы Ввод часов, USB 2.0, 2x ZCtrl, 2x ZSync