DESARROLLOS

* LHA-DigiMod, módulo analógico-digital

El módulo LHA-es una unidad de control de microscopios de barrido que permite generar las señales necesarias de alto voltaje con un nivel de ruido extraordinario.

LHA-DigiMod es una tarjeta de adquisición analógico-digital que dispone de 8 entradas y 8 salidas analógicas de 16 bits para cada uno de los ejes X, Y, Z, Zi y tensiones de Bias con rangos de ±10V, además dispone de 8 entrada-salidas digitales de propósito general (GPIO).

Bajo ruido
En LHA-DigiMod todo está orientado a conseguir los bajos niveles de ruido que exigen este tipo de microscopias, desde la selección de componentes, su implantación, diseño de PCB, y minimización de las distancias recorridas por las señales analógicas.
En la selección de componentes críticos se han utilizado referencias de tensión con niveles de ruido inferiores a los 2μVpp e independientes entre convertidores. Los convertidores DAC son cuádruples de alta precisión y un ruido de salida de tan sólo 1 μVRMS, mientras que el convertidor ADC pueden tener 4, 6 u 8 canales con una etapa de entrada independiente que incluye un filtro analógico “antialiasing” de segundo orden y un filtro digital por sobre-muestreo, que permite obtener relaciones señal/ruido muy elevadas.
LHA-DigiMod ha sido diseñado con un reducido tamaño para permitir su instalación en el interior de la unidad LHA-4, justo encima de los amplificadores de alta tensión, y minimizar así las distancias recorridas por las señales analógicas, reduciendo la captación de interferencias externas. El módulo se alimenta desde el amplificador LHA-4 con una fuente independiente para evitar interferencias con otros circuitos.
Otro de los problemas a los que se enfrentan los sistemas de medida con instrumentación múltiple, fuentes de alimentación, ordenadores, etc. son las puestas a tierra, responsables de muchos de los problemas de captación de interferencias. En LHA-DigiMod el bus de comunicaciones digitales está
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aislado galvánicamente del resto de circuitos analógicos mediante micro-transformadores, así se consigue romper el bucle de tierra con el ordenador.

Resolución aumentada en ejes X e Y
El rango de tensiones de entrada/salida estándar de los convertidores es de ±10V que combinado con la ganancia de los amplificadores de alta tensión permite llegar hasta 550Vpp, aunque para permitir el barrido con mucha mayor resolución en los ejes X e Y, se han añadido atenuadores programables de 65000 pasos en cascada con los convertidores DAC, consiguiendo resolver niveles de micro-voltios, ya a las salidas de los piezos de los ejes.

Comunicaciones USB 2.0, SPI alta velocidad hasta 12Mbaud y buffer
Internamente los convertidores ADC y DAC se comunican mediante un bus aislado SPI de alta velocidad, aunque LHA-DigiMod utiliza un bus “High-Speed“ USB 2.0 para conectarse externamente al ordenador.
Aun así, como la mayoría de los buses externos, USB 2.0 con velocidades de hasta 480Mb/s adolece de un problema de latencia, haciendo que el retraso en el tiempo de acceso al bus limite el aprovechamiento de su ancho de banda, que como mínimo hasta 125μs. Para solucionar este inconveniente LHA-DigiMod dispone de un buffer de memoria de tal forma que los datos de barrido del microscopio pueden ser empaquetados y almacenados en esta memoria, para posteriormente ser enviados de forma sincronizada a la circuitería de convertidores ADC y DAC a velocidades de hasta 12M baudios.
Segainvex ha desarrollado también los controladores y librerías software para permitir la integración de LHA-DigiMod con el programa de control del microscopio STM ya existente.

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LHA, DigiMod, GPIO, Barrido, Microscopio