El uso de FPGA con modulacion analogas y digitales

1. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
Análogas y Digitales usando FPGA
Resumen
En evolución de los sistemas de comunicación se han generados cambios importantes en los
proyectos e implementación, disminución del factor de forma y de un consumo de potencia. El
dispositivo lógico programable (PLDs) ofrece una característica que agradan estas exigencias para
facilidad en programar una alta velocidad de trabajo.
Este trabajo se introduce a los (PLDs) en una herramienta en el desarrollo de proyectos en
comunicaciones análogas, digital y en el procesamiento de una señalque permita transformar
parámetros y digerir los conceptos de la modulación análoga de un perfil agradable.
Palabras clave: pld, dispositivo, procesamiento
Abstract
Evolving communication systems generated significant changes in projects and
implementation, reduced form factor and power consumption have. The programmable
logic device (PLD) offers a feature that pleases these requirements for ease in scheduling a
high speed.
This paper introduces (PLDs) into a tool in the development of similar projects, and digital
signal processing that allows transform parameters and digest the concepts of analog
modulation of a nice profile communications.
Key words: pld, device, processing
Titulo Nivel 1
Introducción
Se describe en este trabajo el sistema de comunicación análogo creado en la tarjeta de inicio FPGA
spartan el modulador didáctico en la ingeniería, es un mecanismo que ofrece una solución adecuada
en el mejoramiento y el proceso de aprendizaje de los conceptos aplicados en entornos reales a

2. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
escala accediendo en la modificación de parámetros para efectos atrayente en uno que es estudiante
para analizar.
El prototipo didáctico para el área de comunicación permite reprogramar la FPGA que
complementa e involucra muchas áreas de conocimiento que desarrollan habilidades en uno como
estudiante, el mecanismo de acondicionamiento en una señalde voz y el proceso prudente para
aplica un esquema de modulación análogo especifico. (Infomagic Inc. FPGA Boards at
www.infomagic.com)
Titulo Nivel 2
Método
El objetivo de este trabajo es para tener una señalde voz, digitalizarla, para aplicarle un esquema de
modulación digital o análogo y analizar su comportamiento, sirve para reconocer las aplicaciones en
la trasformación de parámetros como la frecuencia de portadora, nivel de potencia, ancho de banda,
ruido. (XESS Inc. XS-40 Manual rev 1.3, 2000)
En ingresar la señalde voz en el puerto de las entradas analógicas se hace un proceso de pre
aplicación que nos permita configurar paralelamente las entradas de 2 señales analógicas.
E n este caso para trabajar en el rango apropiado del amplificador los V de señalde entrada debe
oscilar entre0.4 y 2.9 V, el rango de operación del amplificador se lo configura transfiriendo al
puerto de entrada el código efectivo a la ganancia de trabajo. La señalde entrada siguiente se
convierte a digital con el DAC incorporado en la tarjeta y posee 14bits de conclusión y se maneja
al igual que el pre amplificador el protocolo SPI. (Catalina Research Inc. Chameleon cPCI Manual,
2001)
Las modulaciones se hacen con la señalya tenida de ADC tomándola como la señalmoduladora la
señalportadora se programan en VHDL y se las almacenan en la FPGA para procesarla conforme lo
requiera cada esquema de modulación. Después son multiplexadas con un codificador en cuadratura
encargado de seleccionar el modelo de modulación a ver e informar al usuario acerca delesquema
de modulación seleccionado. La señalde salida requiere una frecuencia de por lo menos 1 MHz
puesto que el ADC y DAC trabajan con la misma líneas de comunicación bajo el protocolo SPI,
para eso se debe construir un sistema de conversión DAC interconectado con el puerto de
expansión Hirose Fx2 de manera que en paralelo se utilice las líneas SPI proceso de adquisición de
datos. (H.W.Johnson, M. Graham. “High-Speed Digital Design – A )

3. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
Señalobtenida después de realizada la modulación en amplitud se observa en el osciloscopio como
la figura.
Carlson, 2002 y Haykin, 2001)
La señalAM se adquiere de la multiplicación d la moduladora y la portador, que es una señalseno
muestreada y sincronizada con el reloj principal de la tarjeta y para la generación de la señalde
salida al esquema de modulación FM es necesario definir la frecuencia centralel número de
frecuencia posibles a trabajar, en este caso se trabajaran con 8 frecuencia y le asignamos los valores
de V de la señalde entrada con consigna a la frecuencia de salida y se define con los valores
máximo y mínimos de la señalde entrada para asegurar el uso de todo el rango de trabajo.
L a figura 2 se observa la señalde salida de un esquema de modulación FM y nos enseña la señalde
entrada es sinusoidal y la salida varia en frecuencia dependiendo del valor de entrada.
(Sklar, 2001).En la programación del esquema de modulación por desplazamiento de amplitud (ask)
en lenguaje VHDL es necesario asegurar que los niveles de tensión de entrada sean binarios pero en
este caso se divide el rango posible de entrada de 2 segmento el 1 está entre 0.4 y 1.65 V para
representar el0 binario, el 2 esta predeterminado desde 1.65 hasta 2.9 V representa eluno binario.
(Ray Andraka. Modulation and Demodulation Techniques for FPGAs. DesignCon 2000. 2000)

4. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
Los esquemas de modulación digital es necesario realizar las pruebas con una señalde entrada
binaria en lo cual se agarra en el generador una señalde entrada de manera rectangular, donde la
señalresultante del esquema de modulación se observa en la figura 3.
((Sklar, 2001).)Este esquema de modulación se debe definir 2 frecuencia de salida asignadas a los
valores lógicos 0 y 1 siendo de 25KHz y 50 KHz respectivamente. Por lo tanto en la figura 4
observamos el cambio de la frecuencia dependiendo el estado de la señalde entrada. (S.W.Moore P.
Robinson “Rapid Prototyping of Self-timed Circuits, 1998)
(Sklar, 2001 )El sistema de modulación por desplazamiento diferencial de fase (BPSK) tiene 2 fases
de salida dependiendo de los niveles lógicos que se designe bien sea para 1 o para 0, entonces si la
señalde entrada binaria cambia de un estado lógico a otro, la señalportadora asegurando que esta se
oscile entorno del 0 decimal para poder multiplicar muestra a muestra de la portadora con la fase
correspondiente a los niveles lógicos.
La figura 5 demuestra la señalmodulada por desplazamiento de fase (PSK).

5. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
((QAM) (Sklar, 2001),)La generación del esquema de modulación de amplitud en cuadratura
(QAM),la señalde salida por lo general siempre debe ser constante en frecuencia así que los
parámetros a variar son la fase y la amplitud, la implementación de este esquema se debe tomar 200
muestra que se genera con una señalseno sin desfase.
La carga de los datos actuales de las componentes Q e I se realiza en la muestra inmediatamente
anterior a la de inicio en este caso de esta manera se obtiene la señalde salida mostrada en la figura
6. (E. Brunvand, "Using FPGAs to Implement Self-Timed )
.
Una selección de cada esquema de modulación se la realiza por medio del codificador en cuadratura
de tal forma que el usuario del módulo seleccione el modelo de modulación que requiere a la salida
de la tarjeta por tal la asignación de código en la multiplexacion de los esquemas de modulación se
ilustra en la tabla 1.

6. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
Tabla# 1: Asignación de código para cada esquema de modulación.
ESQUEMA DE MODULACION CODIFICACION
AM 0001
FM 0010
ASK 0011
FSK 0100
PSK 0101
QAM 0110
La salida también es transmitida vía puerto de comunicación serial con el protocolo RS232 a un
ordenador para ser visualizados por medio de un Labview pero debido a la velocidad de transmisión
se hace necesaria la creación de una RAM mediante la herramienta de diseño Core Generator del
Xilinx ISE 10.1 encargada de guardar las muestras de la señalde salida mientras que se envía una
trama completa de datos en la figura 7. (Xilinx Inc. The Programmable Logic Data Book, Xilinx )
Programación en Labview para visualización del sistema de comunicación
La verificación practica de cada uno de los esquemas se utilizó analizador de espectro y se hizo un
análisis de los parámetros configurados en la FPGA de la figura 7 se aprecia el espectro de la señal
AM para una frecuencia portadora de 1Mhz. (Application Brief, “A Simple Method of Estimating
Power )

7. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
Espectro de Salida para señal Modulada en Amplitud (AM).
Conclusiones
La ventaja principal en el uso de las FPGA y los dispositivos lógico programable en el proceso
paralelo, ya que se realiza procesamiento de señales con varios propósito adicionalmente con la
herramienta Core Generator de Xilinx ISE 10.01que se crea dispositivos para tareas específicas por
lo sencillo que simplifica la programación
Referencia bibliográfica
Infomagic Inc. FPGA Boards at www.infomagic.com
XESS Inc. XS-40 Manual rev 1.3, 2000
Catalina Research Inc. Chameleon cPCI Manual, 2001.
H.W.Johnson, M. Graham. “High-Speed Digital Design – A Handbook of Black Magic”.
Prentice-Hall, 1993
Carlson, 2002 y Haykin, 2001)
(Sklar, 2001).
(Sklar, 2001)
Sklar, 2001
(QAM) (Sklar, 2001),
H.W.Johnson, M. Graham. “High-Speed Digital Design – A Handbook of Black Magic”.
Prentice-Hall, 1993.

8. ANALOGAS Y DIGITALES USANDO FPGA
Ray Andraka. Modulation and Demodulation Techniques for FPGAs. DesignCon 2000.
2000.
S.W.Moore P. Robinson “Rapid Prototyping of Self-timed Circuits, 1998.
E. Brunvand, "Using FPGAs to Implement Self-Timed Systems", Journal of VLSI Signal
Processing nº 6, 173-190, 1993.
Xilinx Inc. The Programmable Logic Data Book, Xilinx Inc., 2000
Application Brief, “A Simple Method of Estimating Power in XC4000XL FPGAs”, Xilinx
Inc, June 1997