Diseño de una PCB para la implementación de un receptor digital coherente basado en FPGA

Abstract

[ANGLÈS] This document describes the procedure that has been followed to design an electronic system which purpose of functionality is as a processing unit for a digital coherent receiver. Before the design was started, a previous task of research and documentation was carried on in order to establish a minimum knowledge about fiber optic transmissions, especially those relying on a coherent detection scheme, discovering its features and impairments, so that the requirements and technical specifications of the system can be defined. Once the main idea is defined and the system specificatins are known, the full system is divided into modules that will be more easily handled separately and then it is described the selection process of available components in the market that, adjusted to a moderate budget and to a good accessibility, best fit the system needs. Some of the main components the system consists on are: high speed analog-to-digital converters (ADC), high performance FPGA, high density RAM memory and several connectivity and user interface elements. According to the different vendors' datasheets for every component, the sche-matic circuit is drawn, adding the corresponding external passive elements that every circuit requires to ensure the proper functionality. Finally, it is exposed the layout design procedure for all the different layers of the printed circuit board (PCB) and the spatial distribution of the components upon it.

[CASTELLÀ] Este documento recoge el procedimiento que se ha seguido para diseñar un sistema electrónico pensado para su funcionamiento como unidad de proceso de un receptor digital coherente. Previamente al proceso de diseño se realizó un trabajo de documentación sobre las comunicaciones por fibra óptica, especialmente en aquellas con detección coherente, y se obtuvieron los conocimientos necesarios sobre sus principales características así como las perturbaciones que afectan a la transmisión por fibra óptica, para poder definir los requisitos y especificaciones técnicas del sistema a diseñar. Una vez definida la idea principal y conocidas las especificaciones del sistema, se divide en módulos que serán más facilmente tratados por separado y se describe el proceso de selección de los componentes disponibles en el mercado que, con un presupuesto razonable y buena accesibilidad, se ajustan mejor a las necesidades del sistema. Algunos de los principales componentes que forman el sistema son: conversores analógico-digital de alta velocidad (ADC), FPGA de alto rendimiento, memoria RAM de alta densidad y varios elementos de conectividad e interfaz de usuario. A partir de las hojas de especificaciones de los fabricantes de cada componente, se realiza el diseño esquemático del circuito, añadiendo los componentes pasivos externos que cada circuito necesita para garantizar el correcto funcionamiento. Finalmente, se describe el proceso del dibujo físico de las diferentes capas que tendrá la placa de circuito impreso (PCB) y la distribución espacial de los componentes sobre la misma.

[CATALÀ] Aquest document recull el procediment que s'ha duit a terme per dissenyar un sistema electrònic pensat per al seu funcionament com a unitat de processament d'un receptor digital coherent. Previament al procès de disseny es va realitzar un treball de documentació sobre les comunicacions per fibra òptica, especialment amb les que funcionen amb detecció coherent, i es varen obtenir els coneixements mínims necessaris sobre les seves principals característiques, així com de les perturbacions que afecten a la transmissió per fibra òptica, per a poder definir els requisits i especificacions tècniques del sistema que es volia dissenyar. Una vegada s'ha definit la idea principal i són conegudes les especificacions del sistema, es divideix en mòduls que seran tractats més fàcilment per separat i es descriu el procès de selecció dels components disponibles al mercat que, a dins d'un pressupost raonable i amb una bona accessibilitat, s'adjusten millor a les necessitats del sistema. Alguns dels principals components que conformen el sistema són: conversors analògic-digital d'alta velocitat (ADC), FPGA d'alt rendiment, memòria RAM d'alta densitat i diversos elements de connectivitat i de la interfície de l'usuari. A partir dels fulls d'especificacions dels fabricants de cada component, es realitza el disseny esquemàtic del circuit, afegint els components passius externs que cada circuit necessita per garantir el seu correcte funcionament. Finalment, es descriu el procès del dibuixat físic de les diverses capes amb que comptarà la placa de circuit imprès (PCB) i la distribució espacial dels components a sobre d'aquesta.