Sistema ta' Akkwist tad-Data għall-Kxif ta' Sinjal ta' Radjazzjoni Ottika Transitorja
Skont il-karatteristiċi ta 'sfond qawwi u mira dgħajfa fl-iskoperta tar-radjazzjoni ottika temporanja, dan id-dokument jiddisinja skema ta' akkwist tad-dejta b'FPGA bħala l-qalba tal-kontroll u l-ipproċessar. L-iskema tadotta kanali ta 'filtru doppju ta' l-isfond u tas-sinjal, amplifikazzjoni kkontrollata minn programm ta 'żewġ livelli, li tiggarantixxi b'mod effettiv il-kwalità ta' l-akkwist tas-sinjal; fl-istess ħin, jadotta ħażna ta 'konverżjoni tal-frekwenza għal sinjali fil-mira, li tnaqqas ħafna r-rekwiżiti għall-ħażna u t-trażmissjoni tad-data, u tiżgura proċess ta' akkwist aktar konsistenti. preċiżjoni tal-kejl.
1 Il-kompożizzjoni tas-sistema u l-prinċipju tax-xogħol
Is-sistema tal-akkwist tad-dejta tista 'tkun bejn wieħed u ieħor maqsuma fi tliet partijiet: il-modulu ta' qabel l-ipproċessar, il-modulu tal-ħażna tal-kampjuni u l-modulu ta 'kontroll FPGA. Il-modulu ta 'l-ipproċessar minn qabel jinkludi tagħmir ta' konverżjoni fotoelettrika, banek ta 'filtri attivi, u ċirkwiti ta' amplifikazzjoni kkontrollati minn programm. Id-dijagramma tal-blokk tas-sistema kollha tidher fil-Figura 1. Iċ-ċirkwit ta 'konverżjoni fotoelettrika jikkonverti s-sinjal ottiku li jidħol fis-sistema f'sinjal kurrenti permezz ta' detector, u mbagħad jikkonvertih f'sinjal ta 'vultaġġ permezz ta' amplifikatur operattiv ta 'transimpedance. Is-sistema tiddisinja żewġ kanali ta 'filtrazzjoni: l-isfond jadotta filtrazzjoni low-pass, u s-sinjal jadotta filtrazzjoni high-pass. Fl-istat inizjali, is-swiċċ Analog jagħżel il-kanal tal-isfond awtomatikament, u l-amplifikatur programmabbli huwa ssettjat għall-modalità tal-isfond. Wara li s-sinjal fl-isfond jittieħed kampjun minn A/D, jintbagħat lill-FPGA għal tqabbil tal-limitu. Meta tinstab sitwazzjoni akbar mil-limitu, l-FPGA jaqleb il-kanal tas-swiċċ Analog, jintgħażel il-kanal tal-filtru high-pass, u l-mod operattiv tal-amplifikatur ikkontrollat mill-programm jintgħażel bħala l-mod tas-sinjal. Skont il-karatteristiċi tas-sinjal li jkun wieqaf fil-bidu u bil-mod fl-aħħar, l-FPGA jirrealizza l-ġbir u l-ħażna tad-dejta b'mod dens u mbagħad ftit permezz tal-kontroll koordinat ta 'A/D u FIFO.
