MF-PID 选件提供 4 个可配置的 PID(比例-积分-微分)控制器。 可编程的 PID 控制器与 MFLI 锁相放大器无缝集成,适用于多种应用,例如用于建立两个激光器之间的锁相环 (PLL) 来同步相位、稳定载波包络偏移 (CEO) 和高速的 AFM 模式。LabOne 的 PID 智能设定可快速给出合适的 PID 参数、显示阶跃响应和传递函数,以便更好地掌握实验系统的情况。 在操作过程中,自动调谐功能可以自动调整环路滤波器带宽,使 PID 误差最小化。
主要特点
- 4 个独立的具有 PLL 功能的 PID 控制器
- LabOne® PID Advisor 具有多个 DUT 模式、传递函数和阶跃响应显示,可调节目标带宽
- 自动调谐将残留 PID 错误降至最小
- 50 kHz 最大环路滤波器带宽
- 解调器 Θ 数据 ±1024 π 相位展开
- 微分支路的低通滤波器
MF-PID 升级和兼容性
- 选件可现场升级,无需更改硬件
- 与所有其他 MF 选件兼容
- 激光稳频
- 光纤噪声消除
- 光学锁相环,例如载波包络偏移 (CEO) 稳定
- 复杂 AFM 模式,例如开尔文探针力显微镜、尖端保护
- MEMS 表征
锁相环 (PLL)
PID 控制器的一项重要应用是两个振荡器之间的相位相干同步,即锁相环 (PLL)。最简单的情况是,向锁相放大器提供一个调制信号,使用 PLL 锁定并跟踪信号频率。 PID 会读取一个解调器的相位信息作为输入,再向一个内部振荡器的频率提供反馈。 该原理反过来也成立,这点也非常重要。举例来说,内部振荡器的良好相位噪声特性可以使外部设置受益,如激光系统。
PLL 模式中可选相位展开将输入范围扩展到 ±1024π,在启动时提供可靠反馈并保证整个系统稳定运行。
PID Advisor、自动调谐和自动设置点切换
PID Advisor 和自动调谐功能使得即使毫无经验的用户也可以简单、方便地设置控制环,而 LabOne 工具组也提供了显示已实现成果的各种方式。 绘图机功能可形象地在时域中显示 PID 错误和 PID 输出以及显示数据柱状图,而 SW 触发器可用于在手动更改或在切换模式中自动更改 PID 集点时记录阶跃响应。 这些阶跃响应可以直接与 PID Advisor 的模型函数对比,以优化参数。 集成的频谱分析仪可显示控制环信号的频域数据,了解“伺服”出现的问题和潜在噪声源。扫频仪可以显示传递函数,使用户对全部设置有详尽的了解。
AFM 探针保护和阈值单元
MF 的阈值单元可与 PID 控制器结合使用。除了监控解调器振幅和相位值,阈值单元还可以监控 PID 错误、PID 偏移和 PID 输出信号。如果这些信号中的任何一个偏离可调的安全范围达到一定的时间,阈值单元可通过逻辑输出信号,来避免对实验设备造成损害。典型案例是在 AFM 应用中,探针保护需要用到此功能。
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 |