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Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
Diseo y desarrollo de una placa adquisidorade seales de GNSS con conexin USB
Santiago RodrguezDirectores:
Ing. Gerardo L. PugaIng. Ramn Lpez La Valle
LEICI - Facultad de Ingeniera - UNLP
18/12/2013
Trabajo Final: Diseo y desarrollo de una placa adquisidora de seales de GNSS con conexin USB Santiago Rodrguez
Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
ndice
1 Introduccin
2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
Trabajo Final: Diseo y desarrollo de una placa adquisidora de seales de GNSS con conexin USB Santiago Rodrguez
Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
ndice
1 Introduccin
2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
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Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
Descripcin y objetivo
ObjetivoObtener un prototipo que permita adquirir seales de GPS banda L1y transferirlas a alta velocidad en tiempo real a una PC.
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Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
Descripcin y objetivo
ObjetivoObtener un prototipo que permita adquirir seales de GPS banda L1y transferirlas a alta velocidad en tiempo real a una PC.
Sistema global de navegacin por satlite (GNSS)Permite que un usuario determine su posicin en cualquier lugar delplaneta a travs de una constelacin de satlites. Los nicossistemas funcionales en la actualidad son GPS y GLONASSutilizados, por ejemplo, en los celulares. En cuanto a GPS:
Constelacin de 32 satlites. Frecuencia central L1: 1575,42 MHz.
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ndice
1 Introduccin
2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
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Diseo propuesto
Composicin del diseo
Cabezal de RF: recibe seales de la banda L1, las acondiciona ymuestrea.
Lgica programable: realiza un procesamiento sobre lasmuestras.
Mdulo USB: implementa la comunicacin entre la placa y unaPC.
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Diseo propuesto
Composicin del diseo
Cabezal de RF: recibe seales de la banda L1, las acondiciona ymuestrea.
Lgica programable: realiza un procesamiento sobre lasmuestras.
Mdulo USB: implementa la comunicacin entre la placa y unaPC.
MAX
2769BCPLD
FT
232H
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MAX2769BImplementa toda la cadena de RF de un receptor de GNSS estndar.Posee un LNA, una etapa de conversin a FI y una etapa demuestreo.
Caractersticas Ampliamente configurable. Compatible con varios
sistemas GNSS, enparticular con GPS.
Realiza muestreo en fase ycuadratura.
Modos de bajo consumopara aplicacionesporttiles.
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FT232HImplementa la interfaz de comunicacin USB entre un circuito digitaly un dispositivo que posea dicho protocolo de comunicacin, comopuede ser una PC.
Caractersticas Distintas interfaces o
modos de funcionamiento.La interfaz FIFO sincrnicoconsigue transferenciascon tasas de hasta40 MB/s.
Libreras disponibles paraun fcil manejo deldispositivo.
3V3/1.8 Volt
LDO Reg.
EEPROM
Interface
UTMI PHY
USB Engine
and
FIFO Control
RESET
Generator
MPSSE/
Multi-
purpose
UART-FIFO
Controller
Rx Buffer
Tx Buffer
Baud Rate
Generator
120 MHz
ACBUS
ADBUS
OSC.
IN
USB
DATA
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CPLD
Permite generar circuitos digitales reconfigurables. Almacena suconfiguracin en una memoria ROM interna.
Caractersticas Formado por la
combinacin de arreglosde compuertas AND y ORy macroceldas
Posibilidad de implementarcualquier funcin lgica einteraccin con E/S.
Brinda versatilidad aldiseo.
Matriz de
interconecciones
MC 0
MC 1
...
MC N
Bloque
AND/ORI/O
MC 0
MC 1
...
MC N
Bloque
AND/ORI/O
MC 0
MC 1...
MC N
Bloque
AND/ORI/O
MC 0
MC 1...
MC N
Bloque
AND/ORI/O
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ndice
1 Introduccin
2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
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Circuito impreso
Circuito de complejidad media debido al nmero y tipo decomponentes.
Se opt por un circuito en cuatro capas. Se utilizaron componentes SMD por sus buenas cualidades en
circuitos de RF y en circuitos de alta velocidad . Se tuvieron en cuenta los fenmenos de influencia en alta
frecuencia. Se colocaron planos slidos por sus bondades en circuitos de
alta velocidad. Cada chip cuenta con su respectiva red de desacople para
asegurar un buen funcionamiento.
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Capa superior
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Plano de tierra
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Plano de alimentacin
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Capa inferior
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Soldado de componentes
La mayora de los componentes se sold mediante soldaduramanual. Slo dos debieron soldarse con un horno especial.
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Soldado de componentes
La mayora de los componentes se sold mediante soldaduramanual. Slo dos debieron soldarse con un horno especial.
