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新一代多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀 M81-SSM 為先進測量應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
新一代多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀 M81-SSM為先進測量應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雜性，將直流和交流源的便利性與測量相結合，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（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，因此可高度適應各種材料和器件研究應用。
M81-SSM主要特征
? 特殊的實時采樣架構實現(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用設計
? 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，可實現(xiàn)同步源和測量
? MeasureSync™ 技術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
? 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用設計
? 線性模塊電源架構可確保盡可能低的源/測量噪聲
? 數(shù)據轉換器、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
? 模塊化設計允許用戶靈活配置模塊，以滿足特定應用的需要
特殊、靈活的儀器/分布式模塊架構
? 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）和通用的應用編程程序接口（API），可快速設置并縮短學習曲線
新一代多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀 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，用于復雜的高阻抗或柵極偏置應用，這些應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。
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 成為表征多種結構（包括納米結構、單層和多層原子結構、MEMS、量子結構、有機半導體和超導材料）的出色解決方案。
M81-SSM應用領域
直流輸運：I-V曲線，4線法 （主要模塊：VS模塊+CM模塊） 理想應用：二維材料、納米線、有機半導體 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） 理想應用：金屬-絕緣體轉變、二維材料、超導材料 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 （VS模塊+CM模塊） 理想應用：MIS 結、約瑟夫森結、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） |  |
熱輸運 （AC，BCS 模塊 + VM 模塊） 理想應用：熱電材料、一維材料 M81的優(yōu)勢：相位相關電流源，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 | |
數(shù)據傳輸最大讀取速率（記錄/秒） | 5000 | 5000 | 5000 |
數(shù)據傳輸最大數(shù)據吞吐量（kB/s） | 20 | 40 | 80 |
典型 SCPI 查詢響應時間 (ms) | 15 | 20 | 60 |
MeasureSync™ 架構說明
MeasureReady 新一代多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀 M81-SSM 采用特殊的 MeasureSync™ 信號同步技術，可在每個通道上進行連續(xù)數(shù)據采樣，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，簡化了復雜材料表征操作的設置和運行。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備，需要在樣品和儀器之間使用較長的信號電纜 ? 許多應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)據的可快速更換模塊能夠在實驗設置期間和實驗設置之間進行快速測量重新配置。模塊結構緊湊、屏蔽良好，可根據應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，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，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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