Subversion Repositories svnkaklik

Rev

Rev 885 | Rev 888 | Go to most recent revision | Details | Compare with Previous | Last modification | View Log

Rev Author Line No. Line
872 kaklik 1
\documentclass[12pt]{article}
2
\usepackage{czech}
3
\usepackage{array}
4
\usepackage{times}
5
\usepackage{graphicx}
879 kaklik 6
\usepackage{pdfpages}
872 kaklik 7
\usepackage{color}
8
 
9
\usepackage[pdftex]{graphicx}
10
\usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce
11
\usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8
12
\usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů
13
\usepackage{rotating}
14
 
15
 
16
\textheight     230.0mm
17
\textwidth      155.0mm 
18
%\topmargin        0.0mm
19
\topmargin      -20.0mm
20
\oddsidemargin    0.0mm
21
\parindent        0.0mm
22
\renewcommand{\baselinestretch}{1.0}
23
 
24
\newcommand{\vsp}[1]{\vspace{#1mm}}
25
 
26
\begin{document}
27
 
28
\thispagestyle{empty}
29
 
30
\begin{center} 
31
  \extrarowheight 1.5ex
32
  \begin{tabular}{c} 
33
    \textbf{\Large České vysoké učení technické v Praze} \\
34
    \textbf{\Large Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská} \\
35
    \textbf{\Large Katedra fyzikální elektroniky}  
36
  \end{tabular}
37
\vsp{60}
38
 
39
\textbf{\Huge Modul pro Time Correlated Photon Counting}
40
\bigskip
41
 
42
{\Large Ročníková práce}
43
\end{center}
44
\vfill
45
 
46
\extrarowheight 0.75ex
47
\begin{tabular}{>{\large}l>{\large}l}
48
Autor páce: & \textbf{Jakub Kákona} \\
49
Školitel:    & Ing. Jan Kodet \\
50
Konzultant:  & Prof. Ing. Ivan Procházka, DrSc. \\
51
Školní rok:  & \textbf{2010/2011} 
52
\end{tabular}
53
\vsp{0}
54
 
55
\pagebreak
56
 
57
\mbox{}
58
\vfill
59
 
60
Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem
61
uvedl veškerou použitou literaturu.
62
\vsp{10}
63
 
64
\noindent
65
\quad \hfill \textcolor{red}{\small Podpis studenta} \qquad \\
66
Praha, xx.xx.2011 \hfill Jakub Kákona \qquad
67
\par
68
\vsp{5}
69
 
70
\pagebreak
71
\tableofcontents
881 kaklik 72
\pagebreak
872 kaklik 73
 
881 kaklik 74
\begin{abstract}
875 kaklik 75
Předmětem této práce je návrh konstrukce přístroje určeného k měření krátkých časových intervalů vázaných na elektrické impulzní signály. 
76
Krátkým časovým intervalem se v tomto případě rozumí řádově  desítky piko sekund až jednotky mikrosekund. Od přístroje tohoto typu je obvykle vyžadováno velké časové rozlišení (65ps). Přístroj pak má široké uplatnění v medicíně průmyslu, kosmickém výzkumu a v experimentálních přístrojích fyziky vysokých energií.  
881 kaklik 77
\end{abstract}
872 kaklik 78
 
881 kaklik 79
\section{Zadání práce}
80
 
81
Vytvořte přístroj měřící časové intervaly využívající čip TDC-GP2 od firmy Acam. Navrhněte a osaďte tištěný spoj. Hotové a odladěné zařízení otestujte ve Vámi zvolených a navržených experimentech.
82
 
83
\begin{enumerate}
84
\item Seznamte se s funkcí mikrokontrolérů PIC.
85
\item Seznamte se s funkcí TDC-GP2.
86
\item Realizujte prototyp zařízení.
87
\item Ověřte jeho funkci.
88
\end{enumerate}
89
 
