在线观看免费黄色小视频丨超碰极品丨国产精品人人妻人人爽丨激情文学小说区另类小说同性丨四虎院影亚洲永久丨日本精品久久久久久久丨国产人妖ts重口系列网站观看丨国产女人18毛片水18精丨九九久久精品国产av片国产丨精品色图丨国产精品高潮呻吟av久久软件丨欧美日本免费一区二区三区丨91大神福利视频丨理论视频在线观看丨欧美人成视频在线视频丨欧亚精品一区三区免费丨久久视频这里只有精品在线观看丨国产又黄又湿丨97中文字幕丨黑人操亚洲女

蘇黎世鎖相結(jié)合客戶需求，在MFLI鎖相放大器上集成了原先UHFLI鎖相放大器所具有的Boxcar功能，為不同客戶的不同測(cè)試需求提供多種方案。本文章帶來Boxcar的應(yīng)用，分別從頻域和時(shí)域介紹Boxcar的原理，對(duì)比模擬Boxcar和數(shù)字Boxcar以及UHFLI和MFLI 的Boxcar的性能差異。MF-Boxcar的實(shí)現(xiàn)過程，基線抑制，在掃頻中的Boxcar功能。最后介紹如何在鎖相和Boxcar兩種測(cè)量方式中去抉擇。

01 背景介紹

在光學(xué)與光子學(xué)、納米技術(shù)與材料科學(xué)、量子技術(shù)、掃描探針顯微鏡和傳感領(lǐng)域，對(duì)低占空比脈沖信號(hào)進(jìn)行高質(zhì)量捕獲以及實(shí)時(shí)反饋至關(guān)重要。

圖1：MFLI-Boxcar 用于泵浦探測(cè)

Boxcar平均器提供極具吸引力的性能，在處理低占空比信號(hào)時(shí)，可用極短的測(cè)量時(shí)間實(shí)現(xiàn)高信噪比(SNR)測(cè)量。在低占空比信號(hào)中，每個(gè)周期中只有很少一部分包含有效信息；而在有效區(qū)間之外只存在噪聲。Boxcar平均器在每個(gè)周期中僅從明確定義的時(shí)間窗內(nèi)捕獲信號(hào)，而該時(shí)間窗外的所有信號(hào)都會(huì)被屏蔽。

圖 2：Boxcar 平均器的工作原理。(a) 脈沖實(shí)驗(yàn)的典型輸入信號(hào)，其中Tp為脈沖寬度， Trep為重復(fù)周期。(b) 脈沖寬度為 的 Boxcar 函數(shù)（也稱為矩形脈沖序列）示意圖。(c) 輸入信號(hào)與 Boxcar 函數(shù)相乘后產(chǎn)生的信號(hào)。Boxcar 窗口之外的噪聲已被屏蔽。(d) 對(duì)每個(gè) Boxcar 窗口期間的信號(hào)做積分，最后取N個(gè)周期的平均值。

占空比與基頻信號(hào)能量之間的關(guān)系幾乎是線性的。例如，一個(gè)50%占空比的矩形脈沖信號(hào)，在基頻處僅保留其幅度的大約三分之一。如果占空比減半，基頻處的信號(hào)強(qiáng)度也會(huì)減少一半。因此，當(dāng)波形的占空比低于50%時(shí)，依賴于基頻處信號(hào)幅度的鎖相放大可能不是最有效的信號(hào)恢復(fù)方法。在這種情況下，Boxcar平均化可以提供一種更高效的測(cè)量方法。當(dāng)信號(hào)的功率在頻率譜中分散到多個(gè)諧波成分，且沒有明顯的峰值時(shí)，采用Boxcar檢測(cè)方案可能是實(shí)現(xiàn)最佳信噪比（SNR）的更明智選擇

02 相關(guān)原理

解釋Boxcar可以從時(shí)域或者頻域中去理解它是一個(gè)怎樣的信號(hào)采集過程。其中從時(shí)域去理解是一種直觀的方式。

如圖2所示我們?cè)跁r(shí)域上設(shè)置Boxcar的窗口，在這個(gè)窗口內(nèi)的信號(hào)被探測(cè)設(shè)備捕獲，而在窗口外的由于系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)為零，所以將噪聲“拒之門外”，這樣的測(cè)量我們從信噪比的角度分析，會(huì)降低噪聲的幅度，提高信噪比。因此設(shè)置合適的Boxcar窗口長度，將提高我們的信號(hào)探測(cè)的信噪比。

圖3：時(shí)間窗口過大的情況的示意圖

圖4：時(shí)間窗口很小的情況的示意圖

從上面兩幅沒有設(shè)置合適的時(shí)間窗口的示意圖中我們不難發(fā)現(xiàn)，在窗口很大的時(shí)候噪聲會(huì)變大，而在窗口很小時(shí)噪聲雖然變小了，但是同樣信號(hào)的功率也變小。因此合適的時(shí)間窗口應(yīng)該與脈寬近似相等。

