苏黎世（ZI）锁相放大器MFLI500kHz/5MHz

500kHz/5MHz全数字锁相放大器MFLI

瑞士苏黎世仪器 (Zurich Instruments) 的 MFLI 是一款数字锁相放大器，为中频和低频范围的测量设定了新标杆。MFLI 提供两种版本，适用于“直流至 500 kHz”和“直流至 5 MHz”的频率范围（并可在有需要时从500kHz升级到5MHz）。凭借精心开发的模拟和数字前端，结合FPGA，使得仪器具有高速数字信号处理功能。MFLI 将优越的性能与出色的LabOne® 软件包融合到了一起。嵌入式数据和网络服务器可直接连接至任何能够运行网络浏览器的设备。

MFLI 主要特点
•    直流 - 500 kHz / 5 MHz，60 MSa/秒，16 位
•    电流和差分电压输入
•    LabOne软件包：示波器，参数扫描仪，频谱分析仪，等等
•    即插即用的浏览器软件 LabOne
•    USB 2.0 和 1 GbE 高速连接
•    同时提供交流和直流供电（可连电池）
•    可在本地升级选件

MFLI 应用
•    光学斩波器应用
•    脉冲激光应用（如高能激光）
•    材料研究
•    量子纳米电子学
•    扫描隧道显微镜
•    低温物理学
•    四端子检测
•    地震测量

MFLI 可升级选件

中低频锁相放大器MFLI500k/5M可升级选件有：

（1）MF-DIG数字转换器选件

（2）MF-F5M带宽升级选件（由500kHz升级到5MHz）

（3）MF-MD多体解调器选件（增加3个解调器，升级后共有4个解调器和4个振荡器）

（4）MF-MOD调幅/调频选件（产生和解调调幅、调频信号如载波信号、上边带信号、下边带信号）

（5）MF-PID PID控制器选件，包含2路锁相环PLL选件

（6）MF-IA 阻抗分析仪选件

MFLI 功能图解

• 前面板接口
  MFLI 的前面板上有 1 个电流信号输入、1 个差分电压输入、1 个差分信号输出、2 个可作为参考输入的辅助输入和 4 个辅助输出。针对高抗噪声干扰能力的实验，信号输入和输出既可以选择单端模式，也可以选择差分模式。信号接地可以是仪器接地或信号输入的BNC屏蔽层。

• 电压和电流测量
  仪器标配支持电压测量或电流测量，如需同时测量电流和电压则需要 MF - MD 多解调器选件的支持。模拟前端拥有可变输入阻抗和交流/直流耦合选择以及高频过采样技术，来确保优越的锁相性能和波形的高保真度。

• 输出通道
  锁相测量的结果（每个解调器的 X、Y、R 和 Θ）可以通过以下方式使用：
  •    前面板上的 4 个辅助模拟输出的任何一个都可以单独设置比例缩放和偏置，612 kSa/秒的采样率确保所有解调信号分量都能在接口上可靠地使用。所有信号的带宽一致且高达 200 kHz。
  •    通过 USB 2.0 或 1 GbE 传输到主机，并显示在 LabOne® 用户界面上，信号可以由任一 LabOne 工具进行分析，或简单地点击几下鼠标将其存储在本地。
  •   仪器提供2个USB口，都可以把数据保存在USB存储设备上。

• 后面板接口
  后面板提供了更多 BNC 接口，包括 2 个触发输入、2 个触发输出以及 10 MHz 同步时钟的 1 个输入和 1 个输出。以及 1 个可访问所有 DIO 通道的 SCSI 接口。仪器可以使用标准 90 - 240 V 伏交流电源或 12 V 的外部直流电源（例如外部电池组），可切断接地回路。
  

MF 阈值单元

Zurich Instruments 推出了用于状态检测和硬件触发的第一个功能单元，以及锁相放大器和 PID 控制器测量的相关逻辑操作。 每个 MFLI锁相放大器和 MFIA 阻抗分析仪中都包含 MF 阈值单元，当然，功能将随着进一步升级而增加，例如安装 MF-PID 四重 PID/PLL 控制器 选件和 MF-MD 多体制解调器选件。

