WebSVN – svnkaklik – Diff – /dokumenty/skolni/RoP/DOC/SRC/TCPC.tex

 Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem
 uvedl veškerou použitou literaturu.
 \vsp{10}
 \noindent
-\quad \hfill \textcolor{red}{\small Podpis studenta} \qquad \\
-Praha, xx.xx.2011 \hfill Jakub Kákona \qquad
+Praha, 13.9.2011 \hfill Jakub Kákona \qquad
 \par
 \vsp{5}
 \pagebreak
 \tableofcontents
 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.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=150mm]{./img/prototyp2.jpg}
-\caption{2. testovací prototyp}
+\caption{Druhý testovací prototyp}
 \end{center}
 \end{figure}
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=100mm]{./img/prototype2.png}
-\caption{Způsob propojení modulů 2. prototypu}
+\caption{Způsob propojení modulů druhého prototypu}
 \end{center}
 \end{figure}
 \subsection{Hardware}
 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.
 \subsubsection{Teplotní kalibrace}
-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.
+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. A navíc jeho TDC jednotka, kterou chceme teplotně kalibrovat se v tomto měření přímo využívá.
 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.
 \subsection{Firmware}
 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.
 \subsubsection{Měřící mód 1}
+Tento měřící mód je určen k měření kratších intervalů v rozsahu 3,5ns do 1,8us. Na dvou vstupních kanálech. Výrobcem udávané rozlišení pro tento mód je 50ps RMS. Každý ze vstupů je schopen změřit až 4 zásahy a citlivost vstupů je možné nastavit na sestupnou, či náběžnou hranu.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode1.png}
 \caption{Průběh měření v čipu GP2 během měřícího módu 1.}
 \end{center}
 \end{figure}
 \subsubsection{Měřící mód 2}
+Tímto měřícím módem je možné měřit delší časové úseky od 500ns až do 4ms, avšak pouze na jednom kanále STOP1. Na tento kanál mohou být zaznamenány 3 zásahy a citlivost může být opět zvolena na náběžnou, nebo sestupnou hranu.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=100mm]{./img/TDC_mode2.png}
 Příkaz
 \begin{verbatim}
 M2 1
 \end{verbatim}
-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.
+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. (Počet zásahů je třeba nastavit správně, neboť v opačném případě je výstupem nesmyslná hodnota.)
-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.
+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 řídícím znakem 13 ), všechny přečtené příchozí znaky jsou echovány zpět na výstup, je tak umožněna kontrola správnosti přenosu a implementace vlastní check-sum.
 Neznámý, nebo syntakticky špatný příkaz, je firmwarem  ignorován a je vypsán nový prompt.  Každá provedená výstupní řádka obsahuje identifikaci měření - TMP, M2, nebo M1.
 \section{Výsledky}
 \subsection{Naměřené charakteristiky}
-Na dvou prototypech byla ověřena funkčnost čipu TDC-GP2 pomocí experimentu - měření zpoždění průchodu signálu vedením. Zpoždění bylo měřeno na dvou typech elektrických vedení.
+Na druhém prototypu byla ověřena funkčnost čipu TDC-GP2 pomocí experimentu - měření zpoždění průchodu signálu vedením. Zpoždění bylo měřeno na dvou typech elektrických vedení.
 \begin{itemize}
-\item Koaxiální kabel RG174
+\item Koaxiální kabel RG174 délka 4,15m + dvě koncovky o délce 17cm.
-\item Zkroucený pár vodičů 2x0,35$mm^2$ vnější průměr izolace 1,21mm délka 2x1m.
+\item Zkroucený pár vodičů 2x0,35mm$^2$ vnější průměr izolace 1,21mm délka 2x1m.
 \end{itemize}
+Vodiče byly po celou dobu měření volně položeny na stole. Měřící impulz byl vytvářen vestavěným Fire-generátorem a jeho délka byla nastavena na 300ns. Výstup Fire2 byl přímo připojen na vstup START z něj byl signál odveden do koaxiálního kabelu, kterým se vrátil zpět na vstup STOP1. Vstup STOP2 byl pak připojen 20cm dlouhým vodičem ke vstupu STOP1.
