lunes, 31 de mayo de 2010
sábado, 29 de mayo de 2010
CONTROL DEL ADC
Existen varias señales de control que se deben tener en cuenta para manejar el ADC
SCK (U16): señal de reloj. Interesa para programar la ganancia. Frecuencia máxima de 20 MHz.
MOSI (T4): entrada en serie para los bits de la ganancia.Para nuestro caso (ganancia=-1) A3A2A1A0 = 0001=B3B2B1B0, siendo Ax los bits que indican la ganancia para el canal 0 y Bx para el canal 1. Los datos son capturados en flanco positivo.
AMP_CS (N7): cuando se pone a nivel bajo indica que se le empiezan a enviar los bits de la ganancia
AMP_SHDN(P7): reiniciar el preamplificador. Activo a nivel alto.
AMP_DOUT(E18): salida de los bits de la ganancia cuando se están introduciendo hace "eco" de los bits que se introducen.
ADC0 y ADC1 serán las salidas de 14 bits de cada uno de los canales del ADC.
el preamplificador es también inversor, pero como la señal de entrada será periódica y se ajustará entre valores conocidos no tendremos en cuenta este hecho.
AMP_CS se debe poner a nivel bajo mínimo 30 ns antes de un flanco positivo y durará a nivel alto medio ciclo de reloj (a 1 en el flanco de bajada anterior). Los bits deben de estar estables en SPI_MOSI al menos 30 ns antes del flanco positivo, en el cual se leen.
Establecemos varias señales de control pra configurar el preamplificador y luego el conversor, todo esto haciendo uso del SPI de la Spartan 3E.
SCK: reloj del SPI
ce_amp: conf enabled del preamplificador si esta en alto
counter: hasta 2 para controlar los tiempos arriba comentados
amp_bit_count: contador hasta 8 para terminar de configurar el preamplificador
go_conv: para empezar la conversion de la señal en el ADC
counter: hasta 34 para guardar la conversion de los dos canales ADC0y ADC1 del ADC
El control del ADC y del Preamplificador se realiza mediante una maquina de estados, esto será publicado en el siguiente post.
viernes, 28 de mayo de 2010
Diagrama Modular del Sistema
Ya familiarizados son la herramienta ISE de Xilinx, definimos el diagrama modular del Sistema, que será implementado sobre la FPGA Spartan-3E FPGA Starter Kit Board. Este diagrama se muestra a continuacion.
El ADC de la SPARTAN 3E (LTC1407A) muestrea a una frecuencia máxima de 1.47MHz por lo tanto y de acuerdo con el teorema de muetreo de Nyquist -Shannon la señal de entrada debe estar por debajo de los 750Khz. El bloque ADC lo componen además del LTC1407A, un LTC6912-1 que es un amplificador programable dual y ambos se controlan mediante protocolo SPI. Este Bloque ADC entrega una salida de 14 bits por muestra a un bloque de MEMORIA RAM FIFO cuyo tamaño se definirá conforme se avance en la implementacion. Luego del Bloque de Memoria los registros de 14 bits se entregan al bloque FFT que realiza una transformada rapida de fourier para entregar en sus salidas dos vectores, uno con la parte real de la transformada y otro vector con la parte imaginaria. Estos vectores seran almacenados en otro bloque de MEMORIA RAM para que posteriormente sean enviados al PC a través del Modulo de Control RS232.
El bloque de CONTROL PRINCIPAL consiste en una MAQUINA DE ESTADOS que se encarga de sincronizar y revisar constantemente las señales para asi decidir cuando y de que forma continúa el flujo de señales a través de la estructura definida.
En este Primer Diagrama Modular no se han definido varios elementos, primero el bloque de memoria que se utilizara para almacenar las muestras que vienen del bloque ADC. En segundo lugar no se ha mencionado el tamaño de la FFT que se utilizará y de la cual depende en gran medida la calidad del sistema de analisis de señales de poliscopio. Por último, en este diagrama modular no se toman en cuenta las operaciones necesarias para obtener la magnitud de la FFT que permitira graficar la curva voltaje-frecuencia que se quiere lograr. asi que se supone que estas operaciones se realizaran en el computador mediante el Software MATLAB para simplificar el sistema implementado sobre la FPGA.
domingo, 14 de marzo de 2010
Tutorial ISE de Xilinx de la Universidad de Valencia, Escuela Superior de Ingenieria
Practica con el ISE de XilinxAhora con la FPGA en nuestras manos empezamos a explorar el ISE de xilinx con ayuda de eeste tutorial.