872 kaklik 90
\subsection{Časově digitální převodník (TDC)}
91
 
875 kaklik 92
Nejjednodušším způsobem elektronického měření časových intervalů je použití čítače a oscilátoru. Čítač pak počítá počet period oscilátoru mezi příchozími pulzy pro start a stop signál. Toto řešení ale začíná být se zkracujícími se intervaly velmi nepraktické, jelikož pro získání velkého časového rozlišení je třeba vysoká frekvence velice přesného oscilátoru. 
93
Navíc pro požadované časové rozlišení asi 65ps by nutná frekvence oscilátoru  byla zhruba 15,3GHz, což je ale se současnou digitální technikou neproveditelné. Nezanedbatelná je zároveň také potřebná délka extrémně rychlého čítače, která by pro praktické použití dosahovala desítek bitů. 
872 kaklik 94
 
879 kaklik 95
K měření se proto používá vhodnějšího principu a to šíření postupné vlny v sofistikovaném řetězci logických hradel. Ideové znázornění je na obrázku \ref{TDC_unit}.
873 kaklik 96
Metoda funguje tak, že příchozím startovacím impulzem je v řetězci vygenerována postupná vlna, která se šíří po jednotlivých hradlech až do doby, než je pomocí nadřazené logiky zamezeno jejímu šíření příchozím stop pulsem. Následně je pak podle počtu překlopených hradel mezi pulzy START a STOP  možné určit délku časového intervalu. 
97
Metoda tedy využívá konečnou rychlost šíření signálu přes hradla a její přesnost závisí na mnoha faktorech, jako je například geometrie čipu nebo zapojení řetězce.
98
 
872 kaklik 99
\begin{figure}[htbp]
100
\begin{center}
101
\includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_principle2.png} 
102
\caption{Ideové schéma měřící jednotky TDC}
879 kaklik 103
\label{TDC_unit}
872 kaklik 104
\end{center}
105
\end{figure}
106
 
875 kaklik 107
Zajímavým problémem této metody je potřeba omezit počet hradel v řetězci na minimální množství, neboť tak lze lépe udržet linearitu měření a zjednodušit výrobu. Jednou z možností, jak tento problém vyřešit je zkombinovat měření na řetězci s měřením pomocí čítače. 
108
Příchodem startovacího pulzu je pak aktivována rychlá měřící jednotka, která měří pouze do nejbližší hrany hodin čítače. Následně počítá čítač intervaly oscilátoru až do doby než příchozí stop impulz aktivuje měřící jednotku která pak doměří čas do zbývající hrany hodin. Rozdíl pak udává skutečnou délku intervalu. Tento způsob měření je znázorněn na obrázku \ref{TDC_unit_long}.   
872 kaklik 109
 
110
\begin{figure}[htbp]
111
\begin{center}
873 kaklik 112
\includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_principle.png} 
872 kaklik 113
\caption{Způsob přesného měření delších časových úseků}
879 kaklik 114
\label{TDC_unit_long}
872 kaklik 115
\end{center}
116
\end{figure}
117
 
873 kaklik 118
Předpokladem užití tohoto způsobu měření je dostatečně stabilní oscilátor s periodou kratší, než je měřící rozsah rychlé TDC jednotky. 
119
 
872 kaklik 120
\section{Realizace}
121
 
881 kaklik 122
\subsection{Architektura zařízení}
123
 
879 kaklik 124
Pro konstrukci přístroje byl zvolen jako hlavní měřící prvek čip TDC-GP2 od firmy Acam. Tento integrovaný obvod využívá k měření krátkých časových intervalů výše popsané metody řetězově zapojených hradel. Blokové schéma vnitřní architektury čipu je znázorněno na obrázku \ref{GP2_chip_block}.
125
Čip obsahuje mnoho dalších podpůrných obvodů, které zjednodušují jeho použití a také přidávají další funkce (generování spouštěcího pulzu například pro výstřel LASERu, blok umožňující měření teploty atd.).
872 kaklik 126
 
879 kaklik 127
S ohledem na tyto možnosti byla navržena koncepce výsledného zařízení tak, aby umožnila využití všech potenciálních možností čipu. Blokové schéma této koncepce je na obrázku \ref{device_block}. A obsahuje jednak obvody potřebné pro funkci čipu TDC-GP2, jako kalibrační oscilátor a napěťový stabilizátor. Tak i řídící mikroprocesor, několik možných komunikačních rozhraní a obvody pro referenční měření teploty i pro manipulaci se vstupními a výstupními signály (vstupní signál z experimentu může být poškozen rušením, nebo disperzí vedení, výstupní signál musí naopak odpovídat požadavkům experimentálního zařízení). 
873 kaklik 128
 
