產品介紹∣50 MHz 鎖相放大器

簡介
瑞士蘇黎世儀器(Zurich Instruments) 的HF2LI 是一款數位鎖相放大器，可測量的頻率範圍從直流DC 到50 MHz。它非常適合 MEMS（比如陀螺儀）應用和微流控應用的測量。HF2LI 配套了蘇黎世儀器的控制軟體 LabOne。該軟體提供了基於遊覽器的用戶界面，並內置了頻譜分析儀、參數掃描儀和示波器等諸多功能。通過各類升級選配件，可擴充HF2LI 儀器的功能，使其進一步拓展到其它更多的應用中。另外，HF2LI 還能和 HF2TA 電流放大器結合使用，用來讀取電流信號。

應用

感測和驅動：MEMS 陀螺儀，加速度感測器
微流控
非線性成像：相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）、受激拉曼散射（SRS）、太赫茲等
雷射光譜
原子力顯微鏡（AFM），掃描探針顯微鏡（SPM）
非破壞性檢驗
醫療科技

多設備同步

通過多設備同步功能（MDS），我們可以像控制一台多通道設備一樣控制多台HF2LI：
用一套LabOne UI或者LabOne API控制所有儀器。
可鎖相同步所有儀器時鐘與振盪器，達到相位穩定。
同步時間戳印與取樣率，自動對齊測量數據

鎖相操作模式

內部參考模式	單相和雙相鎖相
外部參考模式	單相和雙相鎖相
自動參考模式	單相和雙相鎖相
雙諧波頻率模式	單基波頻率和2 個諧波頻率（同時）
多諧波頻率模式	單基波頻率和5 個諧波頻率（同時），需要 HF2LI-MF升級選件
任意頻率模式	6個頻率，需要 HF2LI-MF升級選件

HF 模擬信號輸入

頻率範圍	直流- 50 MHz
輸入阻抗	50 Ω 或1 MΩ \|\| 20 pF
輸入電壓噪聲	5 nV/√Hz（高於10 kHz）
動態儲備	120 dB
輸入範圍	±3.3 V
交流輸入範圍	±1.5 V（包括直流耦合）
滿量程輸入靈敏度	1 nV 至1.5 V
A/D 轉換	14位，210 MSa/s

HF 模擬信號輸出

頻率範圍	DC - 50 MHz
輸出量程	±10 mV, ±100 mV, ±1 V, ±10 V
信號疊加	±10 V，頻寬DC - 50 MHz
D/A 轉換	16位，210 MSa/s

解調器和參考信號

解調器數目	6 個雙相解調器
輸出取樣速率	USB：高達460 kSa/s 輔助輸出：1 MSa/s
濾波器時間常數	1 µs - 500 s
濾波器頻寬	83 µHz - 200 kHz
濾波器斜率	6、12、18、24、30、36、42、48 dB/Oct
X, Y, R, Theta	64 位滿範圍
參考頻率分辨率	0.7 µHz
參考相位角分辨率	1.0 µ°

示波器

顯示通道	輸入信號，輸出信號
顯示模式	時域，頻域(FFT)
顯示通道數	1
觸發通道	輸入信號，輸出信號，振盪器相位，DIO
觸發模式	升降沿
採樣率	6.4 kSa/s 到210 MSa/s
垂直分辨率	14位
單次最大取樣長度	2048
頻寬限制模式，提高垂直分辨率	樣本抽取，平均
光標計算	位置，區間，波形，峰值，追蹤，直方圖

頻譜分析儀

中心頻率範圍	直流到50 MHz
頻譜模式	FFT(X+iY), FFT(R), FFT(Θ), FFT(f) and FFT((dΘ/dt)/2π)
統計選項	幅值，頻譜密度，功率
平均模式	無平均，指數移動平均值
每個頻譜的最大採樣長度	8.4 MSa
最大跨度	460 kHz
窗函數	Rectangular, Hann, Hamming, Blackman Harris
光標計算	位置，區間，波形，峰值，追蹤，直方圖

參數掃描儀

掃描參數	振盪器頻率，解調器相移，輔助偏置，信號輸出幅值等等
參數掃描範圍	全範圍，線性和對數軸
參數掃描分辨率	任意，由起止點和掃描點數定義
顯示參數	解調器輸出（X，Y，R，Θ，f），輔助輸入
顯示選項	單幅圖，雙幅圖（例如波特圖），多跡線
統計選項	幅值，頻譜密度，功率
預設測量模式	參數掃描，噪聲幅值測量，頻率響應分析，3-Omega 掃描

輔助信號

高速輸出	4 通道，±10 V，幅值，相位，頻率，解調器X/Y 數據或用戶定義
D/A 轉換	16位，1 MSa/s
D/A 模擬頻寬	200 kHz
高速輸入	2 通道，±10 V
A/D 轉換	16位，400 kSa/s
A/D 模擬頻寬	100 kHz

其他連接

主機連接	高速USB 2.0，480 Mbit/s
前置放大器控制總線	ZCtrl 專有接口，可控制外部前置放大器
同步總線	ZSync專有接口，可本地互聯ZI 儀器
數位I/O	32位，通用接口

