500kHz/5MHz全數(shù)字鎖相放大器MFLI

瑞士蘇黎世儀器 (Zurich Instruments) 的 MFLI 是一款數(shù)字鎖相放大器，為中頻和低頻范圍的測量設定了新標桿。MFLI 提供兩種版本，適用于“直流至 500 kHz”和“直流至 5 MHz”的頻率范圍（并可在有需要時從500kHz升級到5MHz）。憑借精心開發(fā)的模擬和數(shù)字前端，結合FPGA，使得儀器具有高速數(shù)字信號處理功能。MFLI 將優(yōu)越的性能與出色的LabOne? 軟件包融合到了一起。嵌入式數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡服務器可直接連接至任何能夠運行網(wǎng)絡瀏覽器的設備。

MFLI 主要特點
?    直流 - 500 kHz / 5 MHz，60 MSa/秒，16 位
?    電流和差分電壓輸入
?    LabOne軟件包：示波器，參數(shù)掃描儀，頻譜分析儀，等等
?    即插即用的瀏覽器軟件 LabOne
?    USB 2.0 和 1 GbE 高速連接
?    同時提供交流和直流供電（可連電池）
?    可在本地升級選件

MFLI 應用
?    光學斬波器應用
?    脈沖激光應用（如高能激光）
?    材料研究
?    量子納米電子學
?    掃描隧道顯微鏡
?    低溫物理學
?    四端子檢測
?    地震測量

MFLI 可升級選件

中低頻鎖相放大器MFLI500k/5M可升級選件有：

（1）MF-DIG數(shù)字轉(zhuǎn)換器選件

（2）MF-F5M帶寬升級選件（由500kHz升級到5MHz）

（3）MF-MD多體解調(diào)器選件（增加3個解調(diào)器，升級后共有4個解調(diào)器和4個振蕩器）

（4）MF-MOD調(diào)幅/調(diào)頻選件（產(chǎn)生和解調(diào)調(diào)幅、調(diào)頻信號如載波信號、上邊帶信號、下邊帶信號）

（5）MF-PID PID控制器選件，包含2路鎖相環(huán)PLL選件

（6）MF-IA 阻抗分析儀選件

MFLI 功能圖解

• 前面板接口
  MFLI 的前面板上有 1 個電流信號輸入、1 個差分電壓輸入、1 個差分信號輸出、2 個可作為參考輸入的輔助輸入和 4 個輔助輸出。針對高抗噪聲干擾能力的實驗，信號輸入和輸出既可以選擇單端模式，也可以選擇差分模式。信號接地可以是儀器接地或信號輸入的BNC屏蔽層。

• 電壓和電流測量
  儀器標配支持電壓測量或電流測量，如需同時測量電流和電壓則需要 MF - MD 多解調(diào)器選件的支持。模擬前端擁有可變輸入阻抗和交流/直流耦合選擇以及高頻過采樣技術，來確保優(yōu)越的鎖相性能和波形的高保真度。

• 輸出通道
  鎖相測量的結果（每個解調(diào)器的 X、Y、R 和 Θ）可以通過以下方式使用：
  ?    前面板上的 4 個輔助模擬輸出的任何一個都可以單獨設置比例縮放和偏置，612 kSa/秒的采樣率確保所有解調(diào)信號分量都能在接口上可靠地使用。所有信號的帶寬一致且高達 200 kHz。
  ?    通過 USB 2.0 或 1 GbE 傳輸?shù)街鳈C，并顯示在 LabOne? 用戶界面上，信號可以由任一 LabOne 工具進行分析，或簡單地點擊幾下鼠標將其存儲在本地。
  ?   儀器提供2個USB口，都可以把數(shù)據(jù)保存在USB存儲設備上。

• 后面板接口
  后面板提供了更多 BNC 接口，包括 2 個觸發(fā)輸入、2 個觸發(fā)輸出以及 10 MHz 同步時鐘的 1 個輸入和 1 個輸出。以及 1 個可訪問所有 DIO 通道的 SCSI 接口。儀器可以使用標準 90 - 240 V 伏交流電源或 12 V 的外部直流電源（例如外部電池組），可切斷接地回路。
  

MF 閾值單元

Zurich Instruments 推出了用于狀態(tài)檢測和硬件觸發(fā)的第一個功能單元，以及鎖相放大器和 PID 控制器測量的相關邏輯操作。 每個 MFLI鎖相放大器和 MFIA 阻抗分析儀中都包含 MF 閾值單元，當然，功能將隨著進一步升級而增加，例如安裝 MF-PID 四重 PID/PLL 控制器 選件和 MF-MD 多體制解調(diào)器選件。