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El Poliscopio
El poliscopio es un conjunto practico de prueba que combina en un único instrumento todas las piezas que individualmente conformarían el quipo necesario para medidas exactas de voltaje-frecuencia.
El rango de frecuencia se extiende desde 300khz a 1ghz.
el equipo necesario que requeriría una medida y que por si solo con el poliscopio puede realizarse consiste de:
-. Varios generadores de señal para cubrir el rango de 300 KHz a 1 Ghz, un atenuador calibrado, un volimetro a tubos con circuito para toma de medida y un voltimero a tubos con circuito para entrega de medida y una punta para prueba de RF.
Todo este equipo es reemplazado por un único intrumento.
A continuación haremos una breve comparación entre el poliscopio y el conjunto de instrumentos que individualmente conformarían un equipo de prueba con iguales capacidades de medida que el poliscopio.
EQUIPO DE PRUEBA
- Generador de señal: con un rango de frecuencias con un rango que se extiende desde 300 Khz a 1 Ghz, cuya FEM se debe mantener constante atraves de todo el rango de frecuencias.
- Atenuador calibrado: con la ayuda de este atenuador podremos obtener el voltaje de salida deseado desde el generador de señal.
- Un voltímetro a tubos con el cual se puede realizar medidas de un voltaje de entrada en función de la frecuencia por medio de un diodo interno para la toma de medida en la punta de prueba.
- Un voltímetro a tubos el cual juntamente con un circuito de toma de medidas o un probador para RF el cual indicara el voltaje en función de la frecuencia a la salida del circuito a probar.
- Contiene un generador de señal con la gran ventaja que es la de mantener constante el valor de la FEM por medio de un efectivo circuito de control automatico.
- La salida del generador de señal pasa a travez de dos atenuadores con lo cual el voltaje de salida se puede atenuar por debajo de 70 dB.
- El poliscopio contiene este haciendo menor la posibilidad de introducción de error causado por la manera en que se conecta el circuito a probar.
- Todo esto esta contenido en el poliscopio y cuya sensibilidad de medida es mayor que la de un VTVM de banda ancha.
- Además el poliscopio contiene marcadores de frecuencia, para medidas exactas de frecuencia.
El poliscopio viene acompañada de un despliegue de respuesta el cual nos muestra y puede ayudarnos a hacer mas exactas las medidas en el rango de las altas frecuencias.
En el despliegue se puede mostrar automáticamente dos variables en el mismo momento. Con el poliscopio esamos capacitados de realizar muchas medidas en una fracción del tiempo que se necesitaría por medio de medidas del tipo punto a punto y los resultados tienen una precisión la cual requeriría gran esfuerzo utilizando otro medios.
El equipo poliscopio marca RFT, estructuralmente se compone de dos partes; una unidad genradora de señales de barrido de frecuencia y una unidad amplificadora de despliegue, por lo cual esta división nos puede generar una descripción del siguiente modo:
- Generador de señales de barrido de frecuencia WG-4
- Amplificador de despliegue SGA 1
- Unidad de despliegue SG 1
A. GENERADOR DE SEÑALES DE BARRIDO DE FRECUENCIA WG-4
Este generador de señales modelo WG-4 conjuntamente con una apropiada unidad de despliegue conforma un equipo completo de medidas de voltaje frecuencia que cubre el rango de frecuencia 0.3 a 1000 MHz.
Este dispositivo ha sido diseñado para desplegar características de frecuencia de redes de 2 o cuatro terminales en un amplio rango de frecuencia.
Asi por ejemplo las siguientes situaciones pueden presentarse:
- Detector de voltaje de RF en puntos opcionales de medida de cualquier aparato bajo prueba.
- Observar características pasa banda, selectividad y ancho de banda de amplificadores.
- Características pasa banda de filtros pasivos.
- Curvas características de limitadores y discriminadores.
Las ventajas del despliegue en dos dimensiones (voltaje-frecuencia) radica en el extraordinario ahorro de tiempo y claridad de la presentación de la información. Además, la información adicional que frecuentemente se pierde cuando se realizan medidas del tipo punto a punto.