129
 
872 kaklik 130
\begin{figure}[htbp]
131
\begin{center}
132
\includegraphics[width=150mm]{./img/blokove_schema.png} 
133
\caption{Ideové schéma cílového zařízení}
879 kaklik 134
\label{device_block}
872 kaklik 135
\end{center}
136
\end{figure}
137
 
138
\begin{figure}[htbp]
139
\begin{center}
140
\includegraphics[width=150mm]{./img/TDC_block.png} 
141
\caption{Blokové schéma čipu TDC-GP2}
879 kaklik 142
\label{GP2_chip_block}
872 kaklik 143
\end{center}
144
\end{figure}
145
 
881 kaklik 146
\subsection{Konstrukční platforma}
147
 
148
Vzhledem k nepříliš kvalitní technické dokumentaci ke zvolenému čipu by nebylo časově ani ekonomicky výhodné pro přístroj navrhovat okamžitě jednoúčelový plošný spoj.  Pro vývoj zařízení byla proto zvolena prototypovací platforma MLAB \cite{MLAB}, která díky své variabilní modulární konstrukci umožňuje snadno a rychle měnit zapojení i fyzické rozložení. 
149
 
150
Tím je umožněno velmi efektivně procházet nejrůznější provozní stavy a upravovat konstrukci podle aktuálních potřeb programu nebo externího měřícího přístroje.
151
 
152
 
872 kaklik 153
\subsection{Testovací prototypy}
154
 
881 kaklik 155
Pro otestování funkčnosti zvoleného čipu byly sestaveny dva testovací prototypy, které se liší, především komunikačním rozhraním a způsobem generování testovacích impulzů. 
872 kaklik 156
 
157
\begin{figure}[htbp]
158
\begin{center}
159
\includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp1.jpg} 
160
\caption{1. testovací prototyp}
161
\end{center}
162
\end{figure}
163
 
875 kaklik 164
První prototyp obsahoval pouze jeden mikroprocesor, který obstarával jak komunikaci s měřícím čipem TDC-GP2, tak i generování testovacích start-stop impulzů. Komunikace a přenos dat pak byla řešena přímo programátorem PICPROGUSB02A. 
873 kaklik 165
 
166
Toto řešení se po zprovoznění základních funkcí měřícího čipu ukázalo být nepraktické, neboť nezohledňovalo reálný způsob vzniku měřených signálů, což poměrně komplikovalo programování. Navíc způsob komunikace mezi řídícím mikroprocesorem a počítačem nemohl být trvalým řešením.   
167
 
168
Z tohoto důvodu byl připraven další prototyp. V kterém byl rychlejší mikroprocesor dedikován pouze pro generování testovacích impulzů simulujících reálný experiment. Pro komunikaci s čipem byl pak přidán levnější a pomalejší mikroprocesor a převodník USB232R01B pro sériovou komunikaci s počítačem.
169
 
872 kaklik 170
\begin{figure}[htbp]
171
\begin{center}
172
\includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp2.jpg} 
173
\caption{2. testovací prototyp}
174
\end{center}
175
\end{figure}
176
 
177
\begin{figure}[htbp]
178
\begin{center}
179
\includegraphics[width=100mm]{./img/prototype2.png} 
180
\caption{Způsob propojení modulů 2. prototypu}
181
\end{center}
182
\end{figure}
183
 
184
 
185
\subsection{Hardware}
186
 
879 kaklik 187
Pro realizaci všech prototypů experimentálního zařízení bylo s výhodou využito stávajícího elektronického vývojového systému MLAB, který byl pro účely realizace měřícího zařízení obohacen o nový modul GP201A, který obsahuje čip TDC-GP2. Zapojení modulu bylo opět zvoleno tak, aby neomezilo využitelné možnosti čipu. Jeho konkrétní zapojení je součástí přílohy. Motiv navrženého plošného spoje je na obrázku \ref{GP201A_PCB}.
872 kaklik 188
 
189
\begin{figure}[htbp]
190
\begin{center}
191
\includegraphics[width=150mm]{./img/GP2_PCB.png} 
192
\caption{Návrh plošného spoje modulu GP201A}
879 kaklik 193
\label{GP201A_PCB}
872 kaklik 194
\end{center}
195
\end{figure}
196
 