4 個閾值單元
?    模擬輸入?yún)?shù)： 解調(diào)器樣品（X、Y、R、Θ）；PID 錯誤、PID 輸出值、PID 偏移（需要 MF-PID 選件）
?    可以在閾值檢測之前應用值和低通濾波
?    閾值檢測： 上、下、外、內(nèi)、上升沿、下降沿
?    可配置的激活和停用時間
?    數(shù)字輸入信號： 32 DIO 通道、輸入和輸出溢出等
?    通過 NOT、AND、OR 和 XOR 運算組合最多 3 個邏輯信號
?    最小長度、保持和反轉(zhuǎn)功能

閾值單元對測量數(shù)據(jù)進行實時邏輯分析。 用戶可以從模擬或邏輯測量數(shù)據(jù)開始定義多個操作，以便檢測特定條件并通過 TTL 輸出觸發(fā)反應。

• LabOne 集成
  LabOne 用戶界面中的專用選項卡用上圖中的四行表示四個閾值單元。 每行分為左側的閾值檢測部分和右側的邏輯部分。

  
  

• 閾值部分
  閾值部分將模擬信號轉(zhuǎn)換為邏輯信號。 測量數(shù)據(jù)或其值可以通過可調(diào)節(jié)的一階低通濾波器幫助使信號平滑并在發(fā)生短時小故障時避免虛警。 例如，可以在 LabOne Scope 中方便地顯示使用濾波器后得到的閾值信號用于修正錯誤。 然后，用戶可以根據(jù)過濾后的閾值信號，定義一個或兩個閾值水平，以確定以下條件對應的邏輯信號： 上、下、外、上升沿和下降沿。 可以單獨設置激活和停用時間，以確保邏輯信號的時序和可靠性符合要求。
  如果選邏輯信號作為閾值部分的輸入，可以采用與模擬信號相同的方式設置激活和停用時間。 可用以下邏輯信號： 32 DIO 通道、2 觸發(fā)輸入、2 觸發(fā)輸出、輸入溢出 (I)、輸入溢出 (V)、輸出溢出、輔助輸入溢出、輔助輸出溢出、4 PID 輸出溢出。

• 邏輯部分
  在邏輯部分，可以使用 NOT、AND、OR 和 XOR 運算對來自閾值部分和其他來源的最多 3 個邏輯信號進行組合。 這樣可以定制反饋條件以滿足基于多個模擬和數(shù)字信號源的復雜模式。 設置最小信號長度可以確保即使后續(xù)硬件不能檢測到非常短暫的事件也不會丟失任何事件。 zui后，每個邏輯信號都可以在輸出前反轉(zhuǎn)。

• 信號可用性
  閾值單元生成的 4 個邏輯信號都可以分配給 32 條 DIO 通道之一（后面板上的 SCSI 連接器）或 2 個觸發(fā)輸出中的任何一個。
  除了邏輯信號，每個閾值單元都生成過濾后的閾值信號，用于狀態(tài)檢測和觸發(fā)。 這些信號可以使用偏移、縮放和限制功能通過 4 個輔助輸出進行輸出。 此外，這些信號可用作示波器中的觸發(fā)源和顯示信號。

應用示例

• 微流控阻抗譜和細胞分選
  阻抗譜在微流控通道上的一個應用是個體生物細胞的表征。 閾值單元可以進一步解釋測量信息并將前饋導出到分離裝置。 使用適當?shù)膮?shù)集合，可以將不同屬性的細胞可靠地分類到不同的容器中。

• AFM 保護
  MFLI 鎖相放大器支持許多原子力顯微鏡 (AFM) 模式。 通過聯(lián)合使用 MF-PID 控制器、MF-MD 多體制解調(diào)器選件和 MF-MOD 調(diào)制選件，可支持以下 AFM 相關功能
  ?    自動增益控制 (AGC)
  ?    調(diào)頻 (FM)
  ?    開爾文探針力顯微鏡（FM-KPFM、AM-KPFM）
  ?    STS IETS
  ?    多頻 AFM
  ?    旁帶分析
  

  閾值單元通過反饋機制快速增加/探針和表面之間的距離以避免損壞，從而幫助延長的使用壽命。 可以根據(jù)各種信號感測緊急情況，例如，頻率調(diào)制控制環(huán)路的 PID 錯誤或自動增益控制環(huán)路的 PID 輸出值。