MF-PID 옵션은 4개의 구성가능한 PID (비례 – 적분 – 미분) 컨트롤러로 구성됩니다. MFLI 락인앰플리파이어와 완벽하게 통합된 프로그래밍 가능한 PID는, 두 레이저의 위상 동기화를 위한 PLL (phase-locked loop) 설정, CEO 안정화 및 빠른 AFM 모드를 포함하여 여러 응용 분야에서 사용됩니다. PID Advisor는 적절한 매개 변수를 식별하는데 도움이 되며 단계 응답(step responses) 및 전달 함수(transfer functions)를 표시하여 실험 설정에 대한 심층적인 이해를 지원합니다. 자동 조정(Auto Tune) 기능 덕분에, 루프 필터(loop filter) 설정이 자동으로 조정되어 잔류 PID 오류가 최소화된 지점을 찾습니다.
주요특징
- 4개의 독립 PID 컨트롤러 (PLL 기능포함)
- PID Advisor (목표 대역폭 조정용)
- Auto Tune PID (평균 PID 오류 신호 최소화 용)
- 50 kHz 최대 루프 필터 대역폭
- 복조기 위상 데이터에 대한 위상 언랩 (±1024π)
- 미분 분기 용 저역 통과 필터
MF-PID 업그레이드 및 호환성
- 하드웨어 변경없이 현장 업그레이드 가능 옵션
- 다른 모든 MF 옵션과 호환
- 레이저 주파수 안정화
- 파이버 잡음 제거
- 광학 위상 고정 루프(PLL), 예 : 캐리어 엔벨로프 오프셋 안정화 (CEO)
- 고급 AFM 모드 (예 : Kelvin 프로브 힘 현미경 및 팁 보호)
- MEMS 특성화
위상 고정 루프
PID 컨트롤러의 중요한 응용 분야 중 하나는 두 발진기의 위상 일관된 동기화(phase-coherent synchronization)입니다. 가장 간단한 경우로, 변조된 신호가 잠금 증폭기로 전송되고 PLL은 신호의 주파수를 복구하고 추적하는데 사용됩니다. 하나의 PID는 복조기 중 하나에서 위상 정보를 입력으로 받아, 내부 발진기 중 하나의 주파수 설정에 피드백을 제공합니다. 중요한 것은,이 작동 원리를 뒤집어, 예를들면, 내부 발진기의 우수한 위상 노이즈 특성을 외부 레이저 시스템으로 전송할 수 있다는 것입니다.
PLL 모드의 선택적 위상 언래핑(phase unwrapping)은 입력 범위를 ±1024π로 확장하여, 시작시 안정적인 피드백과 전체적으로 견고한 작동을 보장합니다.
PID Advisor 및 Auto Tune
PID Advisor와 Auto Tune 기능은 제어 루프의 설정을 간단하게 만들지만, LabOne® 도구세트 는 완성된 성능을 특성화하는 모든 수단을 제공합니다. 플로터(Plotter)는 시간 도메인에서 PID 오류 및 PID 출력을 시각화하고 데이터 히스토그램을 표시하는 반면, SW 트리거는 PID setpoint가 토글 모드에서 수동 또는 자동으로 변경될 때 단계 응답을 기록하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 단계 응답은 PID Advisor의 model function과 직접 비교할 수 있습니다. 통합 된 스펙트럼분석기는 "servo bumps"를 강조하고 잠재적인 노이즈 소스를 식별하기 위해 주파수 도메인 데이터를 표시합니다. 스위퍼(Sweeper) 기능은 전달 함수를 연구하여 전체 실험 설정에 대한보다 철저한 이해를 수집하는데 도움이됩니다.
Threshold Unit으로 AFM 팁 보호
MF Threshold Unit은 PID 컨트롤러와 함께 사용할 수 있습니다. 복조기 진폭 및 위상 값을 추적하는 것 외에도, Threshold Unit을 사용하여 PID 오류, PID 시프트 및 PID 출력 신호를 모니터링 할 수 있습니다. 신호가 정의된 시간 간격 동안 조정 가능한 안전 통로를 벗어날 때마다, 논리적 출력을 생성하여 조치를 취하고 설정 손상을 방지 할 수 있습니다. AFM 애플리케이션에서 팁 보호는 이 기능이 성공적으로 사용되는 전형적인 예입니다.
Configuration | 4 PID controllers with PLL capability |
PID input parameters | X, Y, R, and Theta from demodulator, auxiliary inputs 1 and 2, auxiliary outputs 1 to 4 |
PID output parameters | Amplitude of signal outputs, signal output offset, internal oscillator frequencies, auxiliary outputs 1 to 4, demodulator phase offsets |
Maximum PID bandwidth | up to 50 kHz |
PID minimum propagation delay | 2.5 µs (Signal Input to Signal Output) |
PID Advisor DUT models | All pass, low pass 1st order, low pass 2nd order, VCO/laser setup, resonator frequency, resonator amplitude, internal PLL |
PID Advisor graphical display options | Bode magnitude, Bode phase, step-response, impulse-response; closed loop and open loop |
Setpoint toggle rate | 64 mHz to 1 MHz |
PID data streaming | PID error, PID shift and PID output values can be streamed at an adjustable rate, synchronized with demodulator data |
PLL frequency range | 1 to 500 kHz; 1 to 5 MHz, requires MF-F5M option |
PLL bandwidth | Up to 50 kHz |
Phase unwrap range | ±1024 π |