如何查看 MFLI的仪器输入噪声水平?

苏黎世仪器的MFLI,是一款具有低噪声的中频锁相放大器,测试频率范围包含DC到5 MHz(频率精度为1 μHz)。锁相放大器广泛地应用于测试信号与仪器本底噪声接近的情形,如低温输运、霍尔效应测量等应用。因此,更低的本底噪声,能更好地测量更小的信号。

针对这些应用,其本底噪声水平是用户非常关心的一个指标。仪器用户手册中(User Manual MFLI,Figure 5.3 MFLI Voltage Input voltage noise density),也给出了各设备在不同输入量程下的噪声密度谱(Fig. 1)。当输入量程设置为最小(即1 mV)时,可以获得最低的本底噪声。随量程增大,本底噪声也会相应的增加。

Fig. 1

一个常见的疑问是,如何在自己的实验室查看MFLI的本底噪声水平呢?
答案是可以通过仪器控制软件LabOne®非常轻松的查看。LabOne®随设备提供(下载页面 ),它拥有多种软件功能,其中包含参数扫描仪功能,可以对各种参数(频率、幅值、偏置等)进行扫描,并可直接测量噪声密度谱 。

下面我们来看一下如何执行具体操作。
1. 需要准备一个BNC短接帽(参考:Amphenol RF 202114),将仪器的输入端短接。注意:输入端开路、或用长导线短接都是不对的。

Fig. 2

Fig. 3

2. 设置输入通道:将输入量程设置为1mV。使用DC耦合、单端输入。

Fig. 4

3. 设置锁相放大器参数:Osc=1, Input Signal=Sig In 1, EN=enable, Rate=1.674k

Fig. 5

4. 打开参数扫描仪“Sweeper”功能:

a. “Settings” 页面中,我们根据本文的测试需求,将“Application”设置为“Noise Amplitude Sweep”。

Fig. 6

b. Control 页面中,我们会看到显示的信号已经变为 “Demod 1 Sample R Noise 1Hz BW” ,即噪声谱密度数值。

Fig. 7

(注意:如果我们漏掉了步骤(a)的设置,那么这里显示的会是默认的“Demod 1 Sample R”,这是不对的)

c. 设置所关心的频率范围(开始“Start”、截止“Stop”频率)、扫描点数“Length(pts)”,然后开始扫描。根据扫描的频率范围的不同、点数的多少,等待时间可能从几分钟到几小时。

Fig. 8

d. 我们在办公室实测的结果如下:

Fig. 9

与MFLI用户手册中的结果相比,能够达到仪器标称性能。