moglabs PID Fast Servo Controller
Technische Daten
- Modell: MOGLabs FSC
- Typ: Servo-Controller
- Verwendungszweck: Laserfrequenzstabilisierung und Linienbreitenverengung
- Primäre Anwendung: Servosteuerung mit hoher Bandbreite und geringer Latenz
Anweisungen zur Produktverwendung
Einführung
Das MOGLabs FSC ist für die Bereitstellung einer Servosteuerung mit hoher Bandbreite und geringer Latenz zur Stabilisierung der Laserfrequenz und zur Linienbreitenverengung konzipiert.
Grundlegende Rückkopplungskontrolltheorie
Die Rückkopplungsfrequenzstabilisierung von Lasern kann komplex sein. Es wird empfohlen,view Lehrbücher zur Regelungstheorie und Literatur zur Laserfrequenzstabilisierung zum besseren Verständnis.
Anschlüsse und Bedienelemente
Bedienelemente auf der Vorderseite
Die Bedienelemente auf der Vorderseite dienen zur sofortigen Anpassung und Überwachung. Diese Bedienelemente sind für Echtzeitanpassungen während des Betriebs unerlässlich.
Bedienelemente und Anschlüsse auf der Rückseite
Die Bedienelemente und Anschlüsse auf der Rückseite bieten Schnittstellen für externe Geräte und Peripheriegeräte. Der ordnungsgemäße Anschluss gewährleistet einen reibungslosen Betrieb und die Kompatibilität mit externen Systemen.
Interne DIP-Schalter
Die internen DIP-Schalter bieten zusätzliche Konfigurationsmöglichkeiten. Das Verständnis und die korrekte Einstellung dieser Schalter sind entscheidend für die individuelle Anpassung des Controllerverhaltens.
Häufig gestellte Fragen
ein Santec-Unternehmen
Schneller Servoregler
Version 1.0.9, Rev 2 Hardware
Haftungsbeschränkung
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Copyright
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Einführung
Der MOGLabs FSC bietet die kritischen Elemente eines Servocontrollers mit hoher Bandbreite und geringer Latenz, der in erster Linie zur Stabilisierung der Laserfrequenz und zur Linienbreitenverengung dient. Der FSC kann auch verwendet werden für ampLufttemperaturkontrolle, zum BeispielampEs ist nicht möglich, einen „Rauschunterdrücker“ zu entwickeln, der die optische Leistung eines Lasers stabilisiert. In diesem Handbuch gehen wir jedoch von der häufigeren Anwendung der Frequenzstabilisierung aus.
1.1 Grundlegende Theorie der Rückkopplungssteuerung
Die Rückkopplungsfrequenzstabilisierung von Lasern kann kompliziert sein. Wir empfehlen den Lesern,view Lehrbücher zur Regelungstheorie [1, 2] und Literatur zur Laserfrequenzstabilisierung [3].
Das Konzept der Rückkopplungsregelung ist schematisch in Abbildung 1.1 dargestellt. Die Frequenz des Lasers wird mit einem Frequenzdiskriminator gemessen, der ein Fehlersignal erzeugt, das proportional zur Differenz zwischen der momentanen Laserfrequenz und der gewünschten oder Sollfrequenz ist. Gängige Diskriminatoren sind optische Resonatoren und die Pound-Drever-Hall (PDH) [4]- oder Ha¨nsch-Couillaud [5]-Detektion, Offset-Locking [6] oder viele Varianten der Atomabsorptionsspektroskopie [7].
0
+
Fehlersignal
Servo
Steuersignal
Laser
dV/df Frequenzdiskriminator
Abbildung 1.1: Vereinfachtes Blockdiagramm einer Rückkopplungsregelschleife.
1
2
Kapitel 1. Einführung
1.1.1 Fehlersignale
Das wichtigste gemeinsame Merkmal der Rückkopplungsregelung ist, dass das zur Regelung verwendete Fehlersignal sein Vorzeichen ändert, wenn die Laserfrequenz über oder unter den Sollwert steigt (siehe Abbildung 1.2). Aus dem Fehlersignal generiert ein Rückkopplungsservo oder Kompensator ein Steuersignal für einen Wandler im Laser, sodass die Laserfrequenz in Richtung des gewünschten Sollwerts gesteuert wird. Entscheidend ist, dass dieses Steuersignal sein Vorzeichen ändert, wenn das Fehlersignal sein Vorzeichen ändert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Laserfrequenz immer in Richtung des Sollwerts und nicht von diesem weg gesteuert wird.
Fehler
Fehler
f
0
Frequenz f
f Frequenz f
FEHLER-OFFSET
Abbildung 1.2: Ein theoretisches dispersives Fehlersignal, proportional zur Differenz zwischen einer Laserfrequenz und einer Sollfrequenz. Ein Offset des Fehlersignals verschiebt den Verriegelungspunkt (rechts).
Beachten Sie den Unterschied zwischen einem Fehlersignal und einem Steuersignal. Ein Fehlersignal ist ein Maß für die Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Laserfrequenz. Es tritt grundsätzlich sofort und rauschfrei auf. Aus dem Fehlersignal wird durch einen Rückkopplungsservo oder Kompensator ein Steuersignal erzeugt. Das Steuersignal steuert einen Aktuator wie einen piezoelektrischen Wandler, den Injektionsstrom einer Laserdiode oder einen akustooptischen oder elektrooptischen Modulator an, sodass die Laserfrequenz zum Sollwert zurückkehrt. Aktuatoren haben komplexe Reaktionsfunktionen mit begrenzten Phasenverzögerungen, frequenzabhängiger Verstärkung und Resonanzen. Ein Kompensator sollte das Steuerverhalten optimieren, um den Fehler so gering wie möglich zu halten.
1.1 Grundlegende Theorie der Rückkopplungssteuerung
3
1.1.2 Frequenzgang eines Feedback-Servos
Die Funktionsweise von Rückkopplungsservos wird üblicherweise anhand der Fourier-Frequenzantwort beschrieben, d. h. der Verstärkung der Rückkopplung als Funktion der Frequenz einer Störung. Zum BeispielampEine häufige Störung ist die Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz. Diese Störung verändert die Laserfrequenz um einen bestimmten Betrag, und zwar mit einer Rate von 50 oder 60 Hz. Die Auswirkung der Störung auf den Laser kann gering (z. B. 0 ± 1 kHz, wobei 0 die ungestörte Laserfrequenz ist) oder groß (0 ± 1 MHz) sein. Unabhängig von der Größe der Störung liegt ihre Fourierfrequenz entweder bei 50 oder 60 Hz. Um diese Störung zu unterdrücken, sollte ein Feedback-Servo bei 50 und 60 Hz eine hohe Verstärkung aufweisen, um die Störung kompensieren zu können.
Die Verstärkung eines Servoreglers hat typischerweise eine Niederfrequenzgrenze, die normalerweise durch die Verstärkungsbandbreitengrenze des Op definiert wirdamps, die im Servocontroller verwendet werden. Die Verstärkung muss bei höheren Frequenzen auch unter die Einheitsverstärkung (0 dB) fallen, um Schwingungen im Steuerausgang zu vermeiden, wie z. B. das bekannte hohe Quietschen von Audiosystemen (allgemein als „Audio-Feedback“ bezeichnet). Diese Schwingungen treten bei Frequenzen über dem Kehrwert der minimalen Ausbreitungsverzögerung des kombinierten Systems aus Laser, Frequenzdiskriminator, Servo und Aktuator auf. Normalerweise wird diese Grenze von der Reaktionszeit des Aktuators dominiert. Für die in Diodenlasern mit externem Resonator verwendeten Piezos liegt die Grenze normalerweise bei einigen kHz, und für die Strommodulationsantwort der Laserdiode liegt die Grenze bei etwa 100 bis 300 kHz.
Abbildung 1.3 zeigt die Verstärkung im Vergleich zur Fourierfrequenz des FSC. Um den Laserfrequenzfehler zu minimieren, sollte der Bereich unter der Verstärkungskurve maximiert werden. PID-Servoregler (proportional, integral und differenziell) sind ein gängiges Verfahren, bei dem das Steuersignal die Summe dreier Komponenten ist, die aus einem Eingangsfehlersignal abgeleitet werden. Die proportionale Rückkopplung (P) versucht, Störungen schnell zu kompensieren, während die Integratorrückkopplung (I) eine hohe Verstärkung für Offsets und langsame Drifts bietet und die differenzielle Rückkopplung (D) zusätzliche Verstärkung für plötzliche Änderungen liefert.
4
Kapitel 1. Einführung
Verstärkung (dB)
Hochfrequenz-Grenzfrequenz Doppelintegrator
60
SCHNELLE INT SCHNELLER GEWINN
FAST DIFF DIFF GAIN (Grenze)
40
20
Integrator
0
SCHNELLER LF-GAIN (Grenze)
Integrator
Proportional
Unterscheidungsmerkmal
Filter
LANGSAME INT
20101
102
103
104
105
106
107
108
Fourierfrequenz [Hz]
Abbildung 1.3: Konzeptionelles Bode-Diagramm, das die Wirkung des schnellen (rot) und langsamen (blau) Reglers zeigt. Der langsame Regler ist entweder ein einfacher oder doppelter Integrator mit einstellbarer Eckfrequenz. Der schnelle Regler ist ein PID-Regler mit einstellbaren Eckfrequenzen und Verstärkungsgrenzen bei niedrigen und hohen Frequenzen. Optional kann der Differenzierer deaktiviert und durch einen Tiefpassfilter ersetzt werden.
Anschlüsse und Bedienelemente
2.1 Bedienelemente auf der Vorderseite
Die Frontplatte des FSC verfügt über zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten, mit denen das Servoverhalten abgestimmt und optimiert werden kann.
Bitte beachten Sie, dass Schalter und Optionen je nach Hardwarerevision unterschiedlich sein können. Bitte konsultieren Sie das Handbuch für Ihr spezifisches Gerät, das durch die Seriennummer angegeben wird.
