avance tesis iii araceli luna
TRANSCRIPT
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
1/63
BENEMÉRITAUNIVERSIDAD AUTÓNOMA
DE PUEBLA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA
MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LAS ELECTRÓNICAOPCIÓN AUTOMATIZACIÓN
AVANCE DE TESIS III
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DEADQUISICIÓN PARA EL EXPERIMENTO DE CAMINATASÓPTICAS CUÁNTICAS CON APLICACIÓN EN CÓMPUTO
CUÁNTICO”*
NOMBRE DEL ESTUDIANTE:ARACELI LUNA LEON**
ASESORES:
DRA. MARIA AURORA DIOZCORA VARGAS TREVIÑODR. VICTOR MANUEL VELAZQUEZ AGUILAR
DR. FERNANDO REYES CORTES
PUEBLA, PUE DICIEMBRE DE 2015* TRABAJO FINANCIADO POR PROYECTO VIEP, BUAP** BECARIO CONACYT
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
2/63
1
Avance de Tesis III presentada el 01 de Diciembrede 2015 ante los sinodales:
Presidente: Dr. Sergio Vergara Limón Secretario: Dra. Monserrat Morín Castillo Vocal: Dr. Carlos L. Pando Lambruschini
Asesor: Dra. Ma. Aurora D. Vargas Treviño, BUAP Externo: Dr. Víctor Manuel Velázquez, UNAMCo-Asesor: Dr. Fernando Reyes Cortés, BUAP
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
3/63
2
Índice general1 Introducción ......................................................................................................... 4
Antecedentes ............................................................................................................. 6
Planteamiento del problema y justificación .............................................................. 7
Solución del problema............................................................................................... 7
2 Objetivos .............................................................................................................. 8
Objetivo general: ....................................................................................................... 8
3 Resumen de Avance de Tesis I. ......................................................................... 10
3.1 Interferómetro Mach-Zehnder .................................................................... 10
3.2 Red de divisores de haz de dimensión 4x4 ................................................. 10
3.3 Implementación del dispositivo para un divisor de haz .............................. 11
3.4 Divisor de haz cuántico. .............................................................................. 13
3.5 Para un arreglo de 4 x 4 divisores de haz.................................................... 14
3.6 Computo Cuántico. ..................................................................................... 15
4 Resumen de Avance de Tesis II. ........................................................................ 16
4.1 Implementación del Arreglo experimental de red de divisores de 2x2 ...... 16
4.2 Análisis de los resultados ............................................................................ 20
5 Implementación del Experimento de Fotones Enredados y Desigualdad de Bell. 21
5.1 Introducción. ............................................................................................... 21
5.1 Fundamentos ............................................................................................... 21
5.2 Montaje y desarrollo ................................................................................... 21 5.2.1 Mesa óptica y láser: ................................................................................. 22
5.2.2 Cristal BBO Tipo II (Newlight Photonics Inc.) ...................................... 23
5.2.3 Compensadores. ...................................................................................... 25
5.2.4 Desfasadores............................................................................................ 26
5.2.5 Detectores. ............................................................................................... 27
SPCM-AQ-4C ......................................................................................................... 27
5.2.6 Análisis de Resultados ............................................................................ 28
6 Desarrollo de la tarjeta de circuito impreso ....................................................... 29 7.1 Introducción. ............................................................................................... 29
7.2 Estrategia de diseño .................................................................................... 29
7.2.1 Ruido interno ........................................................................................... 29
Interferencia electromagnética por las fuentes de alimentación ............................. 29
Interferencia entre pistas ......................................................................................... 31
Interferencia entre etapas analógica y digital .......................................................... 31
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
4/63
3
7.2.2 Ruido externo .......................................................................................... 32
7.3 Generación de PCB multicapa .................................................................... 33
7.3.1 Conceptos básicos de fabricación de PCBs............................................. 33
7.3.2 Diseño de Circuito ................................................................................... 35
Tarjeta Hija.............................................................................................................. 38
Canales de entrada................................................................................................... 39 Circuitos discriminadores ....................................................................................... 40
DAC ........................................................................................................................ 41
Otros componentes .................................................................................................. 42
7.3.3 Diseño de la PCB de la tarjeta PCI ......................................................... 42
Capa superior .......................................................................................................... 43
Capa de tierra .......................................................................................................... 44
Capa de alimentación .............................................................................................. 44
Capa inferior............................................................................................................ 45 Tarjeta ..................................................................................................................... 46
7.4 Interfaz WiFi ............................................................................................... 47
7.4.1 Protocolo 802.11g ................................................................................... 47
7.4.2 Módulo RN-XV....................................................................................... 48
7.4.3 UART [9] ................................................................................................ 49
7.5 WiFi ............................................................................................................ 52
8.1 TCP/IP ........................................................................................................ 55
8.1.1 TCP Open/ Abrir TCP ............................................................................. 55
8.1.2 TCP Write/ Escribir en TCP.................................................................... 56
8.1.3 TCP Read/ Leer TCP............................................................................... 56
8.1.4 TCP Close/ Cerrar TCP ........................................................................... 57
8.2 Escritura ...................................................................................................... 57
8.3 Envío De Comandos ................................................................................... 59
8.4 Lectura ........................................................................................................ 60
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
5/63
4
1 Introducción
La manipulación de fotones y átomos individuales representa un avance tecnológico con
muchas promesas de aplicaciones en comunicaciones e información. La base de esta tecnología es
el aprovechamiento de la información codificada en las componentes cuánticas de estos entes
individuales. Así, fenómenos como interferencia cuántica y enredamiento cuántico son conceptos
que no tienen una contraparte clásica, por ello es muy importante comprenderlos y manipularlos
para su mejor aprovechamiento.
En este proyecto se pretende estudiar la interferencia cuántica de un fotón consigo mismo al
cruzar una red de divisores de haz de dimensión 4x4. En principio, cuando un fotón cruza un
interferómetro de Mach-Zehnder, podemos obtener un patrón de interferencia que llamamos
interferencia cuántica. La figura 1 muestra el dispositivo de manera esquemática.
Figura 1. Interferómetro de Mach-Zehnder
El interferómetro consta de dos divisores de haz (BS), dos espejos y un elemento desfasante
óptico que cambia la diferencia de fase entre la trayectoria superior y la trayectoria inferior. Éste
último elemento cambia la probabilidad de que el fotón que ingresa por el primer divisor de haz
salga por el detector 1 o el detector 2. La figura 2 muestra la probabilidad teórica de que el fotón
sea detectado en el detector D1 o en el detector D2 en función del ángulo de desfazamiento.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
6/63
5
Figura 2. Probabilidad teórica de que el fotón sea detectado en el detector D1 o en eldetector D2 en función del ángulo de desfazamiento.
Este experimento nos muestra que existe una interferencia cuántica del fotón consigo mismo
en su viaje a través del interferómetro. El proyecto experimental que queremos desarrollar consiste
en realizar un interferómetro generalizado Mach-Zehnder. Esto quiere decir que extenderemos elnúmero de divisores de haz de dos a 16 y eliminaremos los espejos. De esta manera queremos
reconstruir experimentalmente las probabilidades, de que el fotón salga por alguno de los ocho
puertos de salida disponibles. La figura 3 muestra el esquema de una red de nxn divisores de haz.
Figura 3. Esquema de una red de nxn divisores de haz.
Para el caso de una red de 500 x 500 divisores de haz, el cálculo de probabilidades nos indica
que la interferencia cuántica de fotón dentro de la red no tiene nada que ver con la distribución
gaussiana clásica esperada en un experimento con luz clásica. La importancia de estudiar la
interferencia de un fotón consigo-mismo en una red de divisores de haz tiene aplicaciones a la
tecnología de encriptamiento y cómputo cuántico. La fig 4 muestra las probabilidades de los 500
puertos de salida verticales de la red sin y con un elemento desfasante colocado antes del divisor
de haz colocado en la coordenada 35,80 de la red.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
7/63
6
Figura 4. Probabilidades de los 500 puertos de salida verticales de la red sin y con unelemento desfasante.
Como puede apreciarse en los resultados teóricos, las probabilidades muestran unainterferencia que prohíbe la salida del fotón por los primeros setenta puertos aproximadamente.
Éste es un efecto puramente cuántico. Las posibles trayectorias del fotón dentro de la red suele
denominárseles caminatas aleatorias cuánticas.
Antecedentes
En el laboratorio de óptica cuántica de la Facultad de Ciencias de la UNAM se realizan
diversos experimentos educativos y de investigación, estos experimentos son complejos y tomanvarias semanas o hasta meses en tomarse los datos y posteriormente hacer su análisis. Los
experimentos consisten básicamente en el estudio de las correlaciones de las propiedades de
fotones, a saber: frecuencia, polarización, momento, posición de detección, momento angular
orbital. Para este tipo de experimentos, es fundamental tener una fuente de fotones individuales.
Los estados de fotones individuales nos garantizan que en cada estado sólo existe uno y sólo un
paquete de energía indivisible. Con este tipo de fotones es posible realizar experimentos de
mecánica cuántica, relacionados con las nuevas tecnologías. Tales tecnologías implican el uso de
fenómenos cuánticos, como el de enredamiento cuántico. El enredamiento puede utilizarse, para
el uso del encriptamiento cuántico de información; cómputo cuántico; microlitografía cuántica;
entre otras aplicaciones.
