Normalt tænker FPGA designere meget på IO spændingsniveauer på få volt og sikre stelplaner i designet, men for en atypisk kunde handler det om at være hævet passende over jordoverfladen og med flere kilovolt som spændinger i systemet. SkyTEM har designet et system til kortlægning af undergrunden, som baserer sig på, at man hænger en 350 kvm spole sammen med div. måleelektronik og en generator under en helikopter og flyver hen over jorden 15-30 meters højde og med en hastighed på 15-50km/t alt imens der bliver foretaget og logget målinger af undergrunden ned i 200-300 meters dybde. Allerede i dag er store dele af Danmarks grundvandskamre kortlagt med denne metode.
For dette projekt har Axcon skabt FPGA designet og dele af den embeddede software som indgår i målesystemet. FPGA’en har gennem de sidste par år været igennem et par generationer som led i udvidelsen af målemetoderne. Det er et godt eksempel på, hvorledes programmerbar logik giver en stor fleksibilitet. Desuden er det kundespecifikke digitale kredsløb en nødvendighed for at målingerne opnår tilstrækkelig præcision. Resultatet bliver ligeledes en timing, som langt overgår, hvad man ville kunne opnå med en processor. Dataopsamlingen foretages af FPGA’en og sendes derefter til videre håndtering på processoren. De lavere software lag håndteres af en Linux driver, som er skrevet specifikt til applikationen.
Et kanonslag 10cm fra øret
Kundens designteam og deres store ekspertise indenfor måleteknikker og geologi har ført frem til et målesystem, som baserer sig på, at man aktiverer et enormt felt mod jorden og derefter slukker for feltet for at måle på, hvordan feltet henfalder igen. Problematikkerne, der opstår, er lidt analoge til udfordringerne med ultralyd nemlig, at man sender en kraftig bølge af sted og lytter efter et meget svagt respons. Dybest set svarer det til, at man fyrer et kanonslag af 10 cm fra øret, og kort efter prøver at hviske sagte til samme øre. Det kræver en god og præcis timing af affyringstidspunktet og måletidspunktet – ellers er det oplagt, at målingerne bliver forstyrret af det signal, man selv transmitterer.
Da vi taler om strømme på mere end 100A og spænding over 4.000V, så behøver det ikke nærmere forklaring, hvorfor en præcis og ensartet virkemåde er vigtig og hvorfor en fejl kan have alvorlige konsekvenser
FPGA’en har været en vigtig brik i at tilvejebringe ensartet dataopsamling i systemet og har samtidigt givet en høj grad af fleksibilitet. Fleksibiliteten er blevet udnyttet til at lave løbende forbedringer af målemetoderne. At systemet oven i købet har gennemgået disse udvidelser uden ændring af arkitekturen og PCB er naturligvis et stort plus.
Ergo – Det kan godt være at FPGA IO spændinger typisk er få volt, men sat sammen med rette målesystem har man pludselig et avanceret og fleksibelt målesystem, som har en følsomhed på få nano-Volt og spændinger på kilo-Volt.