طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

[farzanh]

با سلام به همه دوستان.

من اخیرا قراردادی با یک شرکت در زمینه ساخت یک سیستم نقشه برداری مافوق صوت امضا کردم. تصمیم گرفتم تجربیاتی که در زمینه طراحی یک بورد DSP پیدا می کنم رو اینجا برای استفاده آیندگان بذارم البته نمی تونم نقشه های شماتیک و PCB رو اینجا پلود کنم چون کپی رایت شرکت رو داره. اما این موضوع زیاد مهم نیست هدف من بیشتر ایجاد محیطی برای بحث و یادگیری از همدیگه است. البته من این کار رو با کمک یکی از دوستانم که تخصص الکترونیک داره انجام میدم.

خوب از اینجا شروع می کنم که هدف ما در این پروژه طراحی یک بورد دیجیتال برای انجام پردازش های نسبتا ساده بر روی یک سیگنال نمونه برداری شده مافوق صوت است. اصول کار این سیستم شبیه یک رادار هستش که باید از دو کانال دریافتی نمونه برداری کنه و اختلاف فاز رو محاسبه کنه. امروز راجع به این موضوع صحبت می کنم که اصولا چه راه حل سخت افزاری باید مورد استفاده قرار بگیره. کلا 3 راه وجود داره. میکرو، DSP، FPGA . اوایل با میکرو شروع کردیم اما بعد از مدتی متوجه شدم که به دلیل نیاز به نرخ نمونه برداری بالا کار با میکرو راه نمی افتد. معمولا نرخ های پایین در حد 10 یا 20 کیلو سمپل بر ثانیه رو میشه با میکرو انجام داد. اما نرخ های در حد چند صد کیلو سمپل بر ثانیه نیازمند استفاده از DSP هستش. وقتی نرخ برسه به حد چند مگا سمپل بر ثانیه باید رفت سراغ FPGA. از طرف دیگه از آنجا که ما نیاز به نمونه برداری همزمان از دو کانال داشتیم هیچ چاره ای به جز استفاده از مبدل ADC خارجی نیست چون مبدل داخلی میکرو یا حتی DSP یکی بیشتر نیست حتی اگر کانال های ورودی زیادی داشته باشه. بنابراین شما نمی تونید نمونه برداری همزمان از دو کانال داشته باشید. وقتی مبدل ADC خارجی باشه دیگه باید سرعت پردازنده بالا باشه و بنابراین چاره ای به جز DSP باقی نمیمونه.

[cooolman_ahv]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

درود بر شما،تقاضا مندم این بحث رو تا آخرش ادامه بدین
نیاز خیلی از بچه هاست

لطفا تا آخرین روز ما رو در جریان مطالبتون بذارید.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

از لطف شما ممنون.

در تکمیل بحث قبلی این نکته رو اضافه کنم که چرا برای نرخ های نمونه برداری بالا حتما باید از DSP استفاده کنیم؟ چون DSP دارای قابلیت DMA هستش که در میکروهای معروف و پرکاربرد وجود نداره. این قابلیت اجازه میده برای انتقال اطلاعات از یک ابزار خارجی مثل ADC هر بار نیازمند یک عملیات مفصل وقفه که مستلزم کلی پوش کردن تمام رجیسترهای فعلی برنامه و رفتن سراغ سرویس روتین وقفه هستش نباشیم. بلکه کنترولر DMA به صورت سخت افزاری و خودکار عملیات تکراری لازم برای انتقال اطلاعات به حافظه داخلی رو انجام میده.