Schneller Servo-Controller
Wechselstrom/Gleichstrom
EINGANG
PD 0
Referenz
CHB
+
SCHNELLES ZEICHEN
+
LANGSAM-ZEICHEN
INT
75 100 250
50k 100k 200k
10 Mio. 5 Mio. 2.5 Mio.
50
500
20k
500k Rabatt
1M
25
750 10 K
1 Mio. 200k
750k
AUS
1k Rabatt
2 Mio. 100k
500k
EXT
50k
250k
25k
100k
SPANNE
RATE
LANGSAME INT
SCHNELLE INT
SCHNELLER DIFF/FILTER
12
6
18
0
24
BIAS
FREQ-OFFSET
LANGSAM GEWINNEN
SCHNELLER GEWINN
DIFF-VERSTÄRKER
30 20 10
0
40
50
VERSCHACHTELT
60
SCAN
MAX LOCK
LANGSAM
VERSTÄRKUNGSLIMIT
SCAN SCAN+P
SPERREN
SCHNELL
FEHLER-OFFSET
STATUS
LANGSAM FEHLER
RAMP
SCHNELL FEHLER
BIAS
CHB
SCHNELL
CHA
LANGSAM
MON1
LANGSAM FEHLER
RAMP
SCHNELL FEHLER
BIAS
CHB
SCHNELL
CHA
LANGSAM
MON2
2.1.1 Konfiguration EINGANG Wählt den Fehlersignal-Kopplungsmodus; siehe Abbildung 3.2. AC Schnelles Fehlersignal ist AC-gekoppelt, langsames Fehlersignal ist DC-gekoppelt. DC Sowohl schnelle als auch langsame Fehlersignale sind DC-gekoppelt. Signale sind DC-gekoppelt, und der FEHLEROFFSET auf der Vorderseite wird zur Steuerung des Verriegelungspunkts angewendet. CHB Wählt den Eingang für Kanal B: Fotodetektor, Masse oder eine variable 0 bis 2.5 V-Referenz, die mit dem benachbarten Trimmpotentiometer eingestellt wird.
SCHNELLES ZEICHEN Zeichen für schnelles Feedback. LANGSAMES ZEICHEN Zeichen für langsames Feedback.
5
6
Anschlüsse und Bedienelemente
2.1.2 Ramp Kontrolle
Das interne ramp Der Generator bietet eine Sweep-Funktion zum Scannen der Laserfrequenz, typischerweise über einen Piezoaktor, Diodeninjektionsstrom oder beides. Ein mit dem r synchronisierter Triggerausgangamp ist auf der Rückseite vorhanden (TRIG, 1M ).
INT/EXT Interner oder externer ramp zum Frequenzscannen.
RATE-Trimmpotentiometer zum Einstellen der internen Sweep-Rate.
BIAS: Wenn DIP3 aktiviert ist, wird der langsame Ausgang, skaliert durch diesen Trimmpotentiometer, zum schnellen Ausgang addiert. Diese Vorwärts-Bias-Steuerung wird typischerweise beim Einstellen des Piezoaktors eines ECDL benötigt, um Mode-Hopping zu verhindern. Diese Funktionalität wird jedoch bereits von einigen Lasercontrollern (wie dem MOGLabs DLC) bereitgestellt und sollte nur verwendet werden, wenn sie nicht anderweitig verfügbar ist.
SPAN Passt die ramp Höhe und damit das Ausmaß des Frequenzdurchlaufs.
FREQ OFFSET Passt den DC-Offset am langsamen Ausgang an und sorgt so effektiv für eine statische Verschiebung der Laserfrequenz.
2.1.3 Schleifenvariablen
Die Schleifenvariablen ermöglichen die Verstärkung der Proportional-, Integrator- und Differenzierertages angepasst werden. Für den Integrator und Differenzierer stagDie Verstärkung wird in Bezug auf die Einheitsverstärkungsfrequenz angegeben, die manchmal als Eckfrequenz bezeichnet wird.
SLOW INT Eckfrequenz des langsamen Servointegrators; kann deaktiviert oder von 25 Hz bis 1 kHz eingestellt werden.
LANGSAME VERSTÄRKUNG Langsame Servoverstärkung mit einer Umdrehung; von -20 dB bis +20 dB.
FAST INT Eckfrequenz des schnellen Servo-Integrators; aus oder einstellbar von 10 kHz bis 2 MHz.
2.1 Bedienelemente auf der Vorderseite
7
SCHNELLE VERSTÄRKUNG: Schnelle Servo-Proportionalverstärkung mit zehn Umdrehungen; von -10 dB bis +50 dB.
FAST DIFF/FILTER Steuert die hochfrequente Servoreaktion. Bei Einstellung auf „OFF“ bleibt die Servoreaktion proportional. Beim Drehen im Uhrzeigersinn wird der Differenzierer mit der zugehörigen Eckfrequenz aktiviert. Beachten Sie, dass eine Verringerung der Eckfrequenz die Wirkung des Differenzierers erhöht. Bei Einstellung auf einen unterstrichenen Wert wird der Differenzierer deaktiviert und stattdessen ein Tiefpassfilter auf den Servoausgang angewendet. Dies führt zu einem Abfall der Reaktion oberhalb der angegebenen Frequenz.
DIFF GAIN: Hochfrequenz-Verstärkungsgrenze für den schnellen Servo; jede Erhöhung ändert die maximale Verstärkung um 6 dB. Hat keine Auswirkung, es sei denn, der Differenzierer ist aktiviert, d. h., es sei denn, FAST DIFF ist auf einen nicht unterstrichenen Wert eingestellt.
2.1.4 Schlosssteuerung
VERSTÄRKUNGSBEGRENZUNG Niederfrequenz-Verstärkungsgrenze des schnellen Servos in dB. MAX stellt die maximal verfügbare Verstärkung dar.
FEHLEROFFSET: DC-Offset, der auf die Fehlersignale angewendet wird, wenn der INPUT-Modus auf eingestellt ist. Nützlich für die präzise Abstimmung des Verriegelungspunkts oder zum Ausgleich von Driften im Fehlersignal. Der angrenzende Trimmpotentiometer dient zum Einstellen des Fehleroffsets des langsamen Servos im Verhältnis zum schnellen Servo und kann angepasst werden, um sicherzustellen, dass die schnellen und langsamen Servos genau die gleiche Frequenz erreichen.
SLOW Aktiviert den langsamen Servo, indem SCAN auf LOCK gesetzt wird. Bei der Einstellung NESTED wird die langsame Steuerlautstärketage wird in das schnelle Fehlersignal eingespeist, um bei niedrigen Frequenzen eine sehr hohe Verstärkung zu erzielen, wenn kein Aktuator an den langsamen Ausgang angeschlossen ist.
FAST Steuert den schnellen Servo. Bei der Einstellung SCAN+P wird die proportionale Rückmeldung während des Laserscans in den schnellen Ausgang eingespeist, wodurch die Rückmeldung kalibriert werden kann. Bei der Einstellung LOCK wird der Scan gestoppt und die vollständige PID-Regelung aktiviert.
8
Kapitel 2. Anschlüsse und Bedienelemente
STATUS: Mehrfarbige Anzeige, die den Status des Schlosses anzeigt.
Grün Strom eingeschaltet, Sperre deaktiviert. Orange Sperre aktiviert, aber Fehlersignal außerhalb des Bereichs, was auf die Sperre hinweist
ist fehlgeschlagen. Blaue Sperre aktiviert und Fehlersignal liegt innerhalb der Grenzen.
2.1.5 Signalüberwachung
Zwei Drehgeber wählen aus, welches der angegebenen Signale an die rückseitigen Ausgänge MONITOR 1 und MONITOR 2 weitergeleitet wird. Der TRIG-Ausgang ist ein TTL-kompatibler Ausgang (1M ), der in der Mitte des Sweeps von Low auf High wechselt. Die folgende Tabelle definiert die Signale.
CHA CHB SCHNELL ERR LANGSAM ERR RAMP BIAS SCHNELL LANGSAM
Kanal A-Eingang Kanal B-Eingang Fehlersignal, das vom schnellen Servo verwendet wird Fehlersignal, das vom langsamen Servo verwendet wird Ramp wie angewendet auf SLOW OUT Ramp wie auf FAST OUT angewendet, wenn DIP3 aktiviert ist FAST OUT-Steuersignal SLOW OUT-Steuersignal
2.2 Bedienelemente und Anschlüsse auf der Rückseite
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2.2 Bedienelemente und Anschlüsse auf der Rückseite
MONITOR 2 LOCK IN
MONITOR 1
EINFEGEN
GEWINNEN SIE
B IN
EIN
Seriell:
TRIG
SCHNELL RAUS LANGSAM RAUS
MOD-EINGANG
POWER B
POWER A
Alle Anschlüsse sind SMA, sofern nicht anders angegeben. Alle Eingänge sind überspannungsgeschützt.tage geschützt bis ±15 V.
IEC-Stromversorgung Das Gerät sollte auf die entsprechende Lautstärke voreingestellt seintage für Ihr Land. Anweisungen zum Ändern der Stromversorgungsspannung finden Sie in Anhang Dtage bei Bedarf.
A IN, B IN Fehlersignaleingänge für Kanäle A und B, normalerweise Fotodetektoren. Hohe Impedanz, Nennbereich ±2 V. Kanal B wird nicht verwendet, es sei denn, der CHB-Schalter auf der Vorderseite ist auf PD eingestellt.
POWER A, B Rauscharme Gleichstromversorgung für Fotodetektoren; ±12 V, 125 mA, bereitgestellt über einen M8-Stecker (TE Connectivity Teilenummer 2-2172067-2, Digikey A121939-ND, 3-poliger Stecker). Kompatibel mit MOGLabs PDA- und Thorlabs-Fotodetektoren. Zur Verwendung mit Standard-M8-Kabeln, z. B.ample Digikey 277-4264-ND. Stellen Sie sicher, dass die Fotodetektoren ausgeschaltet sind, wenn sie an die Stromversorgung angeschlossen werden, um ein Übersprechen ihrer Ausgänge zu verhindern.
GAIN IN Voltagelektronisch gesteuerte proportionale Verstärkung des schnellen Servos, ±1 V, entsprechend dem vollen Bereich des Knopfes auf der Vorderseite. Ersetzt den FAST GAIN-Regler auf der Vorderseite, wenn DIP1 aktiviert ist.
SWEEP IN Externer ramp Der Eingang ermöglicht das Scannen beliebiger Frequenzen von 0 bis 2.5 V. Das Signal muss 1.25 V überschreiten, was die Mitte des Sweeps und den ungefähren Verriegelungspunkt definiert.
10
Kapitel 2. Anschlüsse und Bedienelemente
3 4
1 +12 V
1
3-12 V
4 0 V
Abbildung 2.1: M8-Steckerbelegung für POWER A, B.