873 kaklik 197
\subsubsection{Mikroprocesory}
198
 
199
V prvním prototypu byl k ovládání měřícího čipu TDC-GP2 využit mikroprocesor PIC18F4550 v modulu PIC18F4550v01A, který zároveň generoval testovací signály. V následujícím druhém prototypu byl odsunut pouze do pozice generátoru testovacího signálu. A pro obsluhu měřícího čipu byl přidán mikroprocesor PIC16F887 v modulu PIC16F87xTQ4401B. Jehož parametry jsou dostačující pro komunikaci s měřícím čipem i nadřazeným počítačem.  
200
 
201
 
872 kaklik 202
\subsubsection{Kalibrační oscilátor}
203
 
204
Princip měření čipu TDC-GP2  je ze své podstaty závislý na mnoha dalších proměnných (Rychlost překlápění hradel se mění například s teplotou a napájecím napětím) a proto je třeba  měřící řetězec soustavně a systematicky kalibrovat. K tomu slouží externí oscilátor o kterém se předpokládá, že má stabilní periodu. Měřící řetězec TDC čipu se pak použije ke změření periody oscilátoru a je jej pak možné kalibrovat za předpokladu, že výstupní digitální hodnota z měřícího řetězce je lineární funkcí času. 
205
 
879 kaklik 206
Při návrhu konstrukce prototypu bylo vybíráno z celé řady oscilátorů [viz příloha] a hodnoceny jejich parametry; cena, stabilita a dostupnost. Výsledným vybraným kalibračním oscilátorem je CFPS-73 - 6MHz. 
872 kaklik 207
 
873 kaklik 208
\subsubsection{Teplotní kalibrace}
872 kaklik 209
 
879 kaklik 210
Samotný čip TDC-GP2 je vybaven elektronikou určenou k měření teploty avšak její princip je založen měření doby nabíjení externího referenčního kondenzátoru přes statické odpory a termistory - jde tedy o poměrovou metodu, která navíc předpokládá absolutní teplotní stabilitu referenčního kondenzátoru. Použití poměrového měření ke korekci teplotních driftů samotného čipu TDC-GP2 by tudíž bylo problematické navíc jeho TDC jednotka, kterou chceme teplotně kalibrovat se v tomto měření přímo využívá. 
873 kaklik 211
 
879 kaklik 212
Prototyp byl tedy doplněn o digitální teploměr DS18B20 jehož absolutní přesnost 0,6K a rozlišení 0,01K lze pokládat za dostačující. A lze tedy TDC čip spolu s referenčním oscilátorem kalibrovat vzhledem k teplotě naměřené tímto teploměrem.
873 kaklik 213
 
214
\subsection{Firmware}
215
 
216
Firmware mikroprocesoru je napsán v jazyce C v prostředí CCS C compiler. 
217
 
872 kaklik 218
\begin{figure}[htbp]
219
\begin{center}
220
\includegraphics[width=100mm]{./img/program.png} 
221
\caption{Hlavní programová smyčka řídícího mikrokontroléru PIC16F887 }
222
\end{center}
223
\end{figure}
224
 
880 kaklik 225
Programová smyčka řídícího mikrokontroléru je navržena tak, aby umožnila realizovat hlavní měřící režimy TDC čipu. K ovládání TDC-GP2 byla vytvořena knihovna, která umožňuje nastavit všechny možnosti čipu. 
872 kaklik 226
 
880 kaklik 227
Obsahuje také několik funkcí vyšší úrovně, které se týkají ovládání určitého měřícího módu čipu. TDC-GP2 má dva hlavní časové měřící módy, liší se především v rozsahu měřeného intervalu a počtem kanálů na kterých je možné čekat na STOP impuls. 
873 kaklik 228
 
229
\subsubsection{Měřící mód 1}
230
 
872 kaklik 231
\begin{figure}[htbp]
232
\begin{center}
233
\includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode1.png} 
234
\caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 1.}
235
\end{center}
236
\end{figure}
237
 