حالا که تصمیم گرفتیم از راه حل سخت افزاری DSP استفاده کنیم باید نوع اون رو انتخاب کنیم. کلا 3 سری پر کاربرد از DSP های شرکت تگزاس وجود داره که سری های 2000، 5000، و 6000 هستند. سری 6000 دارای بالاترین قیمت و پیچیدگی هستش و به دلیل سخت افزارهای آماده ای که در درون خودش برای عملیات های تکراری پردازش سیگنال های مخابراتی داره مثل بلوک ویتربی برای دیکودینگ کد کانولوشنال معمولا برای کاربردهای خیلی پیچیده مخابراتی و ویدیویی مورد استفاده قرار میگیره. سری 2000 کاربرد گسترده ای داره و اکثرا برای شروع از این سری مخصوصا 2812 استفاده می کنند. البته یه مقدار مشخصات فنی ش تا جایی که یادمه پایین بود ما ازش استفاده نکردیم. اما سری 5000 الان به عنوان بهترین راه حل صنعتی شناخته میشه. ما از 5509 تصمیم گرفتیم استفاده کنیم مخصوصا به این دلیل که قابلیت اتصال به پورت USB رو داره و میشه از این طریق هر بار موقع بوت شدن اون رو پروگرم کرد. دو تا تایمر 20 بیتی داره که برای تولید امواج مافوق صوت با فرکانس دقیق خیلی مهمه و همچنین برای نمونه برداری با دقت بالا از امواج بازگشتی. البته فقط یکی از تایمر ها پایه خروجی دارند که کاملا درست و کافیه. بعدا درباره اونها صحبت می کنم. این هم دیتاشیت DSP :

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tms320vc5509.pdf

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

چیپ 5509 دارای 2 نوع پکیجینگ BGA و PGE هستش که اولی 172 پایه به صورت آرایه دو بعدی از نقاط سربی در زیرش داره و دومی 144 پایه در چهار طرفش هست. مسلمه که برای مونتاژ کردن پکیج PGE مناسبتره. این چیپ رو من بعد از زیر پا گذاشتن تمام جمهوری تونستم در فروشگاه پارس تله کام طبقه دوم پاساژ فرقانی (اگر اسمش رو درست گفته باشم، همون پاساژی که سرش آرا الکترونیک هست) با قیمت 30 هزار تومن پیدا کنم. البته بعدا متوجه شدم فروشگاه نصیر الکترونیک در طبقه اول همون پاساژ هم این چیپ رو داره ولی قیمتش 35 هزار تومن بود. پیش خودم فرض کردم لابد BGA هستش که گرونتره ولی خودم ندیدم. البته قیمت اصلی این چیپ 15 دلار هستش ولی خوب چون در ایران تعداد کمی از فروشگاه ها دارن گرون میدن.

وقتی از در دسترس بودن DSP مورد نظرم مطمئن شدم کار طراحی بقیه مدار رو ادامه دادم. مساله اول لوازم جانبی خود DSP بود. مهمترینش منبع تغذیه با شماره TPS767D301 هستش که رگولاتور مخصوص این DSP هستش. اون رو توی فروشگاه نصیر الکترونیک پیدا کردم و قیمتش هم به نظرم 5000 تومن بود. چند تایی خریدم که برای آینده کافی باشه. این رگولاتور ولتاژ 3.3 ولت و همچنین اگر اشتباه نکنم 2.5 ولت مورد نیاز در بخش های جانبی و هسته DSP رو تامین میکنه. استفاده از این رگولاتور از این جهت مهمه که DSP دارای زمان بندی خاصی در افزایش منابع تغذیه تا رسیدن به مقدار نهایی هستش و رگولاتورهای دیگه ممکنه این زمانبندی رو رعایت نکنن. این مسایل از حالتهای گذرای مدارات دیجیتال در صورت تغییر ناگهانی منبع تغذیه ناشی میشه. این هم دیتا شیت:

