Gần đây, hai thế giới hoàn toàn khác nhau đã xuất hiện trong phòng thí nghiệm của chúng tôi: thế giới của các máy thu phát vô tuyến rẻ tiền và thế giới của các hệ thống ghi tín hiệu vô tuyến băng thông rộng đắt tiền.
Đầu tiên, những người bạn tốt của chúng tôi đã tiếp cận chúng tôi để làm phần mềm ghi tín hiệu ở băng tần 500 MHz. Tất nhiên là chúng tôi không thể từ chối. Rốt cuộc, điều này là cần thiết để thực hiện trên một bảng mạch của công ty “Hệ thống nhạc cụ”, công ty mà tôi đã biết từ lâu. Vào buổi bình minh của sự nghiệp kỹ sư của tôi, tôi phải làm việc với phần cứng và phần mềm của họ.
Và rồi người bạn thân yêu của tôi đã đến của và yêu cầu chế tạo hệ thống định vị cho máy bay không người lái không có GPS. Ông nói, điều cần thiết là phải khởi động chương trình trong nhà. Và trên đường phố ngày nay, bạn không thực sự muốn phóng vài triệu đô la lên bầu trời bằng một chiếc GPS không đáng tin cậy. Can thiệp điều hướng thứ bảy và giả mạo .
Để định vị không có vệ tinh với độ chính xác cao hơn 1000 cm trong vùng lên tới một km, tôi không tìm thấy gì khác ngoài công nghệ UWB. DecaWave đã có mặt trên thị trường từ lâu, sản xuất chip DW802.15.4 và các mô-đun dựa trên nó. Con chip này là bộ thu phát UWB theo tiêu chuẩn IEEE 2011-XNUMX. Nhân tiện, thứ này là duy nhất, có đáy đôi hoặc thậm chí là đáy ba. Tôi hy vọng chúng ta có thể tìm hiểu sâu hơn về nó trong vài năm tới và viết về nó. Bạn chắc chắn sẽ không thể làm điều đó sớm hơn.
Nhưng hôm nay chúng ta không nói về định vị; chúng ta sẽ nói về điều đó trong loạt bài tiếp theo.
Hôm nay chúng tôi đang ghi lại tín hiệu DW1000. Và băng thông của tín hiệu này không hơn không kém mà là 1000 hoặc 500 MHz, được xác định bởi số kênh. “Hoàn toàn tình cờ” ở bàn bên cạnh có một chiếc máy tính có bảng mạch từ "Hệ thống nhạc cụ" với tầng lửng FMC từ Thiết bị Analog.
Cần lưu ý ở đây “đối với công tố viên” rằng AD9208 ADC là một công nghệ được phê duyệt ngày nay. Bạn không thể mua nó một cách hợp pháp ở Nga, mặc dù đôi khi bạn thực sự muốn. Nhưng mô-đun đặc biệt này đã được mua cách đây rất lâu, khi chưa có lệnh trừng phạt nào. Anh ấy trong sáng, giống như tâm hồn của một đứa trẻ. Tôi hy vọng lời thú tội này sẽ được đưa vào hồ sơ vụ án và sẽ được ghi nhận cho bị cáo.
Bây giờ chúng ta sẽ không đi vào chi tiết phát triển phần mềm để ghi dòng mẫu vào bộ nhớ máy tính. Rất tiếc, chúng tôi chưa thể xuất bản mã nguồn của ứng dụng cho Linux. Nhưng chúng tôi hy vọng sẽ nhận được sự cho phép cho việc này vào lần tới. Điều đáng lưu ý là điều này không hề dễ dàng, ngay cả khi tính đến sự phát triển phần mềm được cung cấp của Hệ thống nhạc cụ. Bản thân ADC và hệ thống xung nhịp và xuất mẫu sử dụng công nghệ JESD204B khá khó hiểu và các bản vá phần cứng cũng cần có trong mô-đun từ AD. Tín hiệu REFCLK thực sự cần thiết cho hệ thống đầu vào, nhưng trên mô-đun, nó đi đến các chân sai của đầu nối FMC và do đó, không đi đến các chân phải của FPGA. Tôi đã phải dán một miếng vá, có thể thấy trong ảnh bên dưới - hai sợi dây màu đỏ. Tất nhiên, có những nghi ngờ rằng nó sẽ hoạt động. Tốc độ xung nhịp cao ở mức 375 MHz và bản vá rất tệ. Nhưng hệ thống đã đối phó.