在具體的應(yīng)用中SNR最高時(shí)候都窗口寬度往往取決于我們的背景噪聲和脈沖形狀，重復(fù)頻率，在這三個(gè)因素已知的情況下可以理論算出最佳的窗口長度。但是在實(shí)際應(yīng)用中我們往往通過測(cè)量Boxcar輸出的信號(hào)的信噪比來確定自己的時(shí)間窗口是合適的。蘇黎世鎖相的Plotter由于可以采集測(cè)試結(jié)果，并且提供SNR數(shù)學(xué)分析，無疑對(duì)于快速選擇合適的時(shí)間窗口長度是方便的。

圖5：Plotter分析Boxcar信號(hào)的信噪比

雖然時(shí)域上去理解Boxcar非常直觀，但是例如3dB帶寬這樣重要的Boxcar參數(shù)只有在頻域分析下才能得到很好的理解。

圖6：時(shí)域頻域轉(zhuǎn)化圖

首先根據(jù)Plancherel原理，在時(shí)域上的兩個(gè)時(shí)函數(shù)相乘的最終結(jié)果，等于時(shí)函數(shù)經(jīng)過傅里葉變化后的頻譜上各個(gè)諧振頻率處的頻點(diǎn)相乘的積分 。我們假設(shè)Boxcar的平均周期數(shù)N足夠大，那么周期脈沖波型的頻譜就是分立的δ函數(shù)簇。由于我們的時(shí)間窗口的重復(fù)頻率和信號(hào)的重復(fù)頻率相同，所以兩個(gè)波形的頻譜的δ函數(shù)的頻率位置是一致的，因此相乘的結(jié)果總是不為零，再將結(jié)果進(jìn)行積分，就是時(shí)域上這兩個(gè)脈沖波形相乘對(duì)應(yīng)于頻域上的操作。

03 信號(hào)過程

圖7：Boxcar信號(hào)過程

對(duì)于我們的Boxcar功能，需要兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是我們的輸入信號(hào)，一個(gè)是需要與脈沖信號(hào)同步的觸發(fā)信號(hào)。脈沖信號(hào)輸入到我們信號(hào)輸入，觸發(fā)信號(hào)輸入到我們的后面板的觸發(fā)輸入上。通過外參考我們將觸發(fā)信號(hào)的頻率復(fù)制到我們的內(nèi)部振蕩器上，用振蕩器的相位去觸發(fā)我們的示波器，就可以按照我們的重復(fù)頻率去顯示脈沖的波形。在設(shè)定的平均周期數(shù)內(nèi)，每個(gè)周期都得到一個(gè)Boxcar積分結(jié)果，最后相加取平均。

由于我們的Boxcar積分結(jié)果是除于了時(shí)間窗口長度的，所以量綱是電壓(V)或者電流（A）。

04 相關(guān)參數(shù)

在這里我們著重解釋一下Boxcar的3dB帶寬的概念，類比于鎖相的低通濾波器帶寬限制信號(hào)的變化速度。Boxcar根據(jù)他的平均周期數(shù)和重復(fù)周期所決定的時(shí)間響應(yīng)快慢，限制Boxcar輸出結(jié)果的變化速率。該參數(shù)對(duì)與被調(diào)制的脈沖信號(hào)尤為關(guān)鍵。

圖8：3dB帶寬示意圖，已簡(jiǎn)化，實(shí)際是每個(gè)諧波頻率處都有3dB帶寬限制。

在這里列出了Boxcar基本參數(shù)的特點(diǎn)

? Boxcar窗口：窗寬Tbox及其位置決定所捕獲的信號(hào)和噪聲。假設(shè)噪聲為白噪聲,SNR近似于隨著VTrep/Tbox而增加。當(dāng)SNR最高時(shí),窗寬通常小于輸入信號(hào)脈沖的全寬。

? 取平均值的周期數(shù) N： 使用移動(dòng)平均濾波器在 N 個(gè)周期內(nèi)對(duì)積分信號(hào)取平均值。假設(shè)噪聲為白噪聲, SNR隨著√N(yùn)成比例增加。

? 頻譜響應(yīng)：短的Boxcar窗口Tbox會(huì)增加高次諧波貢獻(xiàn)的相對(duì)權(quán)重。取平均值的周期數(shù)N決定了sinc函數(shù)在諧波處的峰值權(quán)重。

? 測(cè)量帶寬f3dB：隨著frep/N呈線性變化。

? 時(shí)間響應(yīng)： Boxcar平均器的響應(yīng)隨時(shí)間呈線性變化,斜率由取平均值的周期數(shù)N和重復(fù)周期Trep決定。

05 對(duì)比

1）模擬Boxcar 和 數(shù)字Boxcar的區(qū)別

模擬Boxcar因?yàn)槠湮锢黹_關(guān)響應(yīng)速度慢，通常在幾ms，這樣會(huì)限制模擬Boxcar的最大重復(fù)頻率，目前市面上的模擬Boxcar的頻率一般在Khz量級(jí)。并且由于觸發(fā)信號(hào)會(huì)有抖動(dòng)，所以時(shí)間窗口會(huì)漂移，這也是模擬Boxcar不能解決的問題。

