Unidad de filtrado digital programable basada en FPGA avanzada y en tiempo real para módulos de detección de IR
Autores: Achtenberg, Krzysztof; Szplet, Ryszard; Bielecki, Zbigniew
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Unidad de filtrado digital programable basada en FPGA avanzada y en tiempo real para módulos de detección de IR
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Unidad de filtrado digital
Relación señal-ruido
Chip FPGA
Frecuencia de muestreo
Características de banda de paso
Módulo de detector InAsSb
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 49
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta una unidad de filtrado digital programable dedicada a operar con señales de módulos de detección de infrarrojos (IR). El dispositivo diseñado es muy útil para aumentar la relación señal-ruido debido a la reducción de ruido e interferencias de los circuitos detector-amplificador o fuentes de radiación externas. Además, el dispositivo desarrollado es flexible debido a la posibilidad de programar los tipos de filtro deseados y sus respuestas. En el circuito, se utilizó un chip FPGA de matriz de compuertas programable en campo avanzado para garantizar un número adecuado de recursos necesarios para implementar un proceso de filtrado efectivo. El circuito propuesto fue asistido por un microcontrolador de 32 bits para realizar funciones de control y podría operar a una frecuencia de muestreo de hasta 40 MSa/s con resolución de 16 bits. Además, en nuestra aplicación, la decimación de la frecuencia de muestreo permitió obtener características de banda de paso relativamente estrechas también en el rango de frecuencia baja. La señal filtrada estaba disponible en tiempo real en la salida del convertidor digital a analógico. En el documento, mostramos resultados de simulaciones y mediciones reales de la implementación de filtros en el dispositivo FPGA. Además, también presentamos una aplicación práctica del circuito propuesto en cooperación con un módulo detector de infrarrojo medio InAsSb, donde su autorruido se redujo efectivamente. El dispositivo presentado puede considerarse como una alternativa atractiva a la técnica de lock-in, algoritmos de inteligencia artificial o transformada wavelet en aplicaciones donde su uso es imposible o problemático. Comparando el dispositivo presentado con la propuesta anterior, se logró una mejora en la relación señal-ruido y un ancho de banda de operación más amplio.
Descripción
Este documento presenta una unidad de filtrado digital programable dedicada a operar con señales de módulos de detección de infrarrojos (IR). El dispositivo diseñado es muy útil para aumentar la relación señal-ruido debido a la reducción de ruido e interferencias de los circuitos detector-amplificador o fuentes de radiación externas. Además, el dispositivo desarrollado es flexible debido a la posibilidad de programar los tipos de filtro deseados y sus respuestas. En el circuito, se utilizó un chip FPGA de matriz de compuertas programable en campo avanzado para garantizar un número adecuado de recursos necesarios para implementar un proceso de filtrado efectivo. El circuito propuesto fue asistido por un microcontrolador de 32 bits para realizar funciones de control y podría operar a una frecuencia de muestreo de hasta 40 MSa/s con resolución de 16 bits. Además, en nuestra aplicación, la decimación de la frecuencia de muestreo permitió obtener características de banda de paso relativamente estrechas también en el rango de frecuencia baja. La señal filtrada estaba disponible en tiempo real en la salida del convertidor digital a analógico. En el documento, mostramos resultados de simulaciones y mediciones reales de la implementación de filtros en el dispositivo FPGA. Además, también presentamos una aplicación práctica del circuito propuesto en cooperación con un módulo detector de infrarrojo medio InAsSb, donde su autorruido se redujo efectivamente. El dispositivo presentado puede considerarse como una alternativa atractiva a la técnica de lock-in, algoritmos de inteligencia artificial o transformada wavelet en aplicaciones donde su uso es imposible o problemático. Comparando el dispositivo presentado con la propuesta anterior, se logró una mejora en la relación señal-ruido y un ancho de banda de operación más amplio.