Vaqtinchalik optik nurlanish signalini aniqlash uchun ma'lumotlarni yig'ish tizimi
Vaqtinchalik optik nurlanishni aniqlashda kuchli fon va zaif nishonning xususiyatlariga ko'ra, ushbu maqola FPGA bilan boshqarish va qayta ishlashning yadrosi sifatida ma'lumotlarni yig'ish sxemasini ishlab chiqadi. Sxema fon va signalni ikki tomonlama filtrlash kanallarini, ikki darajali dastur tomonidan boshqariladigan kuchaytirishni qabul qiladi, bu signalni qabul qilish sifatini samarali kafolatlaydi; shu bilan birga, u maqsadli signallar uchun chastota konvertatsiyasini saqlashni qabul qiladi, bu ma'lumotlarni saqlash va uzatish uchun talablarni sezilarli darajada kamaytiradi va yanada izchil olish jarayonini ta'minlaydi. o'lchov aniqligi.
1 Tizim tarkibi va ishlash printsipi
Ma'lumotlarni yig'ish tizimini taxminan uch qismga bo'lish mumkin: oldindan ishlov berish moduli, namunalarni saqlash moduli va FPGA boshqaruv moduli. Oldindan ishlov berish moduli fotoelektrik konversiya qurilmalari, faol filtrlar banklari va dastur tomonidan boshqariladigan kuchaytirgich sxemalarini o'z ichiga oladi. Butun tizimning blok diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan. Fotoelektrik konversiya sxemasi tizimga kiruvchi optik signalni detektor orqali oqim signaliga aylantiradi va keyin uni transimpedans operatsion kuchaytirgich orqali kuchlanish signaliga aylantiradi. Tizim ikkita filtrlash kanalini loyihalashtiradi: fon past chastotali filtrlashni qabul qiladi va signal yuqori o'tkazuvchan filtrlashni qabul qiladi. Dastlabki holatda analog kalit sukut bo'yicha fon kanalini tanlaydi va dasturlashtiriladigan kuchaytirgich fon rejimiga o'rnatiladi. Fon signali A/D tomonidan namuna olingandan so'ng u chegara solishtirish uchun FPGA-ga yuboriladi. Eshik chegarasidan kattaroq vaziyat aniqlanganda, FPGA analog kalitning kanalini almashtiradi, yuqori o'tkazgichli filtrning kanali tanlanadi va signal rejimi sifatida dastur tomonidan boshqariladigan kuchaytirgichning ish rejimi tanlanadi. Signalning boshida keskin va oxirida sekin bo'lgan xususiyatlariga ko'ra, FPGA ma'lumotlarni to'plash va saqlashni zich, keyin esa A / D va FIFO ning muvofiqlashtirilgan nazorati orqali siyrak tarzda amalga oshiradi.
2. Ma'lumotlarni yig'ish tizimining apparatli dizayni
2.1 Oldindan ishlov berish sxemasi
Fotoelektrik aniqlash pallasida fotodetektor tizimning ishlashi sifatiga bevosita bog'liq. Atrof-muhit elektromagnit nurlanishidan kelib chiqadigan induktsiya oqimining ta'sirini kamaytirish uchun qurilma keramik qadoqlash uchun mos keladi. Bundan tashqari, detektorning fotosensitiv maydoni juda katta bo'lmasligi kerak, aks holda qorong'u oqim, birikma sig'imi va ko'tarilish vaqti kabi parametrlar ortadi, bu esa aniqlash effektiga ta'sir qiladi. Dizaynda Yaponiya Hamamatsu kompaniyasining S2387 silikon fotodiodidan foydalanilgan. Detektor yuqori sezuvchanlik, tezkor javob va katta dinamik diapazon xususiyatlariga ega. O'chirish dizayni nol egilish rejimini qabul qiladi, qorong'u oqim yo'q, diod shovqini asosan shunt qarshiligi tomonidan ishlab chiqarilgan termal shovqin bo'lib, u eng yaxshi aniqlik va chiziqlilikka ega. Yuqori va past o'tish filtri faol filtrni qabul qiladi, u tezkor javob tezligiga, filtrlash harmonikasining yaxshi ta'siriga ega va reaktiv quvvatni dinamik ravishda qoplashi mumkin. Dastur tomonidan boshqariladigan kuchaytirgich o'rnatilgan operatsion kuchaytirgich va analog kalitdan iborat. Analog kalit FPGA tomonidan boshqariladi va daromadni sozlash uchun operatsion kuchaytirgichning kirish terminaliga turli rezistorlar ulanadi.
2.2 Namunalarni saqlash sxemasi
Maqsadli signalning dinamik diapazoni juda katta (taxminan 80 dB) bo'lgani uchun signalni olishni amalga oshirish uchun keng dinamik diapazonga ega ADCni tanlash kerak. Amplitudasi 4 darajagacha o'zgarib turadigan dinamik diapazonli signallarni namuna olish uchun 14 b ADCni qabul qilish tizim tomonidan talab qilinadigan yuqori aniqlash sezgirligi talablariga javob berishi mumkin. Biroq, barcha A/D konvertatsiya qurilmalari aniq xatolarga ega bo'lganligi sababli, yuqori aniqlikdagi A/D konvertatsiya komponentlarini past aniqlikdagi A/D konvertatsiya komponentlari sifatida ishlatish aniqlikdagi xatolarni kamaytirishi mumkin. Ushbu dizayn ADI kompaniyasining 16 bAD976A dan foydalanadi. AD976A kam quvvat iste'moli 16 b ketma-ket taxminiy A / D konvertori, konversiya tezligi 200 KSPS, ichki yoki tashqi 2,5 V mos yozuvlar quvvat manbaini tanlashi mumkin. AD976 bir vaqtning o'zida 16 b ni parallel ravishda chiqarishga imkon beradi va ikkita 8 b ko'rinishida chiqishi mumkin. Dizaynda pinlarni tejash uchun ikkita 8 b chiqish qabul qilinadi.
Turli xil soat domenlari o'rtasida ma'lumotlarning aniq uzatilishini ta'minlash uchun ma'lumotlar keshi asinxron FIFO-dan foydalanadi. Asinxron FIFO yuqori tezlik va yaxshi ishonchlilik xususiyatlariga ega va turli soatlar orasidagi fazalar farqi tufayli ma'lumotlarni noto'g'ri tanlab olishdan qochishi mumkin. Dizaynda qabul qilingan IDT7204 IDT72XX seriyasidagi 4 096 × 9 b CMOS ikki portli xotira kesh chipidir. Ichki o'qish va yozish ko'rsatkichlari birinchi kiruvchi birinchi chiqish asosida o'qiladi va yoziladi va yozish soati W va o'qish soati R tashqaridan taqdim etiladi; to'liq bayroq () va bo'sh bayroq () ma'lumotlarning to'lib ketishini va bo'sh o'qishni nazorat qiladi va simulyatsiya xotirasi to'lganida yozadi. U har qanday so'z chuqurligini va so'z uzunligini osongina kengaytirishi mumkin.
