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新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀 M81-SSM 為先進測量應(yīng)用提供了一種簡單而直接的方法。
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一款專用于從DC到100kHz的低電平測量的創(chuàng)新架構(gòu)
新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀 M81-SSM為先進測量應(yīng)用提供了一種簡單而直接的方法。M81-SSM消除了多種特定功能儀器安裝的復(fù)雜性，將直流和交流源的便利性與測量相結(jié)合，包括了鎖相的靈敏度和測量性能。這種噪聲極低的同步信號源和測量系統(tǒng)可確保很小的儀表空間內(nèi)（每臺半機架）具有 1~3 個信號源通道和 1~3 個測量通道的固有同步測量功能，因此可高度適應(yīng)各種材料和器件研究應(yīng)用。
M81-SSM主要特征
? 特殊的實時采樣架構(gòu)實現(xiàn)同步源和測量
? 所有通道可進行振幅、時間及頻率同步
? 專為科研級低電平測量應(yīng)用設(shè)計
? 為所有測量提供高度可配置的鎖相測量
? 在獨立的信號鏈上同時輸出直流和交流（最高 100 kHz）信號
? 在半機架空間內(nèi)集成 1~3 個通道的直流和交流電源及1~3個通道的直流和交流測量
特殊的實時采樣架構(gòu)，可實現(xiàn)同步源和測量
? MeasureSync™ 技術(shù)可在同一時間對所有通道進行采樣，確保在相同條件下對被測器件或樣品進行測試，獲得一致性的數(shù)據(jù)
? 用戶可在所有測量通道上選擇直流/交流振幅和相位檢測
? 共用 DAC/ADC 采樣時鐘可確保3個信號源和3個測量模塊之間高度精確和一致的信號源/測量值時序同步
專為科研級低電平測量應(yīng)用設(shè)計
? 線性模塊電源架構(gòu)可確保盡可能低的源/測量噪聲
? 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、模塊和被測器件 (DUT) 之間為全模擬信號路徑
? 遠程模塊可實現(xiàn)到被測器件（DUT）的盡可能短的信號路徑，從而隔離敏感模擬電路與數(shù)字電路和傳統(tǒng)單外殼儀器設(shè)計中典型的不必要干擾源
直流儀器的絕對精度+交流儀器的檢測靈敏度
? 所有源和測量通道都支持直流和交流至 100 kHz 的信號
? 優(yōu)化了基波、諧波和相位交流加直流偏置測量
? 模塊化設(shè)計允許用戶靈活配置模塊，以滿足特定應(yīng)用的需要
特殊、靈活的儀器/分布式模塊架構(gòu)
? 可遠程安裝的放大器模塊可在不同儀器之間互換
? 系統(tǒng)重新配置時可動態(tài)識別模塊
? 使用簡潔的用戶界面（UI）和通用的應(yīng)用編程程序接口（API），可快速設(shè)置并縮短學(xué)習(xí)曲線
新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀 M81-SSM組成部分
? M81主機最多可連接三個源模塊和三個測量模塊
? 對每項不同的測量交換模塊并調(diào)整配置
? 所有模塊支持測量直流和交流至100 kHz
? 所有模塊均經(jīng)過優(yōu)化，可通過共用振幅和頻率實現(xiàn)超高精度測量
靈活的測量能力
新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀 M81-SSM提供直流和交流激勵及測量功能，用于表征材料和器件在低溫、室溫和高溫環(huán)境中的性能。
在低電阻測量應(yīng)用中，選擇差分電流源和電壓測量模塊組合，需要精確的激勵電流和平衡（浮動）采樣連接的降噪優(yōu)勢；或者與額外的電壓源和電流測量模塊混合匹配，用于復(fù)雜的高阻抗或柵極偏置應(yīng)用，這些應(yīng)用需要精確的電壓控制和掃描測試機制。
與窄帶寬直流系統(tǒng)不同，M81-SSM模塊的工作頻率可從極低到100kHz。用戶可以選擇測量帶寬以避免1/f噪聲和測試環(huán)境噪聲高的其他頻帶。
MeasureSync™ 技術(shù)可在同一時間對所有信號源和測量通道進行采樣，確保在相同條件下對被測器件或樣品進行測試，從而獲得一致的數(shù)據(jù)。