MOD IN: Hochbandbreiten-Modulationseingang, direkt zum schnellen Ausgang hinzugefügt, ±1 V, wenn DIP4 eingeschaltet ist. Beachten Sie, dass MOD IN, wenn DIP4 eingeschaltet ist, an eine Stromversorgung angeschlossen oder ordnungsgemäß abgeschlossen sein muss.
SLOW OUT Langsamer Steuersignalausgang, 0 V bis 2.5 V. Normalerweise an einen Piezo-Treiber oder einen anderen langsamen Aktuator angeschlossen.
FAST OUT Schneller Steuersignalausgang, ±2 V. Normalerweise an Diodeninjektionsstrom, akusto- oder elektrooptischen Modulator oder anderen schnellen Aktuator angeschlossen.
MONITOR 1, 2 Ausgewählter Signalausgang zur Überwachung.
TRIG TTL-Ausgang von niedrig nach hoch im Sweep-Zentrum, 1M.
LOCK IN TTL-Scan/Lock-Steuerung; 3.5-mm-Stereostecker, links/rechts (Pins 2, 3) für langsame/schnelle Verriegelung; Low (Masse) ist aktiv (Verriegelung aktivieren). Der Scan/Lock-Schalter an der Vorderseite muss auf SCAN stehen, damit LOCK IN wirksam wird. Das Digikey-Kabel CP-2207-ND verfügt über einen 3.5-mm-Stecker mit Kabelenden; rot für langsame Verriegelung, dünn schwarz für schnelle Verriegelung und dick schwarz für Masse.
321
1 Masse 2 Schnelle Verriegelung 3 Langsame Verriegelung
Abbildung 2.2: Pinbelegung des 3.5-mm-Stereosteckers für die TTL-Scan-/Lock-Steuerung.
2.3 Interne DIP-Schalter
11
2.3 Interne DIP-Schalter
Es gibt mehrere interne DIP-Schalter, die zusätzliche Optionen bieten und standardmäßig alle auf „AUS“ eingestellt sind.
WARNUNG Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber hohen Voltages im Inneren des FSC, insbesondere im Bereich der Stromversorgung.
AUS
1 Schneller Gewinn
Knopf auf der Vorderseite
2 Langsame Rückkopplung Einzelner Integrator
3 Voreingenommenheit
Ramp nur langsam
4 Externes MOD deaktiviert
5 Versatz
Normal
6 Sweep
Positiv
7 Schnelle Kopplung DC
8 Schnellversatz
0
EIN Externes Signal Doppelintegrator Ramp auf schnell und langsam Aktiviert Fest auf Mitte Negativ AC -1 V
DIP 1 Wenn EIN, wird die schnelle Servoverstärkung durch das Potenzial bestimmt, das an den GAIN IN-Anschluss auf der Rückseite und nicht an den FAST GAIN-Knopf auf der Vorderseite angelegt wird.
DIP 2: Langsames Servo ist ein einfacher (AUS) oder doppelter (EIN) Integrator. Sollte AUS sein, wenn der „verschachtelte“ langsame und schnelle Servobetriebsmodus verwendet wird.
DIP 3: Wenn eingeschaltet, wird ein Ruhestrom proportional zum langsamen Servoausgang erzeugt, um Modussprünge zu verhindern. Nur aktivieren, wenn nicht bereits vom Lasercontroller bereitgestellt. Sollte ausgeschaltet sein, wenn der FSC in Kombination mit einem MOGLabs DLC verwendet wird.
DIP 4: Aktiviert externe Modulation über den MOD IN-Anschluss auf der Rückseite. Die Modulation wird direkt an FAST OUT angelegt. Ist der MOD IN-Eingang aktiviert, aber nicht in Gebrauch, muss er terminiert werden, um unerwünschtes Verhalten zu vermeiden.
DIP 5 Wenn eingeschaltet, wird der Offset-Regler auf der Vorderseite deaktiviert und der Offset auf den Mittelpunkt fixiert. Nützlich im externen Sweep-Modus, um versehentliches
12
Kapitel 2. Anschlüsse und Bedienelemente
Ändern der Laserfrequenz durch Bewegen des Offset-Knopfes.
DIP 6 Kehrt die Sweep-Richtung um.
DIP 7 Fast AC. Sollte normalerweise eingeschaltet sein, damit das schnelle Fehlersignal mit einer Zeitkonstante von 40 ms (25 Hz) an die Rückkopplungsservos AC-gekoppelt ist.
DIP 8 Wenn EIN, wird dem schnellen Ausgang ein Offset von -1 V hinzugefügt. DIP8 sollte ausgeschaltet sein, wenn der FSC mit MOGLabs-Lasern verwendet wird.
Rückkopplungsregelkreise
Der FSC verfügt über zwei parallele Rückkopplungskanäle, die zwei Aktuatoren gleichzeitig ansteuern können: einen „langsamen“ Aktuator, der typischerweise verwendet wird, um die Laserfrequenz in langsamen Zeitskalen stark zu ändern, und einen zweiten „schnellen“ Aktuator. Der FSC ermöglicht eine präzise Steuerung jedes einzelnen Aktuators.tage der Servoschleife, sowie ein Sweep (ramp) Generator und komfortable Signalüberwachung.
EINGANG
EINGANG
+
AC
FEHLER-OFFSET
DC
EIN
A
0v
+
B
B IN
0v +
VREF
0v
CHB
FAST SIGN Schneller AC [7] DC-Block
LANGSAM-ZEICHEN
MODULATION & SWEEP
RATE
Ramp
IM TEXT
Neigung [6] SWEEP IN
SPANNE
0v
+
VERSCHIEBUNG
MOD-EINGANG
0v
Mod [4]
0v
Fester Versatz [5]
0v
TRIG
0 V 0 V
+
BIAS
0 V 0 V
Voreingenommenheit [3]
EINSPERREN (SCHNELL) EINSPERREN (LANGSAM) SCHNELL = EINSPERREN LANGSAM = EINSPERREN
LF-Sweep
SCHNELL RAUS +
SCHNELLER SERVO
SCHNELLER GEWINN
Externe Verstärkung [1] P
+
I
+
0v
VERSCHACHTELT
SCHNELL = LOCK LOCK IN (SCHNELL)
D
0v
LANGSAM SERVO
Langsamer Fehlergewinn SLOW GAIN
LANGSAME INT
#1
LF-Sweep
LANGSAME INT
+
#2
0v
Doppelintegrator [2]
LANGSAM WERDEN
Abbildung 3.1: Schema des MOGLabs FSC. Grüne Beschriftungen beziehen sich auf Bedienelemente auf der Vorderseite und Eingänge auf der Rückseite, braune Beschriftungen sind interne DIP-Schalter und violette Beschriftungen sind Ausgänge auf der Rückseite.
13
14
Kapitel 3. Rückkopplungsregelkreise
3.1 Eingabentage
Die Eingabe stage des FSC (Abbildung 3.2) erzeugt ein Fehlersignal als VERR = VA – VB – VOFFSET. VA wird vom SMA-Anschluss „A IN“ abgenommen und VB wird mit dem CHB-Wahlschalter eingestellt, der zwischen dem SMA-Anschluss „B IN“, VB = 0 oder VB = VREF wählt, wie vom benachbarten Trimmpotentiometer eingestellt.
Der Regler steuert das Fehlersignal in Richtung Null, was den Sperrpunkt definiert. Für einige Anwendungen können kleine Anpassungen des DC-Pegels zur Anpassung dieses Sperrpunkts hilfreich sein. Dies kann mit dem 10-Umdrehungs-Regler ERR OFFSET für eine Verschiebung von bis zu ±0 V erreicht werden, sofern der INPUT-Wahlschalter auf „Offset“-Modus () eingestellt ist. Größere Offsets können mit dem REF-Trimmpotentiometer erreicht werden.
EINGANG
EINGANG
+ Klimaanlage
FEHLER-OFFSET
DC
EIN
A
0v
+
B
B IN
FAST SIGN Fast AC [7] FE FAST ERR
DC-Block
Schneller Fehler
0v +
VREF
0v
CHB
LANGSAM-ZEICHEN
Langsamer Fehler SE SLOW ERR
Abbildung 3.2: Schema der FSC-Eingängetage zeigt die Steuerungen für Kopplung, Offset und Polarität. Sechsecke stellen überwachte Signale dar, die über die Monitor-Wahlschalter auf der Vorderseite verfügbar sind.
3.2 Langsame Servoschleife
Abbildung 3.3 zeigt die langsame Rückkopplungskonfiguration des FSC. Eine variable Verstärkung stage wird mit dem SLOW GAIN-Regler auf der Vorderseite gesteuert. Die Wirkung des Reglers ist entweder ein Einzel- oder ein Doppelintegrator
3.2 Langsame Servoschleife
15
abhängig davon, ob DIP2 aktiviert ist. Die Zeitkonstante des langsamen Integrators wird über den SLOW INT-Knopf auf der Vorderseite gesteuert, der mit der zugehörigen Eckfrequenz beschriftet ist.
LANGSAM SERVO
Langsamer Fehlergewinn SLOW GAIN
Integratoren
LANGSAME INT
#1
LF-Sweep
LANGSAME INT
+
#2
0v
Doppelintegrator [2]
LANGSAM WERDEN
LF LANGSAM
Abbildung 3.3: Schematische Darstellung des langsamen Feedback-I/I2-Servos. Sechsecke sind überwachte Signale, die über die Wahlschalter auf der Vorderseite verfügbar sind.
Mit einem einzelnen Integrator steigt die Verstärkung mit sinkender Fourierfrequenz mit einer Steigung von 20 dB pro Dekade. Durch Hinzufügen eines zweiten Integrators erhöht sich die Steigung auf 40 dB pro Dekade und reduziert so den langfristigen Versatz zwischen Ist- und Sollfrequenz. Eine zu starke Erhöhung der Verstärkung führt zu Schwingungen, da der Regler auf Änderungen des Fehlersignals „überreagiert“. Aus diesem Grund ist es manchmal sinnvoll, die Verstärkung des Regelkreises bei niedrigen Frequenzen zu begrenzen, da eine starke Reaktion einen Laser-Modensprung verursachen kann.
Der langsame Servo bietet einen großen Bereich, um langfristige Drifts und akustische Störungen auszugleichen, während der schnelle Aktuator einen kleinen Bereich, aber eine hohe Bandbreite hat, um schnelle Störungen auszugleichen. Durch die Verwendung eines Doppelintegrators wird sichergestellt, dass der langsame Servo bei niedrigen Frequenzen die dominante Reaktion aufweist.
