Diplomarbeit - Eingebettete Systeme - Technische Universität ...

1 Hintergründe
Ziel dieser Arbeit ist die FPGA-Realisierung eines Offset-Lokaloszillators (Offset-LO)
basierend auf PLL- und DDS-Technologien. Dieser Offset-LO soll für Hochfrequenz-
Regelsysteme der Beschleunigeranlagen der GSI eingesetzt werden.
1.1 Aufbau der Arbeit
Um die Hintergründe und Motivation dieser Arbeit zu verdeutlichen, sollen in den
folgenden Unterkapiteln zunächst die Beschleunigeranlagen der GSI sowie die Funktionsweise
eines Synchrotrons und die daraus resultierenden Anforderungen an die
Hochfrequenzsysteme (HF-Systeme) vorgestellt werden. Anschließend werden die
dafür benötigten HF-Regelsysteme sowie die Funktionsweise eines universellen DSP-
Systems zur Lösung dieser Regelungsaufgaben erläutert. In diesem DSP-System arbeitet
zurzeit ein analoger Offset-LO, der im Rahmen dieser Arbeit durch ein digitales
Äquivalent ersetzt werden soll und über die Vorteile digitaler Schaltungen (Flexibilität,
Reproduzierbarkeit, Abgleichfreiheit, etc.) verfügt. Es wird außerdem gezeigt,
dass die Implementierung des Offset-LO als Phase Locked Loop (PLL) vorteilhaft ist.
Daher ist das darauf folgende Kapitel den Grundlagen der PLL gewidmet, in dem
die für die Ausarbeitung benötigten Grundlagen hergeleitet werden. Im anschließenden
Kapitel werden mögliche Realisierungskonzepte mit existierenden Komponenten
beschrieben. Es folgt je ein Kapitel über die Implementierung und Simulation des
Offset-LO. Abschließend werden die Ergebnisse anhand von Messungen im letzten
Kapitel dargestellt und zusammengefasst.
1.2 Die Beschleunigeranlagen der GSI
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) mit Sitz in Darmstadt ist Mitglied
der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren und Betreiber einer Beschleunigeranlage
für schwere Ionen. Die Hauptforschungsgebiete der GSI sind Kernund
Atomphysik, Plasma- und Materialforschung sowie die Tumortherapie im medizinischen
Bereich. Die populärsten Forschungsergebnisse sind die Synthese von sechs
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