Fpga tabanlı yüksek frekanslı rf sinyali tespiti ve zamanlamalı dürtü sinyali üretimi

Abstract

Bu tez çalışmasında, parçacık hızlandırıcılarında kullanılan yüksek frekanslı ve yüksek güçlü RF darbelerinin yönetildiği RF baskılayıcı sistemi için FPGA tabanlı bir giriş sinyali tespit, gecikme kontrolü ve darbe üretim mimarisi geliştirilmiştir. Sistem, Xilinx ZC706 SoC FPGA üzerinde tasarlanmış olup, tüm benzetim ve doğrulama çalışmaları Xilinx Vivado ortamında test ortamı (testbench) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. RF kaynağından elde edilen sinyal, KiCad ortamında geliştirilen Schottky diyot tabanlı bir RF tepe tespit devresine uygulanmıştır. Bu devre LTSpice üzerinde benzetilerek doğrulanmış ve ADC’ye aktarılacak doğrultulmuş sinyalin genlik ve süre parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen doğrultulmuş işaret, AD9434 yüksek hızlı ADC tarafın dan 400 MSPS hızında örneklenerek FPGA’ye aktarılmak üzere sayısallaştırılmıştır. FPGA üze rindeki tespit algoritması, iki farklı frekansa (260 MHz ve 1.3 GHz) karşılık gelen doğrultulmuş genlik değerlerini ayırt etmek amacıyla sonlu durum makinesi (FSM) tabanlı üç aşamalı bir karar yapısı ile gerçekleştirilmiştir. Bu yapı sırasıyla eşik geçişini bekleme, eşikler arası süreyi ölçme ve sınıflandırma çıktısını kilitleme aşamalarından oluşmaktadır. Doğrultulmuş genlik tepesi yal nızca birkaç örnek boyunca sürdüğünden, sinyalin güvenilir biçimde yakalanabilmesi için yüksek örnekleme hızına ihtiyaç duyulmuştur. Bu nedenle AD9434 ile ZC706 arasındaki veri aktarımı, yüksek hızlara uyumlu LVDS üzerinden gerçekleştirilmiştir. Tespit tamamlandığında FPGA’nin, UART arayüzü üzerinden kullanıcının belirlediği nanosaniye–mikrosaniye ölçekli gecikme süre sini uyguladığı ve ardından genişliği yine kullanıcı tarafından tanımlanabilir tek atımlık bir darbe ürettiği gösterilmiştir.