多设备同步（MDS）

在实际应用中，有时需要对多个输入输出信号进行同步，以实现对所有设备的系统控制。

完全同步包括，各种参考时钟之间具有稳定且既定的相位关系，在既定的时间同步所有输出信号，以及对齐信号的时间戳和采样率。理想的解决方案为通过单个用户界面或 API 来实现所有仪器的协同工作。

苏黎世仪器 (Zurich Instruments) 致力于为用户提供综合性的且可扩展的测量仪器。 LabOne^® 控制软件的多设备同步 (MDS) 模块可以实现多达 8 台仪器的同步，且所有仪器均可以通过单个图形用户界面 和 API 进行控制。

MDS的主要功能和工作原理

• 所有仪器的时钟同步到一个主时钟
• 同步测量数据的时间戳和采样率
• 所有输出通道的采样同步
• LabOne 中的 MDS 模块实现多测量设备同步测量
• AWG 的 MDS 模式，可通过一个定序器控制多个 AWG 

几个输入信号的同时测量有助于并改善多端口网络的特性表征。为了测量多端口网络的频率响应，通常需要对一个端口施加激励信号，进而测量所有其他端口（包括从动端口）的响应。借助 MDS 模块的增强型 Sweeper 工具，用户可以使用单个 LabOne 用户界面或 API 来测量复杂多端口网络的完整频率响应，并显示测量结果。下图显示了使用两个同步 UHFLI 锁相放大器在单次扫描中测得的 4 端口网络的频率响应。

如果配置 MDS：所有涉及的仪器共享相同的 10 MHz 参考时钟，以具有相同的时钟速度。所有仪器的触发端口需按 MDS 的图示连接。当启动 MDS时，LabOne 执行以下步骤：

1. 将从属仪器的参考时钟调整为主机时钟或外部源。
2. 确定每个仪器在触发信号链中的位置。
3. 测量仪器之间由于同轴线连接导致延迟。
4. 在考虑同轴线延迟测量值的同时调整每台仪器的时钟。

在时序结束时，所有仪器都具有相同的时间坐标，即各个样本的同步时间戳。

应用

任何需要多通道信号发生和信号检测的应用都可以从 MDS 中受益。MDS 适用于以下研究领域：

• 多量子比特量子计算
• NMR 测量
• 多传感器测量系统，例如霍尔效应用于材料表征和传感
• 多通道 Boxcar 平均
• 微流控中的多点阻抗技术
• 相控阵雷达
• 通过互相关降低噪声

MDS-增强的 LabOne 功能

• 扫描模块：扫描一台仪器的一个参数，并根据扫描参数的变化同步测量多个通道和多台仪器的响应。
• DAQ：测量时域信号，同步记录多台仪器的采集信号，即采样点对齐。 
• 绘图模块：同时显示来自多台仪器的信号和时间戳。
• 频谱模块：比较来自多台仪器的信号测量频谱。

通过将一台仪器的 10 MHz 时钟输出连接到另一台仪器的时钟输入，用户可以同步多台 MFLI 锁相放大器和/或 MFIA 阻抗分析仪。触发信号的配置为，用一台仪器作为主控触发源，然后将该触发源的触发信号分配给所有其他仪器，包括主控（见图）。

HF2LI 锁相放大器使用 RJ45 连接器来共享触发和参考时钟信号 (见图)，以一种特殊的方式来实现仪器同步。

对于 UHF 系列仪器，如果仪器具有 AWG 和锁相功能，MDS 将给用户带来更多益处。UHF 仪器的时钟信号以星形方式分布，其中一台仪器充当主控仪器(或者使用外部 10 MHz 参考时钟)，所有仪器通过环路共享触发信号 (见图)。

使用 MDS 最多可以同步 8 个 HDAWG 任意波形发生器 (对应于 64 个 AWG 通道)。通过外部时钟源，以星型方式分配 10/100 MHz 时钟。时间戳同步是通过所有仪器特定的 MDS 触发端口的环路配置来实现的 (请参见图)。同步超过64 个 HDAWG 通道需要使用 PQSC 可编程量子系统控制器。