+V druhé části experimentu (se zkroucenou dvojlinkou) byl první metr dvojlinky odveden ze vstupu START, na vstup STOP1. Z tohoto vstupu pak signál dále pokračoval na vstup STOP2 dalším 1m dílem dvojlinky.
+V obou případech nebyl konec vedení nijak terminován, ale pouze připojen na CMOS vstupy TDC čipu. Z tohoto důvodu bylo možné měření provádět pouze s jedním impulzem s dostatečnou prodlevou mezi měřeními, aby bezpečně došlo k pohlcení odrazů ve vedení.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=150mm]{./img/MLAB_kablik_2x1m.png}
 \caption{Průběh zpoždění signálu a teploty během měření zkrouceného páru vodičů.}
+\label{dvoulinka}
 \end{center}
 \end{figure}
+Výsledek měření časových intervalů s dvoulinkou je viditelný na obrázku \ref{dvoulinka}. Je zde vybrán pouze druhý STOP kanál, neboť na prvním nebyly naměřeny žádné fluktuace a čas byl konstantně 4,338ns.
+Při měření na koaxiálním kabelu RG174 došlo k fluktuacím na obou měřených kanálech a naměřená data jsou zobrazena na obrázku \ref{RG174}.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=150mm]{./img/RG174.png}
 \caption{Průběh zpoždění signálu a teploty během měření koaxiálního kabelu RG174.}
+\label{RG174}
 \end{center}
 \end{figure}
 Průběh experimentu byl po několik hodin řízen z PC pomocí skriptu, který spouštěl měření času a teploty v opakujících se 5s intervalech.
 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.
-Impulzy byly generovány dvou jednotlivých výstupech mikroprocesoru. (Pro START a STOP1 vstup TDC-GP2).
+Impulzy byly generovány dvou jednotlivých výstupech mikroprocesoru. (Pro START a STOP1 vstup TDC-GP2). Pomocí následující části programu.
 \begin{verbatim}
     if(!input(MODE_SELECT))
+    {
       while(!input(FIRE_DETECT));
       output_high(STOP1);
       output_low(STOP1);
+    }
 \end{verbatim}
-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.
+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 nestabilitou měřící TDC jednotky.
-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.
+Je třeba ale zdůraznit, že u všech měření nedocházelo v jejich průběhu k výraznější změně teploty. A vlivem malých rozdílů naměřených hodnot jsou zatíženy značným kvantizačním šumem.  Nicméně měření vypovídají o pravděpodobném chování čipu TDC-GP2 v běžných stabilních laboratorních podmínkách.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=150mm]{./img/PIC18F4550.png}
 \end{center}
 \end{figure}
 \subsection{Použití}
-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.
+Po vybavení přístroje potřebnými optickými elementy by bylo možné jej použít k laserovému měření vzdáleností, pro Time Correlated Photon Countig a i v dalších aplikacích.
 \subsection{Možnosti dalšího vývoje}
-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.
+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. Pro které je možné přístroj snadno upravit.
 \subsubsection{Komunikační protokol}
-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.
+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. A jeho konkrétní podoba se ustálí pravděpodobně až po jeho skutečném využití v experimentu.
 \subsubsection{Speciální zpracování rychlých vstupních a výstupních signálů}
 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.
-Do budoucna byl proto připraven několik základních modulů umožnujících interakci s jinými přístroji.
+Do budoucna bylo proto připraveno několik rozšiřujících modulů umožnujících interakci s jinými přístroji.
 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.
+Dalším modulem je vícenásobný aktivní rozbočovač na 10 kanálů CLKHUB02A, který lze využít k rozvodu signálu do více míst bez ztráty jeho intenzity.
 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.
 \begin{figure}[htbp]
 \begin{center}

Subversion Repositories svnkaklik

(root)/dokumenty/skolni/RoP/DOC/SRC/TCPC.tex @ 894 – Rev 887 → 888