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tps767d301.pdf

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

مساله مهم بعدی انتخاب ADC بود. از آنجا که این چیپ ها بسیار متنوع هستند و معمولا آنهایی که برای کاربردهای خاصی مثل این مدار مورد نیاز هستند در فروشگاه های داخلی پیدا نمی شوند چاره ای جز سفارش خارجی برای تهیه آنها وجود ندارد. از طرف دیگه چون پروسه سفارش خرید خارجی معمولا در حدود 1 ماه طول میکشه بنابراین بهترین کار این بود که اول تمرکز رو بذاریم روی انتخاب و خرید ADC و بعد به کارهای دیگه بپردازیم. تا از این مساله عبور نکردیم یه توضیح کوتاهی راجع به مساله خرید خارجی براتون امروز بدم. اولا در زمینه قیمت، اگز خرید خارجی رو به شرکت های موجود در جمهوری سفارش بدید قیمتی که بهتون پیشنهاد میدن بستگی به تعداد سفارش شما داره. مثلا یک چیپ که قیمت واقعیش در خارج از کشور 10 دلاره رو اگر بخواهید 5 تا ازش سفارش بدید دونه ای براتون 40 هزار تومن میفته که اینها به خاطر هزینه پست DHL و سود بالاییه که شرکتهای وارداتی میگیرن. البته اگر تعداد سفارشتون مثلا بشه 20 تا ممکنه دونه ای 20 هزار تومن باهاتون حساب کنن.
نکته دیگه اینه که اگر کار شما قرار نیست تولید انبوه بشه یا هنوز در مرحله آزمایشی هستش و نمی خواهید تعداد بالایی سفارش بدید خیلی از شرکت ها اصلا ممکنه این تعداد کم رو سفارش قبول نکنن. بالاخره اونا ریسک تحریم و مواجه شدن با سیستم قضایی آمریکا رو هم باید به حساب بیارن. بنابراین گاهی بهتره کمی تعداد سفارشتون رو دست بالا بگیرین تا جدی بگیرن.
مساله خیلی مهم دیگه این که حتما سفارشتون رو با فکس و روی کاغذ آرم دار یک شرکت بفرستید براشون. اگر چه خودشون میگن که سفارش ایمیلی یا حضوری رو هم قبول می کنن ولی این جور سفارش ها رو بعد از کلی وقت تلف کردن آخرش میگن ما قطعه رو پیدا نکردیم یا دیگه تولید نمیشه. نمیدونم علت این موضوع چیه ممکنه مسایل امنیتی باشه یا عدم اطمینان از دریافت پول. من خودم سر همین موضوع 2-3 هفته زمانم رو از دست دادم و کلی اعصابم خورد شد.
مساله آخر زمانه. شما اول لیست قطعات رو براشون فکس می کنید که باید با مشخصات کامل از جمله شماره قطعه، نام شرکت تولید کننده، پکیجینگ و تعداد باشه. بعد اونا از نمایندگیشون در خارج از کشور (معمولا در هنگ کنگ، چین، یا حتی خود آمریکا) استعلام میکنن که آیا توان خرید این قطعه رو دارن و این که چقدر براشون هزینه داره. بعد از یک هفته به شما جواب استعلام رو میدن. اون وقت شما میرید و کمی چونه میزنید و قرارداد رو امضا می کنید. معمولا نصف پول رو پیش پرداخت میدید. اونها هم معمولا بعد از 3 هفته جنس رو بهتون تحویل میدن. اگر گفتن ما استعلام رو 2 روزه جواب میدیم باور نکنین همینطور اگر گفتن قطعه رو یک یا دو هفته ای وارد میکنن.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

یکی از دوستان پیام گذاشته بودند و گفتند که پردازنده TMS320C2812 دارای دو مدول SAMPLE & HOLD هستش و در نتیجه می شد از اون به جای 5509 استفاده کرد و از ADC خارجی هم استفاده نکرد. من چک کردم و دیدم کاملا درسته ولی هنوز یک مساله باقی میمونه که در طراحی مهمه در نظر بگیرم. اون هم این که من اولش تلاش کردم مدارم رو با اون چیزی که واقعا احتیاج داشتم طراحی کنم. یعنی همون مقدار توان پردازشی روی بورد بذارم که واقعا به نظرم میرسه احتیاج دارم. این راه رو چند ماه ادامه دادم. بعد یکدفعه به این موضوع برخورد کردم که الگوریتمم کار نمی کنه و باید الگوریتم دقیق تری که مبتنی بر فاز باشه استفاده کنم. نتیجه این شد که مجبور شدم تمام طراحی قبلی که مبتنی بر میکرو بود رو دور بریزم. درسی که گرفتم این بود که همیشه باید سخت افزار رو با توان پردازشی 10 برابر اون چیزی که به نظرم میرسه لازمه طراحی کنم. تا اگر تغییراتی در سیستم رخ داد مجبور نشم همه کارها رو از اول شروع کنم. حالا استفاده از 2812 ممکنه برای طرحی که من الان در ذهنم هست کاملا کافی باشه اما اگر یکدفعه نیاز پیدا بشه به جای دو کانال گیرنده از 3 کانال استفاده کنم برام یه فاجعه رخ میده. در صورتی که در طراحی فعلی، فقط کافیه که یک ADC خارجی دیگه اضافه کنم و سایر روتین ها و برنامه هایی که با مبدل ها ارتباط برقرار میکنه ثابت باقی میمونه.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

