From d509d32f78c14ac92f68a0fff42c73e84cd663ea Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: "lorenzo.zolfanelli93" Date: Sat, 10 Oct 2020 17:26:40 +0000 Subject: [PATCH] Update on Overleaf. --- chapters/A2-electronics.tex | 51 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++- 1 file changed, 50 insertions(+), 1 deletion(-) diff --git a/chapters/A2-electronics.tex b/chapters/A2-electronics.tex index dccc735..ea68669 100644 --- a/chapters/A2-electronics.tex +++ b/chapters/A2-electronics.tex @@ -4,4 +4,53 @@ Il sistema elettronico che consente di applicare il ciclo di retroazione tra la posizione rilevate della microsfera nelle trappole e la posizione di queste ultime nel campione è reso particolarmente complesso dalla necessità -di operare le corre \ No newline at end of file +di operare le correzioni in un tempo estremamente breve, per raggiungere un tempo +di reazione significativamente inferiore al tempo di rilassamento diffusivo +(\SI{100}{\us}, limite inferiore dei tempi di vita osservabili). + +Per questo motivo, e per rendere il processo di controllo del ciclo di +retroazione indipendente da eventuali rallentamenti dei computer utilizzati +per il controllo dell'esperimento, si è scelto di utilizzare una scheda FPGA +dedicata. + +Una scheda FPGA (\textit{Field Programmable Gate Array}) è un dispositivo +utilizzato in elettronica digitale costituito essenzialmente da una matrice +di \textit{blocchi logici programmabili} interconnessi. +Questi possono essere configurati, in fase di programmazione della scheda, +per eseguire determinate funzioni logiche. +Una volta programmata, la scheda è in grado di eseguire le funzioni logiche +impostate e elaborare segnali proveniente dall'esterno attraverso dei \textit{pin} di input. +Il risultato dell'elaborazione può essere immagazzinati in appositi registri +(code) e letto su richiesta (ad esempio di un computer esterno), oppure +utilizzato per comandare dei \textit{pin} di output presenti sulla scheda. + +La programmazione della scheda FPGA consiste nel descrivere e formalizzare +le componenti del circuito logico richiesto e quindi configurare i blocchi +della scheda per \textit{realizzare} le funzioni del circuito integrato +disegnato. + +Uno dei principali vantaggi dell'uso di schede FPGA sta nel fatto che il tempo +di esecuzione delle singole operazioni è deterministico e riproducibile tra una +iterazione e all'altra, a differenza di quanto accade nei PC dove l'accesso +di ogni applicazione ai cicli di processore viene controllato da priorità +e schedulatori del sistema operativo. + +Per gli scopi di questa tesi è stata programmata una scheda FPGA per leggere +i valori dei fotodiodi a quadrante (da cui si può estrapolare la posizione +relativa delle microsfere rispetto al centro della trappola) e controllare +l'angolo di deflessione dei laser delle trappole (e quindi la loro posizione +nel campione). + +Per ottenere questo risultato è stata scelta una scheda prodotta FPGA prodotta +da National Instrument (USB-7855), programmabile attraverso interfaccia USB, +dotata di 48 canali digitali configurabili come output o input e 8 convertitori +analogico-digitali (ADC) integrati. + +La logica di funzionamento è stata definita utilizzando l'ambiente di sviluppo +LabVIEW FPGA: questo permette di disegnare sotto forma di diagramma a blocchi +la sequenza di funzioni da applicare sui dati ingresso. +A partire da questo diagramma LabVIEW FPGA è in grado di generare il circuito +logico necessario e descriverlo (secondo le specifiche del linguaggio VHDL). +Un ulteriore passaggio converte il codice VHDL in istruzioni di programmazione +della scheda, che vengono eseguite attraverso la connessione USB. +