873 kaklik 238
 
239
\subsubsection{Měřící mód 2}
240
 
241
 
242
 
872 kaklik 243
\begin{figure}[htbp]
244
\begin{center}
245
\includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode2.png} 
246
\caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 2.}
247
\end{center}
248
\end{figure}
249
 
873 kaklik 250
\subsubsection{Fire generator - generování spouštěcího signálu}
251
 
881 kaklik 252
Oba měřící módy čipu umí využít takzvaný "Fire generator", který slouží k vygenerování spouštěcího signálu pro začátek měření (Například výstřel LASERu). 
872 kaklik 253
 
873 kaklik 254
 
255
\subsubsection{Měření teploty}
256
 
880 kaklik 257
Při měření teploty čipem TDC-GP2 je třeba jej resetovat do továrního nastavení a následně nastavit počet měřených kanálů (Dva nebo čtyři). Další nastavení není třeba provádět. A lze rovnou spustit měření. Tento postup ale není v datasheetu stejně jako další procedury podrobně dokumentován, což způsobilo značné zdržení ve vývoji knihovny.    
873 kaklik 258
 
259
Firmware je od druhého prototypu nakonfigurován tak, že automaticky měří všechny čtyři možné teplotní kanály a navíc přečte i digitální senzor teploty DS18B20.
260
 
261
Naměřený výstup ze čtyř poměrových termočlánkových teploměrných kanálů není firmwarem nijak zpracováván a jeho vyhodnocení je ponecháno na uživateli. 
262
 
263
\subsubsection{Datový výstup}
264
 
881 kaklik 265
Datový výstup je inspirován textovým formátem GPS NMEA.
873 kaklik 266
 
881 kaklik 267
Příklad datového výstupu je následující. 
873 kaklik 268
 
881 kaklik 269
\begin{verbatim}
270
# TDC0.2 (C) 2011 Jakub Kakona
271
$TDC0.2->TM
272
$TDC0.2 TMP 0007506076 0007519380 0008204130 4294967295 291.90 
273
$TDC0.2->M2 1
274
$TDC0.2 M2  0.7005860
275
\end{verbatim}
873 kaklik 276
 
881 kaklik 277
Po resetu se přístroj ohlásí jako TDC a přidá verzi firmwaru.  Na následující řádek je vypsán prompt
278
 
279
\begin{verbatim}
280
$TDC0.2->
281
\end{verbatim}
282
 
283
Prompt opět pokaždé obsahuje verzi firmwaru, aby bylo možné v nadřazeném počítači rozlišit více přístrojů v různých stádiích vývoje.
284
 
285
Příkaz 
286
\begin{verbatim}
287
TM
288
\end{verbatim}
289
Spouští měření teploty, výstupem jsou 4 relativní hodnoty + teplota naměřená čidlem DS18B20 udávaná v kelvinech.
290
 
291
 
292
Příkaz 
293
\begin{verbatim}
294
M2 1
295
\end{verbatim}
296
Spouští časové měření v módu 2  příkaz má jeden jednociferný parametr - počet předpokládaných zásahů měřícího kanálu 1 (V příkladu má hodnotu 1). Výstupem je změřený čas počítaný od hrany START pulzu v us.   
297
 
298
Výstupní data jsou odesílána na sérový port s parametry 9800 8N1. A ke sběru dat lze použít libovolný textový terminál. Firmware zpracovává pouze prvních 20 příchozích znaků v každé řádce (řádka musí být ukončena ASCII znakem 13), všechny přečtené příchozí znaky jsou echovány zpět na výstup, je tak umožněna kontrola správnosti přenosu a implementace vlastní check-sum.
299
Neznámý, nebo syntakticky špatný příkaz, je firmwarem  ignorován a je vypsán nový prompt.  Každá provedená výstupní řádka obsahuje identifikaci měření - TMP, M2, nebo M1.
300
 
872 kaklik 301
\section{Výsledky}
887 kaklik 302
\subsection{Naměřené charakteristiky}
885 kaklik 303
Na dvou prototypech byla ověřena funkčnost čipu TDC-GP2 pomocí experimentu - měření zpoždění průchodu signálu vedením. Zpoždění bylo měřeno na dvou typech elektrických vedení.
872 kaklik 304
 
