Lake Shore Cryotronics 的 M81-SSM 提供直流、交流和锁定源及测量。
当今的测量系统很快就会变得非常复杂。从事前沿研究的科学家常常不得不拼凑来自许多不同供应商的仪器。这是有问题的，因为混合供应商系统可能难以操作，并且这会严重损害所进行的测量的准确性和可重复性。
Lake Shore Cryotronics 通过其 MeasureReady M81-SSM（同步源和测量）系统解决了这些不确定性，该系统允许通过单个中央控制仪器同时操作多达三个源和三个测量模块。 M81-SSM 使用 Lake Shore 专有的 MeasureSync 技术，确保所有连接的源和测量模块均以 10 kHz 采样率同步更新和采样，彼此误差在 +/-375 ns 以内。
“我们特意将同步源和测量功能结合在一起，”Lake Shore 高级产品经理 Chuck Cimino 解释道。 “这还可以对所表征的样品使用通用的精度参考，并确保始终保持最低的噪声性能。”
该公司总部位于俄亥俄州韦斯特维尔，56 年来一直致力于开发测量和控制解决方案。 “我们在 M81-SSM 中拥有多项专利技术，这些技术极大地实现了卓越的同步、混合直流和交流电源和测量，以及更平滑/更快的电压测量范围变化，”他补充道。
M81-SSM 的核心是一个控制器仪器，目前支持四种不同类型的源和测量模块：恒压源模块；平衡或差分恒流源模块；输入阻抗大于1TΩ的电压测量模块；以及内置可编程直流偏置的零失调电压型电流测量模块。Cimino 表示，正在开发更多特定应用类型的模块，以扩展系统的功能。
运行噪音极低
所有 M81-SSM 模块均包含由高度隔离的线性电源供电的线性放大器电子器件。西米诺表示，其结果是噪声极低，超过了许多最好的传统单箱源和测量仪器，包括许多常用的锁定放大器。
M81-SSM 从一开始就旨在涵盖尽可能广泛的电压与电流表征应用，并具有尽可能低的噪声和最快的配置和设置，用于在低温和/或高场实验环境中测量样品。 Lake Shore 在表征这些和其他极端环境中的材料和设备方面拥有丰富的经验，并且在 M81-SSM 的设计中充分利用了专有的信号调理和测量技术以及公司应用科学家的专业知识。
这种低功耗和低噪声信号功能使得 M81-SSM 对于使用各种霍尔杆结构和磁场传感器测量磁场效应非常有用。这些设备可用于多种应用，包括自旋输运实验和低温下超导材料的研究。除了在极低的温度下进行测量同时最大限度地减少自发热外，M81-SSM 还可以表征室内和极高温度环境中的材料，通过带有锁定检测的交流电源避免热偏移。
霍尔棒测量用于对样品的电阻进行非常精确的测量，使用 M81-SSM 的差分电流源和电压测量模块组合可以非常有效地完成。一般四线电阻测量应用也受益于这些低噪声、低功耗全差分连接模块。
M81-SSM 的模块化特性以及模块在交流（高达 100 kHz）、直流和锁定检测模式之间轻松切换的能力为用户提供了测量类型的极大灵活性，无需在或修改专用直流和交流仪器。这种模块化和灵活性还意味着 M81-SSM 可用于在相同条件下测试多个设备，以提供一致的结果。
VM-10 电压测量模块可以检测低纳伏范围直至 10 V 的信号。它的工作频率为直流至 100 kHz，可以检测幅度、相位和谐波。 CM-10 电流测量模块可以检测飞安至 100 mA 范围内的电流。电流测量范围为 DC 至 100 kHz，包括幅度、相位和谐波检测。
BCS-10 平衡电流源模块的可编程电压范围为 100 fA 至 100 mA，直流至 100 kHz 正弦输出，而 VS-10 电压源模块提供从 1 µV DC/100 nV AC 到 ± 10 V DC 的可编程电压。至 100 kHz 正弦输出。
该控制器仪器提供一系列数字连接，包括 USB、GPIB 和以太网，以及与外部参考源或探测器的接口。控制器和模块是紧凑型台式仪器，也可以安装在机架上。
同步与集成
