Desarrollo de un sistema de adquisición de datos utilizando CAD en paralelo para aplicaciones de electrónica de potencia

Abstract

Los Sistemas de Adquisición de Datos (SAD) incorporados en soluciones embebidas, en la etapa de conversión A/D, utilizan un Conversor Análogo – Digital (CAD) con multiplexor interno, es decir, las señales análogas son convertidas secuencialmente, provocando un aumento en el tiempo de adquisición de los datos. Se busca reducir este tiempo de adquisición desarrollando una plataforma digital que contenga: ocho CAD conectados en paralelo, con el fin de convertir las señales análogas de forma simultánea, y, una Field Programmable Gate Array (FPGA), para configurar los CAD y coordinar la lectura y adquisición de los datos. Para desarrollar la plataforma se consideran los conceptos del SAD tales como: (i) proceso de conversión análoga a digital, (ii) tipos de CAD, (iii) comunicación digital de datos, (iv) tipos de encapsulado de circuitos integrados y (v) disponibilidad comercial, con el objetivo de seleccionar el CAD a utilizar y los periféricos requeridos para su funcionamiento. Después de la etapa de selección, se diseña el esquemático de la plataforma considerando los niveles de tensión y corriente máximos que soportan los circuitos integrados. A partir del esquemático del circuito, se diseña la Printed Circuit Board (PCB) para su fabricación. Para coordinar múltiples CAD se utiliza un dispositivo FPGA, por lo que parte de este trabajo considera el desarrollo de los algoritmos en VHDL para comandar ocho canales en paralelo. Finalmente, se implementa la plataforma y se realizan pruebas experimentales, para verificar la correcta adquisición por parte de cada CAD y la correcta comunicación y comando de la FPGA con los CAD. Los resultados obtenidos muestran que la plataforma digital es capaz de convertir ocho señales análogas a registros digitales de 12 bit en dos microsegundos. La plataforma es compatible con cualquier sistema digital. También, es flexible tanto en hardware como en software, permitiendo replicar tanto la PCB como el código VHDL. Además, la topología CAD en paralelo, convierte señales análogas a digital simultáneamente, es decir, que el número de canales es independiente del tiempo de adquisición de los datos. Por último, al utilizar una FPGA, se tiene la capacidad de sintetizar hardware añadiendo líneas de programa, permitiendo un mejoramiento continuo de la plataforma sin ningún costo adicional.