Bei Anwendungen ohne separaten langsamen Aktuator kann das langsame Steuersignal (einfacher oder doppelter integrierter Fehler) durch Einstellen des SLOW-Schalters auf „NESTED“ zum schnellen hinzugefügt werden. In diesem Modus wird empfohlen, den Doppelintegrator im langsamen Kanal mit DIP2 zu deaktivieren, um eine Dreifachintegration zu verhindern.
16
Kapitel 3. Rückkopplungsregelkreise
3.2.1 Messen der langsamen Servoreaktion
Der langsame Servo-Regelkreis ist für die langsame Driftkompensation ausgelegt. So beobachten Sie die langsame Regelkreisreaktion:
1. Stellen Sie MONITOR 1 auf SLOW ERR und verbinden Sie den Ausgang mit einem Oszilloskop.
2. Stellen Sie MONITOR 2 auf SLOW und verbinden Sie den Ausgang mit einem Oszilloskop.
3. Stellen Sie INPUT auf (Offset-Modus) und CHB auf 0.
4. Stellen Sie den ERR OFFSET-Knopf ein, bis der auf dem SLOW ERR-Monitor angezeigte DC-Pegel nahe Null liegt.
5. Stellen Sie den FREQ OFFSET-Regler ein, bis der auf dem SLOW-Monitor angezeigte DC-Pegel nahe Null liegt.
6. Stellen Sie die Volt pro Teilung auf dem Oszilloskop für beide Kanäle auf 10 mV pro Teilung ein.
7. Aktivieren Sie die langsame Servoschleife, indem Sie den SLOW-Modus auf LOCK setzen.
8. Stellen Sie den ERR OFFSET-Knopf langsam so ein, dass der auf dem SLOW ERR-Monitor angezeigte DC-Pegel um 10 mV über und unter Null schwankt.
9. Wenn das integrierte Fehlersignal sein Vorzeichen ändert, können Sie die langsame Änderung des Ausgangs um 250 mV beobachten.
Beachten Sie, dass die Reaktionszeit, mit der der langsame Servo an seine Grenze driftet, von einer Reihe von Faktoren abhängt, darunter die langsame Verstärkung, die langsame Integratorzeitkonstante, einfache oder doppelte Integration und die Größe des Fehlersignals.
3.2 Langsame Servoschleife
17
3.2.2 Langsame Ausgangslautstärketage swing (nur für FSC-Serien A04… und darunter)
Der Ausgang des langsamen Servo-Regelkreises ist für einen Bereich von 0 bis 2.5 V konfiguriert, um die Kompatibilität mit einem MOGLabs DLC zu gewährleisten. Der DLC SWEEP Piezo-Steuereingang hat einen VoltagDie Verstärkung beträgt 48, sodass der maximale Eingang von 2.5 V 120 V am Piezo ergibt. Bei aktivierter langsamer Servoschleife schwankt der langsame Ausgang nur um ±25 mV gegenüber seinem vorherigen Wert. Diese Einschränkung ist beabsichtigt, um Lasermodussprünge zu vermeiden. Wenn der langsame Ausgang des FSC mit einem MOGLabs DLC verwendet wird, entspricht eine 50-mV-Schwankung im Ausgang des langsamen Kanals des FSC einer 2.4-V-Schwankung im Piezo-Volt.tage, was einer Änderung der Laserfrequenz von etwa 0.5 bis 1 GHz entspricht, vergleichbar mit dem freien Spektralbereich einer typischen Referenzkavität.
Für den Einsatz mit verschiedenen Lasercontrollern kann eine größere Änderung des gesperrten langsamen Ausgangs des FSC durch eine einfache Widerstandsänderung ermöglicht werden. Die Verstärkung am Ausgang der langsamen Rückkopplungsschleife wird durch R82/R87, das Verhältnis der Widerstände R82 (500 kΩ) und R87 (100 kΩ), definiert. Um den langsamen Ausgang zu erhöhen, erhöhen Sie R82/R87. Am einfachsten erreichen Sie dies durch Verkleinern von R87 durch Parallelschalten eines weiteren Widerstands (SMD-Gehäuse, Größe 0402). Zum BeispielampDas Hinzufügen eines 30 kΩ-Widerstands parallel zum vorhandenen 100 kΩ-Widerstand würde einen effektiven Widerstand von 23 kΩ ergeben, was eine Erhöhung der langsamen Ausgangsschwingung von ±25 mV auf ±125 mV ermöglicht. Abbildung 3.4 zeigt das Layout der FSC-Platine um opamp U16.
R329
U16
C36
C362 R85 R331 C44 R87
C71
C35
R81 R82
Abbildung 3.4: Das FSC-PCB-Layout um den letzten langsamen Verstärkungsoperatoramp U16, mit Verstärkungseinstellungswiderständen R82 und R87 (eingekreist); Größe 0402.
18
Kapitel 3. Rückkopplungsregelkreise
3.3 Schnelle Servoschleife
Der schnelle Rückkopplungsservo (Abbildung 3.5) ist ein PID-Regelkreis, der eine präzise Steuerung der proportionalen (P), integralen (I) und differentiellen (D) Rückkopplungskomponenten sowie der Gesamtverstärkung des gesamten Systems ermöglicht. Der schnelle Ausgang des FSC kann von -2.5 V bis 2.5 V schwanken, was bei Konfiguration mit einem externen Diodenlaser von MOGLabs eine Stromschwankung von ±2.5 mA ermöglicht.
SCHNELLER SERVO
GEWINNEN SIE
Externe Verstärkung [1]
SCHNELLER GEWINN
Schneller Fehler
Langsame Kontrolle
0v
+ VERSCHACHTELT
SCHNELL = LOCK LOCK IN (SCHNELL)
PI
D
0v
+
Schnelle Steuerung
Abbildung 3.5: Schema eines Servo-PID-Reglers mit schneller Rückkopplung.
Abbildung 3.6 zeigt die Wirkungsweise der schnellen und langsamen Servoschleife. Bei niedrigen Frequenzen dominiert die schnelle Integratorschleife (I). Um eine Überreaktion der schnellen Servoschleife auf niederfrequente (akustische) externe Störungen zu verhindern, wird eine Verstärkungsbegrenzung für niedrige Frequenzen angewendet, die über den Regler GAIN LIMIT gesteuert wird.
Im mittleren Frequenzbereich (10 kHz bis 1 MHz) dominiert die proportionale (P) Rückkopplung. Die Grenzfrequenz der Einheitsverstärkung, bei der die proportionale Rückkopplung die integrierte Reaktion übersteigt, wird mit dem FAST INT-Regler gesteuert. Die Gesamtverstärkung der P-Schleife wird mit dem FAST GAIN-Trimmpotentiometer oder über ein externes Steuersignal über den GAIN IN-Anschluss auf der Rückseite eingestellt.
3.3 Schnelle Servoschleife
19
60
Verstärkung (dB)
Hochfrequenz-Grenzfrequenz Doppelintegrator
SCHNELLE INT SCHNELLER GEWINN
FAST DIFF DIFF GAIN (Grenze)
40
20
Integrator
0
SCHNELLER LF-GAIN (Grenze)
Integrator
Proportional
Unterscheidungsmerkmal
Filter
LANGSAME INT
20101
102
103
104
105
106
107
108
Fourierfrequenz [Hz]
Abbildung 3.6: Konzeptionelles Bode-Diagramm, das die Wirkung des schnellen (rot) und langsamen (blau) Reglers zeigt. Der langsame Regler ist entweder ein einfacher oder doppelter Integrator mit einstellbarer Eckfrequenz. Der schnelle Regler ist ein PID-Kompensator mit einstellbaren Eckfrequenzen und Verstärkungsgrenzen bei niedrigen und hohen Frequenzen. Optional kann der Differenzierer deaktiviert und durch einen Tiefpassfilter ersetzt werden.
Bei hohen Frequenzen (1 MHz) muss die Differenzierschleife typischerweise dominieren, um eine verbesserte Kopplung zu gewährleisten. Der Differenzierregler kompensiert den Phasenvorlauf für die begrenzte Reaktionszeit des Systems und verfügt über eine Verstärkung, die pro Dekade um 20 dB ansteigt. Die Eckfrequenz der Differenzierschleife kann über den FAST DIFF/FILTER-Regler eingestellt werden, um die Frequenz zu steuern, bei der die Differenzrückkopplung dominiert. Ist FAST DIFF/FILTER auf OFF gestellt, ist die Differenzierschleife deaktiviert und die Rückkopplung bleibt bei höheren Frequenzen proportional. Um Schwingungen zu vermeiden und den Einfluss hochfrequenten Rauschens bei aktivierter Differenzrückkopplungsschleife zu begrenzen, gibt es eine einstellbare Verstärkungsbegrenzung, DIFF GAIN, die den Differenzierregler bei hohen Frequenzen begrenzt.
Ein Differenzierer ist oft nicht erforderlich, und der Kompensator kann stattdessen von einer Tiefpassfilterung der schnellen Servoreaktion profitieren, um den Einfluss von Rauschen weiter zu reduzieren. Drehen Sie den FAST DIFF/FILTER
20
Kapitel 3. Rückkopplungsregelkreise
Drehen Sie den Knopf aus der Position „OFF“ gegen den Uhrzeigersinn, um die Roll-Off-Frequenz für den Filtermodus einzustellen.
Der schnelle Servo verfügt über drei Betriebsarten: SCAN, SCAN+P und LOCK. Bei SCAN ist die Rückkopplung deaktiviert und nur die Vorspannung wird auf den schnellen Ausgang angewendet. Bei SCAN+P wird proportionale Rückkopplung angewendet, wodurch das Vorzeichen und die Verstärkung des schnellen Servos bestimmt werden können, während die Laserfrequenz noch gescannt wird. Dies vereinfacht den Verriegelungs- und Abstimmungsvorgang (siehe §4.2). Im LOCK-Modus wird der Scan angehalten und die vollständige PID-Rückkopplung aktiviert.
3.3.1 Messung der schnellen Servoreaktion
Die folgenden beiden Abschnitte beschreiben die Messung der proportionalen und differenziellen Rückkopplung auf Änderungen im Fehlersignal. Verwenden Sie einen Funktionsgenerator, um ein Fehlersignal zu simulieren, und ein Oszilloskop, um die Reaktion zu messen.
