簡(jiǎn)介

Moku:Pro是一個(gè)基于FPGA所開(kāi)發(fā)的測(cè)試測(cè)量儀器平臺(tái)。用戶可以將不同的數(shù)字信號(hào)處理模塊，如示波器、波形發(fā)生器、鎖相放大器等儀器，部署到同一個(gè)硬件平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試測(cè)量功能。在最新版本的Moku:Pro中，我們創(chuàng)新性地使用了Xilinx的Partial Reconfiguration技術(shù)，在FPGA層面上構(gòu)造了四個(gè)虛擬插槽。用戶可以將四個(gè)不同的測(cè)試測(cè)量?jī)x器部署到任意插槽中并可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接和切換。每個(gè)插槽配備兩個(gè)獨(dú)立輸入與輸出接口。用戶可以選擇將任意模擬輸入(ADC)或輸出(DAC)連接到插槽的輸入輸出接口上。同時(shí)，儀器插槽之間也可以通過(guò)FPGA內(nèi)部高達(dá)30 Gb/s 的數(shù)字信號(hào)通路進(jìn)行信號(hào)的交換，實(shí)現(xiàn)儀器之間高速、低延時(shí)、無(wú)損的連接。通過(guò)多儀器并行功能，我們可以對(duì)Moku:Pro的運(yùn)行模式進(jìn)行高度定制化的設(shè)置，通過(guò)組合不同的儀器與算法實(shí)現(xiàn)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的高效測(cè)量。在這些不同的場(chǎng)景中，包括了部署使用多個(gè)鎖相放大器對(duì)一個(gè)或多個(gè)信號(hào)源進(jìn)行多頻率解調(diào)。

鎖相放大器通過(guò)混頻的原理，可以對(duì)輸入信號(hào)中某個(gè)特定頻率的信號(hào)進(jìn)行針對(duì)性的放大。通過(guò)雙相位解調(diào)器，可以實(shí)時(shí)測(cè)量信號(hào)的振幅與相位。然而，在某些特定應(yīng)用場(chǎng)景中，我們可能需要同時(shí)檢測(cè)一個(gè)輸入信號(hào)在不同頻率或諧波上的變化。比如，通過(guò)觀測(cè)偶數(shù)次諧波與奇數(shù)次諧波的占比可以判斷信號(hào)的不對(duì)稱性，通過(guò)高次諧波來(lái)觀察并分離非線性響應(yīng)等。通過(guò)多儀器并行模式，用戶可以最多將四個(gè)鎖相放大器放入Moku:Pro的儀器插槽中，并對(duì)單一或多個(gè)輸入源在不同的頻率同時(shí)進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)的信號(hào)可通過(guò)儀器的模擬輸出接口輸出給其它儀器，也可通過(guò)內(nèi)置的示波器進(jìn)行觀察。下面，我們通過(guò)一個(gè)示例來(lái)向大家展示使用鎖相放大器與多儀器并行模式進(jìn)行多頻率解調(diào)。

儀器設(shè)置

在這個(gè)示例中，我們將部署三個(gè)鎖相放大器，對(duì)模擬輸入1的信號(hào)輸入的信號(hào)在1 MHz，2 MHz以及3 MHz進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)得到的振幅通過(guò)模擬輸出1-3進(jìn)行輸出。輸出4則用于輸出本機(jī)振蕩器信號(hào)，對(duì)被測(cè)儀器進(jìn)行激發(fā)/調(diào)制。同時(shí)，我們將在第四個(gè)儀器插槽中部署一個(gè)示波器，對(duì)1 MHz，2 MHz的解調(diào)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1. 首先，我們連接Moku:Pro，在儀器選擇頁(yè)面選擇并進(jìn)入多儀器并行模式。

2. 我們將在插槽1-3中部署鎖相放大器，并在插槽4中部署示波器。我們將模擬輸入1的信號(hào)連接到每個(gè)鎖相放大器的輸入A當(dāng)中，并將鎖相1-3的輸出A分辨鏈接給模擬輸出1-3上。然后，我們將鎖相1與鎖相2的輸出A連接到數(shù)據(jù)總線(Bus)1與2上。下一步，我們將鎖相1的輸出B連接到輸出4上，用于輸出1 MHz的本機(jī)振蕩器信號(hào)。最后，我們將兩條數(shù)據(jù)總線連接到示波器的輸入A與輸入B中，用于觀測(cè)1 MHz與2 MHz的解調(diào)結(jié)果。點(diǎn)擊運(yùn)行部署儀器。

3. 下一步，我們需要分別設(shè)置每個(gè)鎖相放大器。點(diǎn)擊每個(gè)儀器圖標(biāo)下方的箭頭對(duì)儀器進(jìn)行設(shè)置。將本機(jī)振蕩器源設(shè)置為“內(nèi)部”以使用內(nèi)部解調(diào)模式。之后，將每個(gè)鎖相放大器的本機(jī)振蕩器頻率分別設(shè)置為1 MHz，2 MHz，3 MHz。在鎖相放大器1中，確認(rèn)輔助輸出為本機(jī)振蕩器，以用來(lái)通過(guò)模擬輸出4驅(qū)動(dòng)被測(cè)儀器。設(shè)置所需要的低通濾波器帶寬與增益，并將測(cè)量模式設(shè)置為極坐標(biāo)。最后，我們點(diǎn)擊“輸出 A”與“輸出 B”的標(biāo)志開(kāi)啟鎖相放大器的輸出。

上述設(shè)置完成后，我們就可以通過(guò)儀器插槽4中的示波器，或模擬輸出來(lái)觀測(cè)輸入信號(hào)在1 MHz、2 MHz、以及3 MHz的振幅。

場(chǎng)景拓展

Moku:Pro多儀器并行模式擁有極強(qiáng)的靈活性，除了我們剛剛展示的場(chǎng)景，我們也可以通過(guò)改變輸入輸出的連接及儀器部署的種類來(lái)實(shí)現(xiàn)更多樣化、定制化的鎖相測(cè)量。比如，我們可以通過(guò)四個(gè)鎖相模塊對(duì)四個(gè)不同的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行同頻解調(diào)，或?qū)蓚€(gè)輸入信號(hào)分別進(jìn)行雙頻解調(diào)(下圖所示)。

結(jié)合PID，Moku:Pro的鎖相放大器也可用于對(duì)多組激光進(jìn)行閉環(huán)控制。

在之后的更新中我們也會(huì)提供更多可部署的儀器模塊以應(yīng)對(duì)更多的使用場(chǎng)景。

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審核編輯：湯梓紅