由于其高度同步以及源和测量功能的集成，M81-SSM 可以减少进行精密测量所需的独立仪器的数量，在许多情况下仅需要 M81-SSM 系统。这种集成度还最大限度地减少了通常用于连接单独源、测量仪器和样品的电缆的数量和长度。这种集成避免了引入寄生效应——例如泄漏、噪声、电阻和电抗——所有这些都会显着降低测量结果。
远程模块通过标准 2 m 抗噪声电源和信号电缆连接到主仪器，仪器和任何一个模块之间可以选择将其延长至 6 m。这意味着模块可以放置在非常靠近测量位置的位置，例如低温探针站。 “低电平测量的关键是尽量缩短信号电平电缆的长度，”Cimino 说。 “如果需要，使用 M81-SSM，您可以将放大器模块放在样品旁边。”
该系统的模块化特性意味着只需交换连接的模块即可创建多种配置。这使得 M81-SSM 成为一个极其灵活的系统，其性能比由多个独立仪器和来自不同供应商的仪器构建的设置更具可预测性。此外，整个系统由一家供应商提供支持，使客户服务和技术援助更加简单和流畅。
M81-SSM 使用获得专利的模拟系统在控制器及其模块之间传输信号。西米诺解释说，这可以使嘈杂的数字电路远离模块中敏感的模拟电路。这也最大限度地减少了接地误差并确保所有模块的紧密同步。
专用 ADC 和 DAC
来自最多三个相连测量模块的信号在控制器中通过专用模数 (ADC) 转换器进行数字化。来自最多三个源模块的输出信号由控制器通过专用数模转换器 (DAC) 定义。
ADC 和 DAC 由共享 MeasureSync 时钟信号的上升沿触发。 MeasureSync 是 Lake Shore 正在申请专利的信号同步系统，它使用通用的 375 kHz 时钟信号来更新和读取所有模块，从而能够在每个连接的通道上进行连续数据采样，而不是典型的多路复用多通道替代方案。
在采样时钟边沿之间的间隙期间，控制器读取 ADC 数据，并将 DAC 设置为提供下一个输出值。结果是最多六个连接的放大器通道的完全同步和连续采样——这意味着可以并行进行多个同步测量。每个通道均可设置为执行交流、直流或锁定测量。原始样本以每秒 375 kSa/s 的速度采集和处理，完成的测量结果通过 LAN、USB 或 GPIB 传输至主机 PC，传输速度高达每秒 5k 条记录，或 3 个测量通道每通道 15k 次测量的总速率。第二。
信号源和测量之间的高度同步意味着 M81-SSM 可用于进行锁定测量，从而从噪声背景中提取非常微弱的信号。这对用户来说是一个显着的好处，因为锁定测量通常是使用专用的仅交流测量锁定放大器仪器来完成的。
只需按一下按钮即可锁定
“我已经向一些感兴趣的客户展示了 M81-SSM 的主要功能，他们会问‘锁定放大器在哪里？’”Cimino 说道。 “最初，他们只看到紧凑的模块和控制器元件，我必须解释锁定是通过数字方式实现的。 “只需按一下按钮即可锁定”，这是我从多个潜在用户那里得到的热情回应。”
Cimino 补充说，新手和专家都喜欢 Lake Shore 配置用户界面的简单性和直观性。在专家用户领域，Cimino 表示，“一位 M81-SSM 用户已采用我们的 Python 驱动程序作为其团队所有设备的驱动程序标准。他只是喜欢我们在 Python 驱动程序中抽象 M81-SSM 控件的方式。”
“或者，如果您根本不想编程，我们的 MeasureLINK 软件允许您拖放高级源和测量命令来传输数据或进行长时间测试，”Cimino 说。 “如果您想在进行电气测量时操纵磁场或样品温度，则无需编程即可实现。”
Cimino 将 M81-SSM 的用户界面描述为“可发现的”，任何智能手机用户（即“每个人”）都会轻松地使用它。 “每个模块都显示在界面中，当您单击某个模块时，您会看到该仪器的虚拟前面板，”他解释道。界面上的默认设置对应于最常见的测量，但用户也可以轻松导航界面，以符合其技能水平和测量要求的方式控制 M81-SSM。 Lake Shore 的博士级应用工程师团队为新手和专家用户提供支持。
“M81-SSM 是 Lake Shore 工程和应用团队五年来辛勤工作的成果，”Cimino 说道，并补充说，用户社区的积极响应表明，这是非常值得的。