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Il sistema elettronico che consente di applicare il ciclo di retroazione Il sistema elettronico che consente di applicare il ciclo di retroazione
tra la posizione rilevate della microsfera nelle trappole e la posizione di tra la posizione rilevate della microsfera nelle trappole e la posizione di
queste ultime nel campione è reso particolarmente complesso dalla necessità queste ultime nel campione è reso particolarmente complesso dalla necessità
di operare le corre
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.

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