Con cuatro canales de ADC 1 MSPS y procesamiento FPGA, la tarjeta es un data acquisition system completo para adquisición industrial, instrumentación y bancos de ensayo.
La tarjeta incorpora 4 canales ADC diferenciales de 16 bits con velocidades de muestreo de hasta 1 MSPS por canal, permitiendo adquirir señales analógicas con elevada resolución y realizar su procesamiento en tiempo real.
La plataforma dispone de Gigabit Ethernet, RS232, RS485, entradas y salidas digitales de propósito general y almacenamiento mediante SD/MMC. Su arquitectura permite ejecutar FreeRTOS y/o Linux, adaptándose tanto a sistemas de adquisición deterministas como a aplicaciones que requieren servicios avanzados de comunicaciones, almacenamiento y procesamiento.
Arquitectura SoC Zynq: ARM + FPGA
El núcleo de la plataforma está basado en un SoC Zynq, que integra en un único dispositivo un sistema de procesamiento ARM y lógica programable FPGA.
Esta arquitectura permite distribuir las funciones del sistema según sus necesidades de rendimiento.
El procesador ARM dual-core puede encargarse de las comunicaciones, almacenamiento, configuración, protocolos de aplicación y gestión general del sistema, mientras que la FPGA puede utilizarse para implementar funciones que requieran procesamiento paralelo, elevada velocidad o comportamiento determinista.
Esta combinación proporciona una plataforma especialmente adecuada para aplicaciones de adquisición de datos, instrumentación y procesamiento digital de señales en tiempo real.
Adquisición analógica de alta velocidad
La tarjeta incorpora 4 canales analógicos diferenciales independientes, diseñados para la adquisición de señales con elevada resolución.
Cada canal dispone de una resolución de 16 bits y permite alcanzar velocidades de muestreo de hasta 1 MSPS, proporcionando la capacidad necesaria para capturar señales de evolución rápida manteniendo un amplio rango dinámico.
Las entradas diferenciales proporcionan además una mayor inmunidad frente al ruido en comparación con arquitecturas de adquisición single-ended, una característica especialmente interesante en aplicaciones industriales y de instrumentación.
Procesamiento de señales en tiempo real mediante FPGA
Una de las principales ventajas de la arquitectura Zynq es la posibilidad de procesar directamente los datos adquiridos utilizando la lógica programable FPGA.
En función de la aplicación, pueden implementarse funciones de filtrado digital, detección de eventos, cálculo de parámetros, generación de triggers, procesamiento paralelo o reducción de datos antes de transferir la información al procesador ARM.
Esto permite reducir la carga del procesador y desarrollar cadenas de adquisición con latencias reducidas y comportamiento determinista.
La combinación de ADC de alta velocidad y FPGA convierte la plataforma en una base adecuada para sistemas avanzados de DAQ (Data Acquisition), monitorización y procesamiento DSP.
Procesador ARM de doble núcleo
El subsistema de procesamiento incorpora una arquitectura ARM dual-core, encargada de ejecutar el software de alto nivel del equipo.
El procesador puede gestionar simultáneamente las comunicaciones Ethernet y serie, almacenamiento, configuración del sistema, protocolos de aplicación y transferencia de los datos procesados por la FPGA.
La estrecha integración entre ARM y FPGA permite intercambiar grandes cantidades de información entre ambos subsistemas sin necesidad de utilizar buses externos.
FreeRTOS y Linux
La plataforma puede ejecutar FreeRTOS o Linux, permitiendo seleccionar el entorno software más adecuado para cada aplicación.
FreeRTOS resulta especialmente indicado para aplicaciones embebidas que necesitan un comportamiento determinista, tiempos de respuesta controlados y una utilización optimizada de los recursos.
Linux proporciona un entorno más completo para aplicaciones que necesitan servicios de red, sistemas de ficheros avanzados, comunicaciones TCP/IP, administración remota o ejecución de aplicaciones de mayor complejidad.
Esta flexibilidad permite utilizar la misma arquitectura hardware en diferentes tipos de productos y aplicaciones.