Por otra parte, en la Facultad de Ciencias de la Electrónica de la Benemérita Universidad
Autónoma de Puebla, se ha conseguido desarrollar el control y manipulación de fotones cuánticos.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
8/63
7
El objetivo de estas investigaciones es acelerar el estudio del comportamiento de fotones cuánticos
y mejorar con nuevas tecnologías que ayudan a facilitar la investigación.
El área de la robótica y Mecatrónica ha tenido un gran desarrollo en los últimos años e
influenciado en el desarrollo de tecnología, como es el caso de la adquisición de datos por WiFi.
Planteamiento del problema y justificación
Históricamente la automatización ha mejorado e incrementado considerablemente no solo
la producción industrial, sino también está presente en la realización de experimentos científicos
como parte de la enseñanza así como en la investigación, es conocido que todos los laboratorios
de prestigio internacional están constantemente tratando de automatizar sus experimentos ya que
esto acelera el aprendizaje y la generación del conocimiento. Se sabe que Laboratorios como el
Instituto Tecnológico de Massachusetts, EUA, el Laboratorio Nacional Fermi en EUA, CERN,
Suiza, etc. Han tenido grandes logros debido a que tienen automatizados gran parte de sus
experimentos, por ello es de una importancia estratégica desarrollar tecnología que permita la
automatización de procesos y experimentos científicos, con esto los estudiantes e investigadores
obtendrán resultados en un menor tiempo y con un mínimo de error humano.
En el caso de la tarjeta de adquisición de datos, se pretende mejorar: la capacidad de conteo, el
procesamiento de datos y la resolución. Además es necesario hacer cambios al software para
incluir el procesamiento de la información obtenida por el proceso de conteo y correlaciones de
fotones, que requieren ser procesados para no hacer dichos cálculos manualmente. El sistema seráusado para impartir cátedra y realizar investigaciones relacionadas a la naturaleza del experimento.
Solución del problema
La idea experimental del proyecto, además de implementar el experimento óptico, consiste
en la construcción de una tarjeta de nueve canales, para conteos individuales y coincidencias entre
ellos. Las coincidencias serían en el tiempo mínimo que lo permita el oscilador disponible. En
particular este tipo de experimentos es satisfactorio para tiempos de coincidencia entre 5 y 39 ns.
Se requieren nueve puertos de señales pues en el caso de una red de 4 x 4 divisores de haz, tenemos
seis puertos de salida y requerimos un puerto extra correspondiente a la señal de fotón testigo que
se produce simultáneamente al fotón señal que entra al divisor de haz. Los nueve puertos de entrada
estarán alimentados por las señales TTL de nueve fotodiodos de avalancha, que detectarán a los
fotones a la salida de la red.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
9/63
8
2 Objetivos
Objetivo general:
Diseñar y construir un sistema de adquisición para el experimento de caminatas
ópticas cuánticas.
Objetivos particulares:
1. Estudiar los conceptos básicos de la teoría de interferencia cuántica en base al
interferómetro de Mach-Zehnder.
2. Estudiar los principios básicos del experimento de caminatas ópticas cuánticas.
3. Diseñar e instrumentar una tarjeta de adquisición de datos con las características
apropiadas para adquirir las señales producidas en el experimento.
4.
Desarrollar el firmware de la tarjeta de adquisición
5. Desarrollar el software para automatizar la adquisición y procesamiento de los
datos generados por el experimento.
6. Realizar pruebas experimentales.
7. Escritura de la Tesis.
8. Publicación de los resultados.
Cronograma de actividades
El cronograma de actividades se muestra en la Tabla 1 y en la Figura 1 se muestra el porcentaje
de avance por objetivo. El porcentaje total de avance es de aproximadamente
Actividad Tesis I Tesis II Tesis
Estudiar los conceptos básicos de la teoría de interferencia cuántica en base alinterferómetro de Mach-Zehnder.
X
Estudiar los principios básicos del experimento de caminatas ópticas cuánticas. X XDiseñar e instrumentar una tarjeta de adquisición de datos con las características
apropiadas para adquirir las señales producidas en el experimento.X
Desarrollar el firmware de la tarjeta de adquisición.
Desarrollar el software para automatizar la adquisición y procesamiento de losdatos generados por el experimento.
Realizar pruebas experimentales.
Escritura de la tesis X X Publicación de resultados X
Figura 1. Cronograma de actividades calendarizadas de las actividades a realizar de la tesis
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
10/63
9
Grafica de avance
TESIS I
TESIS II
TESIS III
0%
20%
40%
60%
80%
100%
E s t u d i a r l o s c o n c e p t o s
b á s i c o s d e l a t e o r í a d e
i n t e r f e r e n c i a c u á n
t i c a …
E s t u d i a r l o s p r i n c i p i o s
b á s i c o s d e l e x p e r i m e
t n o
d e c a m i n a t a s ó p t i c
a s …
D i s e ñ a r e i n s t r u m e n t a r
u n a t a r j e t a d e a d q u i s i c i ó n
d e d a t o s c o n l a s …
D e s a r r o l l a r e l f i r m w a r e d e
l a t a r j e t a d e a d q u i s i ó
n
D e s a r r o l l a r e l s o f t w
a r e
p a r a a u t o m a t i z a r
l a
a d q u i s i c i ó n y …
R e a l i z a r p r u e
b a s
e x p e r i m e n t a
l e s
E s c r i t u r a d e l a T
e s i s
P u b l i c a c i o n d e r e s u l t a
d o s
100% 100%
0% 0% 0% 0%
100%
0%
100% 100% 100%
0% 0% 0%
100%
0%
100% 100% 100%
35% 35%
90%100%
0%
Gráfica de Avance70%
TESIS I TESIS II TESIS III
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
11/63
10
3 Resumen de Avance de Tesis I.
3.1 Interferómetro Mach-Zehnder
Uno de los interferómetros más ampliamente usados para el procesamiento óptico de
información es el Interferómetro de Mach-Zehnder (IMZ), el Interferómetro de Mach-
Zehnder (IMZ) es un dispositivo de división de amplitud [01], que es una variante del
interferómetro de Michelson. Como se muestra en la figura 2, consiste en dos divisores de
haz y dos espejos totalmente reflectores [01], cuando un haz sale de la fuente de luz, el primer
divisor de haz provoca que la luz viaje por dos direcciones diferentes. Por medio de los
espejos la luz sigue una trayectoria como la mostrada en la figura 2, en el segundo divisor de
haz las dos contribuciones de haz (que siguieron una trayectoria diferente) interfieren. El
principio de funcionamiento de este dispositivo se basa en el desfase por diferencia decaminos ópticos recorridos entre las ramas del interferómetro [02].
Su ventaja principal es que permite interponer elementos en uno de los haces sin que
el otro sea afectado, y de esta manera se altera la diferencia de camino óptico, cambiando el
patrón de interferencia [03].
3.2 Red de divisores dehaz de dimensión 4x4
Para el caso de una red de 4 x 4 divisores de haz, tenemos el esquema de red de la
figura 10. Donde a la entrada se muestra un láser que cruza un cristal no líneal (BBO-II), el
cual podemos observar en la figura 11, el láser al cruzar el cristal excita los estados
disponibles del cristal, produciéndose a la salida de este cristal fotones en pares, donde a ( t)
Figura 2. Interferómetro de Mach-Zehnder
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
12/63
11
se le llama fotón testigo y (s) fotón señal. El fotón señal entra a la red de divisores de haz,
donde a la salida de cada divisor existe una probabilidad de que se pueda encontrar este fotón,
al momento de que el fotón señal salga de la red de divisores de haz, no se cuenta con un
método que nos indique exactamente el número de detector en el que caerá el fotón señal, sin
embargo, existe un cierto porcentaje de probabilidad de encontrar el fotón señal en cada uno
de los detectores. Finalmente localizaremos en alguno de los ocho detectores el fotón señal
y a su vez tendremos el fotón testigo en el detector D9, por lo cual contaremos con dos señales
eléctricas que nos permitirán saber la coincidencia entre fotón testigo detectado en D9, y el
fotón señal que se detecta en alguno de los otros ocho detectores de la red.
Figura 10. Esquema de la red de 4 x 4 divisores de haz a desarrollar.
3.3 Implementación del dispositivo para un divisor de haz
La figura 15 nos muestra la implementación física del dispositivo para un solo divisor
de haz.
Figura 15. Vista Lateral del experimento para un solo divisor de haz.
CristalBBO-II
t
sLASER
D9
D8
D6
D7
D5
D4D3D2D1
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
13/63
12
En la figura 16 se muestra nuevamente el dispositivo con flechas que indican la
trayectoria de los fotones. La flecha roja indica la trayectoria del fotón llamado testigo, este
es atrapado directamente por un colector, la flecha verde indica la trayectoria que seguirá el
fotón llamado señal, a diferencia del fotón testigo este entra al cristal divisor, en el cual como
se explicó anteriormente por las propiedades del cristal serán excitados sus electrones a un
nivel de energía más alto emitiéndose dos fotones pares, uno de ellos llamado fotón
transmitido y su trayectoria se indica con la flecha azul y este será atrapado por un segundo
colector, finalmente la trayectoria del segundo fotón llamado reflejado se indica con la flecha
amarilla que es atrapado por un tercer colector.