امروز راجع به انتخاب ADC صحبت می کنم. انتخاب مبدل یکی از سخت ترین کارهاست چون کلی انتخاب وجود داره و باید همزمان پارامترهای زیادی رو در نظر گرفت. من اول تصمیم گرفتم برای سادگی خودم رو به محصولات شرکن آنالوگ دیوایس که در این زمینه از بقیه بهتره محدود کنم. البته محصولات داخل ایران که کلا تعطیل بود. بیشتر مبدل هایی که در ایران هست 8 بیتی و با سایر مشخصات غیر حرفه ای هستند و کاری باهاشون نداریم. آدرس سایت آنالوگ دیوایس:

http://www.analog.com/en/analog-to-d...cts/index.html

در پایین این صفحه لیست مبدلهای این شرکت رو می تونید ببینید که مشخصات کلی هر یک از اونها هم اومده. این سایت خیلی کمک خوبیه چون اپر قرار بود یکی یکی دیتاشیت همه 400 تا مبدل رو نگاه کنید پیر می شدید

توی این صفحه می تونید ویژگی های موردنظرتون رو بیاریدو بر اساس اونها نتایج رو فیلتر کنید تا اونی که می خواهید رو پیدا کنید. من راجع به چند تا از ویژگیها توضیح میدم.

تعداد بیت از همه مهمتره. 8 بیت دیگه قدیمی شده حداقل باید از 12 بیت استفاده کنید. این باعث میشه محاسبات دقیق بشه. این موضوع مخصوصا از این جهت مهمه که شما دارید از DSP 16 بیتی استفاده می کنید نه میکرو 8 بیتی. تعداد بیت بیشتر معنیش اینه که شما داینامیک رنج بیشتری دارید و در نتیجه میتونید ضریب تقویت سیگنال رو کاهش بدید تا مجبور نباشید با مساله اشباع روبرو بشید.

مساله مهم دیگه سرعت نمونه برداریه. باید دقت کنید مبدل بتونه تا چند برابر سرعتی رو که فکر می کنید نیاز دارید رو پشتیبانی کنه.

پهنای باند هم خیلی مهمه. ممکنه یه مبدل خیلی سریع بتونه تبدیل رو انجام بده اما سرعت واحد سمپل & هولدش اونقدر بالا نباشه که سیگنال شما رو بتونه قفل کنه.

یه چیز جالب دیگه هم ورودی دیفرانسیله. حتما تجربه کردین که تقویت کننده دیفرانسیلی چقدر از نظر نویز بهتر از تقویت کننده سینگل هستش. همین بهبود در تبدیل با ورودی دیفرانسیلی هم وجود داره به نسبت تبدیل با ورودی سینگل.

یه چیز دیگه ای که برای ما مهم بود اینترفیس بود. که میتونست پارالل یا سریال باشه. منظور نحوه ارسال اطلاعات به پردازنده است. سریال از این جهت بهتره که تعداد ترک های روی بورد خیلی کم و راحت میشه ولی شخصا فکر می کنم پارالل باید سریعتر باشه. مثلا در حالت سریال شما اگر نرخ نمونه برداری 20 مگا بخواهید و 12 بیت داشته باشید باید کلاک دست کم 140 مگا باشه تا امکانپذیر بشه ولی خوب ظاهرا خواندن اطلاعات از پارالل مشکلات خاص خودش رو داره در حالی که سریال رو میشه به راحتی با پورت McBSP خوند. خلاصه مبدلی که من انتخاب کردم ad7352 بود این هم دیتاشیتش:

http://www.analog.com/static/importe...ets/AD7352.pdf

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

امروز کمی درباره بخش آنالوگ صحبت میکنم. این بخش در گیرنده شامل تقویت کننده و همچنین طبقه تنظیم دی سی هستش. یه نکته مشکل دار مبدل adc اینه که اصطلاحا ورودیش diff-uni هستش. یعنی ورودی دیفرانسیلی دو سیمه داره که تک قطبی هستش، بنابراین همیشه باید مثبت باشه. پس اگر شما یک سیگنال سینوسی با میانگین صفر داشته باشید باید حتما یه مقدار دی سی باهاش جمع کنید تا همیشه مثبت باشه و مبدل بتونه اون رو دریافت کنه. این کار رو چیپ ad8138 شرکت آنالوگ دیوایس انجام میده. این چیپ در حقیقت یک پ امپ با ورودی دیفرانسیل و خروجی دیفرانسیله. یعنی خروجیش به جای یکی دو تاست که معکوس هم هستند. این طوری شما می تونید با یک مدار ساده یک سیگنال سینگل رو به دیفرانسیل تبدیل کنید. ولی کاربرد مهمش در اینه که میتونه یه ولتاژ کامون مود به هر دو خروجیش اضافه کنه و به این صورت مساله یونی پولار بودن مبدل ADC رو حل کنه.

البته من با این AD8138 خیلی مشکل پیدا کردم و خیلی خون به دلم کرد :angry: ..... بعدا توضیح میدم. مداراتش توی دیتاشیت خود مبدل که قبلا گذاشتم اومده.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

اینجا جاییه که من سرم به سنگ خورد. چون خیلی هیجان زده شده بودم از اینکه دیده بودم یک تقویت کننده با خروجی تفاضلی وجود داره که میتونه نویز مشترک خروجی رو هم در واقع حذف کنیمبا این تکنیک. بنابراین سعی کردم به جای تقویت کننده طبقه اول یا همون LNA که LOW NOISE AMPLIFIER هستش ازش استفاده کنم. یعنی میخواستم ازش گین بالا در حد 1000 یا 30 دسیبل بگیرم. اما با دوستم که مشورت کردم متوجه حقیقت تلخی شدم. اینکه ولتاژ آفست 8138 اینقدر زیاده که اگر گین رو زیاد کنی ممکنه اشباع بشه. بنابراین به طور کلی از این کار منصرف شدم. خوب که به دیتاشیت ها هم توجه کردم دیدم هیچ کدام مدار گین دار با این تقویت کننده پیشنهاد نکردن فقط ازش به عنوان اضافه کننده ولتاژ کامون مود استفاده کردن. خلاصه به طرح سنتی خودم برگشتم که یک تقویت کننده با ورودی دیفرانسیل و خروجی سینگل هستش که بعد دوباره این خروجی سینگل باید با 8138 یه دیفرانسیل تبدیل بشه.

اگر کسی تقویت کننده با خروجی تفاضلی میشناسه که بشه ازش گین بالا گرفت لطفا راهنمایی کنه خیلی چیز خوبی میشه.

[pajuhaan]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

من شخصا تو سینتی سایزرم برای تقویت سیگنالم (-20 dm حدودنه!) از یه LNA مثل SNA-386 با 21 دبی گین(این آی سی عشق طراحای سینتی سایزره! :rolleyes استفاده کردم.البته نمیدونم خروجی چند دبی می خواهید. اما من برای تقویت نهایی سیگنالم تو خروجی از SCA-14 با 18 db استفاده می کنم. البته قطعاتی که گفتم تو مدارات مخابراتی فرکانس بالا خیلی کاربرد داره(از نظر SNR و شیفت فازی و...). اما بسته به دبی تقویت مورد نظر و توان ورودی و خروجی باید انتخاب کنی. یه سر به اینجا بزن قطعه مورد نظر رو سریع میشه پیدا کرد: http://www.minicircuits.com :agree:
برای خرید هم پاساژ امجد مغازه ی امید الکترونیک یا یه همچین چیزی قطعات مخابراتی و از اینجور چیزا داره... اما بعضی قطعات رو الکی 4-5 برابر قیمت میده!!! :cry2:
البته شایدم جوابم بی ربط باشه کلا مبحث تقویت و سیگانلش رو من گرفتم :biggrin:

راستی اگه از کار شرکتی که براتون قطعات رو وارد کرده راضی هستید لطفا مشخصاتشون رو پیغام بدید. خیلی ممنون میشم.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

من دیتاشیت SNA 386 رو دیدم و به نظر خوب میرسید. البته من اون قدر پهنای باند لازم ندارم ولی 20 دیبی گین میتونه برام کافی باشه. من فرکانس کاریم در حدود چند 100 کیلوهرتزه ولی بهنظرم چیز خوبی باید باشه مخصوصا که مثل تقویت کننده های عملیاتی نیاز به کلی خرت و پرت نداره. شاید توی نسخه بعدی مدارم ازش استفاده کنم ممنون. اون شرکتی هم که ازش سفارش خارج رو تهیه کردم رسانا الکترونیک بود طبقه 2 امجد. گفته بود 2 هفته ای میاره ولی 3 هفته ای آورد. با این که تعداد کم (5 تا) میخواستم ولی قبول کرد. قیمتش هم باهاش چونه زدم با حداقل قیمتی که از استعلام های دیگه گرفته بودم قبول کرد بیاره.


حالا که بحث فرکانس کاری شد یه کم راجع بهش صحبت می کنم. برای مدارای مافوق صوتی که تو هوا و فضای آزاد کار میکنه معمولا از فرکانس 40 کیلوهرتز استفاده میشه چون سنسورهاش خیلی ارزونه و به صورت انبوه تولید میشه. این سنسورا 2 نوع داره. کوچیکاش بردش 3 متره اصطلاحا. بزرگاش که حدودا 1 سانت قطر داره بردش 7 متره. با این حال من بهتون توصیه می کنم اگر خواستید در این زمینه کار کنید اصلا از نوع کوچیکش نخرید. چون ظاهرا اینا خیلی با دقت بسته بندی نشده بعضی شون جای پایه هاش برعکسه. در نتیجه من چون می خواستم باهاشون آرایه درست کنم 1 هفته گیر این بودم که پاسخ آرایه م درست در نمیومد. آخرش فهمیدم بعضی از سنسورهام 180 درجه اختلاف فاز دارن. مثل این میمونه که پایه های داخلی دیود رو برعکس وصل کرده باشن. خلاصه بیچاره شدیم سر این موضوع.

بعدا بیشتر راجع به فرکانس بحث می کنم.

[cooolman_ahv]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

سلام

مبحث سنسور های آرایه ای صوتی که مطرح کردید مثله آنتهای آرایه ایه که واسه بدست آوردن یه نوع پترن خاص ازش استفاده میشه ولی در حوزه ی صوت؟

اگه انجوریه نحوهی طراحی یه نوع پترن خاص صوتی چه جوریه ؟

مثا آنتهاست ؟

یادمه در مبحث آنتها هر کدامشون با نوع تغذیه خاص جریان آنتن-طراحی می شدند.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

هیچ فرقی نداره. شما همون طوری که یک پترن خاص رو با آرایه آنتن های رادیویی سنتز می کنید همون کار رو هم می تونید با صوت انجام بدید. برای این کار می تونید از چیپ هایی که مخصوص beam forming هستند استفاده کنید. اونها می تونن به صورت برنامه پذیری شیفت فاز های مختلف برای کانال های مختلف ایجاد کنند. البته کاربرد این سیستم ها بیشتر در سیستم های مهندسی پزشکی هستش که نیاز به چرخاندن الکترونیکی پترن آرایه دارند ولی در کار من چرخش به صورت مکانیکی انجام میشه و هدف من از ایجاد آرایه فقط باریک کردن پهنای پرتو ارسالی بود تا بتونم یک ناحیه خاص رو ببینم. برای این کار فقط کافیه تعدادی سنسور رو به هم وصل کنید و کنار هم بچینید و ولتاژ اونها رو هم به صورت موازی تامین کنید. هم در فرستنده هم در گیرنده میتونید از همین آرایش ساده استفاده کنید در حالی که من اوایل خروجی هر سنسور رو جداگانه تقویت می کردم و بعد از یک جمع کننده آنالوگ استفاده می کردم. البته اگر بخواهید مثلا ساید لب های پترن خیلی پایین باشه و اینها باید با دامنه و فاز کار کنید و اون نیاز به مدارات دیجیتال خواهد داشت.