Gigabit Ethernet
La tarjeta incorpora comunicaciones Gigabit Ethernet (1 GbE) para la transferencia de datos y su integración con sistemas externos.
Esta interfaz resulta especialmente relevante en una plataforma de adquisición de alta velocidad, ya que permite transmitir medidas, resultados procesados y bloques de datos hacia ordenadores, servidores o sistemas de almacenamiento externos.
Ethernet también puede utilizarse para configuración remota, diagnóstico, actualización, monitorización y control del sistema.
En aplicaciones distribuidas, la tarjeta puede funcionar como un nodo autónomo de adquisición y procesamiento conectado directamente a la infraestructura Ethernet.
Comunicaciones RS232 y RS485
La plataforma dispone de interfaces de comunicaciones RS232 y RS485, facilitando su integración con instrumentación, sensores, controladores y dispositivos industriales.
RS232 proporciona compatibilidad con equipamiento que utiliza comunicaciones serie convencionales, mientras que RS485 permite establecer comunicaciones robustas a mayores distancias y en entornos industriales.
Sobre estas interfaces pueden implementarse protocolos específicos de aplicación o protocolos industriales cuando el proyecto lo requiera.
Entradas y salidas digitales GPIO
La tarjeta incorpora entradas y salidas digitales de propósito general (GPIO) que permiten interactuar con dispositivos externos.
Estas señales pueden utilizarse para funciones de sincronización, triggers externos, activación de procesos de adquisición, señalización de estados o control de periféricos.
En aplicaciones de adquisición avanzada, las señales digitales pueden utilizarse conjuntamente con la FPGA para implementar mecanismos de trigger y sincronización hardware con baja latencia.
Almacenamiento SD/MMC
El sistema dispone de almacenamiento mediante SD y MMC, permitiendo almacenar localmente datos adquiridos, configuraciones, registros de funcionamiento y aplicaciones.
El almacenamiento local resulta especialmente útil cuando la tarjeta debe trabajar de forma autónoma o cuando el volumen de datos generado no puede transmitirse inmediatamente.
También permite implementar estrategias de data logging, almacenando las adquisiciones localmente y transfiriéndolas posteriormente mediante Gigabit Ethernet.
Adquisición, procesamiento y transmisión
La arquitectura permite implementar una cadena completa de tratamiento de datos dentro de una única plataforma:
- Señal analógica
- ADC 16 bits / 1 MSPS
- FPGA
- procesamiento digital
- ARM
- almacenamiento SD/MMC
- Gigabit Ethernet
Esta distribución permite procesar información cerca del punto de adquisición y transmitir únicamente los datos relevantes o previamente procesados.
El resultado es una plataforma adecuada para aplicaciones de Edge Computing industrial que requieren combinar adquisición analógica, procesamiento de alta velocidad y comunicaciones.
Aplicaciones
La tarjeta puede utilizarse como plataforma para sistemas de adquisición de datos (DAQ), instrumentación electrónica, bancos de ensayo, monitorización industrial, análisis de señales, adquisición multicanal, procesamiento DSP, sistemas de test y medida, control industrial y Edge Computing.
La combinación de ADC de 16 bits, FPGA, ARM dual-core y Gigabit Ethernet permite adaptar la plataforma a proyectos que requieren tanto adquisición de precisión como procesamiento local de grandes cantidades de información.
Especificaciones técnicas
| Plataforma | SoC AMD/Xilinx Zynq |
|---|---|
| Procesador | ARM dual-core |
| Lógica programable | FPGA integrada |
| Canales ADC | 4 diferenciales |
| Resolución ADC | 16 bits |
| Velocidad de adquisición | Hasta 1 MSPS |
| Procesamiento | ARM + FPGA |
| Sistemas operativos | FreeRTOS / Linux |
| Ethernet | Gigabit Ethernet (1 GbE) |
| Comunicaciones serie | RS232 / RS485 |
| E/S digitales | GPIO |
| Almacenamiento | SD / MMC |
| Procesamiento de señal | Tiempo real mediante FPGA |