El esquema de la figura 19 nos muestra de forma general el experimento a
implementar, el cual consiste en hacer incidir un láser de luz violeta a través de un cristal,
posteriormente tendremos dos fotones uno de ellos entrara al arreglo de divisores de 4x4,estos fotones finalmente serán atrapado por los colectores que serán detectados con
fotodiodos de avalancha (APDs), después se hace uso de una tarjeta PCI para adquirir las
señales de los APDs, la tarjeta PCI estará montada en una computadora personal y será capaz
de procesar señales electrónicas para realizar el conteo de fotones.
Fi ura 16. Vista su erior del ex erimento ara un solo
Transmitido
Refle ado
R
ed dedivisores
A P D
C
Colectores
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
14/63
13
3.4 Divisor de hazcuántico.
Cuando un fotón entra a un divisor de haz, su salida puede escribirse de la siguiente
manera: |⟩ = |1⟩ + |1⟩ (Ec.15)Donde |⟩ es la función de estado del fotón que cruza el divisor de haz, que es igual
a la combinación lineal de los coeficientes y , |1⟩ se refiere al estado del fotóntransmitido y |1⟩ al estado del fotón reflejado. La ecuación 15. Nos indica que el estado|⟩ va a ser igual una amplitud de probabilidad () de que el fotón sea transmitido más unaamplitud de probabilidad de que el fotón sea reflejado, si el divisor de haz es 50:50, la probabilidad de ser transmitido y de ser reflejado es 50%. Véase la figura 21.
Figura 21. Combinación de posibilidad del estado de un fotón pasando a través de undivisor de haz.
Si || y || se refiere a la probabilidad del fotón transmitido y del fotón reflejadorespectivamente en la salida del divisor, dado que la probabilidad es la misma en ambassalidas (50:50) tenemos que:
|| = || (Ec. 16)Del principio de conservación de la probabilidad:
|| + ||=1 (Ec. 17)
Reemplazando valores de la ecuación 16 en la ecuación 17:
|| + ||=12|| =1 = = ± = ± √ (Ec. 18)
Sustituyendo en la ecuación 15, se puede reescribir como (Véase la figura 22):
|⟩ |1⟩
|1⟩
50:50
Figura 19. Arreglo Optoelectrónico general
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
15/63
14
|⟩ = √ |1⟩ + √ |1⟩ (Ec. 19)
3.5 Para un arreglo de 4 x 4 divisores de haz
Figura 22. Combinación de probabilidad del estado de un fotón pasando a través de undivisor de haz.
Finalmente para la red de divisores de haz de 4 x 4, las probabilidades en cada salidamuestra en la figura 28.
Comprobamos para el principio de conservación de la probabilidad:
|⟩ |1⟩
√ 2
|1⟩
√ 2
|1⟩√ 2
|1⟩
√ 2
|1⟩2
|1⟩
2 |1⟩
2
|1⟩
2
|1⟩2√ 2
|1⟩
2√ 2 |1⟩√ 2
∅
3|1⟩4
|1⟩4 |1⟩
2√ 2
|1⟩2√ 2
∅
|1⟩2√ 2
|1⟩4
|1⟩4
|1⟩4
|1⟩4 |1⟩√ 2
|1⟩2√ 2 |1⟩4
|1⟩4 |1⟩
4
|1⟩
4
∅
|1⟩4
∅
|1⟩2√ 2
|1⟩2√ 2
∅
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
16/63
15
142
+ 1√ 22
+ 14 + 12√ 2
2+ |∅|2 + 14
2+ 12√ 2
2+ 14
= 1
3.6 Computo Cuántico.
Con el tiempo las necesidades del mundo han cambiado drásticamente a tal punto de
requerir evolución en la tecnología conllevando a aumentar la escala de integración,
produciendo un mayor número de transistores en un espacio, fabricando procesadores más
pequeños, y cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el procesador.
Sin embargo, no se puede hacer los elementos de los procesadores infinitamente
pequeños. Ya que entran en límites no escalables a la física clásica, se llega a la escala de
nanómetros, donde los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. Allí los
elementos diminutos, son partículas cuánticas y se comportan como ondas, donde la mitadde ellos pueden atravesar las paredes transportando la señal por canales donde no debería
circular. Por ello, el procesador cuando entra en el mundo cuántico deja de regir sus
elementos, su física y su composición. En consecuencia, la computación digital tradicional,
no tardaría en llegar a su límite, puesto que ya se han llegado a escalas de cientos de
nanómetros. Surge entonces la necesidad de descubrir nuevas tecnologías y es ahí donde
entra la computación cuántica.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
17/63
16
4 Resumen de Avance de Tesis II.
4.1 Implementación del Arreglo experimental de red de divisores de 2x2
En una primera implementación del experimento se realizó con una red de divisores de
2x2 como se muestra en figura 25, donde el láser violeta cruza el divisor BBO-II para poder
obtener fotones individuales (un testigo y un señal), el fotón testigo realiza su camino óptico
a través del arreglo de divisores de 2x2. En la figura 27 se muestra el experimento montado
físicamente.
Como se puede observar en la figura 25. b) la probabilidad cuántica de que el fotón
pueda salir de un lado del arreglo (|⟩) es nula ∅ en caso de que la probabilidad detransmisión y reflexión del divisor de haz sea de 50:50
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
18/63
17
Figura 3. a) Esquema del arreglo optoelectrónico (2x2) b) Combinación de probabilidad delestado de un fotón pasando a través de un arreglo de divisores de haz de 2x2.
La figura 25 nos muestra el alineamiento, al fondo de la imagen se muestra que el láser
a cruzado los agujeros lo que valida la alineación del láser.
Pi-hole
Figura 4. Alineación del laser
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
19/63
18
En el siguiente paso el objetivo consistía en obtener franjas de interferencia a salida
del divisor como se muestra en la figura 29, cabe aclarar que en el arreglo experimental la probabilidad cuántica del encontrar un fotón en un lado de la cara del cristal es nula y en la
otra cara es |1⟩√ 2 en el caso de una probabilidad en el cristal de 50:50, por eso se eligiórealizar el conteo de coincidencias del lado donde obtendremos los máximos de las franjas
de interferencia.
Figura 6. Patrón de interferencia
Una vez que se alineo el experimento, se obtuvo la gráfica del comportamiento de las
franjas de interferencia espacial. Dado que en este experimento las probabilidades en los
divisores de haz no son 50:50 de un lado la interferencia será destructiva parcial y del otro
lado será constructiva parcial, dándonos de un lado los mínimos y del otro lado los máximos,
esto quiere decir que en ambos lados tendremos interferencia, en el lado en el lado donde
debería ser nula tendremos la interferencia de los mínimos y en el otro lado tendremos la
interferencia de los máximos.
Cristal
Laser
Red de divisores
Colectores
Figura 5. Montaje del arreglo experimental
Patrón de interferencia
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
20/63
19
En las figuras 29 y 30 se muestran el patrón de interferencia de los mínimos y los
máximos con sus gráficas de intensidad espacial respectivamente.
Para tener una mejor resolución espacial se colocó una rejilla en el colector dejando
pasar solamente una franja de luz evitando que pase una franja oscura, así tendremos mejores
resultados al disminución el espacio, teniendo un mejor conteo de coincidencias de fotonesen ese espacio.
Figura 11.
Figura 7. Patrón de interferencia de los mínimos
Figura 8. Patrón de interferencia de los máximos
APD’s
Piezoeléctrico
Figura 9. Colector con rejilla
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
21/63
20
Finalmente se colocó un piezoeléctrico al cual se le aplico un voltaje para que pudiera
empujar el divisor de haz con el fin de ir modificando el camino cuántico del fotón y así
modificar la interferencia para realizar el conteo de coincidencias espacialmente
La figura anterior muestra, el software que se utilizó para realizar el conteo de
coincidencias de fotones, en este experimento se utilizaron solo dos canales, un canal para
detectar el fotón testigo y el otro canal para detectar el fotón señal para el cual ha sido se
alterado su camino óptico haciéndolo pasar por el arreglo de divisores de haces.
4.2 Análisis de los resultados
Al modificar el camino cuántico del fotón desplazando linealmente el divisor de haz
con ayuda del piezoeléctrico también se modifica el patrón de interferencia y a su vez las
probabilidades cuánticas en cada una de las salidas de los divisores de haz se alteran. Al
realizar el conteo de coincidencias durante el desplazamiento lineal se obtiene la ubicación
espacial del fotón.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
22/63
21
5 Implementación del Experimento de Fotones Enredados y
Desigualdad de Bell.
5.1 Introducción.
En el transcurso del último siglo, la validez de la mecánica cuántica ha sido objeto de
escrutinio y cuestionamiento. El siguiente experimento examinan este tema a partir de los
argumentos de Einstein, Podolsky y Rosen, así como del teorema de Bell, y presentan
resultados experimentales que confirman la validez de la mecánica cuántica como
descripción correcta de la naturaleza a muy pequeña escala.