کمی هم درباره سنسورها صحبت کنم. اگر بخواهید حرفه ای تر کار کنید احتمالا سنسورهای 40 کیلو هرتز دیگه به دردتون نمیخوره. برای تست خوبن ولی مثلا اگر بخواهید آرایه بسازید در محیطی مثل آب، چون در آب سرعت صوت 5 برابر سرعتش در هواست پس طول موج بزرگتری دارید و نیاز دارید برای کوچک نگه داشتن آرایه فرکانس رو بالا ببرید. یا ممکنه بخواهید توان ارسالی رو افزایش بدید تا فواصل دورتر رو هم ببینید. در این صورت باید سنسوری بخرید که تحمل ولتاژ بالاتری رو داشته باشه. در بازار بهترین فروشنده سنسورها اعم از مافوق صوت یا سایر سنسورها جهان کیت هستش. اونجا انواع سنسورها رو به معرض نمایش گذاشته. از 25 کیلو هرتز تا 400 کیلوهرتز و با پکیج های مختلف هوایی یا ضد آب. در هر صورت اگر بخواهید از این سنسورها استفاده کنید معمولا دانه ای 50 هزار تومن در میاد در حالی که سنسورهای 40 کیلوهرتزی جفتی 2000 تومن هستند. البته یه چیز دیگه هم که باید دقت کنید اینه که سنسور ممکنه هم فرستنده و هم گیرنده باشه یا تنها از یک نوع باشه.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

خوب از هر دری سخنی ..... بحث فرکانس کاری مطرح شد. کمی دربباره ش توضیح بدم. امواج فراصوت با فرکانس های مختلف در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار میگیره. در فضای آزاد معمولا از همون 40 کیلوهرتز استفاده میشه که تا حدی استاندارد شده. این شامل کاربردهایی مثل اندازه گیری سطح مایعات در مخازن و انبارها یا حتی سنسورهای پشت سپر عقب ماشینها میشه.
اما خیلی از کاربردهای مافوق صوت در درون مایعات مثل آب هستش. مشهورترین این کاربردها سونار هستش. در داخل آب دو تا اتفاق میفته یکی اینکه سرعت صوت 5 برابر میشه. دوم این که چون ممکنه بخواهیم فواصل طولانی رو ببینیم مساله میزان تضعیف امواج صوتی در درون آب خیلی مهم میشه. البته کلا آب و مخصوصا فلزات رساناهای خوبی برای صوت هستن ولی مشکل اصلی از ناخالصی های موجود در آب ناشی میشه. مثل نمکی که در آب حل شده. این ناخالصی ها تشکیل مراکزی رو میدن که بخشی از امواج رو دچار بازتابش میکنه و به مرور اون رو تضعیف میکنه. حالا این مساله خیلی به نسبت بین اندازه ناخالصی ها و طول موج بستگی داره. بنابراین هر چی شما طول موج رو بزرگتر بگیرید تضعیف کمتر میشه. مثلا در سونار برد بلند گاهی حتی از فرکانس های خیلی پایین صوتی در حد چند کیلوهرتز استفاده میشه. اما مشکل اینجاست که امواج فرکانس پایین برای متمرکز شدن نیاز به آرایه خیلی بزرگ داره. از طرف دیگه ممکنه اون رزولوشنی که شما در تشخیص اجسام و اهداف لازم دارید رو فراهم نکنه. بنابراین شما باید دست به یک به اصلاح trade off و مصالحه بزنید و بستگی به کاربردتون یه فرکانسی رو انتخاب کنید.
به این موضوع هم توجه کنید که هر چی فرکانس بره بالا باید نرخ نمونه برداری رو ببرید بالا و ممکنه مدارتون نکشه.
معمولا برای کارای دوربرد مثل سونار از فرکانس چند ده کیلوهرتز استفاده میشه. برای کارهای با برد چند ده متر از فرکانس های چند صد کیلوهرتز و برای کاربردهای دقیق مثل مهندسی پزشکی از فرکانس های چند مگاهرتز. نکته دیگه اینکه تضعیف به شدت با فرکانس وابستس. این طوریه که اگر فرکانس رو دو برابر کنید مثلا توان نمایی کاهشی که معرف دامنه سیگنال هستش دو برابر میشه در نتیجه بشدت سیگنال از دست میره. بنابراین بهتره هر چی میتونین فرککانس رو پایین بگیرین.

