Moku儀器平臺是一個基于FPGA開發(fā)的多功能數(shù)字信號處理工具双抽。通過片上儀器(Instrument-on-Chip)這一理念百框，我們將多種引力波探測常用的測試測量功能和控制模塊整合在了同一個硬件設(shè)備當中，從而大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度牍汹，減少了延時和噪聲铐维。
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Moku:Lab應(yīng)用解決方案-引力波探測
引力波的探測裝置通常需要使用一套復(fù)雜的測試測量儀器，比如用來進行信號讀取或?qū)崟r閉環(huán)反饋的多通道振幅相位檢測裝置慎菲，信號發(fā)生裝置嫁蛇，溫度壓力探測裝置等等。這些復(fù)雜的裝置不僅占用很大的空間露该，信號通訊或者數(shù)字-模擬/模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換期間可能都會產(chǎn)生額外的延時或噪聲睬棚，從而衰減測試的質(zhì)量。Moku儀器平臺是一個基于FPGA開發(fā)的多功能數(shù)字信號處理工具。通過片上儀器(Instrument-on-Chip)這一理念抑党，我們將多種引力波探測常用的測試測量功能和控制模塊整合在了同一個硬件設(shè)備當中包警，從而大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少了延時和噪聲新荤。
Moku:Lab的解決方案可以部署到地面或者空間中的引力波探測裝置當中揽趾。Moku:Lab的激光鎖頻器或鎖相放大器可以將激光的頻率長期穩(wěn)定地鎖定到共振腔上，并在儀器中內(nèi)嵌了PID控制器苛骨、示波器篱瞎、以及信號記錄儀。用戶可以實時地對信號與參數(shù)進行調(diào)整與監(jiān)測痒芝。雙通道數(shù)字相位測量儀可以實時追蹤輸入信號的相位俐筋、振幅、以及頻率严衬，并繪制功率密度圖澄者、Allan Deviation等常用圖表。頻率響應(yīng)分析儀可以表征干涉儀等儀器的復(fù)頻譜響應(yīng)请琳，快速繪制出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)粱挡。同時，內(nèi)置的 FIR濾波器可以產(chǎn)生較為精確的信號延遲俄精。
Moku:Lab功能與參數(shù)
主要參數(shù)
? 雙通道200 MHz模擬輸入
? 雙通道300 MHz模擬輸出
? 12-bit 500 MSa/s 低噪聲ADC
? Xilinx Zynq 7000 Series FPGA
? <20 nV/√Hz 輸入噪聲(高于 1 MHz時)
主要功能
? 集成了12個不同的測試測量儀器
? 專門為Pound–Drever–Hall和其他常見的激光鎖頻方式所開
發(fā)的儀器功能
? 雙通道基于鎖相環(huán)的相位/頻率探測裝置
? Python, MATLAB, 和LabVIEW的API支持
? 易于操作的iPad OS圖形化交互式控制軟件
主要功能展示
全數(shù)字鎖相環(huán)
Moku:Lab基于全數(shù)字鎖相環(huán)的相位表可同時對一個拍頻信號的頻率询筏、相位、以及振幅進行連續(xù)的探測竖慧。通過鎖相環(huán)的方式嫌套，相位表擁有遠超于一個周期的相位探測范圍。同時圾旨，相位表可以將鎖相環(huán)中內(nèi)置的數(shù)控振蕩器的信號通過模擬輸出輸送給其他儀器踱讨，可驅(qū)動高速共振元件，或?qū)δ程囟l率進行提取砍的。
主動激光鎖頻
Moku:Lab的激光鎖頻儀器是專門為高精度主動激光鎖頻設(shè)計的數(shù)字信號處理儀器痹筛。儀器中內(nèi)置了相位檢測模塊、PID控制器挨约、高頻振蕩器味混、低頻掃頻器等一系列Pound-Drver-Hall或其他鎖頻技術(shù)所需要的儀器。不同模塊之間的信號交流完全發(fā)生在同一塊FPGA之上诫惭，較大地減少了儀器之間的通訊延時與損耗。整個系統(tǒng)較低可做到小于1 微秒的輸入輸出延時蔓挖，使高帶寬閉環(huán)控制成為可能夕土。
多輸入輸出PID控制器
Moku:Lab的雙通道PID控制器內(nèi)置了兩個可獨立調(diào)節(jié)和控制的PID控制器。基于FPGA的超低延時的特性怨绣，信號的輸入輸出延時小于1微秒角溃，大地提高了閉環(huán)系統(tǒng)可達到的閉環(huán)帶寬。PID控制器可以通過實時交互的Bode圖在頻域進行調(diào)節(jié)篮撑，也可通過進階模式减细，分別調(diào)整系統(tǒng)的P、I赢笨、與 D的增益未蝌。可分別對PID的兩個不同頻率區(qū)間(可重合)進行獨立設(shè)置茧妒。同時萧吠，系統(tǒng)支持雙重積分器，以及積分微分飽和設(shè)置桐筏。
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