Multi-Device Synchronization (MDS)

Haben Sie eine Anwendung, die mehrere synchronisierte Signaleingangs- und -ausgangskanäle erfordert? Wenn ja, wissen Sie wahrscheinlich, dass das Stapeln einiger Instrumente oft nicht ausreicht.

Zur vollständigen Synchronisierung gehören stabile und gut definierte Phasenbeziehungen zwischen den verschiedenen Referenztaktsignalen, die Fähigkeit, die Signalausgänge zu definierten Zeiten zu synchronisieren, sowie die Ausrichtung von Zeitstempeln und Abtastraten für die aufgezeichneten Signale. Die ideale Lösung ist eine einzige Benutzerschnittstelle oder API, die die gesamte Instrumentenbaugruppe orchestriert.

Zurich Instruments hat sich verpflichtet, einen umfassenden Ansatz für Messinstrumente mit Blick auf Skalierbarkeit anzubieten. LabOne® ermöglicht die Multi-Device-Synchronisation (MDS) für bis zu 8 Instrumente und ermöglicht den Benutzern den Zugriff auf diese über eine einzige grafische Benutzeroberfläche und API-Sitzung.

Hauptmerkmale und Funktionsprinzip von MDS

• Uhrensynchronisation aller Instrumente auf eine Hauptuhr
• Synchronisierte Zeitstempel und Abtastraten von Messdaten
• Sampleweise Synchronisierung aller Ausgabekanäle
• MDS-Modul in LabOne zur gleichzeitigen Messung mehrerer Geräte
• AWG-Linked-Modus zur Steuerung der Ausgabe mehrerer AWG-Instrumente aus einem einzigen Sequenzerprogramm mit verteilter Ausführung

Die gleichzeitige Messung mehrerer Eingangssignale erleichtert und verbessert die Charakterisierung von Multiport-Netzwerken. Um den Frequenzgang eines Multiport-Netzwerks zu erhalten, wird ein Port angeregt und alle anderen Ports (einschließlich des angesteuerten) gemessen. Mit dem um das MDS-Modul erweiterten Sweeper-Tool ist es möglich, den kompletten Frequenzgang eines komplexen Mehrfachtornetzwerks in einem Sweep zu messen, der von einer einzigen LabOne-Benutzeroberfläche oder einer LabOne-API-Sitzung, die mehrere Instrumente steuert, angezeigt wird. Die Abbildung unten zeigt den Frequenzgang eines 4-Tor-Netzwerks, der in einem einzigen Sweep mit zwei synchronisierten UHFLI-Lock-in-Verstärkern gemessen wurde.

Alle beteiligten Instrumente teilen sich den gleichen 10-MHz-Referenztakt, um eine gemeinsame Taktfrequenz zu erhalten. Alle Instrumente müssen auch in einer Kette von Triggersignalen angeschlossen sein. Beim Starten des MDS führt LabOne die folgende Schrittfolge aus:

1. Stellen Sie den Referenztakt der Slave-Instrumente auf den Master-Takt oder auf eine externe Quelle ein.
2. Identifizieren Sie die Position jedes Instruments in der Kette der Triggersignale.
3. Messen Sie die Kabelverzögerung zwischen den Instrumenten.
4. Stellen Sie den Takt in jedem Instrument ein und berücksichtigen Sie dabei die gemessenen Kabelverzögerungen.

Am Ende der Sequenz haben alle Instrumente die gleiche Taktzeit, d.h. synchrone Zeitstempel der einzelnen Samples.

Bewerbungen

Jede Anwendung, die eine mehrkanalige Signalerzeugung und/oder -erkennung erfordert, kann von MDS profitieren, insbesondere wenn mehrkanalige Signale synchron erzeugt und/oder gemessen werden müssen. Dies gilt für die folgenden Forschungsbereiche und Techniken:

• Multi-Qubit-Quantenberechnung
• NMR-Messungen
• Multi-Sensor-Messsysteme, z.B. Hall-Effekt-Materialcharakterisierung und -abtastung
• Mehrkanal-Güterwagen-Mittelwertbildung
• Mehrpunkt-Impedanztechnik in der Mikrofluidik
• Phased-Array-Radargeräte
• Rauschunterdrückung durch Kreuzkorrelation

MDS-erweiterte LabOne-Funktionen

• Kehrmaschine: Scannen Sie einen Parameter für ein Instrument und messen Sie die Reaktion über mehrere Kanäle und Instrumente in einer Weise, die vollständig mit den Änderungen der Sweep-Parameter synchronisiert ist.
• DAQ: Messen von Zeitbereichssignalen und Aufzeichnen von Bildern auf der Grundlage von Triggersignalen über mehrere Instrumente mit genauer Probenausrichtung.
• Plotter: Zeigen Sie Signale von mehreren Instrumenten gleichzeitig mit Zeitstempelausrichtung an.
• Spektrum: Spektrum: Vergleichen Sie Signalspektren von verschiedenen Instrumenten.

Mehrere MFLI-Lock-in-Verstärker und/oder MFIA-Impedanzanalysatoren können synchronisiert werden, indem der 10-MHz-Taktausgang eines Instruments mit dem nächsten verbunden wird. Ein Instrument fungiert als Master-Triggerquelle, von der dann Triggersignale an alle anderen Instrumente einschließlich des Masters verteilt werden (siehe Abbildung).

Der HF2LI Lock-in-Verstärker verfügt über eine spezifische Signalisierung für die Synchronisation auf der Basis von RJ45-Steckverbindern, um Trigger- und Taktsignale gemeinsam zu nutzen (siehe Diagramm).

Auf der UHF-Plattform kann MDS erhebliche Vorteile bringen, da das Instrument sowohl die AWG- als auch die Lock-in-Funktionalität besitzt. Die Taktsignale werden sternförmig verteilt, wobei ein Instrument als Master fungiert (oder alternativ ein externer 10-MHz-Referenztakt verwendet wird): Die Triggersignale werden dann über eine Schleife, die alle Instrumente einschließt, gemeinsam genutzt (siehe Abbildung).

Bis zu 8 HDAWG Arbitrary Waveform Generators (entspricht 64 AWG-Kanälen) können mittels MDS synchronisiert werden. Der 10/100 MHz-Takt wird dank einer externen Taktquelle sternförmig verteilt. Die Zeitstempel-Synchronisation wird durch eine Schleife erreicht, die alle Instrumente einschließt und spezifische MDS-Trigger-Ports verwendet (siehe Diagramm). Die Synchronisierung von mehr als 64 Kanälen erfordert den PQSC Programmable Quantum System Controller.