RU216511U1 - Диджитайзер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в обеспечении возможности выполнения калибровки каналов диджитайзера без применения дополнительных приборов. Диджитайзер включает закрепленные на общей плате и связанные между собой системой электропроводящих элементов разъемы, программируемую логическую интегральную схему, аналого-цифровые преобразователи, блок памяти и процессорную систему. Дополнительно содержит блок компенсации, связанный электропроводящими элементами с процессорным ядром процессорной системы и разъемами на выходе диджитайзера. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована в качестве входного устройства цифровых вычислительных комплексов для регистрации быстропротекающих электрических процессов в исследованиях в области фундаментальной физики, а также в аэрокосмической и телекоммуникационной технике и атомной энергетике.

Для автоматизации процессов передачи и обработки данных используются аналого-цифровые преобразователи (далее - АЦП). При этом для ряда практических приложений необходимо выполнение цифровой обработки сигналов в режиме реального времени.

Более ранняя оцифровка сигнала стала возможной в связи с появлением более сложных технических устройств - диджитайзеров - которые позволяют осуществлять захват и преобразование электрических сигналов, хранение данных в быстродействующей памяти DDR (от англ. Double Data Rate), а также их потоковую обработку, например, с использованием программируемой логической интегральной схемы (далее - ПЛИС). Применение методов цифровой обработки данных с помощью диджитайзеров 1-го поколения позволило уменьшить габариты и стоимость электронных узлов, обеспечив дальнейшее наращивание плотности и количества применяемых детекторов. Однако при этом обнаружилась новая проблема, связанная не с оцифровкой данных, а с их потоковой обработкой и хранением.

В системах 1-го поколения данные обрабатывались лишь минимально. Все необходимые математические операции с данными выполнялись на так называемой постобработке: например, данные от нескольких измерений могли храниться на персональном компьютере, где они могли обрабатываться после проведения эксперимента. Потоковая обработка требует построения мощных серверов, которые по стоимости будут превышать стоимость самой экспериментальной/технологической установки.

Актуальной задачей является одновременный непрерывный сбор и обработка данных с тем, чтобы хранить лишь уже обработанные/выделенные фрагменты или предпринимать действия в зависимости от результатов их анализа. Ввиду уникальности каждого эксперимента/установки - такая обработка должна быть полностью настраиваемой пользователем.

Известен цифровой диджитайзер МОС2, предназначенный для преобразования мгновенных значений напряжения электрического сигнала в цифровой код, измерения мгновенных значений напряжения и использования в высокочастотных и сверхвысокочастотных системах в качестве оконечного устройства оцифровки сигналов промежуточной частоты до 200 МГц (URL:/ https://www.informtest.ru/produktsiya/ostsillografy_i_didzhitayzery/mos2/ (дата опубл.: 24.08.2020). Совместно с преобразователем частоты DOWNCONVERTER 10 GHz LXI производства холдинга «Информтест» известное решение под управлением общей программной оболочки АСМ2 составляет синтетический инструмент - анализатор спектра, готовое решение для тестирования СВЧ-устройств и каналов радиоприема.

К недостаткам известного решения относится его достаточно узкая специализация и невозможность применения для отличающихся задач.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является диджитайзер серии M4i.44xx компании Spectrum, включающий закрепленные на общей плате и связанные между собой системой электропроводящих элементов программируемую логическую интегральную схему, несколько аналогово-цифровых преобразователей, блок памяти и процессорную систему (Широкополосные дигитайзеры высокого разрешения. - URL:/ https://www.cta.ru/cms/f/455839.pdf (дата опубл.: 27.06.2014). По известному решению, диджитайзер включает четыре аналогово-цифровых преобразователя, эталонный источник напряжения и блок калибровочных данных. От детекторной аппаратуры в диджитайзер поступают сигналы по проводам. Так как провода имеют разную длину (разница может колебаться от 0,1 мм до 1 м.), то сигнал приходит в разное время на входы (каналы) диджитайзера (в диджитайзерах кол-во каналов может варьироваться от 1 до 32 и более). При обработке пришедших сигналов важно не перепутать события (сигналы), и поэтому важно синхронизовать приход сигналов на каждый канал посредством калибровки каналов: устанавливать определенное время задержки на каждый канал, кроме первого (он считается эталонным). Используя обычные диджитайзеры для этой процедуры калибровки, персоналу приходится использовать дополнительные приборы (симуляторы сигналов, осциллограф и т.д.).

К общим недостаткам известных решений относится необходимость синхронизации приходящих сигналов посредством калибровки каналов. Это требует затрат времени.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение автоматической калибровки прихода сигналов по разным каналам.

Техническим результатом осуществления предлагаемой полезной модели является выполнение калибровки каналов диджитайзера без применения дополнительных приборов.

Поставленная техническая задача решается за счет введения в конструкцию диджитайзера блока компенсация времени прохода сигналов по проводам от детекторной системы, включающего отдельные дополнительные разъемы и блок расчета компенсации, соединенного с процессором и памятью диджитайзера.