Toàn bộ căn bếp trông như thế này.
Ở đây bạn có thể thấy một máy tính có hệ thống I/O tốt, bo mạch FMC126P và gác lửng AD9208-3000EBZ. Trong số các bộ tạo: bộ tạo 3000 MHz để tạo xung nhịp cho ADC, bộ tạo 770 MHz cho REFCLK. Cáp có đầu nối SMA kết nối các máy phát và cung cấp tín hiệu đầu vào.
Tốc độ dữ liệu thô từ đầu ra ADC, nếu bạn không đi sâu vào chi tiết, là 12 GB/s từ hai kênh. Theo số đo và theo công bố của nhà sản xuất bo mạch FMC126P, tốc độ đầu vào tối đa là 5 GB/s. Do đó, chúng tôi chỉ sử dụng một kênh trong ADC và chuyển nó qua DDC (Bộ chuyển đổi xuống kỹ thuật số) được tích hợp trong AD9208 với số thập phân là bốn. Do đó, luồng dữ liệu là 3 GB/s (tần số lấy mẫu 750 MHz, tín hiệu phức tạp 16 bit).
Việc kiểm tra hệ thống có thời gian ghi mẫu hay không rất đơn giản: bạn chỉ cần theo dõi các Sticky Bit trạng thái FIFO của FPGA. Nếu không có sự kiện Tràn FIFO qua đêm, bit sẽ không được đặt. Và chúng tôi vui vẻ tuyên bố rằng không có sự mất mát nào về kết quả đọc được. Tất nhiên, trước tiên chúng tôi kiểm tra xem các bit trạng thái chốt có hoạt động không. Chúng tôi cũng xem xét hình dạng tín hiệu từ tệp để đảm bảo rằng chất lượng tín hiệu ADC thu được tương ứng với tài liệu.
Nhưng loại tín hiệu nào xứng đáng với hệ thống đầu vào như vậy? Tất nhiên là UWB từ bảng tiếp theo!
May mắn thay, chúng tôi đã chọn tần số kênh 4 GHz cho hệ thống định vị máy bay không người lái. Điều này tương ứng với kênh 4 và 2 trong thuật ngữ DW1000 (Hình 13 của biểu dữ liệu). Chúng tôi đã chế tạo một ăng-ten tích hợp trong bo mạch cho tần số này, hay nói đúng hơn là cho dải tần này. Thật không dễ dàng để phối hợp nó trên một dải rộng như vậy. Nhưng sự việc hóa ra lại là khiêu dâm! Một số người nói nó trông giống như một biểu tượng... có tai.
Tín hiệu 4 GHz có băng thông 500 MHz nằm trong băng tần Nyquist thứ ba và có khoảng bảo vệ đủ để tránh hiện tượng răng cưa. Do đó, chúng tôi chỉ cần kết nối trực tiếp tín hiệu DW1000 với đầu vào ADC AD9208.
Chúng tôi đã nhận được hai tệp: một tệp có tần số PRF là 64 MHz, tệp còn lại - 16 MHz. Tốc độ truyền được đặt ở mức tối thiểu cho DW1000 - 110 kbit/s.
Nó tập tin, cái này . Hãy cẩn thận, các tập tin rất lớn!
Trong tệp đầu tiên, chúng tôi thấy các gói có thời lượng khoảng 750 mẫu hoặc 1000 nano giây.
Trong tệp thứ hai, các gói ngắn hơn bốn lần.
Và điều này hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.15.4-2011 về lớp vật lý UWB:
Việc điều chế bên trong gói tương tự như điều chế pha, cũng tương ứng với điều chế được chỉ định trong tiêu chuẩn BPSK. Bạn có thể tìm thấy tiêu chuẩn này trên Internet, tìm “IEEE 802.15.4-2011”.
Nếu mở rộng một chút cửa sổ thời gian quan sát, bạn cũng có thể thấy tính không đồng đều của các gói, tương ứng với mô tả về điều chế lai IEEE 802.15.4-2011 UWB - pha vị trí (BPM-BPSK).
Nói chung, tôi thấy chip DW1000 và cách điều chế của UWB PHY này giống như một quả bom, bất kể điều đó có nghĩa là gì, một thứ ở cấp độ JTIDS quân sự. Đây là sở thích mới của tôi. Còn tiếp!
Một mặt, chúng tôi sẽ đào DW1000, mặt khác, chúng tôi sẽ xử lý tiêu chuẩn IEEE 802.15.4.
Nguồn: www.habr.com