Narodowe Centrum Nauki ogłosiło wyniki konkursu Miniatura 5 którego celem jest finansowe wsparcie działania naukowego, służącego przygotowaniu przyszłego projektu badawczego planowanego do złożenia w konkursach NCN, innych konkursach ogólnokrajowych lub międzynarodowych. Wśród laureatów znalazł się dr Robert Frankowski, któremu przyznano finansowanie na wykonanie działania naukowego pt. Wstępne badania własności struktur MPSoC nad możliwością implementacji wysokorozdzielczego przetwornika TDC.
Celem podjętego działania naukowego jest wykonanie badań pilotażowych mających dostarczyć istotnych z punktu widzenia precyzyjnej metrologii odcinka czasu informacji na temat własności struktur MPSoC (ang. Multi-Processor System-on-Chip). Przeprowadzone badania pilotażowe umożliwią zdobycie nowej wiedzy odnośnie potencjalnych możliwości implementacji w tych strukturach precyzyjnych przetworników TDC o rozdzielczościach sub-pikosekundowych, głównie związanej z propagacją sygnałów, ich interpretacją oraz wpływem czynników zewnętrznych i szumowych na jej funkcjonowanie. Podstawą wniosków będą badania doświadczalne, na podstawie których ustalony zostanie mechanizm powstawania rozmycia fazowego opisujący moduł wielosegmentowych dyskretnych linii opóźniających (WDLO) wraz z rejestrem.
Na wykonanie powyższego działania naukowego dr Robert Frankowski uzyskał dofinansowanie w kwocie 28 930 zł.
Realizacja działania naukowego wymaga użycia odpowiedniej konstrukcji stanowiska badawczego zdolnego do precyzyjnego wytwarzania referencyjnych przebiegów skanujących oraz zapewnienia stabilnych warunków pomiaru. Obecne rozwiązania technologiczne pozwalają na konstrukcje w strukturach reprogramowalnych FPGA przetworników czas-cyfra (z przetwarzaniem bezpośrednim) o rozdzielczościach z zakresu od dziesiątek do pojedynczych pikosekund. Głównym elementem decydującym o parametrach metrologicznych tego typu systemów są WDLO. W celu osiągnięcia rozdzielczości na poziomie pojedynczych pikosekund stosuje się architekturę wielokrotnych WDLO. Przy tego typu rozwiązaniach należy dokonać precyzyjnego określenia granic przedziałów kwantowania. Bazując na tej wiedzy szacuje się iż rozdzielczość czasowa aparatury testującej na poziomie 10fs oraz zakresie pomiarowym 5-10ns w zupełności spełni stawiane wymagania.
Do osiągnięcia wysokiej precyzji odwzorowania odcinków czasu zakłada się wykorzystanie elementów optycznych oraz mechanicznych do budowy stanowiska doświadczalnego. Podstawowym elementem stanowiska badawczego będzie zakupiony w ramach środków IDUB EF stół optyczny, oraz zakupiona w ramach środków z podstawowej działalności badawczej INT (Instytut Nauk Technicznych, UMK) jednostka ruchu liniowego o długości 2800 mm z silnikiem rdzeniowym serii TM. Zastosowany do jej budowy absolutny magnetyczny enkoder położenia zapewni natomiast wysoką precyzję pozycjonowania i powtarzalność nastaw w bardzo krótkim czasie. Napęd tego typu będzie podstawą budowy wysokorozdzielczej optycznej linii opóźniającej wprowadzającej zadane różnice w długościach dróg optycznych dla wiązek światła. Przy jej użyciu możliwa będzie względna zmiana drogi geometrycznej wiązki światła z krokiem 0.244um i wyznaczenie charakterystyk przetwarzania zaimplementowanego w strukturze MPSoC przetwornika TDC, metodą bezpośrednią. Zastosowanie metody bezpośredniej, która oprócz wyznaczenia charakterystyki modułu pomiarowego pozwala także na uzyskanie informacji odnośnie rozkładu prawdopodobieństw zliczeń w poszczególnych kanałach czasowych linii pozwoli na optymalizację procesu implementacji systemu opartego o wielokrotne WDLO w strukturze MPSoC. Na podstawie znajomości obwiedni rozkładu prawdopodobieństw zliczeń możliwa będzie również interpretacja zjawisk związanych z rozprowadzaniem sygnału zegarowego w strukturze układu oraz ocena poziomu szumów w module MDLO. Wymaga się, aby poziom szumów był na porównywalnym poziomie w całym zakresie przetwarzania. W obszarze posiadanej aparatury elektronicznej warto wymienić odpowiedzialny za automatyzację procesu serwowzmacniacz serii AKD z wbudowanym interfejsem CANopen i EtherCAT oraz platformy rozwojowe z układami MPSoC, które będą przedmiotem badań pilotażowych. Do realizacji badań temperaturowych posłuży komora klimatyczna (IDUB EF), która zapewni stabilizację temperatury w zakresie od -10°C do 100°C z rozdzielczością 0.1°C. Przy jej użyciu możliwe będzie wyznaczenie charakterystyk przetwarzania systemu dla różnych temperatur i określenie wpływu tego czynnika na proces przetwarzania. Zgromadzone w ten sposób informacje pozwolą w przyszłości dokonać odpowiedniej kompensacji temperaturowej systemu (jeżeli zaistnieje taka konieczność).
Wydatki poczynione na realizację niniejszego działania dotyczą głównie zakupu niezbędnych części oraz materiałów optycznych oraz dostosowania laboratorium w zakresie umożliwiającym realizację badań pilotażowych.
