集成运算放大器

近日，由赛恩科仪团队首席技术顾问中山大学王自鑫副教授作为项目负责人申报的国家重点研发计划“精密大带宽锁相放大器的研发及应用”获批立项；项目将实现超过100M带宽的精密锁相放大器，将研究复杂电磁环境下的微弱信号解耦合技术，实现高带宽高精度的锁相放大器检测技术。赛恩科仪拥有多位在集成电路设计、电磁兼容性分析、数字信号处理等领域具有丰富经验的归国留学人员，一直依托中山大学微电子系、物理系、中山大学光电材料与技术国家重点实验室从事微弱信号仪器检测相关的研究工作。赛恩科仪是一家专注微弱信号检测技术近二十年的国家高新技术企业，拥有本领域的系列核心知识产权。公司推出涵盖各个频段的系列锁相放大器产品，性能参数全面覆盖国际同行，在国内外数百家科研机构与企业得到应用，深受国内外客户的一致好评。

随着科技的进步，人们想要了解的现象越来越精细、想测量的信号也越来越微弱。而微弱信号常淹没在各种噪声中，锁相放大器可以将微弱信号从噪声中提取出来并对其进行准确测量。锁相放大器在光学、材料科学、量子技术、扫描探针显微镜和传感器等领域的研究中发挥着重要作用。国仪量子，赞1锁相放大器在精密磁测量中的应用在精密磁测量领域，特别是低频磁场测量领域，系综氮-空位（NV）色心磁测量方法发展迅速。其中连续波测磁系统是对NV色心施加连续的微波和激光进行自旋操控，从而实现高精度磁测量的实验系统。其基于NV色心基态的零场分裂和磁共振现象，当没有外磁场时，NV色心的ODMR谱如图所示，对NV色心打入共振频率的微波，其荧光强度最小。当存在外磁场时，外磁场会影响NV色心的塞曼劈裂的能级差，从而产生偏共振现象，使得荧光强度发生变化。我们将微波频率定于NV色心连续波谱的斜率最大处，则当外磁场发生变化，其荧光强度的变化最明显，从而提高测量的灵敏度。NV色心的ODMR谱为了提高测量信号的信噪比，通常采用锁相放大的方法，将微波信号进行频率调制，从而避开电测量系统的1/f噪声，实现更高的测量精度。其系统如下图所示，锁相放大器的参考输出信号和微波源进行频率调制后，通过辐射结构将微波电信号转化成磁场信号，作用于NV色心，然后将NV色心发射的荧光信号进行光电转换后用锁相放大器的电压输入通道进行采集，通过解调后即可得到系综NV色心样品的周围环境的磁场信号大小。参考文献：基于金刚石氮-空位色心系综的磁测量方法研究 -- 谢一进锁相放大器在磁成像——扫描NV探针显微镜中的应用扫描NV探针显微镜是利用金刚石NV色心作为磁传感器的扫描探针显微镜，其将光探测磁共振ODMR和AFM进行了巧妙结合，通过对钻石中NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，来实现磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨率和单自旋的超高探测灵敏度。国仪量子推出的量子钻石原子力显微镜其系统结构如下图所示，包括了NV色心成像系统和AFM控制系统。AFM控制系统负责将金刚石NV色心在待测样品上进行平面二维扫描，而NV色心对扫描区域的微弱磁信号进行高分辨率的探测，从而最终形成高分辨率的磁成像。在AFM的扫描过程中，金刚石与样品的距离是通过锁相放大器来进行控制的。金刚石NV色心固定在石英音叉上，形成探针。石英音叉有固定的振动频率，当探针在样品表面移动时，随着样品与探针的距离变化，石英音叉的共振幅度会发生变化。我们使用锁相放大器对音叉的振动信号进行采集和解调后，通过锁相放大器内部的PID反馈控制就可以实现样品位移台垂直方向（Z方向）的动态调节，从而使样品到NV色心探针的距离保持相同。锁相放大器主要用于AFM的控制系统中国仪量子数字锁相放大器LIA001MLIA001M锁相放大器是一款高性能、多功能的数字锁相放大器，基于先进硬件和数字信号处理技术设计，配合丰富的模拟输入输出接口，集可视化锁相放大器、虚拟示波器、参数扫描仪、信号发生器、PID控制器等多种功能于一体，有效的简化科研工作流程和设备依赖，提高科研效率和质量。数字锁相放大器LIA001M