Esta información puede ser por ejemplo la presencia de discontinuidades indeseables en las curvas de respuesta de circuitos o sistemas o variaciones expontaneas causadas por fallos en contactos y perturbaciones introducidas por mal aterrizaje de señales (señalas no llevadas a tierra correctamente).
En detalle, este equipo de medida se adapta excelentemente a la solución de los siguienes tipos de problemas de mediciones:
- Medida y alineamiento de los parámetros de un filtro como por ejemplo frecuencias de resonancia, curvas de frecuencia, frecuencias de corte, polos de frecuencia, acople, ancho de banda, respuesta de atenuación, rizado, factor Q del circuito, atenuación como pasa banda y atenuación como eliminador de banda.
- Alineamiento y chequeo del funcionamiento de limitadores y discriminadores.
- Despliegue del voltaje de entrada a cables eléctricamente largos, medida del factor M de una antena, entrada en receptores, filtros secciones de transformaciones Z, terminaciones en resistencia, etc.
- Despliegue del voltaje de entrada de cables eléctricamente largos para medidas de características desconocidas como impedancia del cable y medida de la atenuación del cable.
- Medidas inherentes a osciladores de frecuencia y generadores de señal haciendo uso de marcas de frecuencia que posee el equipo.
B.GENERADOR DE SEÑALES DE BARRIDO DE FRECUENCIA CON UN OSCILOSCOPIO COMO UNIDAD DE DESPLIEGUE.
La detección de señales barrido puede desplegarse en un osciloscopio que posee la entrada separada X.
El siguiente tipo de medición puede desplegarse en la pantalla de un osciloscopio:
- Desplegar la FEM del generador de señal de barrido con marcas de frecuencia y una línea 0 escrita durante el retroceso o desplegar el resultado de una medida sobre un aparto al cual se le ha simulado una señal de entrada por medio del generador de señal.
- La posición de la línea 0 es independiente de la señal si dicha señal es aplicada atravez de la entrada DC del osciloscopio.
- Si se usa un osciloscopio de doble traza, un canal se puede utilizar aplicando marcas de frecuencia, y el otro para desplegar un resultado sin la presencia de dichas marcas.
- El uso del osciloscopio como despliegue requiere que este tenga frecuencia de corte lo suficientemente alta para detectar señales de RF.
- Se puede detectar un eje de marcas de frecuencia en un osciloscopio de dos canales, las marcas de frecuencia pueden tomarse desde el generador de señales y aplicarse al osciloscopio por uno de los dos canales.
C.UNIDAD GENRADORA DE SEÑALES DE BARRIDO FRECUENCIA CON UNA UNIDAD DE DESPLIEGUE SG-1
La unidad de despliegue SG-1 incluyendo una unidad de amplificador de despliegue modelo SGA-1 constituyen un equipo de prueba, específicamente desarrollado para trabajar con el generador de señal modelo WG-4.
La unidad de despliegue modelo SG-1 esta equipado con un tubo de rayos catódicos de 28 cms y ofrece considerables ventajas comparado con el despliegue convencional de un osciloscopio. La unidad de despliegue posee dos entradas separadas de AF haciendo posible la conexión de dos señales detectadas para su medición, las cuales pueden ser desplegadas alternativamente en la pantalla de CRT, por medio de switch electrónico.
La línea de voltaje 0 (línea cero) esta fija en su posición indenpendientemente del contenido en el despliegue.
Una línea para mediciones puede superponerse electrónicamente sobre la pantalla del CRT para realizar marca de nivel opcionalmente.
Las señales detectadas pueden tener polaridades positiva o negativa y opcionalmente pueden desplegarse de forma lineal o logarítmica.
Para pruebas de voltajes rectificados negativos es posible una linealizacion del voltaje rectificado, el voltaje rectificado entregado por la punta de prueba, es compensado de modo que se tenga como resultado una relación prácticamente lineal entre el voltaje rectificado y el voltaje de RF en la entrada de la sonda (punta de prueba).
La alta sensibilidad de la unidad de despliegue, y el amplio rango con un despliegue logarítmico de una cantidad medida están previstas para posibilitar el despliegue de un amplio rango de variaciones de atenuaciones de las medidas de un aparato.