Lake Shore MeasureLINK™ 軟件可提供可配置的測量腳本和回路，以支持各種應(yīng)用。同時可以非常方便的與Lake Shore低溫探針臺、低溫恒溫器、超導(dǎo)磁體以及第三方系統(tǒng)集成。
這些綜合能力使 M81-SSM 成為表征多種結(jié)構(gòu)（包括納米結(jié)構(gòu)、單層和多層原子結(jié)構(gòu)、MEMS、量子結(jié)構(gòu)、有機半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料）的出色解決方案。
M81-SSM應(yīng)用領(lǐng)域
直流輸運：I-V曲線，4線法 （主要模塊：VS模塊+CM模塊） 理想應(yīng)用：二維材料、納米線、有機半導(dǎo)體 M81的優(yōu)勢：低電壓源噪聲、低電流測量噪聲 |  |
交流輸運：交流電阻、方塊電阻和交流電流霍爾 （BCS模塊+VM模塊） 理想應(yīng)用：金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變、二維材料、超導(dǎo)材料 M81的優(yōu)勢：交流電流霍爾：同步測量電阻和霍爾電壓； 在一個低溫恒溫器中同時測量多達三個不同頻率的器件 |  |
光電二極管和光電晶體管 （CM 模塊 + 偶爾使用 VS 模塊） 理想應(yīng)用：紅外敏感材料、日盲材料、二維材料 M81的優(yōu)勢：可程控偏置電壓源 |  |
自旋輸運 （DC/AC: BCS 模塊 + VM 模塊） 理想應(yīng)用：自旋軌道扭矩（SOT）、非局域電阻、自旋閥 M81的優(yōu)勢： SOT：同步測量電阻、霍爾電壓和諧波霍爾電壓 |  |
微分電導(dǎo) （VS模塊+CM模塊） 理想應(yīng)用：MIS 結(jié)、約瑟夫森結(jié)、晶體管中的缺陷表征 M81的優(yōu)勢：雙 DAC 交流和直流源（在適當量程內(nèi)） |  |
熱輸運 （AC，BCS 模塊 + VM 模塊） 理想應(yīng)用：熱電材料、一維材料 M81的優(yōu)勢：相位相關(guān)電流源，同步諧波檢測 |  |
新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀 M81-SSM主要參數(shù)
源通道 | |
源通道功能 | 直流、正弦波、三角波（最高 5 kHz）、方波（最高 5 kHz） |
源同步功能 | 同步另一個通道或外部參考信號 |
頻率范圍 | 100 µHz 至 100 kHz（或模塊帶寬，以較小者為準） |
頻率分辨率 | 大于 100 µHz，6位數(shù)字顯示 |
頻率精度 | 0.06% |
相位噪聲 | 100 ms 時間常數(shù)，12 dB/oct： 內(nèi)部參考：<0.0001° RMS @ 10 kHz 外部參考：<0.002° RMS @ 10 kHz |
動態(tài)儲備 | >120 dB （典型） |
測量通道 | |
測量通道功能 | 直流、交流（RMS、峰值）和鎖相（X 和 Y、R 和 Θ） |
鎖相參考 | 任何信號源通道或外部參考輸入 |
參考輸入 | BNC: 正弦波 ≥ 1 VPP ≥ 200 Hz；方波 ≥ 1 VPP ≥ 10 mHz |
參考輸出 | BNC: 3.3 V方波 |
監(jiān)視輸出 | BNC: M1 監(jiān)視器，M2監(jiān)視器，M3監(jiān)視器，手動輸出 |
數(shù)字輸入 | 6 針 3.5 毫米可拆卸接線板： 2 個 TTL 兼容輸入： Vhigh 標稱電壓 3.3 V；Vlow電壓： 0 V |
數(shù)字輸出 | 6 針 3.5 毫米可拆卸接線板： 2 個 TTL 兼容輸入： 3.3 Vhigh 標稱電壓 @ 1 mA |
總諧波失真 | <0.1%，從DC到100 kHz，典型值 |
采樣率 | 375 kSa/s |
預(yù)熱時間 | 60 分鐘達到指丶定精度 |
隔離 | 測量公共端與機箱接地隔離 |
前面板顯示 | 5英寸電容觸摸屏，彩色TFT-LCD WVGA（800×480），帶LED背光 |
系統(tǒng)速度 | |||
USB | GPIB | 以太網(wǎng) | |
數(shù)據(jù)傳輸最大讀取速率（記錄/秒） | 5000 | 5000 | 5000 |
數(shù)據(jù)傳輸最大數(shù)據(jù)吞吐量（kB/s） | 20 | 40 | 80 |
