EO_452

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DIGITAL TIME-FREQUENCY-DOMAIN
48 - ELETTRONICA OGGI 452 - MARZO 2016
FPGA e il dominio
della frequenza
Per molti ingegneri, lavorare nel dominio delle fre-
quenze non è così naturale come lavorare in quello
del tempo, forse perché il dominio della frequenza
è associato a concetti matematici complessi. Tuttavia, per
poter sfruttare le potenzialità delle soluzioni basate su FPGA
di è necessario “padroneggiare” entrambi i domini.
Un elemento positivo è rappresentato dal fatto che i moduli
custom o i moduli IP disponibili sul mercato rappresentano
un valido ausilio per “entrare e uscire” dal dominio della
frequenza con facilità. Esistono anche dei metodi che per-
mettono di realizzare sistemi di elaborazione ad alta velocità
all’interno del dominio della frequenza.
Dominio del tempo
o della frequenza?
I segnali, è noto, possono essere ana-
lizzati e manipolati sia nel dominio del
tempo sia in quello della frequenza. La
conoscenza del dominio in cui si deve
operare è un fattore critico per lo svi-
luppo di un progetto. Tipicamente nei
sistemi elettronici, il segnale in que-
stione è una tensione, una corrente o
una frequenza variabile prodotta da
un sensore o generata da un’altra par-
te del sistema. All’interno del dominio
del tempo, è possibile misurare l’ampiezza di un segnale, la
frequenza e il periodo, assieme a parametri più interessanti
come i tempi di salita e di discesa del segnale. Per osservare
un segnale nel dominio del tempo in un ambiente di laborato-
rio, è prassi comune usare un oscilloscopio o un analizzatore
logico. Tuttavia, esistono parametri di un segnale che sono
presenti all’interno del dominio della frequenza che devono
essere analizzati per accedere alle informazioni contenute
all’interno di questo dominio. Qui è possibile identificare i
componenti in frequenza del segnale, le loro ampiezze e la
fase di ciascuna frequenza. Operare nel dominio della fre-
quenza, inoltre, semplifica notevolmente la manipolazione dei
segnali, grazie alla facilità con cui si può eseguire la convo-
luzione. Quest’ultima è un metodo matematico per combina-
re due segnali per formarne un terzo. Come per l’analisi nel
dominio del tempo, se si desidera osservare un segnale nel
dominio della frequenza all’interno di un laboratorio si ricor-
re a un analizzatore di spettro.
In alcune applicazioni è preferibile lavorare nel dominio del
tempo, ad esempio nel caso di sistemi che monitorano la ten-
sione o la temperatura di un sistema di grandi dimensioni.
Anche se il rumore potrebbe costituire un problema, sarà
sufficiente in molti casi calcolare la media di un certo nume-
ro di campioni. Tuttavia, per altre applicazioni è preferibile
operare nel dominio della frequenza. Ad esempio, le applica-
zioni di elaborazione dei segnali che richiedono il filtraggio
di un segnale da un altro, o necessitano la separazione del
Adam P. Taylor
Chief engineer
La capacità di lavorare all’interno del
dominio della frequenza è una necessità in
numerose applicazioni. Una spiegazione
di come “padroneggiare” il dominio della
frequenza all’interno dei progetti FPGA
Fig. 1 – N bit nel dominio del tempo corrispondono a N/2 bit reali e immaginari nel dominio della
frequenza