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lorenzo.zolfanelli93 4 years ago
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  3. BIN
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chapters/A2-electronics.tex View File

@ -54,3 +54,67 @@ 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.
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=\linewidth]{images/elettr.pdf}
\caption{Schema delle connessioni tra fotodiodi a quadrante (QPD), scheda
FPGA, generatori diretti di segnale (DDS) e modulatori acusto ottici (AOM).}
\label{fig:my_label}
\end{figure}
Nel nostro caso, il segnale in ingresso è la tensione prodotta dagli
amplificatori dei fotodiodi a quadrante. L'uscita di questi viene
collegata direttamente ai convertitori analogico/digitali dell'FPGA.
La differenza tra il segnale misurato in ingresso e il set-point viene
trasformata, attraverso un fattore di conversione determinato in fase di
calibrazione, in una variazione della frequenza del segnale elettronico
inviato ai trasduttori presenti sui modulatori acusto ottici.
La generazione del segnale elettronico alla frequenza richiesta è
delegata a due generatori digitali di segnale (DDS, Direct Digital
Synthetizer), forniti da Analog Devices (AD9852), in grado di
modificare la frequenza generata a un rate di \SI{100}{\MHz}.
L'impostazione della frequenza sui DDS si esegue attraverso
l'immissione di tre \textit{word} di 8 bit in appositi registri su ciascuna
delle schede utilizzate. Le schede presentano due \textit{bus}, uno per la
selezione dell'indirizzo del registro, uno per la lettura o scrittura
di una \textit{word} nel registro selezionato. Una volta impostati indirizzo e
valori su ciascun \textit{bus} è necessario avviare il trasferimento
della \textit{word} nel registro di memoria interno impostando su ON un
ulteriore pin.
La scheda FPGA, una volta determinata la frequenza da inviare a ciascun
AOM, procede alla programmazione simultanea delle due schede Analog
Devices, inviando in sequenza le tre \textit{word} necessarie e
sincronizzandone il trasferimento nei registri di memoria.
Il massimo rate di aggiornamento della frequenza che siamo riusciti a
raggiungere è inferiore sia a quello supportato dai DDS sia al rate
di esecuzione del ciclo di retroazione sulla FPGA.
Infatti, tentando di comandare i DDS alla massima velocità possibile
supportata dalla FPGA, si è osservata la comparsa di anomalie nel
funzionamento dell'apparato in prossimità di certi valori di frequenza.
Il \textit{debugging} di questa problematica non è stato affatto semplice
e ha richiesto un'analisi precisa del segnale trasportato su ciascun
conduttore del bus tra FPGA e DDS.
In ultima analisi si è rilevato come fenomeni di \textit{diafonia} tra
i vari conduttori presenti sul cavo utilizzato per connettore l'FPGA ai DDS
(cavo fornito da National Instrument) portino ad un allungamento del
transiente necessario affinché tutti i bit del bus raggiungano il valore
impostato.
Si è quindi dovuto procedere a rallentare la velocità di scrittura
delle singole \textit{word} sui DDS, inserendo un piccolo tempo morto
(nell'ordine dei nanosecondi) tra la scrittura della word e il trasferimento
nel registro di memoria.
In conclusione si è osservata una completa risoluzione dei problemi osservati
con una variazione dei tempi di reazione del sistema ampiamente trascurabile
rispetto al limiti dettati dal rate di campionamento del segnale dei QPD.

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@ -82,4 +82,50 @@ immobilizzate}
\includegraphics{images/flow_cell.pdf}
\caption{Realizzazione di una cella di flusso}
\label{fig:my_label}
\end{figure}
\end{figure}
\begin{algorithm}[ht]
\caption{Cella di flusso con fluoroforo immobilizzato}
\label{proto:silica_beads_flow_cell}
\begin{tabular}{p{2cm} p{12cm}}
\textbf{Materiale \mbox{necessario}:}
&
$\bullet$~Soluzione con fluoroforo streptavidinato
$\bullet$~Acqua ultrapura Milli-Q\textsuperscript{®}
$\bullet$~Vetrino portaoggetti
$\bullet$~Vetrini coprioggetti \#0 (spessore \SI{100}{\um})
$\bullet$~Foglio biadesivo (spessore $\approx \SI{60}{\um}$)
$\bullet$~Etanolo assoluto ($> 99.8\%$)
$\bullet$~Silicone
$\bullet$~Carta assorbente
\end{tabular}
\begin{algorithmic}[1]
\STATE Pulire accuratamente un vetrino portaoggetti e due vetrini
coprioggetti, risciacquandoli con etanolo su entrambi i lati.
\STATE Far evaporare completamente il solvente.
\STATE Ritagliare delle strisce sottili e lunghe (circa
\SIlist{2x50}{\mm}) di foglio biadesivo.
\STATE Preparare le celle di flusso sul vetrino coprioggetti utilizzando
le striscette adesive (come in figura), lasciando la pellicola
protettiva superiore.
\STATE Sonicare per \SIrange{1}{2}{\minute} minuti la soluzione
contenente microsfere
e nitrocellulosa, in modo da eliminare eventuali aggregati.
\STATE Vortexare per \SIrange{20}{30}{\second}, in modo da sospendere
omogenemaente le microsfere nel volume della soluzione.
\STATE Prelevare con una micropipetta \SIrange{1}{2}{\uL} di soluzione.
\STATE Depositare la soluzione sopra un vetrino coprioggetti, tenendolo
fermo con la punta della pipetta e utilizzando un secondo vetrino per
stendere uniformemente la soluzione, poi lasciare riposare \SI{5}{\minute}.
\STATE Rimuovere le pellicole protettive dagli adesivi sul vetrino
coprioggetti, creare le celle di flusso chiudendo il vetrino
coprioggetti sul vetrino portaoggetti, assicurandosi che la superficie
rivestita con la soluzione rimanga interna alla cella.
\STATE Immettere acqua ultrapura, utilizzando una micropipetta, da un lato
della cella di flusso, fino a riempirla completamente. Utilizzare se
necessario un pezzo di carta assorbente per agevolare il flusso
dell'acqua attraverso la cella.
\STATE Sigillare i lati aperti della cella utilizzando del silicone.
\end{algorithmic}
\end{algorithm}

BIN
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