デジタルロックインアンプ 科学者やエンジニアが、ノイズフロアの下に埋もれていることもある、非常に小さな交流 (AC) 信号の位相感度測定を行うのに役立ちます (図 1)。ロックイン アンプに基準信号を提供することで、研究者は、非常にノイズの多い環境でも、同じ周波数領域の対象信号から位相と振幅の情報を引き出すことができます。
従来のロックインアンプは、主にアナログ回路を使用して信号を混合、フィルタリング、復調します。一方、デジタルロックインアンプは、より現代的な信号処理手法を採用しています。デジタルロックインアンプは、入力信号をデジタル化し、アルゴリズムが信号処理の大部分を実行します。この場合、基準信号もデジタルであるため、完全な復調が実現します。ロックインアンプを使用して位相を測定する方法の詳細については、当社の電子書籍をお読みください。 位相を正確に測定する: 位相測定方法論のガイド。
研究者がロックインアンプを使用する理由
研究者は、物理学、光学、電子工学、材料科学などのさまざまな分野でロックイン アンプを使用して、変調信号を抽出して分析し、そこから位相と振幅の情報を取得します。 ロックイン検出 レーザー周波数安定化、超高速分光法、RF およびマイクロ波テスト、暗黒物質検出、およびその他のアプリケーションを実行する多くの最先端研究ラボの重要なコンポーネントです。
デジタルロックインアンプの使用用途
デジタルロックインアンプは、今日、生細胞イメージングから量子センシングまで、さまざまな用途で使用されています。
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デジタルロックインアンプによる細胞イメージングデジタルロックインアンプは、誘導ラマン散乱（SRS）顕微鏡法などの技術を用いたデュアルチャンネルのリアルタイムイメージングを可能にします。高品質のデジタルロックインアンプを使用することで、研究者は生細胞サンプルの同時デュアルチャンネルイメージングを実施できます。 |
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デジタルロックインアンプによる暗黒物質検出世界中の研究者たちは、暗黒物質の検出に成功すべく、素粒子物理学の限界に挑戦しています。デジタルロックインアンプを用いることで、高い柔軟性と性能を活かし、nVレベルまでの信号測定が可能になります。 |
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デジタルロックインアンプによる量子センシング量子センシングや光クロック開発などのアプリケーションでは、システムの安定性が最も重要です。デジタル計測器を使用すれば、テストセットアップ全体を単一のデバイスに統合できるため、より安定した結果が得られ、システム損失が低減されます。 |
アナログ/デジタルロックインアンプの違い
精度と正確さ
アナログ ロックイン アンプは、慎重に調整されたコンポーネントによって高い精度を実現できますが、ドリフト、温度変化、環境ノイズの影響を受けやすくなります。
デジタルロックインアンプはノイズの影響を受けにくいため、アナログ部品に比べてシステムへの損失がはるかに少なくなります。さらに、 デジタル信号処理 DSP（デジタル信号処理）を使用すると、ロックインアンプと並んでデジタルフィルタを簡単に実装できます。アナログ部品を変更することなく、デジタル無限インパルス応答（IIR）フィルタまたは有限インパルス応答（FIR）フィルタ（図2）を追加できるため、対象信号の分離精度が向上します。
周波数範囲と性能
アナログ部品は外部干渉の影響を受けやすい傾向がありますが、デジタル信号は実質的にノイズのない環境を実現します。デジタルロックインアンプは、アナログ部品の周波数依存性による制限を受けないため、幅広い周波数範囲をカバーできます。つまり、デジタル回路はアナログ回路のような性能低下を招くことなく、より広い入力周波数範囲に対応できます。また、デジタルロックインアンプは、柔軟で調整可能なDSPアルゴリズムにより、信号処理において本質的に高い分解能と精度を実現します。
柔軟性
アナログロックインアンプは固定されており、パラメータを変更するにはアナログ部品の調整が必要です。しかし、デジタルロックインアンプでは、ソフトウェアを介して機器の再構成とパラメータ調整が可能であるため、急速に変化する試験条件にも対応できます。一部のデジタルロックインアンプは複数の機器への導入が可能で、1つの機器で複数の独立したロックインアンプを同時に使用することで、実験台のスペースを節約し、コストを最小限に抑え、システムの複雑さを軽減できます。
安定性
デジタル ロックイン アンプ、特にフィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) などの安定したデジタル回路で実装されたアンプは、アナログ ロックイン アンプよりも時間の経過によるドリフトがはるかに少ない傾向にあり、その性能が長期間安定していることを意味します。また、FPGA はアナログ コンポーネントよりも温度変化の影響をはるかに受けにくいため、デジタル ロックイン アンプはさまざまな環境条件においてより安定します。
FPGAベースのデジタルロックインアンプ
デュアルフェーズ、マルチチャンネルロックイン検出を実行するには、 Moku ロックインアンプ 低ノイズのアナログ フロント エンドと FPGA の処理能力を組み合わせます。
Mokuロックインアンプを使用すると、最大4つの独立したロックインアンプを同時に展開したり、ロックインをさまざまな他の機器と組み合わせたりすることができます。 スペクトラムアナライザ または デジタルフィルターボックス マルチインストゥルメントモード（図3）。
適切なロックインアンプの選択
アナログロックインアンプとデジタルロックインアンプのどちらを使用しているかに関係なく、これらの機器は、物理学、化学など、さまざまなアプリケーションで環境ノイズから弱い信号を抽出するために不可欠です。テストに適したロックインアンプの種類を選択するには、フォームファクタ、柔軟性、仕様などを評価する必要があります。ロックインアンプの原理と、次のような代替位相測定機器の詳細については、 Moku位相計これをチェック アプリケーションノート.
詳細について
ウェビナーを視聴する デジタルロックインアンプを使用して最新の位相検出技術を実行する方法について詳しく知りたい場合、または お問い合わせ エンジニアと話をする。
