MF-PIDオプションは4個の設定可能なPID（比例、積分、微分）コントローラで構成されています。MFLIロックインアンプとのシームレスな統合により、プログラマブルPIDは2つのレーザーの位相同期用のPLL（フェーズロックループ）の設定や、CEOの安定化、高速AFMモードのような幅広いアプリケーションでの動作を可能にします。PIDアドバイザは適切なパラメータを素早く見つける支援となり、ステップ応答と転送機能を表示して、セットアップの深い理解をサポートします。自動チューニング機能により、ループフィルタ設定は自動的に調節され最小の残差PID誤差を示す点が見つかります。
クアッドPID/PLLコントローラ・オプション
主な特長
- PLL機能付き4個の独立したPIDコントローラ
- PIDアドバイザー（ターゲット帯域幅の調整）
- 自動チューニングPID（平均PIDエラー信号の最小化）
- 最大50 kHzのループフィルター帯域幅
- デモジュレータ位相データのアンラップ（± 1024 π）
- 微分要素用のローパスフィルタ
MF-PIDアップグレードと互換性
- フィールドアップグレード可能
- その他の全MFオプションとの互換性あり
- レーザー周波数安定化
- ファイバーノイズキャンセル
- 光PLL（キャリア・エンベロープ・オフセット安定化（CEO）など）
- 高度なAFMモード（ケルビンプローブ顕微鏡やプローブの保護など）
- MEMS特性評価
フェーズロックループ（PLL）
PIDコントローラの重要な用途の1つは、2個の発振器の位相同期です。
プまたはPLLです。最も単純な例は、ロックイン アンプに変調された信号を入力し、PLLを用いて信号の周波数を同期させます。デモジュレータからの位相情報をPID に入力し、内部発振器の周波数設定にフィードバックします。さらにこの動作原理を逆に使い、例えば内部発振器の優れた位相ノイズ特性を使って外部レーザー・システムをコントロールすることもできます。
PLLモードでの位相アンラッピングは、入力範囲を±1024πまで拡張し、起動時の信頼性の高いフィードバックと、終始安定した動作を保証します。
PIDアドバイザと自動チューニング
PID アドバイザおよび自動チューニング機能を使用すると、制御ループのセットアップを簡単に行うことができますが、これに加えてLabOne®ツールセットでは、その性能を評価するためのさまざまな機能が用意されています。プロッタを使うと、PIDエラーとPID出力を時間ドメインで表示し、またヒストグラム表示もできます。一方、ソフトウェアトリガを使って、PIDセットポイントが変更されたときのステップ応答を記録することができます。これらのステップ応答は、PIDアドバイザのモデル関数と直接比較することができます。また統合されたスペクトラムアナライザでは周波数ドメインのデータを表示し、「サーボ凸凹」 を強調表示し、潜在的なノイズ源を特定することができます。さらにスイーパーツールにより、伝達関数を調べて、すべてのテストセットアップについてより詳細に解明することができます。
AFMプローブ保護、スレッシュユニット
MFスレッシュユニットはPIDコントローラと組み合わせて使用することができます。デモジュレータの振幅と位相値のトラッキングに加え、PIDエラー、PIDシフト、PID出力信号をスレッショルドユニットで監視することが可能です。これらの信号のいずれかが、定義された時間間隔で設定された安全範囲を外れると、論理出力によりセットアップのダメージを回避するために処理することができます。AFMアプリケーションにおけるチップ保護は、この機能が有効に使用されている典型的な例です。
| 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 |