5.1 Fundamentos
Actualmente, nuestra descripción de los fenómenos físicos que ocurren a escala atómica estádada en términos de estadística y probabilidad. Al utilizar este tipo de descripción se predice
que, a muy pequeña escala, cuando realicemos una medición sobre algún sistema físico, la
medición misma alterará al sistema de tal manera que no será posible obtener un valor
definido de la cantidad observada. La mecánica cuántica, que estudia la física de los
fenómenos a pequeña escala, predice que si conocemos con gran precisión la posición, por
ejemplo, de una partícula, no podremos determinar mediante una medición su velocidad. Este
fenómeno cúantico se conoce como el principio de incertidumbre de Heisenberg. En
contraste con la mecánica cuántica, la física de sistemas macroscópicos, que es descrita por
la mecánica clásica, nos permite obtener valores bien definidos de una medición simultáneade la posición y la velocidad de un objeto.
En los inicios de la mecánica cuántica se dieron debates acerca de la concepción estadística
de los sistemas físicos. Albert Einstein, por ejemplo, pensaba que la mecánica cuántica era
una teoría incompleta, dado que nos impide conocer simultáneamente y con precisión ciertas
cantidades físicas asociadas con la dinámica de las partículas. Este fue el bjeto de discusión
en un artículo que publicó en colaboración con Boris Podolsky y Nathan Rosen [1] en 1935.
5.2 Montaje y desarrollo
Los componentes ópticos con superficies dañadas o sucias pueden ocasionar
perturbaciones en el patrón de interferencia. Es por lo anterior que se manipulo con mucho
cuidado el divisor de haz, los filtros, los detectores y la fibra optica, se conservaron libres de
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
23/63
22
polvo y se tuvo el debido cuidado para no tocarlos directamente con las manos, ademas se
cuido la correcta manipulacion de los elementos de montaje optico ya que una desalineacion
puede causar la lectura de datos incorrectos al realizar la experimentación.
La colocación del experimento sobre la mesa de óptica se puede observar en la figura.
Los componentes se colocaron, en lo referente a la geometría del paso del haz, con especial
cuidado.
5.2.1 Mesa óptica y láser:
El laser es conectado a su fuente de alimentación (CL-2005) y posteriormente se
monta sobre su soporte, se ajustó la altura y la inclinación del láser con ayuda de los tornillos
de ajuste de forma que su haz se desplace de manera perfectamente horizontal sobre la mesa
óptica.
El sistema láser es un haz de salida circular y equipado con control de
temperatura. cuentan con una alta fiabilidad, alta estabilidad, alta eficiencia, bajo nivel de
ruido y una excelente calidad de rayo láser. Estos láseres están diseñados específicamente
para uso científico e industrial. Los láseres violeta tienen aplicaciónes en la holografía, biomédica, fluorescencia, citometría de flujo, reemplaza el láser de iones de argón y el laser
de He-Cd. son fáciles de usar, plug and play, sin ventilador de refrigeración, sin ruidos ni
vibraciones durante el funcionamiento del láser.
Para la realización de este experimento se utilizó el Láser de bombeo de intensidad
variable, azul violeta CL-2005 sintonizable, de 5 a 100 mW, de 410 nm (Crystal Laser).
FiltrosCristalBBO-II
LASER
Compensadores
PinholeDesfasadores
Detectores
Rieles
Figura 12. Esquema del montaje
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
24/63
23
Figura 13. Láser azul violeta
Figura 14. Sistema Laser y fuente
5.2.2 Cristal BBO Tipo II (Newlight Photonics Inc.)
Como se habra intuıdo ya, la parte medular de este experimento es la fuente de fotonesindividuales. Para crearlos, utilizamos un Cristal BBO Tipo II (Newlight Photonics Inc.) que,gracias a la conversión paramétrica descendente, produce un par de fotones entrelazados,aprovechando el fenómeno de Conversión Paramétrica Espontánea Descendente (SPDC).Para ello se incide sobre el cristal con el láser de bombeo y se obtienen a la salida pares defotones de menor energía (se efectúa debido a que los átomos constituyentes del cristal seexcitan con la luz incidente), que dependiendo del corte del cristal, forman dos conos
desplazados.
Si los fotones producto tienen la misma polarización, se dice que se trata de SPDC tipo I; silas polarizaciones son ortogonales entre sí, entonces se trata de SPDC tipo II.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
25/63
24
En el caso de SPDC tipo II hay una convención para llamar a los fotones producto. Al fotónque tiene la misma polarización que el de bombeo se le llama testigo y se dice que esta polarizado extraordinariamente. Al otro se le llama señal y se dice que esta polarizadoordinariamente.
La conversión descendente tipo II es un método que permite producir estados producto demanera directa en comparación con otros métodos [Kiwat et al. (1995)]. Dichos estados se pueden obtener colectando los fotones que se encuentran en las intersecciones de los dosconos. Los estados de polarización de los fotones de dichas intersecciones se pueden escribir,salvo una fase global, de la siguiente forma:
|⟩ = 1√ 2 − |⟩|⟩ ± |⟩|⟩
donde V denota polarización vertical, H horizontal; 1, 2 etiquetan alguna de las interseccionesy φ es una fase. Esta última está asociada a la birrefringencia del cristal, es decir, a la
diferencia de velocidad entre los fotones ordinarios y extraordinarios. La ecuación (2.2) seinterpreta de la siguiente forma: si se encuentra un fotón polarizado verticalmente en laintersección 1, su pareja, en la intersección 2 debe estar polarizado horizontalmente; yviceversa. Los dos casos tienen la misma probabilidad de que ocurran.
La ecuación (2.2) todavía no representa estados producto o entrelazamiento. Para que lo seanse deben eliminar las exponenciales, es decir, eliminar la diferencia de velocidad entre losfotones ordinarios y extraordinarios. Experimentalmente, esto se puede lograr colocando otrocristal birrefringente a la salida del primero.
En la mecánica cuántica, el estado en que se encuentra una partícula puede ser descrito por
la llamada función de onda de la partícula, la cual contiene la información de cuán probablees encontrarla en cada configuración experimental posible.
Figura 15. Crystal BBO Tipo II
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
26/63
25
5.2.3 Compensadores.
Debido a que uno de los fotones del par generado a la salida del cristal presenta
polarización horizontal viaja mas rapido que el vertical dado a que en este foton se presenta
un angulo de desfasamiento como se muestra en la siguiente figura. Para poder eliminar la
fase se colocaron dos cristales BBO tipo II de 1mm de espesor que es la mitad del espesor
del primer cristal por donde incidió el haz de bombeo.
El numero de fotones producidos, es cercano a 40, 000/s por lo que resulta complicado
localizarlos. Para ello utilizamos el arreglo espacial utilizado en [12] que consiste de dos
“rieles” pivoteados por debajo, en el eje del primer cristal, de esta manera, al colocar las
monturas que tienen los colectores encima de los rieles, podrán moverse de forma radial a
punto de producción de fotones. Esto constituye una ayuda excepcional.
CristalBBO-II
Compensadores
Laser
FotónTestigo
FotónSeñal
Figura 17. Compensadores
Figura 16. Colocación de los rieles
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
27/63
26
En la configuración anterior se utilizo un par de rieles acoplados con un pivote colocado
justo bajo el cristal no-lineale, describiendo una apertura angular entre los rieles, coincidente
con la apertura de los conos de emisión de las parejas de fotones. Al otro extremo de cada
riel se encuentra el sistema de detección y acoplamiento a fibras ópticas multi-modo .
5.2.4 Desfasadores.
Al incluir un dispositivo capaz de modificar la polarización de los fotones señal y
acompañante antes de ser detectados (una lámina de media onda), junto con un analizador o
un polarizador (que permite el paso únicamente de fotones con una cierta polarización lineal),
podemos estudiar correlaciones de polarización en cada pareja de fotones. En un experimento
típico se fija la polarización del fotón acompañante a 45° y se hace rotar la polarización del
fotón señal, obteniendo una tasa de detección que muestra una dependencia senoidal en
función del ángulo de polarización del fotón señal. La aparición de una curva de interferencia
senoidal con visibilidad óptima es compatible con un estado maximamente enredado.
Una reducción de la visibilidad indica alguna imperfección experimental que reduce la
calidad del enredamiento cuántico.
Supongamos que configuramos las láminas de media onda de modo tal que el ángulo de
polarización del fotón señal es α y el ángulo de polarización del fotón acompañante es β. Si
denotamos por E(α,β) a un par ámetro de correlación en la pareja de fotones en las nuevas
direcciones de polarización, podemos definir la siguiente cantidad:
= (∝, ) (∝, ) + (∝, ) (∝ ′, )
LASER
Figura 18. Desfasadores
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
28/63
27
a la que llamaremos parámetro de Bell y en donde hemos usado tanto los ángulos α y β como
sus versiones rotadas: α’ = α +90° y β’ = β+90°. Cada una de las cantidades E(α,β) está a
su vez dada por
(∝, ) = (∝, ) + (∝, ) (∝, ) (∝, ) donde cada término P(α,β) denota la probabilidad de detección simultánea del par de fotones
dado su ángulo respectivo de polarización α y β; el subíndice VV, HH, VH o HV representa
las distintas posibles combinaciones de estados de polarización original antes de ser
modificados a los valores α y β. De este modo, para obtener experimentalmente un valor del
parámetro de Bell S, debemos realizamos 16 mediciones de probabilidades de detección
conjunta de fotones o tasas de coincidencia. Se puedo probar que la desigualdad de Bell en
la forma CHSH es equivalente a –2 ≤ S ≤ 2. En este experimento se obtuvo S = -2.32, lo cual
implica una clara violación a la desigualdad de Bell, en más de 12 desviaciones estándar.
