使用锁相放大器与多仪器并行模式进行多频率解调

简介

Moku:Pro是一个基于FPGA所开发的测试测量仪器平台。用户可以将不同的数字信号处理模块，如示波器、波形发生器、锁相放大器等仪器，部署到同一个硬件平台上，实现不同的测试测量功能。在最新版本的Moku:Pro中，我们创新性地使用了Xilinx的Partial Reconfiguration技术，在FPGA层面上构造了四个虚拟插槽。用户可以将四个不同的测试测量仪器部署到任意插槽中并可以进行动态连接和切换。每个插槽配备两个独立输入与输出接口。用户可以选择将任意模拟输入(ADC)或输出(DAC)连接到插槽的输入输出接口上。同时，仪器插槽之间也可以通过FPGA内部高达30 Gb/s 的数字信号通路进行信号的交换，实现仪器之间高速、低延时、无损的连接。通过多仪器并行功能，我们可以对Moku:Pro的运行模式进行高度定制化的设置，通过组合不同的仪器与算法实现在不同应用场景下的高效测量。在这些不同的场景中，包括了部署使用多个锁相放大器对一个或多个信号源进行多频率解调。

锁相放大器通过混频的原理，可以对输入信号中某个特定频率的信号进行针对性的放大。通过双相位解调器，可以实时测量信号的振幅与相位。然而，在某些特定应用场景中，我们可能需要同时检测一个输入信号在不同频率或谐波上的变化。比如，通过观测偶数次谐波与奇数次谐波的占比可以判断信号的不对称性，通过高次谐波来观察并分离非线性响应等。通过多仪器并行模式，用户可以最多将四个锁相放大器放入Moku:Pro的仪器插槽中，并对单一或多个输入源在不同的频率同时进行解调。解调的信号可通过仪器的模拟输出接口输出给其它仪器，也可通过内置的示波器进行观察。下面，我们通过一个示例来向大家展示使用锁相放大器与多仪器并行模式进行多频率解调。

仪器设置

在这个示例中，我们将部署三个锁相放大器，对模拟输入1的信号输入的信号在1 MHz，2 MHz以及3 MHz进行解调，并将解调得到的振幅通过模拟输出1-3进行输出。输出4则用于输出本机振荡器信号，对被测仪器进行激发/调制。同时，我们将在第四个仪器插槽中部署一个示波器，对1 MHz，2 MHz的解调结果进行实时监测。

1. 首先，我们连接Moku:Pro，在仪器选择页面选择并进入多仪器并行模式。

2. 我们将在插槽1-3中部署锁相放大器，并在插槽4中部署示波器。我们将模拟输入1的信号连接到每个锁相放大器的输入A当中，并将锁相1-3的输出A分辨链接给模拟输出1-3上。然后，我们将锁相1与锁相2的输出A连接到数据总线(Bus)1与2上。下一步，我们将锁相1的输出B连接到输出4上，用于输出1 MHz的本机振荡器信号。最后，我们将两条数据总线连接到示波器的输入A与输入B中，用于观测1 MHz与2 MHz的解调结果。点击运行部署仪器。

3. 下一步，我们需要分别设置每个锁相放大器。点击每个仪器图标下方的箭头对仪器进行设置。将本机振荡器源设置为“内部”以使用内部解调模式。之后，将每个锁相放大器的本机振荡器频率分别设置为1 MHz，2 MHz，3 MHz。在锁相放大器1中，确认辅助输出为本机振荡器，以用来通过模拟输出4驱动被测仪器。设置所需要的低通滤波器带宽与增益，并将测量模式设置为极坐标。最后，我们点击“输出 A”与“输出 B”的标志开启锁相放大器的输出。

上述设置完成后，我们就可以通过仪器插槽4中的示波器，或模拟输出来观测输入信号在1 MHz、2 MHz、以及3 MHz的振幅。

场景拓展

Moku:Pro多仪器并行模式拥有极强的灵活性，除了我们刚刚展示的场景，我们也可以通过改变输入输出的连接及仪器部署的种类来实现更多样化、定制化的锁相测量。比如，我们可以通过四个锁相模块对四个不同的模拟输入信号进行同频解调，或对两个输入信号分别进行双频解调(下图所示)。

结合PID，Moku:Pro的锁相放大器也可用于对多组激光进行闭环控制。

在之后的更新中我们也会提供更多可部署的仪器模块以应对更多的使用场景。

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审核编辑：汤梓红