1. Schließen Sie MONITOR 1, 2 an ein Oszilloskop an und stellen Sie die Wahlschalter auf FAST ERR und FAST .
2. Stellen Sie INPUT auf (Offset-Modus) und CHB auf 0.
3. Schließen Sie den Funktionsgenerator an den CHA-Eingang an.
4. Konfigurieren Sie den Funktionsgenerator so, dass er eine 100-Hz-Sinuswelle mit 20 mV Spitze-Spitze erzeugt.
5. Stellen Sie den ERR OFFSET-Knopf so ein, dass das sinusförmige Fehlersignal, wie es auf dem FAST ERR-Monitor angezeigt wird, um Null zentriert ist.
3.3.2 Messen der proportionalen Reaktion · Reduzieren Sie die Spanne auf Null, indem Sie den SPAN-Knopf ganz gegen den Uhrzeigersinn drehen.
· Stellen Sie FAST auf SCAN+P, um die proportionale Rückkopplungsschleife zu aktivieren.
3.3 Schnelle Servoschleife
21
· Auf dem Oszilloskop sollte der FAST-Ausgang des FSC eine 100-Hz-Sinuswelle anzeigen.
· Stellen Sie den FAST GAIN-Regler ein, um die proportionale Verstärkung des schnellen Servos zu variieren, bis der Ausgang gleich ist ampheitsgrad als Eingabe.
· Um den proportionalen Rückkopplungsfrequenzgang zu messen, stellen Sie die Frequenz des Funktionsgenerators ein und überwachen Sie die ampkeit der FAST-Ausgabeantwort. Zum Beispielamperhöhen Sie die Frequenz, bis die ampDie Höhe wird halbiert, um die Verstärkungsfrequenz von -3 dB zu finden.
3.3.3 Messung der Differenzialantwort
1. Stellen Sie FAST INT auf OFF, um die Integratorschleife auszuschalten.
2. Stellen Sie FAST GAIN mit den im obigen Abschnitt beschriebenen Schritten auf Eins ein.
3. Stellen Sie DIFF GAIN auf 0 dB ein.
4. Stellen Sie FAST DIFF/FILTER auf 100 kHz ein.
5. Durchlaufen Sie die Frequenz des Funktionsgenerators von 100 kHz bis 3 MHz und überwachen Sie den FAST-Ausgang.
6. Wenn Sie die Frequenz des Fehlersignals durchgehen, sollten Sie bei allen Frequenzen eine Verstärkung von XNUMX sehen.
7. Stellen Sie DIFF GAIN auf 24 dB ein.
8. Wenn Sie nun die Fehlersignalfrequenz durchgehen, sollten Sie nach 20 kHz eine Steigung von 100 dB pro Dekade bemerken, die bei 1 MHz abfällt und den op anzeigt.amp Bandbreitenbeschränkungen.
Die Verstärkung des schnellen Ausgangs kann durch Ändern der Widerstandswerte verändert werden, die Schaltung ist jedoch komplizierter als bei der langsamen Rückkopplung (§3.2.2). Wenden Sie sich bei Bedarf an MOGLabs, um weitere Informationen zu erhalten.
22
Kapitel 3. Rückkopplungsregelkreise
3.4 Modulation und Abtastung
Die Laserabtastung wird entweder durch einen internen Sweep-Generator oder ein externes Sweep-Signal gesteuert. Der interne Sweep ist ein Sägezahn mit variabler Periode, die über einen internen Bereichsschalter mit vier Positionen (Anhang C) und einen eingängigen Trimmpotentiometer RATE auf der Vorderseite eingestellt wird.
Die schnellen und langsamen Servoschleifen können einzeln über TTL-Signale an die entsprechenden Schalter auf der Rückseite und der Vorderseite aktiviert werden. Durch die Einstellung einer Schleife auf LOCK wird der Sweep gestoppt und die Stabilisierung aktiviert.
MODULATION & SWEEP
IM TEXT
TRIG
RATE
Ramp
Neigung [6] SWEEP IN
SPANNE
0v
+
VERSCHIEBUNG
0v
0v
Fester Versatz [5]
Schnelle Steuerung MOD IN
Mod [4]
0v
0 V 0 V
+
BIAS
0 V 0 V
Voreingenommenheit [3]
EINRASTEN (SCHNELL)
EINSPERREN (LANGSAM)
SCHNELL = SPERREN LANGSAM = SPERREN
RAMP RA
LF-Sweep
VORURTEILSVOLLER BS
SCHNELL RAUS +
HF FAST
Abbildung 3.7: Sweep, externe Modulation und Feedforward-Stromvorspannung.
Das ramp kann auch zum schnellen Ausgang hinzugefügt werden, indem DIP3 aktiviert und der BIAS-Trimmpotentiometer angepasst wird, aber viele Lasercontroller (wie der MOGLabs DLC) erzeugen den erforderlichen Vorspannungsstrom basierend auf dem langsamen Servosignal, in welchem Fall es nicht notwendig ist, ihn auch innerhalb des FSC zu erzeugen.
4. Anwendung example: Pound-Drever Hall-Verriegelung
Eine typische Anwendung des FSC ist die Frequenzkopplung eines Lasers an einen optischen Resonator mithilfe der PDH-Technik (Abb. 4.1). Der Resonator fungiert als Frequenzdiskriminator, und der FSC hält den Laser in Resonanz mit dem Resonator, indem er den Laser-Piezo und den Strom über seine SLOW- und FAST-Ausgänge steuert und so die Laserlinienbreite reduziert. Ein separater Anwendungshinweis (AN002) bietet detaillierte praktische Hinweise zur Implementierung einer PDH-Apparatur.
Oszilloskop
TRIG
CH1
CH2
Laser
Aktueller Mod Piezo SMA
EOM
PBS
PD
DLC-Controller
PZT MOD
AC
Hohlraum-Tiefpassfilter
MONITOR 2 MONITOR 1 EINSPERREN
SWEEP IN GAIN IN
B IN
EIN
Seriell:
TRIG
SCHNELL RAUS LANGSAM RAUS MOD IN
LEISTUNG B LEISTUNG A
Abbildung 4.1: Vereinfachtes Schema zur PDH-Resonator-Kopplung mit dem FSC. Ein elektrooptischer Modulator (EOM) erzeugt Seitenbänder, die mit dem Resonator interagieren und Reflexionen erzeugen, die auf dem Photodetektor (PD) gemessen werden. Die Demodulation des Photodetektorsignals erzeugt ein PDH-Fehlersignal.
Es gibt noch eine Reihe weiterer Methoden zur Erzeugung von Fehlersignalen, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Im weiteren Verlauf dieses Kapitels wird beschrieben, wie nach der Erzeugung eines Fehlersignals eine Sperre erreicht wird.
23
24
Kapitel 4. Anwendung example: Pound-Drever Hall-Verriegelung
4.1 Laser- und Controllerkonfiguration
Der FSC ist mit einer Vielzahl von Lasern und Controllern kompatibel, sofern diese für den gewünschten Betriebsmodus korrekt konfiguriert sind. Beim Betrieb eines ECDL (wie den MOGLabs CEL- oder LDL-Lasern) gelten folgende Anforderungen an Laser und Controller:
· Hochbandbreitenmodulation direkt in die Laserkopfplatte oder den Phasenmodulator innerhalb der Kavität.
· Hochvoltage Piezo-Steuerung über ein externes Steuersignal.
· Feedforward-Erzeugung („Vorspannungsstrom“) für Laser, die über ihren gesamten Scanbereich eine Vorspannung von 1 mA benötigen. Der FSC kann intern einen Vorspannungsstrom erzeugen, der Bereich kann jedoch durch die Headboard-Elektronik oder die Sättigung des Phasenmodulators begrenzt sein. Daher kann es erforderlich sein, die vom Lasercontroller bereitgestellte Vorspannung zu verwenden.
Die Laser-Controller und Kopfteile von MOGLabs können einfach konfiguriert werden, um das gewünschte Verhalten zu erreichen, wie unten erläutert.
4.1.1 Kopfteilkonfiguration
MOGLabs-Laser verfügen über ein internes Headboard, das die Komponenten mit dem Controller verbindet. Für den Betrieb mit dem FSC ist ein Headboard mit schneller Strommodulation über einen SMA-Anschluss erforderlich. Das Headboard sollte direkt an den FSC FAST OUT angeschlossen werden.
Für maximale Modulationsbandbreite wird die B1240-Kopfplatine dringend empfohlen. B1040 und B1047 sind jedoch akzeptable Alternativen für Laser, die mit der B1240 nicht kompatibel sind. Die Kopfplatine verfügt über mehrere Jumper-Schalter, die gegebenenfalls für den DC-gekoppelten und gepufferten (BUF) Eingang konfiguriert werden müssen.
4.2 Erreichen einer ersten Sperre
25
4.1.2 DLC-Konfiguration
Obwohl der FSC entweder für internen oder externen Sweep konfiguriert werden kann, ist es wesentlich einfacher, den internen Sweep-Modus zu verwenden und den DLC wie folgt als Slave-Gerät einzustellen:
1. Verbinden Sie SLOW OUT mit SWEEP / PZT MOD auf dem DLC.
2. Aktivieren Sie DIP9 (Externer Sweep) am DLC. Stellen Sie sicher, dass DIP13 und DIP14 ausgeschaltet sind.
3. Deaktivieren Sie DIP3 (Bias-Generierung) des FSC. Der DLC generiert automatisch den aktuellen Feedforward-Bias aus dem Sweep-Eingang, sodass es nicht notwendig ist, innerhalb des FSC einen Bias zu generieren.
4. Stellen Sie SPAN am DLC auf Maximum (vollständig im Uhrzeigersinn).
5. Stellen Sie FREQUENCY auf dem DLC auf Null und verwenden Sie das LCD-Display, um die Frequenz anzuzeigen.
6. Stellen Sie sicher, dass SWEEP auf dem FSC auf INT eingestellt ist.
7. Stellen Sie FREQ OFFSET auf den mittleren Bereich und SPAN auf den vollen Wert am FSC und beobachten Sie den Laserscan.
8. Wenn der Scan in die falsche Richtung erfolgt, invertieren Sie DIP4 des FSC oder DIP11 des DLC.
Es ist wichtig, dass der SPAN-Regler des DLC nach der oben beschriebenen Einstellung nicht mehr verstellt wird, da dies die Rückkopplungsschleife beeinflusst und die Sperrung des FSC verhindern kann. Der Sweep sollte mit den FSC-Reglern eingestellt werden.