Конструкция диджитайзера, предлагаемого в качестве настоящей полезной модели, поясняется функциональной схемой (фиг.), где позициями обозначены:

1 - плата,

2 - разъемы (входы),

3 - аналого-цифровой преобразователь,

4 - блок LVDS,

5 - блок SPI,

6 - программируемая логическая интегральная схема,

7- процессорная система,

8 - контроллер интерфейса SPI,

9 - контроллер прямого доступа к памяти,

10 - процессорное ядро,

11 - контроллер интерфейсов Ethernet, UART,

12 - блок компенсации,

13 - память DDR3,

14 - выходы,

15 - персональный компьютер.

Компоненты диджитайзера, обозначенные позициями с 2 по 12, размещены и закреплены на общей плате 1 с использованием технологий поверхностного монтажа, известных из уровня техники и применяемых при изготовлении подобных технических устройств, и соединены между собой токопроводящими элементами (далее условно - проводами) в соответствии с функциональным предназначением.

Предпочтительным является применение в качестве разъемов 2 разъемы МСХ (micro coaxial connector).

Предпочтительным является применение в качестве аналогово-цифровых преобразователей 3 АЦП LTM9011-14.

Предпочтительным является применение в качестве программируемой логической интегральной схемы процессора Zynq 7000 (xc7z020clg400-2).

Предпочтительным является применение в качестве процессорного ядра 32-разрядный многоядерный процессор ARM Cortex A9.

Предпочтительным является применение в качестве блока памяти 13 оперативной памяти DDR3 (синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, третье поколение).

Персональный компьютер 15 имеет предварительно установленное прикладное программное обеспечение.

На фигуре в качестве примера, не исключающего другое количество выходов 14. показаны четыре выхода 14, от которых показаны провода, ведущие к блоку компенсации 12. В общем случае количество выходов 14 может быть 32 и более.

Компоненты, обозначенные позициями с 8 по 12, образуют процессорную систему 7.

На фигуре показаны и обозначены позициями компоненты диджитайзера, важные, по мнению заявителя, с точки зрения раскрытия полезной модели. Диджитайзер включает, кроме упомянутых, другие компоненты, присущие известным конструкциям, например, детектор импульсов, десериализатор и др. Их номенклатура, а также модель персонального компьютера и программное обеспечение не являются предметом охраны по настоящей заявке.

Предлагаемый в качестве настоящей полезной модели диджитайзер работает следующим образом.

Внешнее устройство (например, сцинтилляционный детектор, на фигуре не показано) подключается к диджитайзеру посредством N проводов (1-16 шт.) в разъемы 2. Каждый из N проводов (как правило) имеет разную длину. Для калибровки входных сигналов от детектора к диджитайзеру по N проводам разной длины производится следующая операция:

каждый провод отключается от разъемов на детекторе и подключает к разъемам 14 (если N больше четырех, по операция производится по очереди). При включении диджитайзера запускается работа блока компенсации 12. Для этого на персональном компьютере 15 посредством предварительно установленного программного обеспечения запускается соответствующая утилита. Блок компенсации 12 создает тестовый сигнал на своем первом разъеме 14 (на фигуре позицией не выделен), сигнал проходит по проводам и поступает обратно в диджитайзер в первый входной канал (на фигуре отдельной позицией не выделен) через разъемы 2, блок 4 LVDS, блок 5 SPI. Работой блока 5 управляет контроллер 8 интерфейса SPI. Блок компенсации 12 рассчитывает время прихода сигнала в первый канал (t₁). Далее блок компенсации 12 создает сигнал на остальные (вторые, третьи и т.д.) провода, и процессорное ядро 10 регистрирует их на соответствующих каналах (второй, третий и т.д.). Блок компенсации 12 рассчитывает время прихода на каждый канал (t₂, t₃, t₄ и т.д.), сравнивает с первым и считает задержку для каждого канала (t₂-t₁, t₃-t₁, t₄-t₁ и т.д.). Величины задержки через контроллер 9 прямого доступа к памяти записываются в блок памяти 13. Калибровка закончена.

Дальнейшая работа диджитайзера происходит в соответствии с поставленной задачей и не является предметом охраны по настоящей заявке.

Claims (1)

1. Диджитайзер, включающий закрепленные на общей плате и связанные между собой системой электропроводящих элементов разъемы, программируемую логическую интегральную схему, несколько аналого-цифровых преобразователей, блок памяти и процессорную систему, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок компенсации, связанный электропроводящими элементами с процессорным ядром процессорной системы и разъемами на выходе диджитайзера, выполненный с возможностью создания тестового сигнала на первом разъеме выхода диджитайзера, проходящего по проводам и поступающего обратно в диджитайзер в первый входной канал через разъемы входа диджитайзера, расчёта время прихода сигнала в первый канал, создания сигнала на остальные N проводов, и регистрации процессорным ядром их на соответствующих N каналах, расчёта времени прихода на каждый N канал, сравнения с первым тестовым сигналом и расчёта задержки для каждого N канала, записи величины задержки в блок памяти и расчёта компенсации времени прохода сигналов по проводам.

Images