一种测量纳米器件输运性质的系统和方法技术方案

本申请公开了一种测量纳米器件输运性质的系统和方法，利用FPGA性能高、I/O接口多和可重复配置的优点，控制数据转换单元输出信号并采集信号，对纳米器件进行控制和读出，以测量和表征纳米器件的输运性质，其是一种集成度高、多通道、具有高精度和低噪声优点的系统。

A system and method for measuring the transport properties of nano devices

【技术实现步骤摘要】
一种测量纳米器件输运性质的系统和方法
本专利技术涉及数据处理
，更具体地说，涉及一种测量纳米器件输运性质的系统和方法。
技术介绍
近些年对于物质微观性质的操控和测量技术和方法不断发展，微观领域产生了很多新的研究方向，其中，对于纳米尺度下物质的输运性质的研究是近期热门的研究方向之一。在研究纳米器件的输运性质时，通过表征其电流响应、电压响应、频率响应、霍尔效应和磁场响应等物理性质，来研究深层次的物理原理。表征这些物理性质所用到的测量方法一般包括两个部分：在器件上施加激励源，激励源可以是电压源、电流源和磁场等可以受控制变化的物理量；测量器件受激励源影响的物理量，例如电流和电压等。在传统的实验系统中，测量装置的搭建方式是采购不同功能的商业仪器，通过编写计算机软件通过总线和各仪器连接，实现数据处理的功能。然而，随着研究的不断深入，实验体系对于测量系统的性能要求越来越高，现有的商业产品往往不能很好的契合需求。例如，对于超导体系的纳米器件研究，实验系统需要在极低温度(30mK)下运行，这就要求测量系统的噪声水平非常低(1μVRM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量纳米器件输运性质的系统，其特征在于，所述系统包括：计算机、基于FPGA的数据处理单元、数据转换单元和待测系统；/n其中，所述计算机用于向所述数据处理单元发送工作指令和数据；/n所述数据处理单元用于解析并处理所述工作指令和数据，以在不同的工作模式下生成不同的第一输出波形数据；/n所述数据转换单元用于将所述第一输出波形数据转换为模拟信号；/n所述待测系统依据所述模拟信号生成待测信号；/n所述数据转换单元还用于将所述待测信号量化转换为测量波形数据；/n所述数据处理单元还用于依据所述测量波形数据生成测量数据，并将所述测量数据传输至所述计算机。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量纳米器件输运性质的系统，其特征在于，所述系统包括：计算机、基于FPGA的数据处理单元、数据转换单元和待测系统；
其中，所述计算机用于向所述数据处理单元发送工作指令和数据；
所述数据处理单元用于解析并处理所述工作指令和数据，以在不同的工作模式下生成不同的第一输出波形数据；
所述数据转换单元用于将所述第一输出波形数据转换为模拟信号；
所述待测系统依据所述模拟信号生成待测信号；
所述数据转换单元还用于将所述待测信号量化转换为测量波形数据；
所述数据处理单元还用于依据所述测量波形数据生成测量数据，并将所述测量数据传输至所述计算机。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据转换单元包括：数模转换模块和模数转换模块；
其中，所述数模转换模块包括多个结构相同的数模转换通道，用于将所述第一待测波形数据转换为模拟信号，并输出至所述待测系统；
所述模数转换模块包括多个结构相同的模数转换通道，用于将所述待测信号量化转换为第二待测波形数据，并输出至所述数据处理单元。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，任意一个所述数模转换通道包括：主要DAC、辅助DAC、参考电压源、可调衰减器、可调低通滤波器、低通滤波器和加法器；
其中，所述主要DAC用于接收波形数据、采样时钟和第一参考电压，转换输出原始电压信号依次进入所述可调衰减器和可调低通滤波器，调整输出幅度范围和频率成分输出至所述加法器；
所述辅助DAC用于接收波形数据，采样时钟和第二参考电压，经过所述低通滤波器后输入至所述加法器；
所述加法器用于将两个输入信号合成后输出所述模拟信号；
所述参考电压源用于产生所述第一参考电压和所述第二参考电压，所述第一参考电压小于所述第二参考电压。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，任意一个所述模数转换通道包括：可调衰减器和ADC；
其中，所述可调衰减器用于改变所述待测信号的幅度大小；
所述ADC用于将所述可调衰减器处理后的待测信号进行模数转换，输出所述测量波形数据。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：FPGA模块、时钟管理模块、传输总线控制模块和随机存储器；
所述FPGA模块包括：管理模块、信号生成模块和信号采集数据处理模块；
其中，所述管理模块分别与所述时钟管理模块、所述传输总线控制模块、所述随机存储器、所述信号生成模块和所述信号采集数据处理模块进行通信，用于控制所述时钟管理模块、所述传输总线控制模块、所述随机存储器、所述信号生成模块和所述信号采集数据处理模块的工作状态；
所述时钟管理模块用于产生时钟信号，并调节时钟延时；
所述传输总线控制模块用于控制所述管理模块和所述计算机之间的通信模式；
所述随机存储器用于存储数据；
所述信号生成模块用于在不同的工作模式下，生成相应的第一待测波形数据；
所述信号采集数据处理模块用于生成测量数据，并通过所述管理模块发送至所述计算机。


6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在第一种工作模式下，所述信号生成模块包括：非线性修正子模块、参考信号生成子模块、第一乘法器和加法器；
所述信号采集数据处理模块包括：数学运算子模块、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第二乘法器和第三乘法器；
其中，所述非线性修正子模块用于接收偏置参数，并将所述偏置参数分解为第一偏置参数和第二偏置参数，且将所述第一偏置参数输出至所述辅助DAC；
所述参考信号生成子模块用于接收频率参数和相位参数，生成第一波...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇曦，秦熙，肖庆，程光磊，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34