4.2 Erreichen einer ersten Sperre
Mit den SPAN- und OFFSET-Reglern des FSC können Sie den Laser so einstellen, dass er über den gewünschten Fixpunkt (z. B. Hohlraumresonanz) streicht und in einen kleineren Scan um die Resonanz herum zoomt. Die folgenden
26
Kapitel 4. Anwendung example: Pound-Drever Hall-Verriegelung
Die Schritte veranschaulichen den Prozess, der für eine stabile Verriegelung erforderlich ist. Die angegebenen Werte sind Richtwerte und müssen für spezifische Anwendungen angepasst werden. Weitere Hinweise zur Optimierung der Verriegelung finden Sie in Abschnitt 4.3.
4.2.1 Verriegelung mit schneller Rückmeldung
1. Schließen Sie das Fehlersignal an den A IN-Eingang auf der Rückseite an.
2. Stellen Sie sicher, dass das Fehlersignal in der Größenordnung von 10 mVpp liegt.
3. Stellen Sie INPUT auf (Offset-Modus) und CHB auf 0.
4. Stellen Sie MONITOR 1 auf FAST ERR und beobachten Sie die Signale auf einem Oszilloskop. Verstellen Sie den ERR OFFSET-Regler, bis der angezeigte DC-Pegel Null ist. Wenn der ERROR OFFSET-Regler nicht zur Einstellung des DC-Pegels des Fehlersignals verwendet werden muss, kann der INPUT-Schalter auf DC gestellt werden. In diesem Fall hat der ERROR OFFSET-Regler keine Wirkung, wodurch eine versehentliche Verstellung verhindert wird.
5. Reduzieren Sie FAST GAIN auf Null.
6. Stellen Sie FAST auf SCAN+P, SLOW auf SCAN und lokalisieren Sie die Resonanz mithilfe der Sweep-Regler.
7. Erhöhen Sie FAST GAIN, bis sich das Fehlersignal wie in Abbildung 4.2 „ausdehnt“. Ist dies nicht der Fall, vertauschen Sie den FAST SIGN-Schalter und versuchen Sie es erneut.
8. Stellen Sie FAST DIFF auf OFF und GAIN LIMIT auf 40. Reduzieren Sie FAST INT auf 100 kHz.
9. Stellen Sie den FAST-Modus auf LOCK. Der Controller wird dann auf den Nulldurchgang des Fehlersignals gesperrt. Möglicherweise sind kleine Anpassungen am FREQ OFFSET erforderlich, um den Laser zu sperren.
10. Optimieren Sie die Sperre, indem Sie FAST GAIN und FAST INT anpassen und dabei das Fehlersignal beobachten. Nach der Einstellung des Integrators kann es erforderlich sein, den Servo erneut zu sperren.
4.2 Erreichen einer ersten Sperre
27
Abbildung 4.2: Das Scannen des Lasers mit P-only-Feedback am schnellen Ausgang während des Scannens am langsamen Ausgang führt zu einer Verlängerung des Fehlersignals (orange), wenn Vorzeichen und Verstärkung korrekt sind (rechts). In einer PDH-Anwendung wird auch die Hohlraumübertragung (blau) verlängert.
11. Für einige Anwendungen kann eine Erhöhung von FAST DIFF von Vorteil sein, um die Schleifenreaktion zu verbessern. Dies ist jedoch normalerweise nicht erforderlich, um eine anfängliche Sperre zu erreichen.
4.2.2 Verriegelung mit langsamer Rückmeldung
Sobald die Sperre mit der schnellen Proportional- und Integratorrückkopplung erreicht ist, sollte die langsame Rückkopplung aktiviert werden, um langsame Drifts und die Empfindlichkeit gegenüber niederfrequenten akustischen Störungen zu berücksichtigen.
1. Stellen Sie SLOW GAIN auf den mittleren Bereich und SLOW INT auf 100 Hz ein.
2. Stellen Sie den FAST-Modus auf SCAN+P, um den Laser zu entsperren, und passen Sie SPAN und OFFSET so an, dass Sie den Nulldurchgang sehen können.
3. Stellen Sie MONITOR 2 auf SLOW ERR und beobachten Sie die Signale auf einem Oszilloskop. Stellen Sie den Trimmpotentiometer neben ERR OFFSET so ein, dass das langsame Fehlersignal auf Null gesetzt wird. Die Einstellung dieses Trimmpotentiometers beeinflusst nur den Gleichstrompegel des langsamen Fehlersignals, nicht den des schnellen Fehlersignals.
4. Sperren Sie den Laser erneut, indem Sie den FAST-Modus auf LOCK setzen und alle notwendigen kleinen Anpassungen an FREQ OFFSET vornehmen, um den Laser zu sperren.
28
Kapitel 4. Anwendung example: Pound-Drever Hall-Verriegelung
5. Stellen Sie den SLOW-Modus auf LOCK und beobachten Sie das langsame Fehlersignal. Wenn der langsame Servo sperrt, kann sich der DC-Pegel des langsamen Fehlers ändern. Notieren Sie in diesem Fall den neuen Wert des Fehlersignals, stellen Sie SLOW wieder auf SCAN und verwenden Sie den Fehler-Offset-Trimmpotentiometer, um das langsam entsperrte Fehlersignal näher an den gesperrten Wert zu bringen und versuchen Sie, die langsame Sperre erneut zu sperren.
6. Wiederholen Sie den vorherigen Schritt der langsamen Verriegelung des Lasers, beobachten Sie die DC-Änderung im langsamen Fehler und passen Sie den Fehler-Offset-Trimmpotentiometer an, bis das Einschalten der langsamen Verriegelung keine messbare Änderung im Fehlersignalwert bei langsamer Verriegelung gegenüber schneller Verriegelung erzeugt.
Der Fehler-Offset-Trimmpotentiometer gleicht kleine (mV) Unterschiede im Offset des schnellen und langsamen Fehlersignals aus. Durch die Einstellung des Trimmpotentiometers wird sichergestellt, dass sowohl die schnelle als auch die langsame Fehlerkompensationsschaltung den Laser auf die gleiche Frequenz synchronisieren.
7. Wenn sich der Servo sofort nach dem Einschalten der langsamen Sperre entriegelt, versuchen Sie, das LANGSAM-ZEICHEN umzukehren.
8. Wenn das langsame Servo immer noch sofort entriegelt wird, reduzieren Sie die langsame Verstärkung und versuchen Sie es erneut.
9. Sobald eine stabile langsame Sperre mit dem richtig eingestellten ERR OFFSET-Trimmpotentiometer erreicht ist, passen Sie SLOW GAIN und SLOW INT an, um die Sperrstabilität zu verbessern.
4.3 Optimierung
Der Servo dient dazu, den Laser auf den Nulldurchgang des Fehlersignals zu synchronisieren, der im Idealfall identisch Null wäre. Rauschen im Fehlersignal ist daher ein Maß für die Qualität der Synchronisierung. Die Spektrumanalyse des Fehlersignals ist ein leistungsstarkes Werkzeug zum Verständnis und zur Optimierung der Rückkopplung. HF-Spektrumanalysatoren können verwendet werden, sind aber vergleichsweise teuer und haben einen begrenzten Dynamikbereich. Eine gute Soundkarte (24 Bit 192 kHz, z. B. Lynx L22)
4.3 Optimierung
29
bietet Rauschanalyse bis zu einer Fourier-Frequenz von 96 kHz mit einem Dynamikbereich von 140 dB.
Idealerweise wird der Spektrumanalysator mit einem unabhängigen Frequenzdiskriminator verwendet, der unempfindlich gegenüber Laserleistungsschwankungen ist [11]. Gute Ergebnisse lassen sich durch die Überwachung des In-Loop-Fehlersignals erzielen, eine Out-of-Loop-Messung ist jedoch vorzuziehen, beispielsweise die Messung der Hohlraumtransmission in einer PDH-Anwendung. Zur Analyse des Fehlersignals schließen Sie den Spektrumanalysator an einen der MONITOR-Ausgänge an, der auf FAST ERR eingestellt ist.
Bei der Hochbandbreitenverriegelung wird typischerweise zunächst eine stabile Verriegelung nur mit dem schnellen Servo erreicht und anschließend mit dem langsamen Servo die langfristige Stabilität der Verriegelung verbessert. Der langsame Servo wird benötigt, um thermische Drift und akustische Störungen zu kompensieren, die bei alleiniger Kompensation mit Strom zu einem Modensprung führen würden. Im Gegensatz dazu werden einfache Verriegelungstechniken wie die gesättigte Absorptionsspektroskopie typischerweise dadurch erreicht, dass zunächst eine stabile Verriegelung mit dem langsamen Servo erreicht wird und dann der schnelle Servo nur zur Kompensation höherfrequenter Schwankungen eingesetzt wird. Bei der Interpretation des Fehlersignalspektrums kann es hilfreich sein, das Bode-Diagramm (Abbildung 4.3) zu Rate zu ziehen.
Bei der Optimierung des FSC empfiehlt es sich, zunächst den schnellen Servo durch Analyse des Fehlersignals (oder der Übertragung durch den Hohlraum) und anschließend den langsamen Servo zu optimieren, um die Empfindlichkeit gegenüber externen Störungen zu verringern. Insbesondere der SCAN+P-Modus bietet eine bequeme Möglichkeit, das Feedback-Vorzeichen und die Verstärkung annähernd richtig zu erhalten.
Beachten Sie, dass das Erreichen einer möglichst stabilen Frequenzsynchronisation eine sorgfältige Optimierung vieler Aspekte des Geräts erfordert, nicht nur der Parameter des FSC. Zum Beispielample, Rest ampDie Modulation der Amplitude (RAM) in einem PDH-Gerät führt zu einer Drift des Fehlersignals, die der Servo nicht kompensieren kann. Ebenso führt ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) dazu, dass Rauschen direkt in den Laser eingespeist wird.
Insbesondere die hohe Verstärkung der Integratoren bedeutet, dass die Sperre empfindlich auf Erdschleifen in der Signalverarbeitungskette reagieren kann, und
30
Kapitel 4. Anwendung example: Pound-Drever Hall-Verriegelung
Es muss darauf geachtet werden, diese zu beseitigen oder zu mildern. Die Erdung des FSC sollte sich so nah wie möglich am Lasercontroller und an der gesamten Elektronik befinden, die an der Erzeugung des Fehlersignals beteiligt ist.
