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锁相环

锁相环 (PLL) 是闭环负反馈控制系统,它能够将两个周期性信号的相位保持在确定的相位关系中。因此,锁相环用途非常广泛,包括用于测量和跟踪信号频率、提取原始信号的给定频率分量并在同时消除噪声和杂散分量,或者基于输入信号合成新信号。

此外,锁相环可向外部系统提供反馈,以在传递函数的某些点(例如共振时)提供驱动,或者通过跟踪拍频来实现两个外部振荡器的同步,后者在光学锁相环中较为常见。由于用途多样,锁相环广泛应用于物理和工程领域,例如扫描探针显微镜MEMS、NEMS 与谐振器电子工程光学与光子学

锁相环在锁相放大器中的应用

瑞士苏黎世仪器的所有 PLL 都基于同样的原理,即以多个数控振荡器作为信号源,在 FPGA 上进行数字信号处理。PLL 的鉴相器就是锁相放大器的双相解调器,其带有一个低通滤波器,可以滤除各种不必要的频谱分量。

PID 控制器提供纯净的信号可提高锁相环的稳定性。瑞士苏黎世仪器的 锁相环是锁相放大器的升级选件,可以与其他内置功能(如反馈控制器、解调器以及数据采集和分析工具)并行运行。单台仪器既可以实现基本的锁相环配置,也可以实现更复杂的测量和控制方案。要更详细了解锁相放大器和相位检测,请查看此白皮书

PLL functionality based on digital signal processing on an FPGA

500 kHz/5 MHz 锁相放大器可配置4 个锁相环

50 MHz 锁相放大器可配置2 个锁相环

600 MHz 锁相放大器可配置4 个锁相环

600 MHz 锁相放大器可配置4 个锁相环

600 MHz 锁相放大器可配置4 个锁相环

  • 50 kHz 最大闭环带宽
  • 4 个 PID 控制器
  • 相位展开,自动调谐
50 MHz Phase-Locked Loop
  • 50 kHz 最大闭环带宽
  • 2 个 PID 控制器
  • 额外控制器作为单独选件
  • 300 kHz 最大闭环带宽
  • 4 个 PID 控制器
  • 相位展开,自动调谐
  • 300 kHz 最大闭环带宽
  • 4 个 PID 控制器
  • 相位展开,自动调谐
  • 300 kHz 最大闭环带宽
  • 4 个 PID 控制器
  • 相位展开,自动调谐

LabOne 仪器控制软件

瑞士苏黎世仪器的所有锁相放大器都配备了 LabOne® 工具集。借助该工具集,用户可以通过参数扫描工具、示波器和许多其他数据采集工具对其系统进行全面表征。例如,为了发现与正态分布的偏差,可以将 PID 误差形象显示为直方图,如存在偏差,可能表明设置中的某些部分没有按预期工作。此外,使用频率调制方法,还可以在实际实验条件下测量锁相环的带宽,如右图所示。

The PLL advisor in the LabOne software

选择 Zurich Instruments 的优势

  • 在锁相放大器中集成全数字锁相环,可在单台仪器内直接实现相位检测、闭环控制和信号生成,从而降低实验设置的整体复杂性。
  • PID Advisor 可以对设置进行建模,并计算出合理的启动参数。
  • LabOne 工具集涵盖示波器、频谱分析仪、扫描工具和绘图工具等一系列工具,有助于对锁相质量进行综合分析和监控。
  • 相位展开功能支持锁相环的“捕获范围”从典型的 ±π 扩展到 ±1024π,并确保稳健运行。

锁相环相关视频

PID/PLL 升级选件

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