Récemment, deux mondes complètement différents se sont rencontrés dans notre laboratoire : le monde des émetteurs-récepteurs radio bon marché et le monde des systèmes coûteux d'enregistrement de signaux radio à large bande.
Tout d'abord, nos bons amis nous ont contactés pour créer un logiciel permettant d'enregistrer un signal avec une bande de 500 MHz. Bien entendu, nous ne pouvions pas refuser. Après tout, il fallait faire cela sur une carte de la société « Instrumental Systems », que je connais depuis longtemps. À l'aube de ma carrière d'ingénieur, j'ai dû travailler avec leur matériel et leurs logiciels.
Et puis mon cher ami est venu de et a demandé de réaliser un système de positionnement pour drones sans GPS. Il faut, dit-il, lancer le spectacle en intérieur. Et dans la rue de nos jours, on n’a pas vraiment envie de lancer plusieurs millions de dollars dans le ciel avec un GPS peu fiable. Interférence de navigation par satellite et usurpation d'identité .
Pour un positionnement sans satellite avec une précision meilleure que la dizaine de centimètres dans une zone allant jusqu'au kilomètre, je n'ai rien trouvé d'autre que la technologie UWB. DecaWave est sur le marché depuis longtemps et produit la puce DW1000 et les modules basés sur celle-ci. La puce est un émetteur-récepteur UWB de la norme IEEE 802.15.4-2011. D'ailleurs, la chose est unique, avec un double voire triple fond. J’espère que nous pourrons en sonder les profondeurs dans les prochaines années et écrire à ce sujet. Vous ne pourrez certainement pas le faire plus tôt.
Mais aujourd’hui, nous ne parlons pas de positionnement ; nous en reparlerons dans la prochaine série.
Aujourd'hui, nous enregistrons le signal DW1000. Et la bande passante de ce signal n'est ni plus ni moins, mais 1000 500 ou XNUMX MHz, qui est déterminée par le numéro de canal. « Complètement par hasard » il y avait un ordinateur avec un circuit imprimé sur la table voisine de "Instrumental Systems" avec mezzanine FMC d'Analog Devices.
Il convient de noter ici « pour le procureur » que l’ADC AD9208 est aujourd’hui une technologie sanctionnée. Vous ne pouvez pas légalement l'acheter en Russie, même si parfois vous le souhaitez vraiment. Mais ce module particulier a été acheté il y a très longtemps, alors qu'il n'y avait pas encore de sanctions. Il est pur, comme l'âme d'un bébé. J'espère que ces aveux seront déposés avec le dossier et seront crédités à l'accusé.
Nous n'entrerons pas maintenant dans les détails du développement d'un logiciel permettant d'enregistrer un flux d'échantillons dans la mémoire d'un ordinateur. Malheureusement, nous ne pouvons pas encore publier le code source de l'application pour Linux. Mais nous espérons obtenir la permission pour cela la prochaine fois. Il convient seulement de noter que cela n'a pas été facile, même en tenant compte des développements logiciels fournis par les systèmes instrumentaux. L'ADC lui-même et le système de synchronisation et de sortie d'échantillons utilisant la technologie JESD204B sont assez difficiles à comprendre, et des correctifs matériels étaient également nécessaires dans le module d'AD. Le signal REFCLK est absolument nécessaire pour le système d'entrée, mais sur le module, il va aux mauvaises pattes du connecteur FMC et, par conséquent, ne va pas aux pattes droites du FPGA. J'ai dû appliquer un patch, visible sur la photo ci-dessous - deux fils rouges. Il y avait bien sûr des doutes quant à son efficacité. La vitesse d'horloge est élevée à 375 MHz et le patch est terrible. Mais le système a fait face.
Toute la cuisine ressemble à ceci.
Ici vous pouvez voir un ordinateur avec un bon système d'E/S, une carte FMC126P et une mezzanine AD9208-3000EBZ. Parmi les générateurs : un générateur 3000 MHz pour la synchronisation de l'ADC, un générateur 770 MHz pour REFCLK. Des câbles avec connecteurs SMA connectent les générateurs et fournissent le signal d'entrée.
La vitesse des données brutes de la sortie ADC, si vous n’entrez pas dans les détails, est de 12 Go/s à partir de deux canaux. D'après les mesures et selon la déclaration du fabricant de la carte FMC126P, la vitesse d'entrée maximale est de 5 Go/s. Par conséquent, nous n'avons utilisé qu'un seul canal dans l'ADC et l'avons fait passer via le DDC (Digital Down Converter) intégré à l'AD9208 avec décimation par quatre. Ainsi, le flux de données était de 3 Go/s (fréquence d'échantillonnage 750 MHz, signal complexe 16 bits).
Vérifier que le système a le temps d'enregistrer les échantillons est très simple : il vous suffit de surveiller les sticky bits de l'état FIFO du FPGA. S'il n'y a eu aucun événement de dépassement FIFO pendant la nuit, le bit ne sera pas activé. Et nous affirmons avec plaisir qu’il n’y a eu aucune perte de lecture. Bien entendu, nous vérifions d’abord que les bits d’état de verrouillage fonctionnent. Nous examinons également la forme du signal du fichier pour nous assurer que la qualité du signal ADC capturé correspond à la documentation.
Mais quel type de signal serait digne d’un tel système d’entrée ? Bien sûr UWB de la table suivante !
Heureusement, nous avons choisi une fréquence de canal de 4 GHz pour le système de positionnement du drone. Cela correspond aux canaux 4 et 2 dans la terminologie DW1000 (Figure 13 de la fiche technique). Nous avons fabriqué une antenne intégrée à la carte pour cette fréquence, ou, mieux encore, pour cette gamme. Il n’a pas été facile de le coordonner sur une bande aussi large. Mais la chose s’est avérée érotique ! Certains disent que cela ressemble à un symbole... avec des oreilles.
Un signal de 4 GHz avec une bande passante de 500 MHz appartient à la troisième bande de Nyquist et présente des intervalles de garde suffisants pour éviter le repliement. Par conséquent, nous avons simplement connecté le signal DW1000 directement à l’entrée AD9208 ADC.
Nous avons reçu deux fichiers : l'un avec une fréquence PRF de 64 MHz, l'autre de 16 MHz. La vitesse de transmission a été réglée au minimum pour le DW1000 - 110 kbit/s.
Il fichier, ceci . Attention, les fichiers sont énormes !
Dans le premier fichier, nous voyons des paquets d'une durée d'environ 750 échantillons ou 1000 XNUMX nanosecondes.
Dans le deuxième fichier, les paquets sont quatre fois plus courts.
Et cela est tout à fait cohérent avec la norme IEEE 802.15.4-2011 en termes de couche physique UWB :
La modulation à l'intérieur du paquet est similaire à la modulation de phase, qui correspond également à celle spécifiée dans la norme BPSK. Vous pouvez trouver la norme elle-même sur Internet, recherchez « IEEE 802.15.4-2011 ».
Si vous élargissez légèrement la fenêtre temporelle d'observation, vous pouvez également constater l'irrégularité des paquets, ce qui correspond à la description de la modulation hybride IEEE 802.15.4-2011 UWB - position-phase (BPM-BPSK).
De manière générale, je trouve que la puce DW1000 et la modulation de ce PHY UWB sont une bombe, quoi que cela signifie, un truc, au niveau d'un JTIDS militaire. C'est mon nouveau passe-temps. À suivre!
D'une part, nous creuserons le DW1000, de l'autre, nous traiterons de la norme IEEE 802.15.4.
Source: habr.com