zinātniski metodiskie analizatora uzbūves pamati:

12
Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati: pētījumu galvenie uzdevumi un sasniegti rezultāti ERAF projekts No. 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084 “Daudzfunkcionāla signālu laika analizatora eksperimentāla izstrāde" (SiLA) Projekta zinātniskais vadītājs Dr.hab.sc.comp. Jurijs Artjuhs. Elektronikas un Datorzinātņu Institūts Instituteof Electronics and ComputerScience Elektronikas un Datorzinātņu Institūts Instituteof Electronics and ComputerScience referents Jevgeņijs Buls

Upload: renate

Post on 18-Jan-2016

68 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

ERAF projekts No. 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084 “Daudzfunkcionāla signālu laika analizatora eksperimentāla izstrāde" (SiLA) Projekta zinātniskais vadītājs Dr.hab.sc.comp. Jurijs Artjuhs. Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati: - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati: pētījumu galvenie uzdevumi un sasniegti rezultāti

ERAF projekts No. 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084“Daudzfunkcionāla signālu laika analizatora eksperimentāla izstrāde" (SiLA)Projekta zinātniskais vadītājs Dr.hab.sc.comp. Jurijs Artjuhs.

Elektronikas unDatorzinātņuInstitūts

InstituteofElectronics andComputerScience

Elektronikas unDatorzinātņuInstitūts

InstituteofElectronics andComputerScience

referents Jevgeņijs Buls

Page 2: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

2/12

Galvenais projekta mērķis ir radīt zināšanu bāzētu inovatīva konkurētspējīga pasaules tirgū Daudzfunkcionālā Signālu Laika Analizatora izstrādes un ražošanas konceptu

ir plānots eksperimentāli izstrādāt un izpētīt metodes:

• analoga signāla pārveidošanai notikumu plūsmās• notikumu plūsmu augstas precizitātes attēlošanai ar digitāliem datiem• notikumu plūsmu digitālai apstrādei

Un pēdējā projekta posmā ir plānots izstrādāt Analizatora prototipu un eksperimentāli pārbaudīt un novērtēt tas efektivitāti.

EventTimer

Time-data Processor

Signal Conditioner

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Atbilstoši vispārīgai Analizatora struktūrai

Mērķi un uzdevumi

Page 3: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

3/12

Projekta pamats ir DSP-bāzēta notikumu taimēšanas tehnoloģija:

laika momentu mērījumi, kuros īsi elektriskie impulsi pienāk uz mērīšanas

ierīces ieeju

t1 t2 t3 tjEvents Time-stamps

Event Timer

t

t1 t2 t3 tjt1 t2 t3 tjEvents Time-stamps

Event Timer

t

ET electronicsET electronics

Example of ET hardware implementation in a single board

Pulse shaper

A/D converter

FIFOMemory

Counter and Control circuit

100 MHz Clock

Time data to PC

parallel port

Interpolator

Inputs

PC-aided time-data

processing

Epoch Time

A

B

OR A/D

converterFIFO

Memory

Counter and Control circuit

100 MHz Clock

Time data to PC

parallel port

Interpolator

Inputs

PC-aided time-data

processing

Epoch Time

A

B

OR Pulse

shaperA/D

converterFIFO

Memory

Counter and Control circuit

100 MHz Clock

Time data to PC

parallel port

Interpolator

Inputs

PC-aided time-data

processing

Epoch Time

A

B

OR A/D

converterFIFO

Memory

Counter and Control circuit

100 MHz Clock

Time data to PC

parallel port

Interpolator

Inputs

PC-aided time-data

processing

Epoch Time

A

B

OR

Parasti lietojamas DSP iespējas dominē mērījumu realizācijā, rezultātā nodrošinot lieliskas izpildes īpašības un mazāku un lētāku aparatūru

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Notikuma laika reģistrators ka pamats

Page 4: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

4/12

Eksperimentālā iestatne

EVENT TIMER A033-ET

FrequencyStandard

Analyser software

PC

Sig

nal

Con

ditio

ner

(det

ecto

r of

zer

o cr

oss

ings

,co

ntro

llabl

e pr

esca

ler)

InputEVENT TIMER

A033-ET

FrequencyStandard

Analyser software

PC

Sig

nal

Con

ditio

ner

(det

ecto

r of

zer

o cr

oss

ings

,co

ntro

llabl

e pr

esca

ler)

Input

Applied software under development and test

Eksperimentālās izstrādes mērķi:

• atrast labāku analizatora pamatu operāciju kopumu funkcionalitātes un veiktspējas ziņā• atrast labāku Analizatora iestatnes implementēšanu

Resolution: ~1.8 ps RMSMeas. rate: up to 20 MSPS

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Page 5: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

5/12

Analogu signālu pārveidošana notikumu plūsmās

Pamatpieeja šādai pārveidošanai ir analizējama signāla šķērsošanas ar iepriekš noteikto līmeni momentu notveršana.

Galvenā problēma ir nodrošināt tādu operāciju plašā frekvences diapazonā ar minimālu nestabilitāti radītā izejas notikumu plūsmā.