Es posible también realizar sumas o diferencias en casos especiales de problemas de mediciones como por ejemplo el alineamiento de filtros de acuerdo a un filtro estándar dado.
lunes, 22 de febrero de 2010
Algo sobre el ADC
La Spartan 3 de xilinx incluye dos canales de captura con un pre-amplificador y un ADC cada uno.El circuito de captura analógico coge la tensión de las entradas VINA ó VINB y los representa con 14 bits de la forma:
Vista detallada del circuito de captura analógica:
La conversión se hace con un divisor de tensión cuya tensión de referencia es 1,65 V. La máxima variación de la tensión respecto a esta referencia es de ±1,25 V.
Los valores representables irán de -2^13 a 2^13-1, por ello se escala por 8192, y la ganancia dependerá de cómo esté programado el amplificador.
señales de la interfaz entre la FPGA y el CAD.:
• SPI_SCK es la señal de reloj. Sale de la FPGA hacia el CAD.
• AD_CONV : Cuando esta señal se pone a nivel uno, el CAD muestrea ambos canales analógicos. Los resultados de esta conversión no se aprecian hasta que se vuelve a activar esta señal (con una latencia de una muestra) . Esta señal también sale de la FPGA hacia el CAD.
• SPI_MISO: Muestra la representación digital de los valores analógicos de las muestras como dos valores de 14 bits en complemento a 2.
Se usa una interfaz de bus SPI para configurar los amplificadores.
La máxima tasa de muestreo es de 1.5 MHz, la tensión de entrada va de 0 a 2.5 V, también convierte los datos a formato de 14 bits.
Vista detallada del circuito de captura analógica:
La conversión se hace con un divisor de tensión cuya tensión de referencia es 1,65 V. La máxima variación de la tensión respecto a esta referencia es de ±1,25 V.Los valores representables irán de -2^13 a 2^13-1, por ello se escala por 8192, y la ganancia dependerá de cómo esté programado el amplificador.
señales de la interfaz entre la FPGA y el CAD.:
• SPI_SCK es la señal de reloj. Sale de la FPGA hacia el CAD.
• AD_CONV : Cuando esta señal se pone a nivel uno, el CAD muestrea ambos canales analógicos. Los resultados de esta conversión no se aprecian hasta que se vuelve a activar esta señal (con una latencia de una muestra) . Esta señal también sale de la FPGA hacia el CAD.
• SPI_MISO: Muestra la representación digital de los valores analógicos de las muestras como dos valores de 14 bits en complemento a 2.
Se usa una interfaz de bus SPI para configurar los amplificadores.
La máxima tasa de muestreo es de 1.5 MHz, la tensión de entrada va de 0 a 2.5 V, también convierte los datos a formato de 14 bits.
Ago sobre la Spartan 3
Se puede ver la hoja de características completas de la spartan en http://www.digilentinc.com/Data/Products/S3EBOARD/S3EStarter_ug230.pdf
Interruptores, botones y LEDS.
La placa tiene cuatro interruptores, de izquierda a derecha SW3,SW2,SW1,SW0. En ON conectan el pin de la FPGA a nivel alto.
Hay cuatro botones situados alrededor del botón rotatorio. Al pulsarse ponen a nivel alto el pin.
Señalar que el botón sur (BTN_SOUTH) puede usarse como reset de algunas funciones seleccionables en la FPGA.
El botón rotario produce tres salidas: rotar_dcha, rotar_izda o si se presiona.
Cuenta con 8 LEDS (LED7 a la izda y LED0 a la dcha), que se activan poniendo a nivel alto el pin asociado.
Hay cuatro botones situados alrededor del botón rotatorio. Al pulsarse ponen a nivel alto el pin.
Señalar que el botón sur (BTN_SOUTH) puede usarse como reset de algunas funciones seleccionables en la FPGA.
El botón rotario produce tres salidas: rotar_dcha, rotar_izda o si se presiona.
Cuenta con 8 LEDS (LED7 a la izda y LED0 a la dcha), que se activan poniendo a nivel alto el pin asociado.
Señales de reloj.
En la placa se incluye un reloj de 50MHz. Pueden conectarse relojes externos a través del conector amarillo (SMA Conector), así como instalar un reloj de 8 pines tipo DIP.
Programación.
Sólo señalar que el botón PROG es para reiniciar la configuración y el Led DONE cuando se activa indica que la progrmación de la FPGA terminó satisfactoriamente.
Por lo demás se puede programar via iMPACT como hicimos en la primera actividad.
Por lo demás se puede programar via iMPACT como hicimos en la primera actividad.