5.2.5 Detectores.
Los fotones señal y acompañante de una pareja dada son acoplados a fibras ópticas
enfocando los haces correspondientes al núcleo de la fibra mediante lentes que tienen un
tratamiento antireflejante que las hace adecuadas para permitir máxima transmisión en la
región del infrarrojo cercano; con esto se reducen perdidas ópticas de las parejas de fotones.
Las fibras ópticas se encuentran conectadas a los puertos de entrada de los fotodiodos de
avalancha mediante conectores tipo FC. Las señales electrónicas, producto de la detección
de fotones individuales, son monitoreadas para determinar la tasa de coincidencias [6], es
decir, el número de eventos de detección coincidente de los fotones señal y acompañante enun cierto intervalo de tiempo. Para ello, se compara el instante de arribo de las señales
electrónicas provenientes de cada detector; si las dos señales se presentan dentro de una
ventana de 30ns, las consideramos como coincidentes.
Para la detección de los fotones generados se utilizan fotodiodos de avalancha hechos
de silicio, los cuales son capaces de detectar fotones individuales (en un intervalo espectral
aproximado de 400nm a 900nm) con una eficiencia máxima cercana a 80%. Los detectores,
APDs, convierten la señal de un fotón a una señal eléctrica cuadrada con una amplitud de
4.5V y anchura de 20ns. Los detectores que se utilizan en el Laboratorio de Óptica Avanzada
de la FC-UNAM son el APD SPCM-AQRH-13-FC y el APD SPCM-AQ-4C, ambos de
PerkinElmer.
SPCM-AQ-4C
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
29/63
28
Es un SPCM de 4 canales, capaz de detectar fotones individuales de un haz de luz con
una longitud de onda de 400-1060 nm. Cada canal es independiente de los otros. Este módulo
utiliza un fotodiodo de avalancha con una eficiencia de detección de 60% en 650nm. La
eficiencia del detector SPCM-AQ4C varía con respecto a la longitud de onda, 45% en 810nm
aproximadamente. Cada fotón detectado es convertido en una señal TTL de 4.5V ( 50Ω) ycon una anchura de 25ns. El detector tiene un tiempo muerto mínimo de 50ns entre pulsos.
5.2.6 Análisis deResultados
En el transcurso del último
siglo, la validez de la mecánica
cuántica ha sido objeto de escrutinio
y cuestionamiento. Una de las pruebas más tenaces a las que esta teoría ha sido sometida es
el planteamiento de Einstein, Podolsky y Rosen, quienes afirmaron que los fenómenos de
acción a distancia asociados con el enredamiento cuántico debían ser explicados por variables
ocultas compatibles con la localidad y el realismo las cuales aún no se encuentran
determinadas– y que formarán parte de una teoría más fundamental que la mecánica cuántica.
El cuestionamiento de estos científicos llevó, eventualmente, al llamado teorema de Bell, el
cual presenta una desigualdad que debe satisfacer cualquier sistema físico que se rige por los principios de realismo y de localidad.
En este experimento hemos presentado una descripción tanto del argumento de EPR como
de las desigualdades de Bell. Hemos presentado resultados experimentales utilizando parejas
de fotones emitidas por el proceso de conversión paramétrica descendente, donde
demostramos claramente la violación de una desigualdad de Bell.
Figura 19. Fotodiodo de avalancha
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
30/63
29
6 Desarrollo de la tarjeta de circuito impreso
7.1 Introducción.
En este capítulo se presenta el diseño de la tarjeta de circuito impreso (PCB, Printed
Circuit Board ) del hardware, es decir, de la tarjeta PCI; Para este propósito, se utilizó el
software de diseño Altium Designer v14.3.9
Altium Designer, es un software de diseño de circuitos basada en PCs, fue la primera
herramienta de diseño en hacer uso del sistema operativo Windows; es un software de alta
calidad disponible en un paquete fácil de aprender, usar y comprar [13].
El panorama del diseño electrónico está experimentando grandes cambios. El
incremento en el desarrollo de productos electrónicos requiere la integración de una ampliagama de tecnologías y habilidades que van más allá de las tradicionalmente asociadas al
diseño de circuitos.
Desarrollar el diseño electrónico de un producto incorpora dos niveles: crear la
plataforma física usando componentes discretos instalados sobre un PCB, y desarrollar el
firmware (la inteligencia incrustada) del producto usando elementos programables.
El diseño de los elementos físicos y programables de un producto electrónico están
convergiendo; por lo tanto, el diseño de circuitos no puede continuar aislado del desarrollo
del firmware.
7.2 Estrategia de diseño
En el diseño del PCB se debe considerar un factor muy importante, el ruido, el cual es
una señal no deseada que podría interferir con el correcto funcionamiento del sistema.
Existen dos tipos de ruido: externo e interno. A continuación se detalla el ruido interno.
7.2.1 Ruido interno
Interferencia electromagnética por las fuentes de alimentación
La interferencia electromagnética (EMI, Electromagnetic Interference) en las fuentes
de alimentación, se deben al ruido producido por la fuente de voltaje de corriente directa
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
31/63
30
(DC, Direct Current ); este ruido se produce por la rectificación, es decir, del voltaje de rizo
presente, tal como se muestra en la Figura 20.
Figura 20. Voltaje de riso de una fuente de alimentación.
Esto transforma a la fuente ideal de DC, en dos fuentes, una con voltaje de DC y otra
con el voltaje de corriente alterna (AC, Alternating Current ), tal como se muestra en la Figura
21.
Figura 21. Fuente de voltaje con filtro EMI.
En una fuente de computadora, el voltaje de rizo es menor, debido a que son
conmutadas. Al incrementar la frecuencia de trabajo, la carga y descarga son menos
perceptibles y el voltaje de rizo es menor. En la tarjeta madre ( Motherboard ) de una
computadora, existen oscilaciones que inducen ruido; Cuando se monta una tarjeta PCI a la
computadora sin protección, se conecta la fuente de alimentación y todas las fuentes de ruido.
Este fenómeno se reduce con los filtros EMI.
Existen varios tipos de Filtros EMI, entre los filtros EMI de Mitsubishi, cuyo circuito
equivalente se muestra en la Figura 22. Este filtro es un arreglo de capacitores e inductores
integrados en el chip que permiten regular la corriente y el voltaje. El rizo se aterriza y es
absorbido por el filtro. Los filtros EMI reducen el ruido proveniente de la red eléctrica de
110v.
El filtro EMI LFB30-3A1E223M de Mitsubishi soporta un voltaje máximo de 25V,una corriente máxima de 1A, tiene una frecuencia de corte de 22MHz y un rango de
temperatura de -25°C a 85°C [14].
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
32/63
31
Figura 22. Circuito equivalente y especificaciones del filtro EMI.
Este filtro tiene dos condensadores unidos por una bobina. La carga y descarga del
primer condensador, produce un efecto similar al rectificador de media o doble onda con
filtro a condensador. La resistencia entre ambos condensadores hace que se suavice la señal,
llegando así al segundo condensador, una corriente relativamente constante. La carga y
descarga de este último condensador, debido a la componente alterna, suaviza aún más las
fluctuaciones, y a la carga llegará una corriente continua relativamente pura. Se emplean
únicamente cuando la corriente demandada es pequeña, así la caída de tensión en la
resistencia entre condensadores, será despreciable.
Interferencia entre pistas
El diseño de la PCB tiene 4 capas; las pistas para las señales se localizan en la capa
superior (Top Layer) e inferior (Bottom Layer); El plano de alimentación (Vcc) y tierra
(GND) se localizan en las capas intermedias. Cuando la tarjeta está en funcionamiento, el 90
ó 95% del campo electromagnético fluye en el plano de tierra, sin embargo, el campo restante
interfiere con la siguiente pista, tal como se muestra en la Figura 23; esto produce un
fenómeno denominado ruido por interferencia entre pistas con el plano de tierra, el cual se
presenta a partir una frecuencia de 50MHz.
Figura 23. Interferencia entre pistas.
El voltaje de ruido inducido por este fenómeno es de 150mV; la interferencia
electromagnética se incrementa con el número de pistas y entradas digitales, por esta razón,
por cada dispositivo se debe colocar un capacitor de
0.1µ conectado de Vcc a GND, y deben
ser distribuidos en toda el área de la tarjeta para reducir la interferencia electromagnética
entre pistas (suficiente para sistemas digitales CMOS, LVTTL y TTL). Para reducir la
interferencia entre pistas, se aterrizan los componentes electrónicos utilizados y algunos otros
puntos con capacitores de 0.1µ, tal como se muestra en la Figura 23.
Interferencia entre etapas analógica y digital
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
33/63
32
En tarjetas con etapa analógica y digital, es recomendable separar la tierra de estas
etapas, pues se genera una interferencia entre dichas etapas de aproximadamente 100-
150mV. Para eliminar esta interferencia se utilizan: filtros EMI, para eliminar el ruido
producido por las fuentes de alimentación; y capacitores por cada dispositivo, distribuidos en
toda la tarjeta, para reducir la interferencia entre pistas analógicas.
