|
 Como todos nos hemos podido percatar, la revolución electrónica ha sobrepasado los límites de las disciplinas que implican el diseño y las aplicaciones. La versatilidad de dispositivos programables (asistidos por software) y el concepto de embebido al día de hoy se vuelven un reto para el experimentador.
Una de las familias pioneras, sin embargo de las más utilizadas actualmente son los DSP´s (Digital Signal Processors).
La importancia entre otras muchas, es por su vínculo con las señales analógicas (las variables de la naturaleza); en décadas recientes, las señales digitales han recibido una atención cada vez más amplia. Puesto que son números, pueden procesarse por medio de los mismos circuitos utilizados en computadoras digitales.
El procesamiento digital de señales analógicas necesita que usemos un convertidor analógico a digital ADC para muestrear la señal analógica antes del procesamiento, y un convertidor digital a analógico DAC para convertir la señal digital procesada de nuevo a la forma analógica.
Pocas tecnologías han revolucionado tan profundamente como las basadas en el procesamiento de señales digitales.
El muestreo de señales analógicas es muchas veces un asunto de necesidad práctica. Constituye también el primer paso en el procesamiento de señales digitales. Para procesar una señal analógica por medios digitales, debemos convertirla en una señal digital en dos pasos. Primero, debemos muestrearla, por lo común en intervalos uniformes ts. La cantidad discreta nts se relaciona con el índice entero n. Luego, debemos cuantizar los valores de la muestra (amplitudes). Tanto el muestreo como la cuantizacion conducen a una perdida potencial de información. La buena noticia es que la señal puede muestrearse sin pérdida de información si es de banda limitada a una frecuencia más alta fB y muestreada en intervalos menores que 1/2fB. Este es el celebre teorema de muestreo. La mala noticia es que la mayoría de las señales no son de banda limitada e incluso un intervalo de muestreo pequeño tal vez no sea lo suficiente pequeño. Si el intervalo de muestreo supera el valor critico 1/2fB un fenómeno conocido como alias se manifiesta por si solo. Componentes de la señal analógica a altas frecuencias aparecen (por el alias) a bajas frecuencias de la señal muestreada. Esto resulta en una señal muestreada con una menor frecuencia máxima. Los efectos de alias son imposibles de suprimir una vez que se adquieren las muestras. Por ello es común limitar la banda de la señal antes del muestreo (empleando filtros pasa bajas).
El procesamiento numérico mediante computadoras digitales requiere datos finitos con precisión finita. Debemos limitar las amplitudes de la señal a un número finito de niveles. Este proceso, denominado cuantizacion, produce efectos no lineales que pueden describirse solo en términos estadísticos. La cuantizacion conduce asimismo a una perdida irreversible de información y se considera casi siempre solo en la etapa final en cualquier diseño.
Se ha mencionado el proceso básico e inicial que desarrolla un DSP, sin embargo esta herramienta nos facilita una vez familiarizados, llevar acabo procesos de la señal mucho mas complejos como:
- Comparación
- Ecualización y filtrado digital
- Reconstrucción
- Modulación
- Compresión
- Detección de error
- Permutación
- Encripción
por mencionar solo algunos de los algoritmos; también se puede organizar la información de tal forma que establezcamos protocolos de comunicación, de lo cual encontramos innumerables experimentos a desarrollar.
Uno de los principales proveedores de esta tecnología es Texas Instruments TITM, con su familia de DSP´s TMS320XXX la cual cubre varias plataformas que se especializan en aspectos como:
Procesamiento Digital multimedia: (Familia Da Vinci) que nos permiten trabajar con señales de amplio espectro para el diseño y procesamiento en equipos de video digital
Procesamiento de aplicaciones en alta velocidad: Incluidos para aplicaciones desde teléfonos de nueva generación hasta dispositivos multimedia inalámbricos, basados en procesadores escalables OMAP TM que entregan alto desempeño con consumos de energía reducidos.
Procesamiento de altas capacidades y reducido consumo energético: Estas familias su principal característica es el bajo consumo energético, en stanby hasta 0.12mW y una alto procesamiento hasta 600MIPS se utilizan en soluciones embebidas de dispositivos portátiles de comunicación, medicas y de uso industrial.
Procesamiento de usos múltiples y alto desempeño, tal como los de punto flotante: Los hay de punto fijo o de punto flotante los cuales ofrecen un rango dinámico y alta precisión. Estos dispositivos son ampliamente utilizados en productos de audio profesional como mezcladores y sintetizadores de audio, aplicaciones de amplificación e instrumentación, conferencia de audio y broadcasting, imagen digital, biomédica e industrial, reconocimiento de voz y conferencia paquetizada (voice-over packet.)
Muchos de los desarrollos se comienzan de una manera simulada por medio de SW´s potentes como lo es Mathlab, estas implementaciones pueden trasladarse al HW ya que en algunos casos (versiones) se tiene la compatibilidad de integrarse al lenguaje del DSP por medio de herramientas especificas como es el Code Composer Studio (CCStudio) ™, siendo este un “Integrated Development Environment” (IDE). Este SW es el anfitrión de los recursos que puede soportar el DSP, todos en tiempo real. Esta herramienta permite a los diseñadores de cualquier nivel de conocimiento que implemente y conozca cada fase del proceso de su aplicación, con ello encontrar rápidamente errores, análisis y compilación de su aplicación.
Este IDE incluye ayuda del DSP/BIOS, capacidades en tiempo real del análisis, depuración y herramientas de optimización, compilador de C/C++ y ensamblador, linkers, editor de CodeWright, gestor de proyecto visual y una variedad de simuladores y drivers de emulación.
En la parte de requerimientos de HW, obviamente los DSP no operan solos y requieren unidades de co-procesamiento, necesitaremos de mas dispositivos periféricos que asisten al DSP (cerebro principal) como controladores, memorias RAM, registros, memorias Flash e interfases, sin embargo existen kits de desarrollo que integran este HW utilizando CPLD´s (Complex Programmable Logic Device) o FPGA´s (Field Programmable Gate Array) que facilitan el manejo del DSP; por mencionar un ejemplo con TI y su kit de desarrollo DSKTM.
Para los fabricantes de equipo de telecomunicación y específicamente quienes se especializan en equipo de radio experimentación es común recurrir a estas plataformas de diseño como el caso de Yaesu y su implementación con el TMS320C6713 (floating point) o en el caso de ICOM y su aplicación del TMS320C54XX (fixed point); algunas veces los encontraremos también en proyectos como IRLP u otras aplicaciones de VoIP y radio definido por SW.
Con el presente relato se busca acercar a todo radio experimentador a conocer algunas técnicas actuales de investigación y que continuarán desarrollándose, aunque es bien sabido, que muchos de ellos ya han iniciado este nuevo camino. |