2022年初，一家致力于全方位解决质谱仪核心零部件的厂商，大连奥远电源有限公司（以下简称：奥远电源）“横空出世”，公司成立的初衷是为了改变国产质谱仪严重依赖进口零部件组装的局面。本期“创新100”特别对话大连奥远电源创始人，听他讲述奥远电源选择精密仪器赛道背后的故事。——企业概况奥远电源共有几个创始股东，其中有大连奥远电子股份有限公司和奥远电源的公司法人谷宏芳。奥远电子成立于1995年，专注于“智慧应用产品与服务”，以自有知识产权的产品为引导，力图为客户提供“IT+运营”服务。奥远电源隶属于新三板上市公司——大连奥远集团2022年，公司选择质谱仪电源赛道并创立了奥远电源，希望在高端仪器制造领域帮助国产企业真正实现国产替代。奥远电源前期的产品配件主要销往全世界的石油石化实验室以及第三方检测机构；中期的产品配件主要销往全国各地的空气监测站；当前的产品主要销往各大科研院所以及质谱生产企业。由于有着20多年创业的经历，公司与大连化学物理研究所、四川大学、大连理工大学、大连民族大学等多家产学研机构均有着多年的合作。创始人更是坦言道，公司目前正在隐秘而健康的发展，经营状况良好，技术方股东自2013年起的研发重点就是攻克质谱仪的各个核心零部件，并在未来10-15年计划完成所有质谱仪部件的研发、生产和销售。——产品创新奥远电源主推高压直流、高压脉冲、高压运算放大器、射频电源，以及相关的OEM定制，着力为客户解决根本问题。当前公司主要推广全系列的质谱仪器电源，以及相关解决方案，致力于以质谱仪电源为原点，慢慢向X光电源，高压运放芯片设计，FIB，EBM等领域进发。奥远电源研发实验室一角在提供电源及模块的基础上，公司自主研发了一款高压运算放大器，这是一个内含多级放大电路的电子集成电路，其输入级是差分放大电路，具有高输入电阻和抑制零点漂移能力；中间级主要进行电压放大，具有高电压放大倍数，一般由共射极放大电路构成；输出极与负载相连，具有带载能力强、低输出电阻特点。运算放大器的应用非常广泛，通常的运算放大器供电电压在40V一下，通常供电电压在100V以上的运算凤毛麟角，当前仅有美国的公司在进行生产。奥远电源定制产品生产制作中奥远高压运算放大器HOP 有着广泛应用，在高压仪表、压电驱动、质谱LENS、以及RF上都有着广泛的应用。通常好多高压调压应用都是使用变压器调节，这样会产生一个致命问题，有纹波噪声，电压转换慢，输出阻抗高亢负载能力低，鉴于以上种种的缺点，高压运算放大器可以解决上述问题，它具有低偏置电压，低偏执电流，低缺省电压，低缺省电流，压摆率高，共模抑制比高，噪声低等优点。在谈到与市场上同类型产品相较的话题时，创始人认为，国外厂商的产品普遍是多条战线齐头并进，且产品价格偏高。奥远的高压电源，现阶段主要为质谱仪研究机构和生产厂商提供。因此我们更专注，更了解我们目标客户的需求。目前奥远的产品线覆盖高压直流，高压脉冲，高压运算放大器，射频电源等产几乎所有质谱仪上使用的电源。不仅如此，公司还将以高压直流，高压脉冲为起点，着力打造高压运算，以及射频电源。我们的产品是为质谱仪量身定做的，而且我们能够提供质谱仪全产业链的解决方案，从而更大程度上提高了质谱仪的性能。——未来发展谈到接下来的产品规划及公司的发展，创始人表示，公司目前已经完成高压直流电源1kv-30kv 30种电压型号、单输出/双输出两种输出类型的电源和模块。所有产品经大连化物所、四川大学等机构测试使用，各项目指标都比肩进口产品。接下来，公司将以高压电源以及压电技术为基础研发全系列电镜，并利用已有的光学基础以及压电控制基础研发出飞秒激光器。奥远电源研发工作实验室未来，在踏实完成技术迭代后，公司计划完成国家专精特新企业评定，并冲击IPO。附：“创新100”介绍秉承“国产科学仪器腾飞行动”宗旨，仪器信息网于2018年启动“国产科学仪器腾飞行动”之“创新100”项目，通过筛选一批具备自主创新能力的中小仪器厂商，借助报道、走访、调研等方式，在企业发展的关键时期“帮一把”。项目自启动以来，已收到超过180家企业的踊跃申请，通过输出公益性的宣传报道，组织企业研学、参观交流、主题讨论等各类资源对接活动，得到广大科学仪器企业与用户单位的高度关注与一致好评，现已成为中国科学仪器市场颇具影响力的特色活动，对于提升国产仪器品牌影响力，为行业筛选优质仪器企业贡献重要力量。为延续“国产科学仪器腾飞行动”精神，筛选和服务更多国产科学仪器潜力企业，“创新100”将于2022年继续进行，为国产仪器企业输送更多公益资源。诚邀具备实力、符合条件的创新企业扫码申报“创新100”。报名通道及活动专题：https://www.instrument.com.cn/zt/chuangxin100-2021