4 个阈值单元
•    模拟输入参数： 解调器样品（X、Y、R、Θ）；PID 错误、PID 输出值、PID 偏移（需要 MF-PID 选件）
•    可以在阈值检测之前应用值和低通滤波
•    阈值检测： 上、下、外、内、上升沿、下降沿
•    可配置的激活和停用时间
•    数字输入信号： 32 DIO 通道、输入和输出溢出等
•    通过 NOT、AND、OR 和 XOR 运算组合最多 3 个逻辑信号
•    最小长度、保持和反转功能

阈值单元对测量数据进行实时逻辑分析。 用户可以从模拟或逻辑测量数据开始定义多个操作，以便检测特定条件并通过 TTL 输出触发反应。

• LabOne 集成
  LabOne 用户界面中的专用选项卡用上图中的四行表示四个阈值单元。 每行分为左侧的阈值检测部分和右侧的逻辑部分。

  
  

• 阈值部分
  阈值部分将模拟信号转换为逻辑信号。 测量数据或其值可以通过可调节的一阶低通滤波器帮助使信号平滑并在发生短时小故障时避免虚警。 例如，可以在 LabOne Scope 中方便地显示使用滤波器后得到的阈值信号用于修正错误。 然后，用户可以根据过滤后的阈值信号，定义一个或两个阈值水平，以确定以下条件对应的逻辑信号： 上、下、外、上升沿和下降沿。 可以单独设置激活和停用时间，以确保逻辑信号的时序和可靠性符合要求。
  如果选逻辑信号作为阈值部分的输入，可以采用与模拟信号相同的方式设置激活和停用时间。 可用以下逻辑信号： 32 DIO 通道、2 触发输入、2 触发输出、输入溢出 (I)、输入溢出 (V)、输出溢出、辅助输入溢出、辅助输出溢出、4 PID 输出溢出。

• 逻辑部分
  在逻辑部分，可以使用 NOT、AND、OR 和 XOR 运算对来自阈值部分和其他来源的最多 3 个逻辑信号进行组合。 这样可以定制反馈条件以满足基于多个模拟和数字信号源的复杂模式。 设置最小信号长度可以确保即使后续硬件不能检测到非常短暂的事件也不会丢失任何事件。 zui后，每个逻辑信号都可以在输出前反转。

• 信号可用性
  阈值单元生成的 4 个逻辑信号都可以分配给 32 条 DIO 通道之一（后面板上的 SCSI 连接器）或 2 个触发输出中的任何一个。
  除了逻辑信号，每个阈值单元都生成过滤后的阈值信号，用于状态检测和触发。 这些信号可以使用偏移、缩放和限制功能通过 4 个辅助输出进行输出。 此外，这些信号可用作示波器中的触发源和显示信号。

应用示例

• 微流控阻抗谱和细胞分选
  阻抗谱在微流控通道上的一个应用是个体生物细胞的表征。 阈值单元可以进一步解释测量信息并将前馈导出到分离装置。 使用适当的参数集合，可以将不同属性的细胞可靠地分类到不同的容器中。

• AFM 保护
  MFLI 锁相放大器支持许多原子力显微镜 (AFM) 模式。 通过联合使用 MF-PID 控制器、MF-MD 多体制解调器选件和 MF-MOD 调制选件，可支持以下 AFM 相关功能
  •    自动增益控制 (AGC)
  •    调频 (FM)
  •    开尔文探针力显微镜（FM-KPFM、AM-KPFM）
  •    STS IETS
  •    多频 AFM
  •    旁带分析
  

  阈值单元通过反馈机制快速增加/探针和表面之间的距离以避免损坏，从而帮助延长的使用寿命。 可以根据各种信号感测紧急情况，例如，频率调制控制环路的 PID 错误或自动增益控制环路的 PID 输出值。