Aufbau und Evaluation eines diskreten analogen Frontends zur OFDM-basierten Powerline-Kommunikation an einer PXIe-Emulationsplattform

Am Fachgebiet „Architekturen und Systeme“ des Instituts für Mikroelektronische Systeme werden
VLSI-Architekturen für Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung mit besonderen Anforderungen
an Echtzeitfähigkeit und Verlustleistung konzipiert und implementiert. Ein Forschungsschwerpunkt
ist dabei die digitale Signalverarbeitung in der Tiefbohrtechnik.

Heutige Anwendungen verteilter elektronischer Systeme zeichnen sich insbesondere durch
zunehmende Vernetzung untereinander aus. In Umgebungen, in denen der verfügbare Bauraum stark
beschränkt ist und eine drahtlose Kommunikation der Teilnehmer nicht realisierbar ist, werden
Konzepte attraktiv, die die Anzahl der Verbindungsleitungen innerhalb des Systems auf ein Minimum
reduzieren. Für eine robuste und schnelle Datenübertragung in diesem System eignet sich OFDM als
Übertragungsverfahren. Das Institut für Mikroelektronische Systeme arbeitet auf diesem
Forschungsfeld an der optimierten Umsetzung dieser OFDM-Verfahren, um sie insbesondere unter
extremen Umgebungstemperaturen verfügbar zu machen.

Die Datenübertragung mit Hilfe von OFDM erfordert unter anderem eine Digitalisierung
ankommender sowie Aufprägung ausgehender Spannungspulse auf die Signalleitung. Zur Kopplung
der digitalen Signale auf die analoge PowerLine werden sowohl auf Sende- als auch auf
Empfangsseite Analog-Frontends (AFE) verwendet. Diese AFEs sind Mixed-Signal-ASICs mit einer
digitalen Schnittstelle zur Kommunikation mit dem PowerLine-Modem und einer analogen
Schnittstelle zur PowerLine selbst, die sich bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit (Rauschverhalten,
Sensitivität, Leistungsbedarf) unterscheiden.

Die Aufgabe dieser Arbeit ist, die AFEs MAX2981 von Maxim sowie AD9865 von Analog
Devices auf einem PCB aufzubauen und an eine FlexRIO-FPGA-Karte anzuschließen. Zur
Demonstration der Funktionsfähigkeit soll anschließend eine LabVIEW-Oberfläche
erstellt werden, welche geeignete Testmuster über eine separate Signalgenerator-Karte einer PXIe-Station
erzeugt und an das AFE anlegt. Des Weiteren soll das empfangene Frequenzspektrum erfasst und in
der LabVIEW-Oberfläche dargestellt werden. Abschließend soll mit Hilfe dieser Umgebung die
Performance der beiden AFEs gegenübergestellt und bewertet werden.