885 kaklik 305
\begin{itemize}
306
\item Koaxiální kabel RG174
307
\item Zkroucený pár vodičů 2x0,35$mm^2$ vnější průměr izolace 1,21mm délka 2x1m.
308
\end{itemize}
309
 
310
\begin{figure}[htbp]
311
\begin{center}
312
\includegraphics[width=150mm]{./img/MLAB_kablik_2x1m.png} 
313
\caption{Průběh zpoždění signálu a teploty během měření zkrouceného páru vodičů.}
314
\end{center}
315
\end{figure}
316
 
317
\begin{figure}[htbp]
318
\begin{center}
319
\includegraphics[width=150mm]{./img/RG174.png} 
320
\caption{Průběh zpoždění signálu a teploty během měření koaxiálního kabelu RG174.}
321
\end{center}
322
\end{figure}
323
 
324
Průběh experimentu byl po několik hodin řízen z PC pomocí skriptu, který spouštěl měření času a teploty v opakujících se 5s intervalech. 
325
 
887 kaklik 326
Podobným způsobem bylo provedeno měření i v měřícím módu 2, zde ale kvůli nutnosti generování delšího časového intervalu nemohlo být využito zpoždění signálu při průchodu vedením a proto byly impulzy generovány mikroprocesorem PIC18F4550.
327
 
328
Impulzy byly generovány dvou jednotlivých výstupech mikroprocesoru. (Pro START a STOP1 vstup TDC-GP2).
329
 
330
\begin{verbatim}
331
    if(!input(MODE_SELECT))
332
    {
333
      while(!input(FIRE_DETECT));
334
 
335
      output_high(START);
336
      output_low(START);
337
      delay_us(150);
338
 
339
      output_high(STOP1);
340
      output_low(STOP1);
341
      delay_us(1);
342
 
343
      output_high(STOP1);
344
      output_low(STOP1);
345
      delay_us(10);
346
 
347
      output_high(STOP1);
348
      output_low(STOP1);
349
    }  
350
\end{verbatim}
351
 
352
Z ukázky programu je vidět, že očekávané zpoždění třech výstupních impulzů měly být 150us, 151us a 161us. Z podstaty fungování mikroprocesoru jsou ale skutečné časy o něco delší. Konkrétně 150.243us, 151.408us a 161.575us pro zvýraznění fluktuací byly tyto časy odečteny od změřených dat a výsledný rozdíl zobrazen v obrázku \ref{PIC18F4550_generator}. Z obrázku je pak viditelné, že při měření nebyla zjištěna žádná teplotní závislost. Rozptyl naměřených hodnot je pak dán pravděpodobně spíše parametry použitého mikroprocesoru, než fluktuacemi měřící TDC jednotky. 
353
 
354
Je třeba ale zdůraznit, že u všech měření nedocházelo v jejich průběhu k výraznější změně teploty. Nicméně měření vypovídají o pravděpodobném chování čipu TDC-GP2 v běžných stabilních laboratorních podmínkách.
355
 
356
 
357
\begin{figure}[htbp]
358
\begin{center}
359
\includegraphics[width=150mm]{./img/PIC18F4550.png} 
360
\caption{Naměřené fluktuace výstupů PIC18F4550 během časového měřícího módu 2}
361
\label{PIC18F4550_generator}
362
\end{center}
363
\end{figure}
364
 
872 kaklik 365
\subsection{Použití}
366
 
880 kaklik 367
Po vybavení přístroje potřebnými optickými elementy je pak možné jej použít k laserovému měření vzdáleností. Nebo i pro Time Correlated Photon Countig a v dalších aplikacích. 
872 kaklik 368
 
369
\subsection{Možnosti dalšího vývoje}
370
 
880 kaklik 371
Další vývoj zařízení by již měl být cílen na konkrétní aplikaci ve které bude přístroje nasazen. Aktuální stav je dobrým výchozím bodem pro použití v konkrétních experimentech.
873 kaklik 372
 
872 kaklik 373
\subsubsection{Komunikační protokol}
374
 
880 kaklik 375
Použitý komunikační protokol je důsledkem postupného vývoje prototypů a zatím se stále vyvíjí. Neboť není známé podobné zařízení od kterého by bylo možno převzít komunikační formát. 
873 kaklik 376
 
