作者：维尔克斯 时间：2026-7-30 4:47:35
NanoMagnetics Instruments Ltd.开发的hpSPM控制器，是一款面向扫描探针显微镜（SPM）应用的新一代高性能电子控制设备。它采用FPGA（现场可编程门阵列）架构，整合了可重构数字逻辑与32位实时处理器，可在STM、AFM、KPFM、ncAFM等成像模式下实现精准的信号处理及闭环反馈控制。hpSPM 控制器以其卓越的低噪声性能、灵活的模块化设计和强大的软件支持，成为纳米尺度表征研究中不可或缺的核心设备。作为一款SPM/AFM显微镜控制器，hpSPM在扫描隧道显微镜与原子力显微镜之间无缝切换，为用户提供了极大的实验灵活性。正因如此，SPM/AFM显微镜控制器在国内外众多实验室中得到了广泛应用。
应用领域：
在具体应用层面，AFM控制器、hpSPM控制器被广泛用于材料表面的形貌表征。研究人员借助AFM控制器可以精确控制探针在样品表面的扫描运动，获取高分辨率的形貌图像。此外，AFM控制器还支持接触模式、轻敲模式和非接触模式等多种成像方式，充分体现了其作为AFM显微镜控制器的强大功能。作为专业的AFM显微镜控制器。hpSPM控制器能够同步采集形貌、相位、振幅等多通道信号，这使得它成为研究聚合物薄膜、二维材料和生物样品的理想AFM显微镜控制器。
-扫描隧道显微镜（STM）：原子级表面形貌成像
-原子力显微镜（AFM）：接触模式、动态模式、非接触模式
-同步 STM/AFM：同时获取隧穿电流与力学信息
-开尔文探针力显微镜（KPFM）：表面电势与功函数测量
-压电力响应显微镜（PRFM）：铁电畴成像
-导电原子力显微镜（cAFM）：局域电流测量
-磁力显微镜（MFM）：磁畴结构表征
-扫描隧道谱（STS）：I/V、dI/dV、dI/dZ 谱学测量
图：hpSPM原子力显微镜控制器
系统架构：
|
模块名称 |
功能描述 |
|
控制器主板 |
核心 FPGA 模块，集成 ADC/DAC 驱动、锁相放大器、32 位实时处理器及 128MB DDR SDRAM |
|
高压放大器卡 |
驱动压电扫描器，提供 ±200V 高压输出 |
|
电机控制卡 |
控制步进电机粗逼近运动，管理限位开关与编码器接口 |
|
滑移脉冲卡 |
生成可配置的高压脉冲波形，用于压电马达步进逼近 |
|
电源卡 |
为各板卡提供稳压电源 |
通信接口：USB 2.0 高速接口（480 Mbps），支持 Windows 10 操作系统。
hpSPM原子力显微镜控制器作为NanoMagnetics Instruments Ltd.推出的核心控制单元，在纳米科学表征领域中发挥着至关重要的作用。这款hpSPM原子力显微镜控制器本质上是一台高性能的扫描控制器，同时也是一台功能完备的原子力显微镜控制器。无论是基础科学研究还是工业质量检测，hpSPM原子力显微镜控制器都能为用户提供精准可靠的纳米尺度成像与测量控制。
核心参数表：
|
类别 |
参数项 |
规格 |
|
信号处理 |
控制器架构 |
基于 FPGA 的可重构数字硬件 |
|
实时处理器 |
32 位，带 128MB DDR SDRAM |
|
|
PC 接口 |
USB 2.0 高速接口，480 Mbps |
|
|
成像模式 |
STM、AFM、KPFM、ncAFM、dI/dV、dI/dZ、PRFM、cAFM、MFM 等 |
|
|
STM 电流检测 |
电流增益 |
G = -1 V/nA |
|
电流范围 |
1 pA – 1 nA |
|
|
噪声底限 |
< 5 fA/√Hz |
|
|
偏置电压 |
样品偏置 |
±10 V，16 位快速 DAC |
|
数字调制 |
支持 KPFM 与 STS 的 90 MHz 数字调制 |
|
|
反馈环路 |
独立数字反馈通道 |
7 通道（硬件实现） |
|
PID 环路输入 |
任意 24/32 位数字输入或模拟输入（经 24 位 ADC） |
|
|
PID 环路输出 |
16 或 24 位数模转换器 |
|
|
数字 PLL / 锁相放大器 |