La etapa analógica se blinda mediante la inserción de vías, esto reduce el ruido, debido
a que la vía es un poste metálico aterrizado. Cuando la interferencia electromagnética pasa
por el poste, la señal electromagnética se divide en dos, la primera parte se refleja y sale de
la tarjeta; la otra parte traspasa el poste, y se atenúa exponencialmente conforme encuentra
otra vía, tal como se muestra en la Figura 24. Así, la interferencia entre la etapa digital y
analógica se reduce, y el voltaje del ruido quedaría en el orden de 5mV.
Figura 24. Disminución de interferencia por vías.
Las tierras entre la parte digital y analógica, se unen en puntos en donde, el ruido tenga
menos posibilidad de atravesar.
7.2.2 Ruido externo
Nuestro entorno está inundado de ruido externo provocado por: las computadoras,
ondas electromagnéticas de radio, televisión, telefonía, etc.; sin embargo, este ruido no es
significativo para la tarjeta PCI.
En un metal, a temperatura constante, la densidad de corriente J es linealmente
proporcional al campo eléctrico E.
= donde g es la conductividad.
La densidad de corriente J, caracteriza a un punto interno del conductor. Si la corriente
i se distribuye uniformemente a través del área A de la sección transversal de un conductor,
la magnitud de la densidad de corriente de los puntos en esa sección transversal es:
= , ⇒ = ⇒ =
,
la conductividad idealmente tiende a infinito y por lo tanto
= 0.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
34/63
33
Por esta razón, en una cierta área alrededor de la tarjeta no existe ningún factor externo
incidiendo, así, se usan componentes superficiales de tal manera que se ubiquen en el área
carente de ruido externo.
7.3 Generación de PCB multicapa
7.3.1 Conceptos básicos de fabricación de PCBs
Los paquetes de diseño de PCBs están compuestos por tres herramientas, el editor de
componentes, el editor de esquemas y el postprocesador. Cuando iniciamos el diseño de una
nueva PCB, las medidas están impuestas por restricciones de diseño, normalmente se trabaja
con medidas inglesas, se emplea la milésima de pulgada, donde una 1 in = 2.45 cm.
La librería de componentes es la parte más importante del programa de diseño. Un
programa de captura de diagramas con herramientas de diseño de PCB, tiene enlaces que
definen como un símbolo del diagrama se relaciona con un símbolo de PCB. El procesadodel diagrama genera un fichero de netlist para el programa de ruteo. Hay que prestar atención
entre la relación de la numeración de las terminales del símbolo en el diagrama y en el
encapsulado del componente. Altium Designer permite diseñar encapsulados especiales.
Toda la información de la lista de materiales se puede almacenar con cada componente si
creamos un PCB a partir de un diagrama.
De manera general los pasos para hacer un diseño de PCB consisten en:
La primera fase consiste es definir las dimensiones exteriores de la placa y losagujeros de montaje necesarios; Luego, se lee el netlist creado por el software
de captura de diagrama. Este proceso lee componentes de las librerías y los
coloca uno encima de otros en el origen del dibujo.
La segunda fase importante es la correcta colocación de los componentes.
Cuando se mueve un componente a una zona libre de la placa, observamos
líneas que lo unen a otros componentes, estas líneas sirven para encontrar la
disposición más adecuada con respecto a los demás componentes. Colocar los
condensadores de desacoplo cerca del extremo de los circuitos integrados (IC,
Integrated Circuit ) para mantener la longitud de las pistas lo más cortas posible.
Los componentes de la etapa analógica deben permanecer separados de la
digital.
La tercera fase consiste en colocar las pistas de cobre que unen los
componentes, esta fase puede ser automática o manual.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
35/63
34
Por último la cuarta fase es generar los archivos necesarios para la fabricación;
en el caso de hacer este proceso de manera manual, entonces imprimir mediante
una impresora de alta resolución el diseño final en un papel especial que sea
transparente a la luz actínica.
Altium Designer v7.0 incluye varias características de automatización para facilitar elruteo manual de la placa, utiliza un algoritmo de conectividad que analiza continuamente el
diseño a medida que se rutea, optimizando y ajustando las líneas de conexión a medida que
se coloca cada pista. Esto nos permite rutear las conexiones a lo largo de cualquier camino,
sin tener en cuenta la línea de conexión actual. Una rejilla eléctrica tiene preferencia sobre la
rejilla snap, que se usa para la visualización, permitiéndonos rutear conexiones de
componentes que no se ajusten a la rejilla.
Altium Designer v7.0 incluye varios modos de colocación de pistas: en 45 grados,
ortogonal, oblicuo o en arco. Asimismo, se puede alternar entre capas mientras se hace el
ruteo.
Altium Designer v7.0 permite definir modos de ruteo; El modo de ruteo “Evitar
obstáculo” monitorea de forma automática el ruteado e impide la violación inadvertida de
cualquier regla de diseño al colocar una pista en un objeto que no se encuentre en la misma
conexión. El modo “Empujar obstáculo” permite mover pistas a medida que se rutea. Para
cambiar los modos de ruteado, seleccionar Tools → Preferences del menú de PCB → En la pestaña Options → seleccionar una opción de la lista desplegable Interactive Routing Mode.Existen tres tipos de capas usadas en el editor PCB:
1. Electrical Layers (Capas eléctricas). Estas incluyen 32 capas de señales y
16 capas planas internas. Las capas son añadidas o eliminadas desde Layer Stack
Manager.
2. Mechanical Layers (Capas mecánicas). Hay 16 capas mecánicas de
propósito general para definir los límites de la tarjeta, ubicar las dimensiones, incluir
los detalles de fabricación o cualquier detalle mecánico que requiera el diseño. Estas
capas pueden seleccionarse o incluirse dentro de la impresión y los archivos Gerber.
3. Special Layer (Capas especiales). Se encuentran tanto en la parte superior e
inferior de las capas de serigrafía o silkscreen de soldadura de perforación, de keep
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
36/63
35
out (usado para establecer los límites de las conexiones eléctricas) de conexión de
error y entre las multicapas.
7.3.2 Diseño de Circuito
En la Figura 25 se muestra el diagrama de los circuitos correspondientes al DAC, el
convertidor digital-analógico ha sido considerados en el diseño, por si se requiera tener dos
versiones para el experimento, solo se utilizará la versión sin discriminador para elexperimento.
La figura 26 nosmuestra los 6 primeros
canales de entrada que se asignan al banco 1 del FPGA y discriminadores
Figura 26. Canales de entrada y discriminadores
Canales de entrada1-6
Discriminadores
Banco 1
DAC
BANCO 1
Figura 25. Diagrama del convertidor digital-analógico
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
37/63
36
La figura 27 nos muestra los 3 últimos canales de entrada que se asignan al banco 4 del FPGAy discriminadores
Canales deentrada 7-9
Discriminador es 7-9
Banco 4
Figura 27. Canales de entrada y discriminadores
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
38/63
37
La figura 28 nos muestra el circuito correspondiente al FPGA con su circuito de reloj en el banco 1 y un header en el banco 2 y el circuito de Wifi. La siguiente figura 29 muestra loscapacitores en puntos de baja impedancia
BANCO 1
BANCO 2
BANCO 3
BANCO 4
Wi Fi
Figura 28. FPGA y Wi Fi
Figura 29. Capacitores en puntos de baja impedancia
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
39/63
38
Tarjeta Hija
La tarjeta hija se muestra en la Figura 30, es un diseño de cuatro capas y tiene
componentes en la parte superior e inferior.
La parte superior, Figura 30a, consta de:
(1) Un FPGA Cyclone III con matrícula EP3C10F256C6 de Altera.
(2) Un puerto de programación compatible con el programador usb-blaster que
se muestra en la Figura 6.2.
(3) Un puerto JTAG.
(4) Un conector para alimentación externa.
(5) Un botón de reinicio.
(6) 4 Conectores header macho de 50 pines.
La parte inferior, Figura 30b, consta de:
(1) Memoria EEPROM (EPC2).
(2) Convertidor DC-DC de 3.3V a 1.2V.
(3) Oscilador de cristal.
(4) Resistencias y capacitores.
(a)
Capa superior. (b)
Capa inferior.Figura 30. Tarjeta hija
En la Figura 7.12 se muestra la distribución de pines de la tarjeta hija con el FPGAcyclone III.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
40/63
39
Figura 7.31. Distribución de pines de la tarjeta hija.
Canales de entrada
La salida de los sensores APDs se conectan a la tarjeta PCI, utilizando un cable coaxial
RG316 con conectores LEMO, que se muestran en la Figura 7.13.
El conector lemo hembra, Figura 7.13b, está montado en la tarjeta PCI en los canales
de entrada que se muestran en la Figura 7.12.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
41/63
40
4
(a) Conector Macho (b) Conector HembraFigura 7.32. Conectores lemo.
Circuitos discriminadores
Los circuitos discriminadores que se muestran en la Figura 7.14 corresponden al
circuito integrado (IC, integrated circuit ) MAX9203, el cual es un comparador de voltaje de
alta velocidad, de baja potencia y con salida lógica TTL con resistores internos activos.
.
(a) Encapsulado SOIC 8 pines. (b) Distribución de pines.Figura 7.33. IC discriminador.
Algunas de las principales características de este IC son [16]: Retardo de propagación de 7ns.