Eine Möglichkeit zur Optimierung des schnellen Servos besteht darin, FAST DIFF auf OFF zu stellen und FAST GAIN, FAST INT und GAIN LIMIT anzupassen, um den Rauschpegel so weit wie möglich zu reduzieren. Optimieren Sie anschließend FAST DIFF und DIFF GAIN, um die hochfrequenten Rauschkomponenten, wie sie auf einem Spektrumanalysator beobachtet werden, zu reduzieren. Beachten Sie, dass nach der Einführung des Differenzierers möglicherweise Änderungen an FAST GAIN und FAST INT erforderlich sind, um die Sperre zu optimieren.
In manchen Anwendungen ist das Fehlersignal bandbreitenbegrenzt und enthält nur unkorreliertes Rauschen bei hohen Frequenzen. In solchen Fällen ist es wünschenswert, die Servo-Aktion bei hohen Frequenzen zu begrenzen, um eine Rückkopplung dieses Rauschens in das Steuersignal zu verhindern. Eine Filteroption reduziert die schnelle Servo-Reaktion oberhalb einer bestimmten Frequenz. Diese Option schließt sich mit dem Differenzierer gegenseitig aus und sollte ausprobiert werden, wenn die Aktivierung des Differenzierers die
60
Verstärkung (dB)
Hochfrequenz-Grenzfrequenz Doppelintegrator
SCHNELLE INT SCHNELLER GEWINN
FAST DIFF DIFF GAIN (Grenze)
40
20
Integrator
0
SCHNELLER LF-GAIN (Grenze)
Integrator
Proportional
Unterscheidungsmerkmal
Filter
LANGSAME INT
20101
102
103
104
105
106
107
108
Fourierfrequenz [Hz]
Abbildung 4.3: Konzeptionelles Bode-Diagramm, das die Wirkung der schnellen (rot) und langsamen (blau) Regler zeigt. Die Eckfrequenzen und Verstärkungsgrenzen werden mit den Knöpfen auf der Vorderseite wie beschriftet eingestellt.
4.3 Optimierung
31
das gemessene Rauschen.
Der langsame Servo kann dann optimiert werden, um die Überreaktion auf externe Störungen zu minimieren. Ohne die langsame Servoschleife führt die hohe Verstärkungsgrenze dazu, dass der schnelle Servo auf externe Störungen (z. B. akustische Kopplung) reagiert und die daraus resultierende Stromänderung Modensprünge im Laser verursachen kann. Daher ist es vorzuziehen, diese (niederfrequenten) Schwankungen stattdessen im Piezo zu kompensieren.
Durch die Anpassung von SLOW GAIN und SLOW INT wird nicht unbedingt eine Verbesserung des Fehlersignalspektrums erreicht, aber bei Optimierung wird die Empfindlichkeit gegenüber akustischen Störungen verringert und die Lebensdauer des Schlosses verlängert.
Ebenso kann die Aktivierung des Doppelintegrators (DIP2) die Stabilität verbessern, indem sichergestellt wird, dass die Gesamtverstärkung des langsamen Servosystems bei diesen niedrigeren Frequenzen höher ist als die des schnellen Servos. Dies kann jedoch dazu führen, dass das langsame Servo auf niederfrequente Störungen überreagiert. Der Doppelintegrator wird daher nur empfohlen, wenn langfristige Stromabweichungen die Sperre destabilisieren.
32
Kapitel 4. Anwendung example: Pound-Drever Hall-Verriegelung
A. Technische Daten
Parameter
Spezifikation
Timing Verstärkungsbandbreite (-3 dB) Ausbreitungsverzögerung Externe Modulationsbandbreite (-3 dB)
> 35 MHz < 40 ns
> 35 MHz
Eingang A IN, B IN SWEEP IN GAIN IN MOD IN LOCK IN
SMA, 1 M, ±2 V SMA, 5 M, 1 bis +0 V SMA, 2 M, ±5 V SMA, 1 M, ±2 V 5-mm-Audiobuchse, TTL
Analoge Eingänge sind überlastettage geschützt bis ±10 V. TTL-Eingänge akzeptieren < 1 V als niedrig, > 0 V als hoch. LOCK-IN-Eingänge sind -2 V bis 0 V, aktiv niedrig, und ziehen ±0 µA.
33
34
Anhang A. Spezifikationen
Parameter
Ausgang SLOW OUT FAST OUT MONITOR 1, 2 TRIG POWER A, B
Spezifikation
SMA, 50 , 0 bis +2 V, Bandbreite 5 kHz SMA, 20 , ±50 V, Bandbreite > 2 MHz SMA, 5 , Bandbreite > 20 MHz SMA, 50M , 20 bis +1 V M0-Buchse, ±5 V, 8 mA
Alle Ausgänge sind auf ±5 V begrenzt. 50 Ausgänge 50 mA max. (125 mW, +21 dBm).
Mechanische Kraft
IEC-Eingang
110 bis 130 V bei 60 Hz oder 220 bis 260 V bei 50 Hz
Sicherung
5x20mm Überspannungsschutzkeramik 230 V/0.25 A oder 115 V/0.63 A
Maße
B×H×T = 250 × 79 × 292 mm
Gewicht
2 kg
Stromverbrauch
< 10 W
Fehlerbehebung
B.1 Laserfrequenz scannt nicht
Ein MOGLabs DLC mit externem Piezo-Steuersignal erfordert, dass das externe Signal 1.25 V überschreitet. Wenn Sie sicher sind, dass Ihr externes Steuersignal 1.25 V überschreitet, bestätigen Sie Folgendes:
· DLC-Spanne ist vollständig im Uhrzeigersinn. · FREQUENZ auf dem DLC ist Null (mit der LCD-Anzeige einstellen
Frequenz). · DIP9 (Externer Sweep) des DLC ist eingeschaltet. · DIP13 und DIP14 des DLC sind ausgeschaltet. · Der Sperrschalter am DLC ist auf SCAN eingestellt. · SLOW OUT des FSC ist mit dem SWEEP / PZT MOD verbunden
Eingang des DLC. · SWEEP auf dem FSC ist INT. · FSC-Spanne ist vollständig im Uhrzeigersinn. · Schließen Sie den FSC MONITOR 1 an ein Oszilloskop an, stellen Sie den MONI-
TOR 1-Knopf auf RAMP und passen Sie FREQ OFFSET an, bis die ramp liegt bei etwa 1.25 V.
Wenn die oben genannten Prüfungen Ihr Problem nicht gelöst haben, trennen Sie den FSC vom DLC und stellen Sie sicher, dass der Laser bei Steuerung über den DLC scannt. Wenden Sie sich bei erfolglosem Versuch an MOGLabs.
35
36
Anhang B. Fehlerbehebung
B.2 Bei Verwendung des Modulationseingangs schwebt der schnelle Ausgang auf ein großes Volumentage
Bei Verwendung der MOD IN-Funktionalität des FSC (DIP 4 aktiviert) schwebt der schnelle Ausgang typischerweise auf die positive Spannungtage-Schiene, etwa 4 V. Stellen Sie sicher, dass MOD IN kurzgeschlossen ist, wenn es nicht verwendet wird.
B.3 Große positive Fehlersignale
In manchen Anwendungen kann das von der Anwendung erzeugte Fehlersignal streng positiv (oder negativ) und groß sein. In diesem Fall bieten der REF-Trimmpotentiometer und der ERR-OFFSET möglicherweise keine ausreichende DC-Verschiebung, um sicherzustellen, dass der gewünschte Lockpoint bei 0 V liegt. In diesem Fall können sowohl CH A als auch CH B mit dem INPUT-Schalter auf , CH B auf PD und mit einem DC-Volt verwendet werden.tage wird auf CH B angewendet, um den Offset zu erzeugen, der zum Zentrieren des Sperrpunkts erforderlich ist. Als BeispielampLiegt das Fehlersignal beispielsweise zwischen 0 V und 5 V und der Lockpoint lag bei 2.5 V, dann schließen Sie das Fehlersignal an CH A an und legen Sie 2.5 V an CH B an. Bei entsprechender Einstellung liegt das Fehlersignal dann zwischen -2 V und +5 V.
B.4 Schnelle Ausgangsschienen bei ±0.625 V
Für die meisten MOGLabs ECDLs, ein VoltagDer Hub von ±0.625 V am schnellen Ausgang (entsprechend ±0.625 mA, die in die Laserdiode eingespeist werden) ist für die Kopplung mit einem optischen Resonator mehr als erforderlich. In manchen Anwendungen ist ein größerer Bereich am schnellen Ausgang erforderlich. Dieser Grenzwert kann durch einen einfachen Widerstandswechsel erhöht werden. Bitte wenden Sie sich bei Bedarf an MOGLabs, um weitere Informationen zu erhalten.
B.5 Feedback muss das Vorzeichen ändern
Wenn sich die Polarität der schnellen Rückkopplung ändert, liegt dies typischerweise daran, dass der Laser in einen Multimode-Zustand (zwei externe Resonatormodi, die gleichzeitig schwingen) übergegangen ist. Passen Sie den Laserstrom an, um einen Singlemode-Betrieb zu erreichen, anstatt die Polarität der Rückkopplung umzukehren.
B.6 Monitor gibt falsches Signal aus
37
B.6 Monitor gibt falsches Signal aus
Bei der Werksprüfung wird die Ausgabe jedes einzelnen MONITOR-Reglers überprüft. Mit der Zeit können sich jedoch die Stellschrauben, die den Regler in Position halten, lockern und der Regler kann verrutschen, wodurch er das falsche Signal anzeigt. So überprüfen Sie:
· Verbinden Sie den Ausgang des MONITORS mit einem Oszilloskop.
· Drehen Sie den SPAN-Knopf ganz im Uhrzeigersinn.
· Drehen Sie den MONITOR auf RAMP. Sie sollten jetzt beobachten aramping-Signal in der Größenordnung von 1 Volt; wenn nicht, dann ist die Knopfposition falsch.
· Auch wenn Sie beobachten arampWenn das Signal weiterhin besteht, kann die Knopfposition immer noch falsch sein. Drehen Sie den Knopf eine Position weiter im Uhrzeigersinn.
· Sie sollten jetzt ein kleines Signal nahe 0 V haben und vielleicht ein kleines r sehenamp auf dem Oszilloskop in der Größenordnung von zehn mV. Stellen Sie den BIAS-Trimmpotentiometer ein und Sie sollten die ampHöhe dieses ramp ändern.
· Wenn sich das Signal auf dem Oszilloskop ändert, während Sie den BIAS-Trimmpotentiometer einstellen, ist die Position Ihres MONITOR-Knopfes richtig; wenn nicht, muss die Position des MONITOR-Knopfes angepasst werden.