[pajuhaan]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

خوب از هر دری سخنی ..... بحث فرکانس کاری مطرح شد. کمی دربباره ش توضیح بدم. امواج فراصوت با فرکانس های مختلف در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار میگیره. در فضای آزاد معمولا از همون 40 کیلوهرتز استفاده میشه که تا حدی استاندارد شده. این شامل کاربردهایی مثل اندازه گیری سطح مایعات در مخازن و انبارها یا حتی سنسورهای پشت سپر عقب ماشینها میشه.
اما خیلی از کاربردهای مافوق صوت در درون مایعات مثل آب هستش. مشهورترین این کاربردها سونار هستش. در داخل آب دو تا اتفاق میفته یکی اینکه سرعت صوت 5 برابر میشه. دوم این که چون ممکنه بخواهیم فواصل طولانی رو ببینیم مساله میزان تضعیف امواج صوتی در درون آب خیلی مهم میشه. البته کلا آب و مخصوصا فلزات رساناهای خوبی برای صوت هستن ولی مشکل اصلی از ناخالصی های موجود در آب ناشی میشه. مثل نمکی که در آب حل شده. این ناخالصی ها تشکیل مراکزی رو میدن که بخشی از امواج رو دچار بازتابش میکنه و به مرور اون رو تضعیف میکنه. حالا این مساله خیلی به نسبت بین اندازه ناخالصی ها و طول موج بستگی داره. بنابراین هر چی شما طول موج رو بزرگتر بگیرید تضعیف کمتر میشه. مثلا در سونار برد بلند گاهی حتی از فرکانس های خیلی پایین صوتی در حد چند کیلوهرتز استفاده میشه. اما مشکل اینجاست که امواج فرکانس پایین برای متمرکز شدن نیاز به آرایه خیلی بزرگ داره. از طرف دیگه ممکنه اون رزولوشنی که شما در تشخیص اجسام و اهداف لازم دارید رو فراهم نکنه. بنابراین شما باید دست به یک به اصلاح trade off و مصالحه بزنید و بستگی به کاربردتون یه فرکانسی رو انتخاب کنید.
به این موضوع هم توجه کنید که هر چی فرکانس بره بالا باید نرخ نمونه برداری رو ببرید بالا و ممکنه مدارتون نکشه.
معمولا برای کارای دوربرد مثل سونار از فرکانس چند ده کیلوهرتز استفاده میشه. برای کارهای با برد چند ده متر از فرکانس های چند صد کیلوهرتز و برای کاربردهای دقیق مثل مهندسی پزشکی از فرکانس های چند مگاهرتز. نکته دیگه اینکه تضعیف به شدت با فرکانس وابستس. این طوریه که اگر فرکانس رو دو برابر کنید مثلا توان نمایی کاهشی که معرف دامنه سیگنال هستش دو برابر میشه در نتیجه بشدت سیگنال از دست میره. بنابراین بهتره هر چی میتونین فرککانس رو پایین بگیرین.

یه سوال واسم پیش اومد :rolleyes: شما واسه اندازه گیری فاصله با امواج صوتی یک پالس میرفستید و اخلاف زمان رفت و برگشت رو محاسبه می کنید و از اون فاصله رو بدست میارید یا از روش استپ فرکانسی ,در یه رنج فرکانس میرفستید و از شیفت فازی و تبدیل فوریه معکوس فاصله یابی می کنید؟ من خودم روی امواج الکترومغناطیس کار می کنم. :mrgreen: