Publicação
Development of a spectrum analyzer based on FPGA
| Resumo: | A electrónica no setor automóvel evoluiu imenso durante as duas últimas décadas. A evolução destes sistemas obrigou ao desenvolvimento dos sistemas de comunicação dos veículos, a fim de manter tudo sincronizado, e apesar de terem uma maior eficiência, consomem mais energia, o que significa que as fontes de energia destes sistemas terão que ser mais sofisticadas devido ao número elevado de fre quências de funcionamento. Além disso, cada dispositivo eletrónico contém numerosas unidades de processamento que operam em frequências diferentes, emparelhadas com várias interfaces de comuni cação. Devido a isto, houve a necessidade de criar regras de conformidade electromagnética (CEM), que impõem testes extensivos para cada dispositivo electrónico, o que fez também aprimorar as regras de conformidade electromagnetica a que estes dispositivos são sujeitos e torná-las cada vez mais restritivas. Estas regras estão centradas tanto nos sinais emitidos pelo dispositivo como na sua capacidade de resistir a interferências. Para responder à necessidade de um equipamento mais especializado para a resolução de problemas e testes de conformidade, foi utilizada uma Field Programmable Gate Array (FPGA) e um Analog to Digital Converter (ADC) de baixo custo para desenvolver um dispositivo capaz de captar sinais e calcular o seu espectro. Foi utilizada uma arquitectura heteródina para obter uma melhor resolução através da partição do sinal adquirido a partir do ADC. Esta arquitetura é uma técnica de processamento digital de sinal bastante utilizada actualmente, onde são utilizados um oscilador local, um misturador e um filtro passa baixo. Após segmentar o sinal, é calculado o espectro do segmento do sinal em causa através do algoritmo Fast Fourier Transform (FFT) e a sua potência através do algoritmo Coordinate Rotation Digital Computer (CORDIC). Com esta arquitectura foi possível reduzir a utilização de recursos do sistema, no entanto, devido a limitações na memória Block RAM (BRAM) da FPGA, não foi possível obter um baixo nível de ruído de fundo. Apesar desta limitação, o dispositivo desenvolvido pode ser utilizado para identificar frequências de funcionamento que causem problemas de não conformidade. Este instrumento é essencial para a deteção de sinais na gama de testes de emissões conduzidas, particularmente na gama de Very High Frequency (VHF), onde os sinais de baixa potência podem ser difíceis de distinguir do ruído. |
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| Autores principais: | Ferreira, André Tiago Pereira Almendra |
| Assunto: | Conformidade eletromagnética Espetro FFT FPGA Heteródina Ruído Eletromagnetic compliance Spectrum Heterodyne Noise |
| Ano: | 2023 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A electrónica no setor automóvel evoluiu imenso durante as duas últimas décadas. A evolução destes sistemas obrigou ao desenvolvimento dos sistemas de comunicação dos veículos, a fim de manter tudo sincronizado, e apesar de terem uma maior eficiência, consomem mais energia, o que significa que as fontes de energia destes sistemas terão que ser mais sofisticadas devido ao número elevado de fre quências de funcionamento. Além disso, cada dispositivo eletrónico contém numerosas unidades de processamento que operam em frequências diferentes, emparelhadas com várias interfaces de comuni cação. Devido a isto, houve a necessidade de criar regras de conformidade electromagnética (CEM), que impõem testes extensivos para cada dispositivo electrónico, o que fez também aprimorar as regras de conformidade electromagnetica a que estes dispositivos são sujeitos e torná-las cada vez mais restritivas. Estas regras estão centradas tanto nos sinais emitidos pelo dispositivo como na sua capacidade de resistir a interferências. Para responder à necessidade de um equipamento mais especializado para a resolução de problemas e testes de conformidade, foi utilizada uma Field Programmable Gate Array (FPGA) e um Analog to Digital Converter (ADC) de baixo custo para desenvolver um dispositivo capaz de captar sinais e calcular o seu espectro. Foi utilizada uma arquitectura heteródina para obter uma melhor resolução através da partição do sinal adquirido a partir do ADC. Esta arquitetura é uma técnica de processamento digital de sinal bastante utilizada actualmente, onde são utilizados um oscilador local, um misturador e um filtro passa baixo. Após segmentar o sinal, é calculado o espectro do segmento do sinal em causa através do algoritmo Fast Fourier Transform (FFT) e a sua potência através do algoritmo Coordinate Rotation Digital Computer (CORDIC). Com esta arquitectura foi possível reduzir a utilização de recursos do sistema, no entanto, devido a limitações na memória Block RAM (BRAM) da FPGA, não foi possível obter um baixo nível de ruído de fundo. Apesar desta limitação, o dispositivo desenvolvido pode ser utilizado para identificar frequências de funcionamento que causem problemas de não conformidade. Este instrumento é essencial para a deteção de sinais na gama de testes de emissões conduzidas, particularmente na gama de Very High Frequency (VHF), onde os sinais de baixa potência podem ser difíceis de distinguir do ruído. |
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