数量 |
2 个数字锁相放大器（其中一个用于 PLL） |
|
频率范围 |
100 Hz – 1 MHz |
|
|
分辨率 |
40 nHz |
|
|
解调带宽 |
50 Hz – 5 kHz |
|
|
输入/输出 |
输入 ±10 V @ 90 MHz 16 位；输出 32 位数字 DF 和相位 |
|
|
高速 ADC |
通道数 |
2 通道，16 位 @ 90 MHz |
|
输入范围 |
±10 V |
|
|
高速 DAC |
通道数 |
2 通道，16 位 @ 90 MHz |
|
输出范围 |
±10 V |
|
|
高分辨率扫描 DAC |
通道数 |
4 通道（X、Y、Z 及备用） |
|
分辨率 |
24 位 @ 62.5 kHz |
|
|
输出范围 |
±10 V |
|
|
高分辨率 ADC |
通道数 |
16 通道（同步采样） |
|
分辨率 |
真 24 位 @ 175 kHz |
|
|
输入范围 |
±10 V |
|
|
DAC（通用） |
通道数 |
2 通道 24 位 + 12 通道 16 位 |
|
输出范围 |
±10 V |
|
|
高压放大器 |
通道数 |
5 通道（低噪声） |
|
输出电压摆幅 |
±200 V |
|
|
粗逼近电机驱动器 |
高压脉冲发生器 |
可调，±200 V 摆幅 |
|
滑移输出通道 |
19 通道，带机械继电器可编程输出 |
|
|
控制方式 |
摇杆 + 软件用户界面 |
|
|
成像通道 |
同步扫描通道 |
16 通道 24 位 ADC + 数字输入 |
|
最大像素 |
8,192 × 8,192 |
|
|
电源需求 |
输入电压 |
100/110/220/240 Vac，50/60 Hz |
|
功耗 |
500 VA |
|
|
所需工作站（不配套） |
操作系统 |
Windows 10 64 位 |
|
显示器 |
双 27 英寸 LCD |
|
|
物理尺寸 |
高度 × 宽度 × 深度 |
150 × 483 × 520 mm |
放大器（hpAFM Head Amplifier）参数：
|
参数项 |
规格 |
|
QPD 输出信号 |
FT（总激光功率）、FL（横向运动）、FN（法向运动）、FN10（10 倍增益）、FN100（100 倍增益，带通） |
|
归零 DAC |
16 位，用于 FL 和 FN10 直流分量归零 |
|
激光驱动器 |
恒功率激光放大器，功率可通过 GUI 调节 |
|
RF 调制频率 |
约 200–400 MHz，可通过 GUI 调节 |
|
Z 轴压电行程 |
10–20 μm |
|
Z 轴工作电压 |
-20 V 至 +130 V |
|
TIA（跨阻放大器） |
三种模式：硬接地、线性/电阻反馈（100 MΩ）、对数模式 |
软件与驱动：
|
功能 |
说明 |
|
编程语言 |
C#，DirectX 11，64 位操作系统 |
|
脚本支持 |
LabView 驱动程序 |
|
许可证 |
无限数量许可证 |
|
升级政策 |
终身免费软件升级 |
总结：
扫描探针显微镜控制器、SPM显微镜控制器的应用范围更为广泛。这款扫描探针显微镜控制器不仅支持原子力显微镜，还兼容扫描隧道显微镜、磁力显微镜和开尔文探针力显微镜等多种模式。作为一款先进的扫描探针显微镜控制器，hpSPM配备了7通道独立数字反馈环路和2个数字锁相放大器，能够满足从原子级成像到复杂物理性质测量的各种需求。选择扫描探针显微镜控制器hpSPM，意味着选择了SPM领域的顶尖技术。
SPM显微镜控制器它既是SPM系统的通用控制器，也是AFM模式的专业控制器。
hpSPM原子力显微镜控制器作为扫描控制器与原子力显微镜控制器的完美结合，集AFM控制器、AFM显微镜控制器与扫描探针显微镜控制器于一身，是扫描探针显微镜控制器hpSPM领域的标杆产品。无论您是从事AFM控制器相关的形貌研究，还是进行扫描控制器层面的多模式测量，hpSPM原子力显微镜控制器都能为您提供满意的答案。