Comparador de bajo consumo de energía (9mW).
Fuentes de alimentación analógica y digital separadas.
Fuente de alimentación flexible: +5V a +10V ó \pm5V.
El rango de voltaje de entrada incluye alimentación negativa.
Salidas TTL.
Entradas compatibles con TTL.
Empaquetados disponible SOT23 de 8 pines (MAX9203), TSSOP de 14 pines
(MAX9202) y TSSOP de 16 pines (MAX9201).
Las características anteriores hacen que estos dispositivos sean ideales para
convertidores A/D y circuitos de muestreo rápido, y aplicaciones como discriminadores de
datos. En esta tesis se utiliza este IC, como discriminadores de señales con umbral negativo,
por lo que este IC recibe una señal de referencia del IC DAC7613E.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
42/63
41
DAC
El IC DAC7613, que se muestra en la Figura 7.15, es un convertidor digital a analógico
de 12bits con un rendimiento garantizado en todo el rango especificado.
(c) Encapsulado SSOP 24 pines. (d) Distribución de pines.Figura 7.34. IC DAC7613E.
El DAC7613E tiene una entrada de 12bits de datos en paralelo, un doble buffer de
entrada y proporciona un modo de re-lectura del registro de entrada interno. Un reinicio
asíncrono, borra todos los registros a un código de escala media de 800H o a una escala de
cero 000H. El DAC7613 puede operar con una sola fuente de alimentación de +5V o de +5V
y-5V.
El bajo consumo de energía y el tamaño pequeño, hace al DAC7613E ideal para
sistemas de adquisición de datos y servo-control de lazo cerrado. Está disponible en un
encapsulado SSOP-24, y ofrece una especificación garantizada en un rango de temperatura
de -40°C a +85°C.
Algunas características de este IC son [17]:
Bajo consumo de energía: 1.8mW.
Operación Unipolar o Bipolar. Tiempo de establecimiento: 10\mu s a 0.012%.
Linealidad y monotonicidad: -40°C a +85°C.
Entrada de datos con doble buffer.
Re-lectura de datos.
Empaquetado SSOP-24.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
43/63
42
El DAC7613E tiene el propósito de generar un nivel de voltaje analógico, el cual se
genera con una combinación de 12bits, que se recibe del FPGA. Dicho nivel de voltaje, sirve
como referencia para el circuito discriminador. En esta tesis no se utiliza el DAC7613E,
debido a que los sensores utilizados son APDs, sin embargo están contemplados cuando sea
necesario utilizar PMTs.
Otros componentes
Los capacitores en los puntos de baja impedancia, que se utilizan, son de
montaje superficial con un valor de 0.1µ.
7.3.3 Diseño de la PCB de la tarjeta PCI
El diseño del PCB de la tarjeta PCI, consta de cuatro capas de cobre y tres de materialdieléctrico. Las pistas para las señales se localizan en la capa superior e inferior; El plano de
alimentación y tierra se localizan en las capas intermedias, tal como se muestra en la Figura
3.14.
Figura 7.35. Capas de la tarjeta PCI.
La tarjeta es modular y contiene una tarjeta hija, de esta manera, se puede utilizar para
otros fines. Esta tarjeta también se puede programar y utilizar conectándolo con una fuente
de alimentación externa.
Los componentes para la tarjeta son los siguientes: 1 Convertidor digital analógico,
DAC7613E de montaje superficial; 6 circuitos discriminadores, uno por cada canal de
entrada; 6 conectores LEMO, uno para cada canal; 4 conectores Header de 50 pines cada
uno, para conectar la tarjeta hija; un Header para el módulo Wi fi; un conector Header de 25 pines para uso de propósito general, así como resistencias y capacitores.
La tarjeta hija consta de: un FPGA Cyclone III, 4 conectores header macho de 50 pines
cada uno, un circuito de reinicio, un oscilador de cristal con sus respectivas resistencias y
capacitores.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
44/63
43
Para insertar cada dispositivo, Altium posee una gran cantidad de librerías, sin embargo
si no son suficientes, el programa permite diseñarlos; para el diseño de esta tarjeta, se crearon
algunas librerías.
En primer lugar se creó un proyecto, a continuación se creó un nuevo documento de
librería de circuito electrónico; se nombró el dispositivo y con la barra de dibujo se crea el
dispositivo; se elige la opción de insertar los pines al dispositivo, es elemental que el
dispositivo lleve el número o nombre del pin dentro del dispositivo y encima de dicho pin
porque es la forma en que el programa reconoce los dispositivos.
Una vez que se realiza cada uno de los dispositivos se deben crear las huellas ( footprint )
que se plasmarán en la tarjeta electrónica, para lo que es muy importante tomar en cuenta el
tamaño de cada dispositivo, las huellas se crean haciendo un nuevo documento de librería
PCB, luego en el menú de herramientas se crea un nuevo componente, se eligen: el empaque,
las medidas, el número de pines, etc.; una vez que se tiene la huella, se le asigna un nombrey se da de alta en las librerías, así puede ser utilizado para cualquier dispositivo al que se le
agregue dicha huella.
Ya que se tienen los componentes y las huellas, se acomodan los dispositivos y se hace
el ruteo. En este proyecto el ruteo se realizó manualmente para tener un mayor control del
PCB.
A continuación se presentan las respectivas capas de la tarjeta.
Capa superior
En la Figura 36 se muestra la capa superior de la tarjeta PCI. En esta capa se muestranlas pistas de conexión entre los canales de entrada, el circuito discriminador y la tarjeta hija;las pistas entre las pistan entre la tarjeta hija y el DAC; y las pistas entre la tarjeta hija y elmódulo Wi Fi.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
45/63
44
Capa de tierra
En la Figura se muestra la capa de GND, la cual tiene separadas la etapa analógica y ladigital. Estas etapas son unidas con un puente ( jumper ) en algunos puntos específicos (J1, J2y J3).
Capadealimentación
Figura 36. Top Layer
Figura 37. Capa de tierra
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
46/63
45
En la Figura 38 se muestra la de alimentación, el cual tiene distintos voltajes como:VCM (3.3V), para la parte digital; VCC (-5V), para la parte analógica; AVCC (5V).
Capainferior
En la Figura 39 se muestra la capa inferior. En esta capa se muestran las conexionesdel DAC con los discriminadores.
Figura 39. Capa inferior
Figura 38. Capa de alimentación
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
47/63
46
Tarjeta
A continuación se muestra una vista superior previa de cómo sería la tarjeta terminada.
Figura 40. Vista 3D de la tarjeta
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
48/63
47
8 Interfaz WiFi
8.1.1 Protocolo 802.11g
El modulo RN-XV funciona mediante el protocolo 802.11g, por lo cual se mencionarán
sus características.
Trabaja en la banda de 2.4 GHZ (2402 a 2480 GHz).
Su tasa de transferencia máxima es de 54Mbps.
Cuenta con hasta 14 canales, de los cuales algunos no son permitidos en algunos
países.
El protocolo 802.11g funciona en la banda conocida como ISM de 2.4 Ghz
(Industrial, Scientific and Medical) y como todo dispositivo de radiofrecuencia, está
regulado por la FCC (Federal Communications Commission).
El protocolo 802.11g cuenta con mecanismos de manejo de interferencia, tales como:
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)
Retransmisión de paquetes
Selección de canales
Potencia de transmisión
Sin embargo, es importante destacar que aunque estos mecanismos en robustecen la
comunicación, se puede tener un impacto negativo en el ancho de banda del 802.11g, puesto
este se ve reducido como tanta interferencia exista.
A continuación se muestra una figura en donde se observan los canales en los que opera
el protocolo 802.11g y sus frecuencias.
Figura 2.26 Frecuencias de operación del protocolo 802.11g y sus canales
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
49/63
48
8.1.2 Módulo RN-XV
El hardware de la interfaz WiFi consta del módulo RN-XV y su conexión al FPGA.
El módulo RN-XV[14] (ver fig. 27 ) está basado en el módulo RN-171 de Roving
Networks. Básicamente es el módulo RN-171 adaptado a una PCB con el fin de ser
compatible con el socket XBee. Este diseño facilita su uso ya que el RN-171 por si sólo es
de montaje superficial y su método de soldadura es delicado, además de requerir el diseño de
una PCB para su montaje.
Figura 2.27 Modulo RN-XV
También cuenta con una antena integrada a la PCB, LEDs indicadores y una
distribución de pines.
El objetivo de usar este adaptador y el módulo RN-XV es el de facilitar el uso del
módulo y poder llevar a cabo experimentos en una protoboard, evitando así el diseño de una
PCB para llevarlos a cabo.
Los módulos WiFly, también conocidos como RN-171, RN-131, son principalmente
convertidores de serial a WiFi y viceversa. Cuentan con un firmware integrado el cual facilita
su configuración [7], la cual puede ser mediante un método alambrado (serial) o inalámbrico
mediante Telnet.
En este caso se usó el método vía Telnet, debido a su simplicidad. Como se mencionó
anteriormente, el módulo RN-XV tiene montado el módulo RN-171, el cual cuenta con dos
protocolos seriales de configuración los cuales son el Serial Peripheral Interface (SPI) y el
Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) [8], sin embargo, la PCB del RN-
XV fue diseñada de tal forma que para ser compatible con el socket XBee, se prescindió del
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
50/63
49
puerto SPI, con lo cual solo tenemos la opción de usar el protocolo UART como medio de
comunicación serial entre el módulo y el FPGA.
Puesto que el módulo RN-XV cuenta con un firmware integrado, el presente trabajo
hace uso de la versión 4, la cual es recomendada por el fabricante. Dicha versión también
incluye el modo de operación de Punto de Acceso. Las configuraciones por default del Punto
de Acceso [7] creado por el módulo son observadas en la tabla 2.22 y posteriormente sudescripción.
Configuración Valores por defecto del modo Punto de Acceso
SSID Wifly-XXX-yyy, donde:
XXX es GSX para el RN131 y EZX para el RN171
yy es el byte menos significativo de la dirección
MAC
Canal 1
DHCP Habilitado
Dirección IP 1.2.3.4
Máscara de red 255.255.255.0
Puerta de Enlace 1.2.3.4
Tabla 2.22.Configuraciones del modo de Punto de Acceso del módulo RN-XV.
SSID: es el nombre del Punto de Acceso que el módulo transmite.
Canal: es el canal que está siendo utilizado por el módulo. Se recomienda que los
puntos de acceso cercanos usen diferentes canales para evitar interferencias.
DHCP: (Dynamic Host Control Protocol) está activado y su trabajo es auto asignar /
reasignar IP de los dispositivos que se conectan al punto de acceso.
Direccion IP: Dirección lógica del módulo.
Máscara de red: el 0 sirve para especificar los bits de la dirección IP de la red que
se pueden utilizar para asignar direcciones IP a los dispositivos que se encuentran en
la red.
Puerta de enlace: es la dirección del router que gestiona la red en este caso a través
del punto de acceso
8.1.3 UART [9]
El módulo RN-XV a pesar de que está basado en un módulo RN-171 y este soporta SPI
y UART, la tarjeta en donde está montado fue diseñada de tal forma que solo se puede hacer
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
51/63
50
uso del UART para la comunicación, más en específico un TTL UART, con lo cual se
manejan niveles lógicos de 0 volts a 3.3 volts.
EL Universal Asynchronous Receiver Transmitter o Receptor/Emisor Asíncrono
Universal permite establecer una comunicación serial entre dos dispositivos.Puede ser de 2
líneas o 4 si se hace uso del control de flujo. El cableado es simple y es el siguiente:
Figura 2.28 Comunicación UART
La principal característica de este medio de transmisión es que no usa una señal de
reloj para sincronizar el flujo de datos, caso contrario del bus SPI visto anteriormente o el
USART. El hecho de no contar un una señal de reloj simplifica la operación y facilita la
implementación de hardware. Sin embargo, hay un precio a pagar y este es que sacrifica
velocidad de transmisión. Puesto que no existe una señal de reloj, ambos dispositivos deben
de ser configurados para que funcionen a un flujo de datos predeterminado, de tal forma quese podría decir que existe una sincronización pero independiente, a esta tasa de transferencia
se le llama baudrate o tasa de bits por segundo.
La comunicación básica del UART se muestra en la siguiente figura:
Figura 2.29 UART
Como se puede apreciar, la señal está en reposo a un nivel de voltaje “1” y se activa
cuando está en un nivel bajo “0”. Cuando la transmisión de información está por comenzar,
la señal cambia de “1” a “0” y a este bit se le conoce como bit de inicio.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
52/63
51
Los bits de información son transferidos del menos significativo al más significativo
usualmente son 8 bits y por último el bit de finalizado. El UART también admite usar bits de
paridad, con los cuales se puede detectar y corregir errores durante la transmisión.
Para garantizar una adecuada lectura, una vez fijada la velocidad de transferencia dada
por
() = 1
En donde el total de bits por segundo es el inverso del tiempo que se toma en transferir
un bit. Como medida para garantizar una adecuada trasferencia, dado que el método es
asíncrono, está la metodología del tiempo de muestreo. Se sugiere que en el receptor, exista
un tiempo que muestreo el cual sea 16 o 64 veces mayor que el de trasferencia, esto significa
que si existe algún desfase entre el envío y recepción, se garantiza que hay un rango que sirvecomo respaldo para que pueda haber una desincronización en las señales y aun así la muestra
del bit se tome en el bit correspondiente. En la siguiente figura, se muestra este proceso con
más detalle:
Figura 2.30. Muestreo de los datos a un periodo de 1/16 del tiempo por bit.
Se puede observar que para este ejemplo, se eligió una velocidad de lectura 16 veces
mayor, en donde existe un contador que al llegar a la mitad de su conteo marca la pauta
para leer el bit. Cabe destacar que a pesar de que se envían paquetes en dónde entiéndase
por paquete los bits de inicio/fin más los de datos, aunque exista una desviación, esta solo
se acarrea hasta que el bit de fin sea recibido, puesto que en cada inicio (recibiendo un bitde inicio) se re-sincroniza la transferencia y así sucesivamente.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
53/63
52
Detectores
(APD)
ROBOTS
CARTESIANOS
8.2 WiFi
El protocolo UART se implementó en el FPGA, particularmente en lenguaje AHDL
(Altera Hardware Design Language), en la siguiente figura se observa el diagrama a bloques
del firmware del UART.
Figura 41. Estructura a bloques del Firmware de control.
Receptor (RX): Representado por máquinas de estados, en donde se tienen las tareas
de detectar el bit de inicio, encontrar el punto intermedio para el muestreado, tomar
la muestra, esperar a que termine de transmitirse el bit en cuestión y recibir el bit de paro. Se utiliza un reloj de 100Mhz para el muestreo, con lo que 217 cuentas se
requieren para que transcurra una transición de un bit.
Transmisor (TX): Representado por máquinas de estados en donde se tienen las
tareas de esperar a que se inicie la transmisión, enviar el bit de inicio “0”, esperar a
que se termine de transmitir el bit en cuestión, convertir la señal de paralelo a serial
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
54/63
53
y transmitirla y por ultimo enviar el bit el paro. Cuenta con un reloj que genera una
tasa de transferencia de 460800 baudios.
Command Reference: Determina si la información recibida por WiFi es un comando
y decide que acción tomar dependiendo de este.
UART Control: Controla al transmisor, decide cuándo y que dato debe ser enviado.
En la siguiente figura se observan las máquinas de estados del firmware
correspondientes a los módulos de transmisión y recepción.
Figura 3.12. Máquinas de estados de la transmisión y recepción del UART.
El módulo de transmisión cuenta con un reloj configurado a 460800 baudios. Cuenta
con una entrada de habilitación y entrada de datos y una salida que indica que el módulo está
ocupado. El módulo de recepción toma los datos a 100Mhz, sincronizándose a los baudios
de transmisión mediante retardos. Esto es debido a que para llevar a cabo una lectura
confiable, se leen los datos a la mitad de la transmisión de cada bit. Sus salidas son el byte
recibido y un indicador (dataRdy) quien genera un pulso de que el dato ha sido recibido. Los
módulos generados se pueden observar en las figuras 3.13 y 3.14.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
55/63
54
Figura 42. Módulo UART TX.
Figura 43. Módulo UART RX.
EL módulo de UART Control (ver fig. 3.15) es el encargado de enviar los datos hacia
el UART_TX y de esta forma, que sean enviados por WiFi al usuario. Los datos enviados
son la posición actual y el par aplicado. Tiene una entrada para determinar si el módulo de
transmisión está ocupado y otra de habilitación para iniciar una transmisión proveniente del
módulo Command Reference.
Figura 44. Módulo UART Control.
El módulo Command Reference se muestra en la figura 3.16.
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
56/63
55
Figura 45. Módulo Command Reference.
En el módulo anterior, existe una tabla de comandos en donde se recibe desde Labview
un data header de 32 bits. Un data header contiene los datos estructurados en un formato
específico para ser procesados por el firmware. El data header es reconstruido a partir de
cuarto bytes. El byte más significativo corresponde al comando y los posteriores son los
argumentos de dicho comando en el caso donde aplique.
9 Software WiFi
10.1 TCP/IP
Labview cuenta con funciones para crear aplicaciones que usen TCP o UDP. Puesto
que el TCP es un protocolo más confiable que el UDP, por razones vistas ya anteriormente,
se hará uso de éste. Las funciones involucradas con el TCP sirven para poder abrir, leer,
escribir y cerrar.
10.1.1 TCP Open/ Abrir TCP
Figura 46. TCP Open
-
8/17/2019 Avance Tesis III Araceli Luna
57/63
56
Esta función abre una conexión con otro host, en el caso de WiFi, se requiere que se el
equipo se encuentre conectado al Access Point del módulo RN-XV. Al usar esta función con
el módulo RN-XV, se deben de llevar a cabo las siguientes configuraciones:
Address: 1.2.3.4
Remote por or service name: 2000
Retorna una dirección de conexión (connection ID o identificador de conexión), la cuál
puede ser usada en los VI’s para la escritura y lectura de información.
10.1.2 TCP Write/ Escribir en TCP
Figura 4.2. TCP Write
Esta función sirve para enviar datos por el TCP, como se puede observar, requiere de
un ID de conexión, creado previamente con la función TCP Open. Es importante destacar
que la información a enviar debe de estar en formato string, s