Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) HF2PLL на базе синхронного усилителя Zurich Instruments HF2LI

Высокочастотная двухконтурная система фазовой автоподстройки частоты HF2PLL (High Frequency, dual phase-locked loop) совмещает в себе двухканальный синхронный усилитель, работающий в частотном диапазоне от 0.8 мкГц до 50 МГц, и 2 высокочастотных системы ФАПЧ. Устройство имеет два независимых ввода сигнала и два высокочастотных вывода – благодаря этому один HF2LI заменяет два обычных прибора в большинстве лабораторных установок. 128-битный цифровой процессинг позволяет достичь высокой точности за счет великолепных шумовых характеристик и динамического резерва. Благодаря этим беспрецедентным возможностям, HF2PLL является наиболее производительным прибором в своем классе и является прибором нового поколения в области фазово-чувствительного детектирования.
Это устройство имеет графический пользовательский интерфейс, доступный на любом ПК. Такая архитектура имеет свои преимущества за счет удобства интеграции с LabVIEW, MATLAB, C и Python. Более того, такая система будет удобной в работе как для начинающих, так и для опытных пользователей. ПО позволяет запуск на неограниченном количестве компьютеров, обращающихся к HF2PLL в одно и то же время, что очень удобно для сложных систем.

Ключевые характеристики

• Сдвоенная система автоподстройки частоты с полосой 50 МГц;
• Сдвоенный синхронный усилитель с шириной полосы 50 МГц;
• Два высокопроизводительных вывода сигнала;
• Полоса автоподстройки частоты 50 кГц с полным контролем параметров;
• Четыре конфигурируемых PID контроллера;
• Удобные системы помощи в настройке HF2PLL и PID с функцией анализа пропускания;
• Осциллоскоп, анализатор частотного отклика и анализатор спектра БПФ;
• В стандартной поставке включены следующие режимы работы: автоматический контроль усиления, анализатор пиков, tip protection;
• Опционально доступны режимы работы: Кельвин-зондовая силовая микроскопия (KPFM), контроль добротности (Q-control), двухчастотный трекинг резонанса (DFRT), анализатор боковых лепестков;
• Режим работы ФАПЧ на высших гармониках;
• Автонастройка PID кнтроллера;
• Отклонения частоты и вывод рассеивания;
• Графический пользовательский интерфейс и все необходимые программы входят в комплект поставки.

Преимущества для пользователя

• Превосходная полоса ФАПЧ позволяет выполнять максимально быстрые эксперименты;
• Современное ПО включает в себя высокоэффективные программы;
• Прибор соответствует всем требованиям практически любых экспериментов;
• Большое количество режимов работы делает прибор максимально гибким для различных исследовательских задач: работ на высших гармониках, многочастотность, KPFM, DFRT;
• Многочастотность обеспечивает одновременную демодуляцию сразу на нескольких произвольных частотах;
• Система «All-in-One» обеспечивает максимально возможное упрощение любой установки;
• Наличие различных интерфейсов обеспечивает совместимость с большинством существующих установок AFM / STM / MEMS;
• Превосходная поддержка пользователей со стороны специалистом Zurich Instruments.

Самая быстрая в мире система фазовой автоподстройки частоты

Два контура фазовой автоподстройки частоты могут работать на скорости до 50 МГц с шириной полосы до 50 кГц. Это абсолютно рекордные параметры. Ни один другой прибор в мире не в состоянии обеспечить столь высокую скорость и точность

Вводы сигналов высокой точности

Оба входных канала HF2PLL оптимизированы для работы с наименьшим уровнем шумов. Скорость сэмплирования составляет 210 MSa/s обеспечивает захват полного сигнала и снижает эффект наложения.

Счетверенный PID контроллер

Четыре полностью настраиваемых PID контроллера с большим количеством поддерживаемых на входах и выходах приборов дают возможность эффективного управления всей системой. Система помощи в настройки и различные инструменты значительно сокращают время, требуемое для оптимизация контрольных параметров. Максимальная пропускная способность зависит от выбранной конфигурации, но обеспечивает как минимум 5 кГц для каждого PID контроллера.

Демодуляторы и фильтры

HF2PLL имеет 6 двухфазных демодуляторов. Каждый демодулятор может быть настроен со своими собственными параметрами фильтра. Преимущества цифровых приборов перед аналоговыми в том, что они имеют более высокий динамический резерв, нулевой дрифт, точные фазовые сдвиги и ортогональность.

Удобные инструменты для измерений и настройки

Подход с интегрированным ограниченным набором инструментов, требующий использования внешнего оборудования, такого как осциллоскоп, устарел. Внутренний осциллоскоп с памятью на 2048 выборок обеспечивает мгновенное построение графиков зависимости сигнала от частоты. Аналогично этому, свипер позволяет контролировать напряжения или временные константы. Анализатор спектра быстрого преобразования Фурье (БПФ, FFT) обеспечивает анализ сигнала в очень высоком разрешении на частотах до 200 кГц. Наконец, HF2PLL Advisor и PID Advisor обеспечивают подбор наиболее эффективных параметров для работы в замкнутом контуре.
 

 

 

 

 

Режимы работы

 

Приобретение различных доступных для продукта опций открывает множество различных дополнительных режимов работы и измерений. В частности, опции HF2LI-MF и HF2LI-MOD дают возможность работы в режиме множественных гармоник (MDM), Кельвин-зондовой силовой микроскопии (FM-KPFM) и контроля добротности (Q-control). Пользователь всегда может легко расширить список поддерживаемых применений, так как обе перечисленные опции могут быть установлены без отправки прибора на завод.

Опционально доступные улучшения для HF2PLL

HF2LI-MF: многочастотная опция

• Возможность демодуляции сразу на нескольких произвольных частотах;
• Шесть независимых осцилляторов для генерации на произвольных частотах;
• Индивидуальные настройки фильтра для каждого демодулятора;
• Включает в себя FM-KPFM, контроль добротности (Q-Control) и DRFT.

HF2LI-MOD: AM/FM модуляция

• Амплитудная и частотная модуляция/демодуляция;
• Двухканальная работа для ввода и вывода;
• Прямая демодуляция бокового лепестка вместо тандемной демодуляции;
• Поддержка FM-KPFM и других установок с двойной модуляцией.

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.

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 Работа ФАПЧ и производительность Постоянное возбуждение Да Постоянная амплитуда (автоматический контроль усиления) Да Контроль добротности (Q-Control) Да с опцией MF Кельвин-зондовая силовая микроскопия (KPFM) Да с опциями MF и MOD Частотный диапазон От 1 Гц до 50 МГц Центральная частота От 1 Гц до 50 МГц Полоса ФАПЧ От 16 Гц до 50 кГц (>1 МГц) Фазовые шумы - 100 дБн/Гц (на 100 кГц и с дистанцией 100 Гц) Высокочастотные вводы сигнала Диапазон частот 0.8 мкГц – 50 МГц Шум по напряжению на входе 5 нВ/√Гц (> 10 кГц) Динамический резерв до 120 дБ Чувствительность по диапазону От 1 нВ до 1.5 В 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 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 Разрешение по частоте 0.8 мкГц Разрешение по фазе 1.0·10-6 ° (1 микроградус)

 

Области применения данного прибора

• Атомно-силовая микроскопия (АСМ, AFM);
• Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ, STM);
• Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля (SNOM);
• Микро-электро-механические системы (MEMS);
• Магнитно-резонансная силовая микроскопия (MRFM);
• Характеризация колебательного контура;
• Датчики и актуаторы;
• Частотная гребенка: определение во временной зависимости;
• Характеризация и испытание полупроводников.