一般規格

尺寸	45 x 35 x 10 cm（19 英寸機架）
重量	6.2 kg
電源	110-120 V, 220-240 V, 50/60 Hz
工作溫度	+5 °C 至+40 °C
工作環境	IEC61010，室內，安裝類別II，污染等級2
工作海拔	最高2000 米
內部振盪器輸出	正弦，±1 V，10 MHz
內部振盪器穩定性	±1.5 ppm
內部振盪器溫度係數	0.05 ppm/°C

Introduction
The Zurich Instruments HF2LI is a digital lock-in amplifier covering the frequency range between DC and 50 MHz. It is the instrument of choice for the characterization of MEMS devices such as gyroscopes and for measurements in the area of microfluidics. The HF2LI is equipped with the Zurich Instruments control software LabOne, which provides a web-based user interface featuring a spectrum analyzer, a sweeper and a basic oscilloscope, among others. A number of upgrade options can extend the functionality of the HF2LI to adapt to different applications. Furthermore, combining the HF2LI with the HF2TA Current Amplifier enables direct current readout.

Applications

Sensing and actuation: MEMS gyroscopes, accelerometers
Microfluidics
Non-linear imaging: CARS, SRS, Terahertz, etc.
Laser spectroscopy
Atomic force microscopy (AFM), scanning probe microscopy (SPM)
Nondestructive testing
Medical technology

Multi-Device Synchronization
With multi-device synchronization (MDS) it is possible to operate multiple HF2LIs as a single multi-channel device:

Operate all instruments from a single LabOne user interface and LabOne API.
Lock in phase all instrument clocks and oscillators (stable phase relationship).
Synchronize time stamps and sampling rates for automatic alignment of measurement data.

Lock-in operating modes

Internal reference mode	Single and dual lock-in
External reference mode	Single and dual lock-in
Auto reference mode	Single and dual lock-in
Dual-harmonic mode	1 fundamental + 2 harmonics (simultaneous)
Multi-harmonic mode	1 fundamental + 5 harmonics (simultaneous), with HF2LI-MF
Arbitrary frequency mode	6 frequencies, with HF2LI-MF

HF analog input

Frequency range	DC - 50 MHz
Input impedance	50 Ω or 1 MΩ \|\| 20 pF
Input noise voltage	5 nV/√Hz (above 10 kHz)
Dynamic reserve	120 dB
Input range	±3.3 V
Input AC range	±1.5 V (with DC coupling)
Input full range sensitivity	1 nV to 1.5 V
A/D conversion	14 bits, 210 MSa/s

HF analog output

Frequency range	DC - 50 MHz
Output ranges	±10 mV, ±100 mV, ±1 V, ±10 V
Signal adder	±10 V, DC to 50 MHz bandwidth
D/A conversion	16 bits, 210 MSa/s

Demodulator and reference

Number of demodulators	6 dual-phase
Output sample rate	On USB: up to 460 kSa/s On auxiliary outputs: 1 MSa/s
Filter time constant	1 µs - 500 s
Filter bandwidth	83 µHz - 200 kHz
Filter slope	6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48 dB/Oct
X, Y, R, Theta	64-bit full range
Reference frequency resolution	0.7 µHz
Reference phase angle resolution	1.0 µ°

Scope

Input channels	Signal inputs, signal outputs
Scope modes	Time domain, frequency domain (FFT)
Number of display channels	1
Trigger channels	Signal inputs, signal outputs, oscillator phases, DIOs
Trigger modes	Edge
Sampling rates	6.4 kSa/s to 210 Msa/s
Vertical resolution	14 bits
Maximum number of samples per shot	2048
Bandwidth limit mode, vertical resolution increase	Sample decimation, averaging
Cursor math	Location, area, wave, peak, tracking, histogram

Spectrum Analyzer

Center frequency range	0 - 50 MHz
Spectrum modes	FFT(X+iY), FFT(R), FFT(Θ), FFT(f) and FFT((dΘ/dt)/2π)
Statistical options	Amplitude, spectral density, power
Averaging modes	None, exponential moving average
Maximum number of samples per spectrum	8.4 MSa
Maximum span	460 kHz
Window functions	Rectangular, Hann, Hamming, Blackman Harris
Cursor math	Location, area, wave, peak, tracking, histogram

Sweeper

Scan parameters	Oscillator frequency, demodulator phase shift, auxiliary offset, signal output amplitudes, etc.
Parameter sweep ranges	Full range, linear, logarithmic
Parameter sweep resolution	Arbitrary, defined by start/stop value, number of sweep points
Display parameters	Demodulator output (X, Y, R, Θ, f), auxiliary input
Display options	Single plot, dual plot (e.g., Bode plot), multi-trace
Statistical options	Amplitude, spectral density, power
Preset measurement modes	Parameter sweep, noise amplitude measurement, frequency response analyzer, 3-omega-sweep

Auxiliary signals

High-speed outputs	4 channels, ±10 V, amplitude, phase, frequency, X/Y, or user-defined
D/A converter	16 bits, 1 MSa/s
D/A analog bandwidth	200 kHz
High-speed inputs	2 channels, ±10 V
A/D converter	16 bits, 400 kSa/s
A/D analog bandwidth	100 kHz

Other interfaces

Host connection	USB 2.0, 480 Mbit/s
Pre-amplifier control bus	ZCtrl proprietary bus to control external pre-amplifiers
Synchronization bus