2. Disinn ta 'Hardware tas-Sistema ta' Akkwist tad-Data
2.1 Ċirkwit tal-ipproċessar minn qabel tal-istadju ta 'quddiem
Fiċ-ċirkwit ta 'skoperta fotoelettrika, il-fotodetector huwa direttament relatat mal-kwalità tal-prestazzjoni tas-sistema. Sabiex titnaqqas l-influwenza tal-kurrent indott ikkawżat mir-radjazzjoni elettromanjetika ambjentali, l-apparat huwa adattat għall-ippakkjar taċ-ċeramika. Barra minn hekk, iż-żona fotosensittiva tad-ditekter m'għandhiex tkun kbira wisq, inkella parametri bħal kurrent skur, capacitance tal-junction, u ħin ta 'żieda se jiżdiedu, li jaffettwaw l-effett ta' skoperta. Fid-disinn, jintuża l-fotodijodu tas-silikon S2387 tal-Ġappun Hamamatsu Company. Id-ditekter għandu l-karatteristiċi ta 'sensittività għolja, rispons ta' ħin mgħaġġel u firxa dinamika kbira. Id-disinn taċ-ċirkwit jadotta modalità bias żero, l-ebda kurrent skur, il-ħoss tad-dijodu huwa prinċipalment il-ħoss termali ġġenerat mir-reżistenza tax-shunt, u għandu l-aħjar preċiżjoni u linearità. Il-filtru ta 'passaġġ għoli u baxx jadotta filtru attiv, li għandu veloċità ta' rispons veloċi, effett tajjeb tal-iffiltrar tal-armoniċi, u jista 'jikkumpensa b'mod dinamiku l-qawwa reattiva. L-amplifikatur ikkontrollat mill-programm huwa magħmul minn amplifikatur operattiv integrat u swiċċ analogu. Is-swiċċ Analog huwa kkontrollat minn FPGA, u resistors differenti huma konnessi mat-terminal tad-dħul tal-amplifikatur operattiv biex jaġġustaw il-gwadann.
2.2 Ċirkwit tal-ħażna tal-kampjuni
Minħabba li l-firxa dinamika tas-sinjal fil-mira hija kbira ħafna (madwar 80 dB), huwa meħtieġ li tagħżel ADC b'firxa dinamika wiesgħa biex tirrealizza l-akkwist tas-sinjal. L-adozzjoni ta '14 b ADC biex tieħu kampjun tas-sinjali b'firxa dinamika li l-amplitudni tagħha tvarja sa 4 ordnijiet ta' kobor tista 'tissodisfa r-rekwiżiti ta' sensittività ta 'skoperta għolja meħtieġa mis-sistema. Madankollu, peress li l-apparati kollha ta 'konverżjoni A/D għandhom żbalji ta' preċiżjoni, l-użu ta 'komponenti ta' konverżjoni A/D ta 'preċiżjoni għolja bħala komponenti ta' konverżjoni A/D ta 'preċiżjoni baxxa jista' jnaqqas l-iżbalji ta 'preċiżjoni. Dan id-disinn juża 16 bAD976A tal-Kumpanija ADI. AD976A konsum ta 'enerġija baxxa 16 b approssimazzjoni suċċessiva konvertitur A/D, il-veloċità tal-konverżjoni hija 200 KSPS, tista' tagħżel provvista ta 'enerġija ta' referenza interna jew esterna ta '2.5 V. AD976 jippermetti li 16 b joħorġu b'mod parallel f'ħin wieħed, u jistgħu joħorġu fil-forma ta 'żewġ 8 b. Sabiex jiġu salvati l-brilli fid-disinn, jiġu adottati outputs doppji 8 b.
Sabiex tiġi żgurata trażmissjoni preċiża tad-dejta bejn oqsma differenti tal-arloġġ, il-cache tad-dejta juża FIFO asinkroniku. Il-FIFO mhux sinkroniku għandu l-karatteristiċi ta 'veloċità għolja u affidabilità tajba, u jista' jevita kampjunar ħażin ta 'dejta minħabba differenzi fil-fażi bejn arloġġi differenti. L-IDT7204 adottat fid-disinn huwa 4 096 × 9 b CMOS ċippa cache tal-memorja b'port doppju fis-serje IDT72XX. Il-punters interni tal-qari u tal-kitba jinqraw u jinkitbu fuq il-bażi ta 'fir-in first-out, u l-arloġġ tal-kitba W u l-arloġġ tal-qari R huma pprovduti esternament; il-bandiera sħiħa () u l-bandiera vojta () jikkontrollaw l-overflow tad-dejta u l-qari vojt, u jikteb meta l-memorja ta 'simulazzjoni tkun mimlija Jista' faċilment jespandi kwalunkwe fond tal-kelma u tul tal-kelma.
