Makalah ini membahas implementasi generator pulsa radio frekuensi (RF) berbasis FPGA untuk spektrometer NQR/NMR. Metode Direct Digital Synthesizer (DDS) digunakan untuk menghasilkan pulsa RF dengan kontrol frekuensi dan fase secara digital. Programmer pulsa diimplementasikan pada FPGA untuk menghasilkan urutan pulsa dengan presisi tinggi. Spektrometer yang dibangun mampu mendeteksi sinyal hingga microvolt dan menghasilkan daya 200 watt.

1. Tugas Sistem Embedded
Ujian Tengah Semester Kelas A
Ringkasan Artikel tanggal 23 April 2018
Ringkasan Artikel FPGA Berdasarkan Pembangkit Pulsa RF
untuk Spektrometer NQR/NMR
Khairul Muhammad(1400022030), Muhammad Arifin(1400022017),Rivaldy Fachrul
Armando(1400022046
Universitas Ahmad Dahlan
Jl. Prof. Dr. Soepomo, S.H., Janturan, Warungboto, Umbulharjo, Yogyakarta, telp: (0274) 563515
e-mail: Muhammadarifin18@gmail.com , Khairul1400022030@webmail.uad.ac.id
, rivaldifachrul96@gmail.com
1. Pendahuluan
NQR adalah area spektroskopi frekuensi radio yang menawarkan beberapa
kemungkinan untuk deteksi analitis zat kimia dalam fase padat. Desain sumber
frekuensi radio sangat penting untuk pengembangan spektrometer NQR. Sebagai
tambahannya rentang frekuensi dan kemurnian spektral, umumnya diinginkan
sumber RF yang mampu menghasilkan pulsa RF dengan waktu switching yang
singkat dan resolusi tinggi dalam frekuensi dan fase yang baik. Sampel pulsa RF
harus diprogram. Untuk menyesuaikan pulsa RF ke berbagai sampel, parameter
pulsa RF seperti lebar pulsa, celah antara dua pulsa dan frekuensi sinyal RF serta
amplitudo sinyal RF. Secara konvensional, sintesis frekuensi dicapai melalui tiga
metode: Pencampuran analog, fase loop terkunci, dan sintesis digital langsung.
Dengan perkembangan teknologi modern, teknik DDS menjadi yang paling banyak
pilihan umum untuk membangun sumber RF. Khusus untuk spektrometer NQR /
NMR metode ini memiliki keunggulan mampu mengontrol frekuensi dan fase
sinyal RF secara digital, cepat dan tepat. Jadi untuk biaya rendah dan compact NQR
/ NMR spektrometer DDS chips3 digunakan sebagai sumber RF. Fungsi utama
dari bagian eksitasi dari Spektrometer NQR / NMR adalah untuk menciptakan pola
urutan pulsa yang dicapai dengan presisi yang lebih baik daripada sirkuit anolog.
Makalah ini menjelaskan rincian implementasi teknik DDS dan programmer pulsa
di FPGA. Implementasi serupa di platform yang berbeda seperti DSP4 Namun
tersedia implementasi berdasarkan FPGA menawarkan banyak keuntungan
dibanding yang lain. FPGA karena fitur reconfigurable-nya adalah teknologi yang
paling populer mengimplementasikan prototipe dan menguji algoritme baru
(Hemnani, Rajarajan, Joshi, & Ravindranath, 2016).
2. Direct Digital Synthesizer (DDS)
DDS adalah generasi gelombang sinyal dengan menggunakan pemrosesan sinyal
digital. Gelombang waktu bervariasi dihasilkan dalam domain digital dan kemudian
menggunakan DAC untuk mengkonversi menjadi bentuk analog. Karena
operasinya bersifat digital, ia menawarkan perpindahan cepat antara frekuensi
output, frekuensi dengan resolusi yang lebih baik. Harmonik yang lebih tinggi
disaring dengan melewatkannya melalui filter LPF (Low Pass Filter). Komponen
utama DDS adalah akumulator fase, Look up table (LUT) dan DAC. Frekuensi
output maksimum tergantung pada frekuensi clock. Frekuensi operasi tergantung
pada frekuensi clock dan kata tuning program yang disimpan dalam register yang

2. Tugas Sistem Embedded
Ujian Tengah Semester Kelas A
Ringkasan Artikel tanggal 23 April 2018
disebut sebagai register frekuensi. Nomor biner dalam daftar frekuensi
menyediakan input utama ke akumulator fase. DAC mengubah angka kedalam
bentuk nilai tegangan analog atau arus. Semakin besar pertambahan yang
ditambahkan, semakin cepat akumulasi akumulator sehingga menghasilkan
frekuensi output yang lebih tinggi.
2.1 Implementasi LUT dalam FPGA
Pembuatan gelombang sinus dalam DDS dilakukan dengan
menggunakan fase akumulator dan fase ke konverter amplitudo yang memiliki
sampel sinus gelombang penuh yang disimpan dalam tampilan tabel (LUT) .
Fase akumulator menghasilkan nilai-nilai fase untuk gelombang sinus sementara
fase ke konverter amplitudo menggunakan nilai fase sebagai alamat untuk LUT.
Untuk mengurangi ukuran LUT yang simetri fungsi sinus dengan seperempat
pertama dari sinus gelombang yang dihasilkan yaitu nilai Sin (0) to Sin (π/2).
2.2 Pembangkit pada Keluaran Quadrature
Pengurangan area ROM simetri fungsi sinus diperhitungkan dan
quadrature diambilkan menggunakan beberapa ROM. Dengan frekuensi clock =
46 MHz, fo = 1 MHz dari Labview yang merupakan aplikasi software dari
FPGA. Semua komunikasi dari Labview untuk FPGA melalui PCI bus, dengan
nilai fo dan fc pada M diakumulasikan dan dikirimkan ke FPGA.
3. Pemrograman Pembangkit Pulsa
Pemrograman Pembangkit Pulsa dibangun pada FPGA yang ditulis
menggunakan diagram keadaan pada software HDL. Pemrograman pulsa untuk
membangkitkan urutan pewaktuan dengan mengaktifkan modul pengirim, modul
penerima, perolehan dan modulasi pulsa RF.
4. NQR/NMR Spektrometer
Spektrometer NQR digunakan untuk mendeteksi inti atom dengan desain
konstruksi dan pengujian pada modul FPGA. Terdiri dari empat modul viz,
pengirim, probe, pengirim dan komputer. Percobaan tersebut mampu menghasilkan
tenaga 200 W dan dapat mendeteksi sinyal dengan kekuatan hingga microvolt.
Spektrometer yang sama juga digunakan pada spektrometer NMR dengan
menambahkan magnet permanen pada bidang yang seragam.
5. Kesimpulan
Dalam papper ini membahas tentang FPGA untuk pembangkitan pulsa RF pada
spektrometer NQR/NMR dalam semua rangkaian digital. Pemrograman pulsa RF
diimplementasikan pada FPGA dan dikombinasikan dengan DDS untuk
membangkitkan pulsa RF dalam spektrometer NQR/NMR yang membuat
spektrometer cepat dan seragam (“1 Template TELKOMNIKA Jun’15 (1),” n.d.).
Referensi
1 Template TELKOMNIKA Jun’15 (1). (n.d.).
Hemnani, P., Rajarajan, A. K., Joshi, G., & Ravindranath, S. V. G. (2016). FPGA Based
RF Pulse Generator for NQR/NMR Spectrometer. Procedia Computer Science,
93(September), 161–168. https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.07.196

3. Tugas Sistem Embedded
Ujian Tengah Semester Kelas A
Ringkasan Artikel tanggal 23 April 2018