典型 SCPI 查詢響應(yīng)時間 (ms) | 15 | 20 | 60 |
MeasureSync™ 架構(gòu)說明
MeasureReady 新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測量儀 M81-SSM 采用特殊的 MeasureSync™ 信號同步技術(shù)，可在每個通道上進行連續(xù)數(shù)據(jù)采樣，其噪聲和靈敏度水平與其他高水平的科研級信號源和測量儀器相當。M81-SSM減少了所需儀器和軟件的數(shù)量和類型，簡化了復(fù)雜材料表征操作的設(shè)置和運行。它通過單一界面統(tǒng)一了所有配置和實驗功能，并使用功能強大的 MeasureLINK™ 軟件進行進行測量。
傳統(tǒng)儀器搭建 | 多器件測試的傳統(tǒng)儀器搭建 ? 典型的材料和器件表征應(yīng)用需要直流和交流儀器的組合 ? 傳統(tǒng)實驗裝置通常涉及物理尺寸較大的采樣儀器設(shè)備，需要在樣品和儀器之間使用較長的信號電纜 ? 許多應(yīng)用需要多個源通道和多個測量通道，而同步所有通道是一項極大的挑戰(zhàn) ? 模塊化的 "機架和堆疊 "方法需要操作人員具備高水平的技能才能取得可靠的結(jié)果 ? 隨著信號源和測量通道數(shù)量的增加，對冗余、獨立儀器的需求也隨之增加，但可能會增加總體實施成本 |
M81同步源測試 | M81-SSM優(yōu)勢： ? 減少獨立儀器的數(shù)量，使安裝和操作更加簡便，并將直流皮安表、電壓表和交流鎖相放大器的功能結(jié)合在一起 ? 減少信號源、測量和樣品之間的信號電纜數(shù)量和長度，最大限度地減少寄生現(xiàn)象（漏電、噪聲、電阻和電抗） ? 增加通道數(shù)量實現(xiàn)同步或并行的樣品/器件測試 ? 通過簡單地為各種應(yīng)用測試交換模塊配置，即可輕松實現(xiàn)重新配置 ? 成本遠低于傳統(tǒng)的多儀器配置 |
特殊的信號技術(shù)模塊
M81-SSM系統(tǒng)提供直流至 100 kHz 的精密電子信號源和測量功能，具有 375 kHz (2.67 μs) 信號源/測量數(shù)字化率，最多可連接 3 個信號源和 3 個測量前端模塊。
所有模塊均采用線性電路設(shè)計，由高度隔離的線性電源供電，確保盡可能低的電壓/電流噪聲，可與先進的鎖相放大器和科研級源和測量儀器相媲美。
這些具有嵌入式校準數(shù)據(jù)的可快速更換模塊能夠在實驗設(shè)置期間和實驗設(shè)置之間進行快速測量重新配置。模塊結(jié)構(gòu)緊湊、屏蔽良好，可根據(jù)應(yīng)用要求和用戶偏好進行遠程、機架或臺式安裝。為實現(xiàn)與主儀器的互連，模塊標配 2 米電纜，但用戶也可以訂購 8 米延長電纜，以實現(xiàn)長達 10 米的連接。
M81-SSM內(nèi)置功能：
■ 雙交流和直流量程信號源，只需一個模塊（VS-10電壓源模塊）和樣品/器件連接，即可實現(xiàn)對直流、交流或直流疊加交流幅值信號的精確、全面控制
| ■ 無縫量程變化測量，在需要多次量程變化的信號掃描應(yīng)用中，可顯著減少或消除典型的量程變化引起的測量偏移/不連續(xù)（VM-10 模塊）
| |
將交流和直流集成到單一信號源和測量模塊中：
? 簡化與被測設(shè)備的連接
? 簡化接地回路連接方案
? 無需更改硬件或連接，通過設(shè)置程序即可實現(xiàn)直流和交流信號的源激勵和測量，簡化了測試編程
? 可使用直流偏置進行交流調(diào)制，并提供高度靈活的信號和測量分辨率選項
源模塊和測量模塊概覽
BCS-10平衡電流源模塊
該模塊提供 1 pA 至 100 mA 的可程控電流，最大順從電壓±10 V，從直流至100 kHz正弦輸出。 | VS-10電壓源模塊
該模塊可提供±1 nV 至 ±10 V 的可程控電壓，最大順從電流 100 mA ，從直流至100 kHz 正弦輸出。 |
CM-10電流測量模塊
該模塊可在直流至 100 kHz 范圍內(nèi)，以接近零的輸入偏置電壓測量 fA 至 100 mA 的電流，包括幅值、相位和諧波檢測功能。 | VM-10電壓測量模塊
該模塊可在直流至 100 kHz范圍內(nèi)，提供從nV到 10 V 電壓測量，包括振幅、相位和諧波檢測功能。 |
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