Diseño de un Sistema de Procesamieno para Correlación y Espectrometría en Radioastronomía, Basado en ASIC y FPGA

Abstract

Este trabajo forma parte del proyecto “A radio interferometer design and construction, for know-how acquisition, training, and teaching experiences design, at the Electrical Engineering Department of the University of Chile”, el cual cuenta con financiamiento del Fondo ALMA – CONICYT. Este proyecto tiene el objetivo de diseñar, construir e instalar un interferómetro de dos antenas para fines de docencia en el Departamento de Ingeniería Eléctrica (DIE) de la Universidad de Chile. Se contempla la instalación de dos receptores de señales radioastronómicas, diseño y construcción de un circuito analógico que traslada en frecuencia las señales recibidas, conversor analógico digital de dos canales que digitaliza la información a una alta taza de muestreo, un circuito digital que realiza el proceso de correlación y finalmente un sofware que se encargará del post proceso de la información, lo que incluye el cálculo de una FFT (Fast Fourier Transform) para obtener una Función de Visibilidad.

El objetivo general del presente trabajo de título es el diseño del circuito digital que albergará el Correlacionador de este Interferómetro. Los objetivos específicos que involucra esta labor son: el diseño del esquemático detallado del circuito digital y el diseño de su correspondiente circuito impreso en cuatro capas (Printed Circuit Board - PCB); la configuración de cinco FPGA (Field Programmable Gate Array) incluidas en el circuito, en un lenguaje de descripción de Hardware. Como elemento fundamental del diseño se incluyeron cuatro ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) donados por ALMA (Atacama Large Milimetric Array) que realizan los cálculos para la correlación, lo que implicó el estudio acabado de su funcionamiento.

Como resultado del proceso de diseño se logró confeccionar una primera versión del PCB de cuatro capas. Esta será validada y luego construida, etapas que exceden los alcances del presente trabajo de título. Además se diseñó un sistema de control y monitoreo del proceso de correlación y de etapas de entrada y de salida, mediante configuraciones en cada una de las cinco FPGAs. Las “personalidades” de estos dispositivos configurables fueron verificadas mediantes simulaciones, las cuales arrojaron resultados apropiados. Además se comprobó que las implementaciones son factibles en cada circuito configurable, mediante el cálculo de ocupancias y frecuencias máximas.

El trabajo que queda por hacer es la validación del diseño de esquemático y PCB. Luego implementar el diseño y someterlo a pruebas básicas. Finalmente configurar los dispositivos programables que contiene y probar las personalidades diseñadas. Como aporte a este proceso posterior, todos los resultados experimentales, fuentes y originales de diseño de este trabajo de título se han ordenado y almacenado en un disco compacto.