Puertos VGA, RS-232 y PS/2.
Dispone de varios puertos VGA (conector DB15), para conectar a un monitor o a un display LCD.
Cuenta con dos puertos serie RS-232, uno hembra (DB9 DCE) y otro macho (DTE), así como de un puerto PS/2 para un teclado o ratón.
Cuenta con dos puertos serie RS-232, uno hembra (DB9 DCE) y otro macho (DTE), así como de un puerto PS/2 para un teclado o ratón.
Convertidor AD.
IMPortante.
Memorias de la placa.
Cuenta con varias memorias internas, una PROM FLASH, SPI FLASH, pero para utilizarlas hay que modificar manualmente conexiones de la placa.
Sim embargo, existe también una memoria DDR SDRAM de 32Mx16 bits (datos de 16 bits), accesible desde pines de la FPGA (ver documento indicado arriba para averiguar los pines y su significado).
Sim embargo, existe también una memoria DDR SDRAM de 32Mx16 bits (datos de 16 bits), accesible desde pines de la FPGA (ver documento indicado arriba para averiguar los pines y su significado).
Otras conexiones de la placa.
Una conexión Hirose 100-pin FX2, con 43 pines asociados a I/O de la FPGA, 30 de los cuales pueden utilizarse com señales externas de I/O a la FPGA y 4 de entrada.
Tres conexiones periféricas de 6 bits.
Tres conexiones periféricas de 6 bits.
oscliloscopio en FPGA
EN esta página:
http://www.fpga4fun.com/digitalscope.html
dicen que un osciloscopio digital se crea juntando un CAD con una FPGA. Nos dice más o menos como crear la lógica del osciloscopio dentro de la fpga y nos muestra algo de código. Recalca que hay muchísimos atributos del osciloscopio que podemos ir añadiendo según nos hagan falta unas u otras funcionalidades.
http://www.fpga4fun.com/digitalscope.html
dicen que un osciloscopio digital se crea juntando un CAD con una FPGA. Nos dice más o menos como crear la lógica del osciloscopio dentro de la fpga y nos muestra algo de código. Recalca que hay muchísimos atributos del osciloscopio que podemos ir añadiendo según nos hagan falta unas u otras funcionalidades.
Polyskop en la web
la informacion en la web acerca del poliscopio es muy escaza, se limita a archivos pdf con caracteristicas generales y precios de dispositivos a la venta (claro que dan una idea acerca de las capacidades que tienen los polyscopios modernos). Con la palabra polyskop existen algunos sitios en aleman, unos con fotos de un modelo igual al que tiene la facultad, sin embargo, estos sitios no ofrecen mayor informacion . Por suerte tenemos copia del manual del polyskop del laboratorio de telecomunicaciones, con este y con el trabajo de tesis del poliscopio de audiofrecuencia habra que empezar a trabajar.
Por fin empiezo!
Este el primer paso ....
la idea es desarrollar un poliscopio utilizando una FPGA SPARTAN 3, y me parece que es util la realización de un blog que se actualizará cada día para ir describiendo el sistema digital realizado y su implementación en la FPGA elegida.
Lo primero sera reunir toda la información disponible sobre el poliscopio: que es? como funciona? de que se compone? en que rangos trabaja? señales de entrada y salida, en fin, todas las características posibles. Luego de entender el poliscopio tendré que indagar sobre las características de la Spartan 3 y Empezar con el ISE de Xilinx, aunque se pueden hacer las dos cosas simultáneamente. Además habrá que definir un diagrama de bloques que en principio, describa el sistema que se va a implementar.
aSí que voy a googlear.. Bueno eso es todo por ahora...
la idea es desarrollar un poliscopio utilizando una FPGA SPARTAN 3, y me parece que es util la realización de un blog que se actualizará cada día para ir describiendo el sistema digital realizado y su implementación en la FPGA elegida.
Lo primero sera reunir toda la información disponible sobre el poliscopio: que es? como funciona? de que se compone? en que rangos trabaja? señales de entrada y salida, en fin, todas las características posibles. Luego de entender el poliscopio tendré que indagar sobre las características de la Spartan 3 y Empezar con el ISE de Xilinx, aunque se pueden hacer las dos cosas simultáneamente. Además habrá que definir un diagrama de bloques que en principio, describa el sistema que se va a implementar.
aSí que voy a googlear.. Bueno eso es todo por ahora...
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