Input voltage range: -2…+3V Crossing level controllable with 12-bit resolution

Incerted jitter: <1ps RMS

Test mock-up of Signal Conditioner

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Page 6: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

6/12

Phase progression

Tim

e-s

tam

ps

k

tk

kT0

N0

AJkLinear fit

T0

tB

Phase progression

Tim

e-s

tam

ps

k

tk

kT0

N0

AJkLinear fit

T0

tB

Notikumu plūsmas attēlošana ar laika momentu secību

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Page 7: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

7/12

{AJk= tk – (kT0+ tB)}N

{PJk=AJk-AJk-1}N

{CJk=PJk-PJk-1}N

Primāra funkcija(Phase deviation)

Pirmās kārtas atvasināta funkcija (Period deviation)

Otrās kārtas atvasināta funkcija(Cycle deviation)

Notikumu plūsmas raksturošana

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Page 8: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

8/12

tk=kT0+

k

i

Ai1

+ Sk

Oscilatora vienkāršots teorētiskais laika modelis

Eksperimentāla džitera komponentu vērtēšana

2.29 ps0.57 psCXO

2.26 ps0.49 psVCXO

RMS[S]RMS[A]Oscillator Type

2.29 ps0.57 psCXO

2.26 ps0.49 psVCXO

RMS[S]RMS[A]Oscillator Type

- accumulative jitter component

- superimposed (non-accumulative) jitter component

Ai

Sk

Var[A]3Var[PJk] – Var[CJk]

Var[S]0.5(Var[CJk] – 2Var[PJk])

Design equations Example of calculations

Laika džitera mērījumi un analīze

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Page 9: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

9/12

Modulēta signāla analīze

Amplitūdas modulācijas dziļums līdz 0.1% var būt noteikts caur signāla salīdzinājuma līmeņa koriģēšanu

Perioda deviācija laika skalā

Perioda deviācijas spektrs

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Page 10: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

10/12

Femtosekunžu džiteru analīze

AFG3251 perioda džitera deviācija Periods mainijās 4 ns diapazonā.

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Džitera mērījuma iestatne

Džitera novērtēšanas precizitāte

1

,, )~

()~

(1 i

NiiBiA TTTT

N

],cov[],cov[2BABAT TT

Page 11: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

11/12

Intervālu stabilitātes analīze

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Intervālu stabilitātes mērījuma iestatne

Ģeneratora ETTG stabilitātes novērtēšana. Intervāls mainījās 15 ns diapazonā

Stabilitātes novērtēšanas precizitāte

1

,,2 )

~()

~(

1 i

NiiBiAI IIII

N

Page 12: Zinātniski metodiskie Analizatora uzbūves pamati:

12/12

Pētniecības rezultātu publiska pieejamība

ERAF projekts 2010/0283/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/084. Informatīvais seminārs, 2012. g. 29. maijs

Publikacijas:• A.Rybakov, V.Vedin. Precise Measurement of Event Flow Time Coordinates Based on the Digital

Processing of a Triggered Relaxation Oscillator Wave Train, Automatic Control and Computer Sciences, 2011, Vol. 45, No. 3, pp. 162–173.

• Yu.Artyukh, E.Boole. Jitter Measurement on the Basis of High-precision Event Timer, Metrology and Measurement Systems, Vol. XIII (2011), No.3, pp.453-460.

• V.Bespal’ko, E.Boole. An estimate of the jitter of test generators using time-measuring apparatus Measurement Techniques: Volume 54, Issue 6 (2011), Page 716-721

• V. Bespal’ko, E. Boole, and J. Savarovskiy. An Instability Estimation of Precision Time Intervals. Instruments and Experimental Techniques, 2012, Vol. 55, No. 3, pp. 377–382.

• Yu.Artyukh, V.Bespal’ko, E.Boole, V.Vedin. Event Timer A033-ET: Curent State and Typical Performance Characteristics, Proceedings of the 17th International Workshop on Laser Ranging.

Patenti:• LR Patents LV 14455 B. “Precīzo ģeneratora perioda džitera novērtējuma metode” . Izgudrotāji: 

V.Bespaļko, J.Buls. Īpašnieks: Elektronikas un datorzinātņu institūts, publicēts 20.03.2012.• LR patents Nr. 14358 „Interpolācijas „laiks-kods” pārveidotāja kalibrēšanas metode” izgudrotāji:

V.Bespaļko, J.Artjuhs, J.Buls, A.Mezeriņš. Īpašnieks: Elektronikas un datorzinātņu institūts, publicēts 20.06.2011.

Piedalīšanas zinātniskajos pasākumos:• The 15th International Conference “ELECTRONICS’2011”, 18-20 May 2011, Kaunas. Ar referātu:

Yu.Artyukh, E.Boole, J.Savarovskis. Experimental study of potentialities of clock instability analysis on the basis of event timing.

• The 17th International Workshop on Laser Ranging, Bad Kötzting (Germany), May 16-20, 2011. Ar referātu: Yu.Artyukh, V.Bespal’ko, E.Boole, V.Vedin. Event Timer A033-ET: Curent State and Typical Performance Characteristics.