377
 
872 kaklik 378
\subsubsection{Speciální zpracování rychlých vstupních a výstupních signálů}
379
 
873 kaklik 380
Samotný čip TDC-GP2 používá jako vstupní a výstupní signál logické úrovně 5V CMOS. To nemusí být pro některé aplikace vhodné, jednak kvůli komplikacím s vedením jednoduchého CMOS signálu na delší vzdálenosti a potom i z hlediska ochrany samotného obvodu před poškozením externím zařízením.
381
 
875 kaklik 382
Do budoucna byl proto připraven několik základních modulů umožnujících interakci s jinými přístroji.
873 kaklik 383
 
384
Patří mezi ně převodník TTL na PECL,  výstupní PECL signál je pak diferenciální a lze jej proto snadno odvádět na velké vzdálenosti kvalitním diferenciálním vedením, jako jsou například kabely SATA, nebo UTP kabely bez rizika poškození signálu elektrickou interferencí. Stejný převodník (Osazený jiným IO) pak lze použít i k převedení PECL signálu zpět na TTL a dovedením pouze na krátkou vzdálenost. Problémy kompatibility CMOS a TTL lze pak v takovém případě zanedbat.  
385
 
875 kaklik 386
V případě že by bylo přesto nutné stále používat CMOS signál a hrozilo by narušení jeho integrity disperzí vedení nebo jinými vlivy, tak lze zařízení snadno dovybavit rychlým komparátorem, jako je například některý z ADCMP551/ADCMP552/ADCMP553.
387
 
878 kaklik 388
\begin{figure}[htbp]
389
\begin{center}
390
\includegraphics[width=100mm]{./img/TTLPECL01A_PCB.png} 
391
\caption{Návrh desky plošného spoje převodníku TTL na PECL a opačně.}
392
\end{center}
393
\end{figure}
394
 
872 kaklik 395
\section{Závěr}
396
 
880 kaklik 397
Výsledkem práce je přístroj, který lze bez zásadních úprav využít k měření krátkých časových intervalů v laboratorních experimentech. Zařízení je zároveň dostatečně flexibilní pro potřebné úpravy na základě požadavků některých speciálních aplikací, které zatím nelze předvídat. 
872 kaklik 398
 
399
\pagebreak
879 kaklik 400
\listoffigures
872 kaklik 401
 
402
\begin{thebibliography}{99}
880 kaklik 403
  \bibitem{AN491}{\em Silicon Labs Application Note AN491}\\
404
               \texttt{http://www.silabs.com/support\%20documents/technicaldocs/an491.pdf}
405
 
406
  \bibitem{AN393}{\em Fairchild Semiconductor Application Note 393 March 1985}\\
407
               \texttt{}
408
 
409
  \bibitem{AN-610}{\em Fairchild Semiconductor Application Note  AN-610 April 1989 }\\
410
               \texttt{}
411
 
412
  \bibitem{AN-610}{\em Analysis on the Effectiveness of Clock Trace Termination Methods and Trace Lengths on a Printed Circuit Board}\\
413
               \texttt{Mark I. Montrose
414
Montrose Compliance Services
415
2353 Mission Glen Dr.
416
Santa Clara, CA 95051-1214
417
(408) 247-5715
418
}
419
 
420
  \bibitem{AN-610}{\em PIC16F887 datasheet }\\
421
               \texttt{http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41291F.pdf}
422
 
423
  \bibitem{AN-610}{\em PIC18F4550 datasheet }\\
424
               \texttt{http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39632e.pdf}
425
 
426
 
427
  \bibitem{AN-610}{\em TDC-GP2 datasheet }\\
428
               \texttt{http://www.acam-usa.com/GP2-Data-Sheet-Download.html}
429
 
881 kaklik 430
  \bibitem{MLAB}{\em MLAB electronics development system }\\
880 kaklik 431
               \texttt{http://www.mlab.cz}
432
 
433
 
872 kaklik 434
\end{thebibliography}
435
 
880 kaklik 436
 
879 kaklik 437
\pagebreak
438
 
439
\includepdf[pages={1},landscape=true]{GP201A.pdf}
440
\label{GP201A_SCH}
441
\includepdf[pages={1},landscape=true]{oscilatory.pdf}
442
 
872 kaklik 443
\end{document}