表1：模擬Boxcar和數(shù)字Boxcar的區(qū)別

2）MFLI-Boxcar 和 UHFLI-Boxcar的對(duì)比

MFLI和UHFLI的區(qū)別主要體現(xiàn)在整個(gè)設(shè)備的硬件性能上，MFLI的輸入帶寬為5Mhz，意味著信號(hào)兩個(gè)電壓點(diǎn)的上升時(shí)間如果小于35ns的話會(huì)被MFLI內(nèi)部的10Mhz低通濾波器強(qiáng)行拉到35ns這樣會(huì)造成信號(hào)的失真。而這對(duì)于高速的泵浦探測(cè)，或者Thz檢測(cè)領(lǐng)域是不可接受的。MFLI的采樣率為60Mhz，意味著奈奎斯特頻率為30Mhz，但是也要先考慮5Mhz的硬件帶寬，在符合硬件帶寬的條件下，我們的信號(hào)才能無失真的檢測(cè)。

表2：MFLI-Boxcar和UHFLI-Boxcar對(duì)比

06 輔助功能

1）基線抑制

脈沖信號(hào)可能會(huì)有直流偏置；或者在一些脈沖實(shí)驗(yàn)中，需要比較兩個(gè)脈沖之間的差異，那么我們可以設(shè)置另外一個(gè)時(shí)間窗口，將兩個(gè)窗口得到的Boxcar結(jié)果相減。

圖9：基線抑制示意圖

2）掃頻中的Boxcar功能

如果脈沖信號(hào)無法在示波器中看到波型，那么我們可以在掃描儀選項(xiàng)卡中去獲得脈沖。在Boxcar選項(xiàng)卡設(shè)置好參數(shù)后，在Sweeper選項(xiàng)卡里根據(jù)振蕩器的相位啟動(dòng)掃描，之后還可以在脈沖位置處進(jìn)行范圍更小的細(xì)掃。再把在sweeper得到的結(jié)果例如脈沖的起始相位和寬度，復(fù)制回我們的Boxcar選項(xiàng)卡中。

圖10：Sweeper中的Boxcar功能

更細(xì)節(jié)的操作內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注飛時(shí)科技的B站視頻，我們將在那里帶來實(shí)機(jī)演示。

07 鎖相檢測(cè)和Boxcar測(cè)量對(duì)比

鎖相檢測(cè)和Boxcar作為兩種完全不同的測(cè)試方法，分別適用于不同的信號(hào)檢測(cè)。

在我們選擇該兩種方式之一的檢測(cè)方法去獲得我們的微弱信號(hào)時(shí)，有幾點(diǎn)能幫助我們選擇哪一種方法是更適合的。

? 占空比：脈沖信號(hào)的占空比直接影響頻譜中高階諧波對(duì)于信號(hào)的貢獻(xiàn)。占空比越低，高階諧波的權(quán)重越高，越不能忽視，否則會(huì)帶來嚴(yán)重的信號(hào)失真。對(duì)于低占空比信號(hào)，我們優(yōu)先選擇Boxcar去檢測(cè)。

? 信號(hào)形狀：信號(hào)的形狀影響其頻譜分布，周期脈沖信號(hào)在頻譜上的分布特點(diǎn)決定了適用于Boxcar檢測(cè)方法。而對(duì)于正弦波類似的信號(hào)，由于在頻譜上只有一個(gè)諧波分量，所以用Boxcar檢測(cè)會(huì)降低信噪比，更建議用鎖相去檢測(cè)。

? 噪聲：噪聲的不同分布，也影響我們選擇何種測(cè)試方法。對(duì)于以白噪聲和1/f噪聲為背景的信號(hào)，在相同帶寬下鎖相的SNR比Boxcar的SNR更低。

? 預(yù)算：由于Boxcar要求測(cè)量信號(hào)的高階諧波信號(hào)，對(duì)于設(shè)備的帶寬要求更高，提高了設(shè)備的硬件成本。

? 測(cè)量難易度：Boxcar需要用戶自己去捕獲脈沖信號(hào)，還要設(shè)置時(shí)間窗口寬度，平均周期數(shù)，做外參考等，比起鎖相放大器的設(shè)置顯得更為復(fù)雜。

08 總結(jié)

MFLI本次集成了Boxcar功能，在原先只能進(jìn)行鎖相檢測(cè)的基礎(chǔ)上增加了Boxcar檢測(cè)，對(duì)于需要用Boxcar功能去檢測(cè)低占空比脈沖信號(hào)的用戶，無疑讓這些用戶可以在鎖相檢測(cè)還是Boxcar檢測(cè)中去選擇一個(gè)合適的方案。增加了設(shè)備的適用性，成為科研人員更有力的測(cè)試工具。

B站視頻號(hào)二維碼