Nuevo Diagrama Modular Del SIstema De Analisis de Señal

El Diagrama Modular del sistema se cambia debido a consideraciones de diseño que no habian sido tenidas en cuenta antes. ademas Una arquitectura de diseño sobre FPGA se basa en definir los diferentes componentes que implementa el sistema. Para el diseño se debe definir el funcionamiento de cada uno de estos componentes. Un sistema digital puede definirse a distintos niveles de abstracción y en tres dominios diferentes: comportamiento, estructura y físico. El dominio de comportamiento describe lo que hace el sistema, el dominio de estructura describe al sistema como una interconexión de componentes y el dominio físico describe la implementación física del sistema.[PETER J. ASHENDEN. THE DESIGNER’S GUIDE TO VHDL. 2nd Edition. Editorial Morgan Kaufman, 2002]

Teniendo en cuenta esto, el diseño del sistema de Análisis de Señales tipo Poliscopio Utilizando FPGA se basa en la arquitectura modular que se presenta en la figura  Aquí se muestran los componentes que conforman el prototipo y la interconexión entre ellos. Estos bloque son los componentes requeridos para la implementación del sistema de análisis de señales de tipo Poliscopio utilizando FPGA. 

 

Diagrama Modular Poliscopio en FPGA

EL objetivo del sistema de señales de tipo Poliscopio es realizar el análisis de una señal de entrada para poder entregar una gráfica de voltaje contra frecuencia de esa señal en la salida, así que lo primero que se necesita es llevar esa señal al mundo discreto para poder manipularla y operarla utilizando la lógica digital de las FPGA, para esto se utiliza un conversor analógico a digital o ADC. Luego es necesario almacenar las muestras de la señal digitalizada utilizando una memoria, la particularidad de esta memoria es que el orden de las muestras de la señal que se tomaron de primero se almacenen primero para que la señal original conserve su forma, así que se trata de una memoria FIFO (First In First Out, lo primero que entra es lo primero que sale).

Después de almacenar las muestras de la señal digitalizada se requiere realizar un análisis en frecuencia con el fin de determinar qué cantidad de energía está presente en las diferentes componentes de frecuencia de la señal, para esto se hace uso de la Transformada Rápida de Fourier, que es un algoritmo muy eficiente de la transformada discreta de Fourier, el cual se utiliza para llevar una señal de tiempo discreto al dominio de la frecuencia.

Una vez obtenidos los coeficientes discretos de Fourier, se analiza la magnitud de esta señal en el dominio de la frecuencia así que se obtiene el módulo de los coeficientes y para esta tarea es necesario que la señal se opere de manera adecuada, por lo tanto  el prototipo del sistema de análisis de señales de tipo Poliscopio incorpora un conjunto de bloques de operaciones que, primero toman las salidas de la FFT (parte real y parte imaginaria) y las convierten de Complemento a dos a una representación en punto flotante, luego elevan al cuadrado cada una de las salidas de la FFT, ,multiplicándolas por sí mismas, después suman ambos valores con el bloque de suma y por ultimo obtienen la raíz cuadrada de esta suma para así concluir con un valor de magnitud de la FFT de la señal de entrada en una representación de punto flotante o IEEE754.

Por último, se almacenan los valores de magnitud de la señal en una memoria RAM y se trasmiten al computador, al software de procesamiento matemático MATLAB, utilizando la interfaz RS232 con la que cuenta la Placa de desarrollo de la FPGA. Es necesario utilizar una memoria RAM debido a que la velocidad con la que se procesan las muestras en el bloque de trasformada de Fourier y en los bloques de operaciones no es la misma velocidad con la que se trasmiten mediante el puerto RS232. 

Se utiliza MATLAB para realizar la gráfica que se desea obtener y para desarrollar la aplicación de software que incorpora características del Poliscopio, ya que este entorno de procesamiento matemático ofrece una gran versatilidad  y muchas prestaciones, lo que permite que el manejo sea mucho más sencillo y que el sistema pueda ser escalable incorporando más funcionalidades como pueden ser aplicaciones de filtros, características de la señal, obtención de parámetros de líneas de transmisión cuyas señales se procesan en la FPGA,  realizar capturas de pantalla o compartir  resultados del sistema en una red y también comparar los resultados obtenidos sobre la FPGA con otros sistemas que realicen el mismo proceso utilizando procesamiento de software y no descripción de hardware.