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Placa finalizada
9,6 cm
10,2 cm
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Placa finalizada
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Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
ndice
1 Introduccin
2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
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Configuracin del CPLDMquina de estadosLas funciones que debe cumplir:
1 Entregar las muestras al FT232H de una manera apropiada.2 Gestionar la configuracin del MAX2769B a travs de una PC.
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Configuracin del CPLDMquina de estadosLas funciones que debe cumplir:
1 Entregar las muestras al FT232H de una manera apropiada.2 Gestionar la configuracin del MAX2769B a travs de una PC.
S0
S4
S5
S1
S2
S3
#RXF = 0#TXE = 0
#TXE = 0
#TXE = 1
#RXF = 0
#RXF = 1
#RXF = 1
#DATA: Es un aviso de la CPLD que hay datos para enviar.
Cuando se pone en bajo, hay datos para enviar.
S0 : - WR# = 1
- OE# = 1
- RD# = 1
S4 : - WR# = 0 (Config. puertos FTDI como IN)
- D0se coloca en el puerto.
S5 : - Se coloca en el puerto el dato siguiente.
S1 : - OE# = 0 (Config. puertos FTDI como OUT).
- D0es colocado en el puerto.
S2 : - RD# = 0
S3 : - Se coloca en el puerto el dato siguiente.
Salidasdecadaestado:
#TXE = 1#RXF = 1
#TXE = 0#DATA = 1
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Software de prueba
Tareas: Configurar el FT232H en el
modo FIFO sincrnico. Guardar las muestras
obtenidas en un archivoCSV para posteriorprocesamiento.(a)
Enviar por USB laconfiguracin delMAX2769B.(b)
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Software de prueba
Tareas: Configurar el FT232H en el
modo FIFO sincrnico. Guardar las muestras
obtenidas en un archivoCSV para posteriorprocesamiento.(a)
Enviar por USB laconfiguracin delMAX2769B.(b)
CERRAR
DISPOSITIVO
ABRIR
DISPOSITIVO
INICIO
INTRODUCIR
NUM.MUESTRAS
MUESTRAS >
NUM.MUESTRAS?
MUESTRAS += X
LEER
X MUESTRAS
NO
SI ESCRIBIRMUESTRAS.TXT
FIN
CERRAR
DISPOSITIVO
ABRIR
DISPOSITIVO
INICIO
ESCRIBIR
REGISTROS
FIN
ENTRAR MODO
SINCRONICO
ENTRAR MODO
SINCRONICO
a) b)
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Introduccin Descripcin del diseo Implementacin Verificacin del funcionamiento de la placa Resultados con seal real Conclusiones
Comprobacin de las muestrasContador de pruebaCada byte de informacin que llega a la PC est compuesto por:
4 bits correspondientes a las muestras de la seal. 4 bits que forman un contador de 0 a 15.
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Comprobacin de las muestrasContador de pruebaCada byte de informacin que llega a la PC est compuesto por:
4 bits correspondientes a las muestras de la seal. 4 bits que forman un contador de 0 a 15.
La idea es comparar este contadorcon uno generado en la PC y verificarsi son iguales, lo que evidencia que nose perdieron muestras.
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2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
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Procesamiento de las muestrasAdquisicin de satlites de GPSSe configur el MAX2769B para poder obtener muestras de la sealde GPS L1:
Frecuencia del oscilador local: 1575,42 MHz. Frecuencia de muestreo: 12 MHz. Filtro pasa bajos en banda base de ancho 1,75 MHz. Salidas I y Q activadas, cuantizadas a dos bit por seal.
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Procesamiento de las muestrasPicos de correlacinSe proces un registro de muestras para obtener los satlites envista. A modo de ejemplo se muestran dos picos de correlacinobtenidos.
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Procesamiento de las muestrasPicos de correlacinSe proces un registro de muestras para obtener los satlites envista. A modo de ejemplo se muestran dos picos de correlacinobtenidos.
Doppler [Hz]Reta
rdo [s]
Doppler [Hz]Reta
rdo [s]
Potencia de autocorrelacin Potencia de autocorrelacin
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2 Descripcin del diseo
3 Implementacin
4 Verificacin del funcionamiento de la placa
5 Resultados con seal real
6 Conclusiones
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Conclusiones Se obtuvo un prototipo funcional que cumpli las expectativas
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Conclusiones Se obtuvo un prototipo funcional que cumpli las expectativas Se atravesaron satisfactoriamente todas las etapas del diseo.
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Conclusiones Se obtuvo un prototipo funcional que cumpli las expectativas Se atravesaron satisfactoriamente todas las etapas del diseo. La adquisicin de satlites valid los registros de muestras
tomados.
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Conclusiones Se obtuvo un prototipo funcional que cumpli las expectativas Se atravesaron satisfactoriamente todas las etapas del diseo. La adquisicin de satlites valid los registros de muestras
tomados. Se adquiri experiencia en diseo y desarrollo de circuitos
impresos.
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Conclusiones Se obtuvo un prototipo funcional que cumpli las expectativas Se atravesaron satisfactoriamente todas las etapas del diseo. La adquisicin de satlites valid los registros de muestras
tomados. Se adquiri experiencia en diseo y desarrollo de circuitos
impresos. La placa es ahora un instrumento de laboratorio que permitir
estudiar y probar algoritmos de procesamiento para GPS.
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Gracias por la atencin!
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