Adquisición y Serialización de Datos con ADC de Alta Velocidad Mediante FPGA

Abstract

RESUMEN: Como consecuencia del rápido crecimiento en el desarrollo tecnológico en las últimas décadas, múltiples aplicaciones han encontrado una apertura a diversos campos que antes eran temas soñados por las limitantes que presentaban. Con el aumento de dispositivos que desafían a la ley de Moore, y la implementación de compuertas lógicas cada vez más pequeñas, aparece una nueva necesidad: el desarrollo de sistemas capaces de operar en forma exitosa con estas nuevas condiciones para adquirir y transmitir datos. En respuesta a esto, surgen los conversores análogo-digitales de altas velocidades, capaces de tomar datos y transformarlos en elementos lógicos para que puedan ser empleados mediante computadores y demás a través del uso de velocidades exorbitantes; y también otros dispositivos, como los Analog Front-End o AFE, los cuales ya cuentan con todo el sistema de adquisición preparado para que un ADC interno haga sus funciones. Esta propuesta de trabajo de grado busca abordar el requerimiento de la serialización de datos provenientes de estos conversores, cuyos relojes de operación cuentan con altas frecuencias, mediante el uso de una FPGA (requerimiento que ha sido planteado tanto en proyectos de mayor escala como el estudio de Neutrinos en el Deep Underground Neutrino Experiment DUNE, o de menor escala, como la medición de los efectos magneto-ópticos en superficies magnetizadas, conocido como MOKE) a fin de garantizar el envío de la información obtenida hasta un dispositivo electrónico que pueda leerlo y almacenarlo para un posterior estudio, permitiendo la generación de nuevo conocimiento y/o dar solución a planteamientos actualmente poco explorados. Se empleará la metodología de diseño presentada por George Dieter en el año 2012 en sinergia con la metodología Bottom-Up para creación de circuitos, planteando como objetivo la generación de un producto, más específicamente, de un sistema desarrollado para una FPGA Artix-7, teniendo en cuenta requerimientos de la aplicación, conceptos, diseños paramétricos, pruebas de banco y validaciones. Como resultados esperados, se busca realizar la implementación del sistema junto con una tarjeta de evaluación para el AFE5808A, incluyendo así diagramas de flujos y de bloques, y documentación respecto al mismo, cumpliendo a cabalidad con las especificaciones definidas inicialmente. Se espera que en un futuro el sistema pueda usarse en menor escala para la adquisición de datos en un proyecto MOKE.

ABSTRACT: Because of the fast grow in technological development in recent decades, multiple applications have found an opening to various fields that were previously dream subjects due to the limitations they represented. With the increase of devices that defy Moore’s law, and the implementation of increasingly smaller logic gates, a new need arises: the development of systems capable of successfully operating with these new conditions to acquire and transmit data. In response to this, High-Speed Analog to Digital converters emerge, capable of acquiring data and transforming it into logical elements so that they can be used by computers and others at exorbitant speeds; and other devices, such as the Analog Front-End or AFE, which already have the entire acquisition system prepared for an internal ADC to perform its functions. This Degree Work proposal seeks to address the requirement of data serialization sourced by these converters, whose operating clocks have High Frequencies using an FPGA (a requirement that has been raised both in larger-scale projects such as the study of Neutrinos in the Deep underground Neutrino Experiment DUNE, or on smaller scale, such as the measurement of magneto-optical effects on magnetized surfaces, known as MOKE) in order to guarantee the sending of the information obtained to an electronic device that can read it and store it for later study, allowing the generation of new knowledge and/or providing solutions to approaches that are currently little explored. Design methodology presented by George Dieter in the year 2012 will be used in cooperation with the Bottom-Up methodology in circuit design, with the goal of generating a product, more specifically, of a system developed for an Artix-7 FPGA, considering application requirements, concepts, parametric designs, bench tests and validations. As results, it is sought to implement the system together with an evaluation board for AFE5808A, thus including flow diagrams, block diagrams and referenced documentation, fully complying with the initially defined specifications. It is hoped that in the future the system may be used on smaller scale for data acquisition in a MOKE project.