Um die Position des MONITOR-Knopfes zu korrigieren, müssen zunächst die Ausgangssignale mit einem ähnlichen Verfahren wie oben identifiziert werden. Anschließend kann die Knopfposition gedreht werden, indem die beiden Stellschrauben, die den Knopf an seinem Platz halten, mit einem 1.5-mm-Inbusschlüssel oder Kugelkopfschraubendreher gelöst werden.
B.7 Der Laser durchläuft langsame Modussprünge
Langsame Modensprünge können durch optische Rückkopplung von optischen Elementen zwischen dem Laser und dem Resonator verursacht werden, z. B.ample Faserkoppler oder aus dem optischen Hohlraum selbst. Symptome sind Frequenz
38
Anhang B. Fehlerbehebung
Sprünge des freilaufenden Lasers auf langsamen Zeitskalen in der Größenordnung von 30 s, bei denen die Laserfrequenz um 10 bis 100 MHz springt. Stellen Sie sicher, dass der Laser über eine ausreichende optische Isolierung verfügt, installieren Sie bei Bedarf einen weiteren Isolator und blockieren Sie alle nicht verwendeten Strahlengänge.
C. PCB-Layout
C39
C59
R30
C76
C116
C166
C3
C2
P1
P2
C1
C9
C7
C6
C4
C5
P3
R1 C8 C10
R2
R338 ist D1
C378
R24
R337
R27
C15
R7
R28
R8
R66 R34
R340 C379
R33
R10
D4
R11 C60 R35
R342
R37
R343 ist D6
C380
R3 C16 R12
R4
C366 R58 R59 C31 R336
P4
R5 ist D8
C365 R347 R345
R49
R77 R40
R50 ist D3
C368 R344 R346
R75
C29 R15 R38 R47 R48
C62 R36 R46 C28
C11 C26
R339
R31 C23
C25
C54 C22 C24 R9
R74 C57
C33
C66 C40
U13
U3
U9
U10
U14
U4
U5
U6
U15
R80 R70 C27
C55R42
C65R32
R29 R65
R57 R78 R69
R71 R72
R79 R84
C67
R73
C68
C56
R76
R333
C42 C69
C367R6
R334 C369
C13
R335
C43 C372 R14 R13
C373 C17
U1
R60 R17 R329
U16
R81 R82
C35
C362 R85 R331 C44 R87
C70
U25 C124
R180 C131
C140R145
U42
R197 R184 C186 C185
MH2
C165 C194 C167 R186 R187 C183 C195 R200
C126 R325 R324
R168 C162 C184
C157 R148 R147
C163 C168
C158R170
R95 C85 R166 R99 C84
C86
C75 R97 R96 C87
R83 C83
U26
U27 C92
R100 R101 R102 R106
R104 R105
C88 R98 R86
R341 C95 R107 C94
U38
C90R109
R103U28
C128 C89
C141
R140 R143
R108
U48
R146 C127
R185
U50 R326
U49
R332
R201
R191
R199 C202
R198 R190
C216
P8
U57
C221
C234
C222 R210 C217
C169 R192 R202
R195 C170
R171
U51
R203
R211
U58
C257
R213 C223 R212
R214 C203 C204 C205
C172 R194 C199
R327 C171 C160 R188 R172 R173
C93 R111 C96 C102 R144 R117
R110 R112
C98 C91
R115 R114
U31
C101
FB1
C148
FB2
C159
C109 C129
C149
C130
U29
C138
U32
C150
C112R113
C100
C105 C99 C103 C152 C110
U33
C104 C111 C153
C133
R118 R124
R119 R122
R123
U34 R130 R120 R121
C161
C134
R169U43
C132
C182 R157 C197
C189 R155 C201
C181R156
C173
U56
C198R193
C206
R189
C174
C196
U52
R196 R154 R151 R152 R153
R204 C187 C176 C179
U53
C180 C188 C190
C178
C200
C207
U54
C209
U55 C191
C192
C208R205
U62 C210
R217 C177
C227 C241 C243 C242 R221
R223 C263
C232
C231
C225
U59
C226
C259
C237
C238
C240 C239
R206
U60
C261
R207 C260 R215
R218
R216
U61 C262
U66 R219
U68 R222
U67 R220
C258 C235 C236
C273
SW1
R225 R224
C266
C265
R228
U69
C269
R231 R229
U70
C270
U71
R234
C272
R226
U72
C71
C36
R16 R18
C14
C114
R131
C115
C58R93
C46
C371
C370
R43 C45
R44
U11
R330 R92
R90 R89 R88 R91
R20
U7
R19
R39 C34
C72
R61
C73
C19
R45 C47
C41 C78
P5
R23
U8
R22
C375
C374 R41 R21
C37
C38
C30
C20
R52 C48 R51
C49
U2
C50
U17
U18
R55 R53 R62 R54
C63
R63 C52 R26
U12 R25
P6
C377 C376
R64 R56 C51
MH1
C53
C79
C74
C18
C113 R174 R175 R176 R177
C120
R128
R126 C106
R127 R125
U35 R132 U39
R141 C117 R129 R158
R142
C136 R134 R133 R138 R137
C135
C139 R161 R162 R163
C118
C119R159
C121
U41 C137
R160 C147
C164
U40 C146
C193
R164 C123
C122
R139 R165
U44
C107
U45
C142
C144 R135 C145
R182
R178 R167
R181
RT1
C155R149
C21 C12
U47
U46
U30 C108
U21 C77 U23 C82
U24 C64 U22 C81
U19 C61
R68 R67 U20 C32
P7
C97R116
C80R94
U36 C143
C151
R179
R150 C156
R183
R136 C154
C175
C252
C220
C228 C229 C230
U63
C248
C247
C211
C212 C213 C214
U64
C251
C250
C215
C219
R208 R209 C224
C218 C253
U65
C256
C255 C254
C249 C233
C246 C245
C274
C244
C264
C268R230
C276
C271
C267
C275
R238 R237 R236 R235 R240 R239
R328
REF1 R257
C285R246
C286 C284
R242
U73
R247
C281R243
C280
U74
C287
R248
C289 R251 R252
R233 R227 R232
C282 R244 R245
U75
R269
C288 R250 R249
R253 R255
C290
R241
R254
U76
R272
C291
R256
U77
C294 C296
C283
C277
MH5
C292
C293
C279 C278
U37 C125
MH3
C295
C307R265
Q1
C309
C303 R267 R268
C305
C301
MH6
R282
C312
R274 R283 R284
C322
C298
C300
R264 C297 R262
U78
R273 C311
C299
R263
C302
R261 R258 R259 R260
U79
C306
U80
C315
C313
R266
U81
R278 R275 R276
C304
R277
C316
R271 C308
R270
U82
C314
C318
U83
R280 R279 C321
C310
U84
R285 C317
C320
R281
C319
R290 R291
T11 - Die wunderbare Welt der Träume
T12 - Die wunderbare Welt der Träume
T13 - Die wunderbare Welt der Träume
T14 - Die wunderbare Welt der Träume
R287 R286
SW2
R297 R296
R289 R288
C334 C328 C364
R299 C330
R293 R292
C324
C331
R300
R298 C329
C333 C332
U85
C335
C323
C325
T15 - Die wunderbare Welt der Träume
R303
T16 - Die wunderbare Welt der Träume
C336
R301 R302 C342 C341
C337
U86
C343
C339
C346
R310 R307
R309
R308
MH8
C347 R305 R306
R315
R321
C345
P10
C344 C348
MH9
C349 R318 C350 R319 R317 R316
C352
P11
C351
C354
U87
MH10
C353
U88
C338
C340
R294
C363
MH4 P9
XF1
C358
R295
C326
C327
T17 - Die wunderbare Welt der Träume
R304
T18 - Die wunderbare Welt der Träume
U89
C355 C356
U91
U90
C361R323
C357
C359
P12
C360
MH7
R313 R314 R320 R311 R312 R322
39
40
Anhang C. PCB-Layout
D. 115/230 V-Umwandlung
D.1 Sicherung
Die Sicherung ist eine Keramik-Überspannungssicherung, 0.25A (230V) oder 0.63A (115V), 5x20mm, zum Beispielample Littlefuse 0215.250MXP oder 0215.630MXP. Der Sicherungshalter ist eine rote Patrone direkt über dem IEC-Stromeingang und dem Hauptschalter auf der Rückseite des Geräts (Abb. D.1).
Abbildung D.1: Sicherungseinsatz mit Darstellung der Sicherungsplatzierung für den Betrieb mit 230 V.
D.2 120/240 V-Umwandlung
Der Controller kann mit Wechselstrom mit 50 bis 60 Hz, 110 bis 120 V (100 V in Japan) oder 220 bis 240 V betrieben werden. Um zwischen 115 V und 230 V umzuwandeln, sollte die Sicherungspatrone entfernt und wieder eingesetzt werden, sodass die richtige Spannungtage ist durch das Abdeckungsfenster sichtbar und die richtige Sicherung (wie oben) ist installiert.
41
42
Anhang D. 115/230 V-Umwandlung
Abbildung D.2: So ändern Sie die Sicherung oder Lautstärketage, öffnen Sie die Sicherungspatronenabdeckung mit einem Schraubendreher, der in einen kleinen Schlitz am linken Rand der Abdeckung eingeführt wird, direkt links neben dem roten Voltage Indikator.
Beim Herausnehmen des Sicherungseinsatzes einen Schraubendreher in die Aussparung links am Einsatz einführen, nicht versuchen, diesen mit dem Schraubendreher seitlich am Sicherungshalter herauszuziehen (siehe Abbildungen).
FALSCH!
RICHTIG
Abbildung D.3: Um die Sicherungspatrone herauszuziehen, stecken Sie einen Schraubendreher in eine Aussparung links von der Patrone.
Beim Ändern der Lautstärketage, die Sicherung und eine Überbrückungsklammer müssen von einer Seite auf die andere getauscht werden, sodass die Überbrückungsklammer immer unten und die Sicherung immer oben ist, siehe Abbildungen unten.
D.2 120/240 V-Umwandlung
43
Abbildung D.4: 230 V Brücke (links) und Sicherung (rechts). Tauschen Sie Brücke und Sicherung bei Spannungsänderungen aus.tage, damit die Sicherung beim Einsetzen oben bleibt.
Abbildung D.5: 115-V-Brücke (links) und Sicherung (rechts).
44
Anhang D. 115/230 V-Umwandlung
Bibliographie
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46
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