La technologie RFSoC redéfinit les récepteurs finaux numériques des radiotélescopes

Nous entrons dans une nouvelle ère, celle de l'astronomie multifréquence, où l'observation simultanée de différents types d'ondes radio améliore notre compréhension de l'univers bien au-delà de ce que des observations individuelles pourraient permettre. Tout comme vous réglez votre radio sur une station spécifique, les radioastronomes peuvent régler leurs télescopes pour capter des ondes radio provenant de sources situées à des millions d'années-lumière. Ces télescopes peuvent être réglés pour observer une large gamme de fréquences, ce qui permet aux scientifiques de recueillir diverses données sur les phénomènes cosmiques. Grâce à des algorithmes informatiques avancés et à des techniques sophistiquées de traitement des signaux, les astronomes peuvent décoder ces signaux pour étudier toute une série d'événements et de structures cosmiques, notamment la naissance et la mort des étoiles, la formation et l'évolution des galaxies, ainsi que les différents types de matière qui composent l'univers.

Un radiotélescope est un instrument astronomique spécialisé conçu pour détecter et analyser les rayonnements radiofréquences sur une large gamme de longueurs d'onde, allant d'environ 10 mètres (30 mégahertz [MHz]) à 1 millimètre (300 gigahertz [GHz]). Ce rayonnement est émis par diverses sources extraterrestres comme les pulsars, les étoiles, les galaxies et les quasars. L'efficacité d'un radiotélescope pour détecter des émissions radio de faible intensité dépend de plusieurs facteurs clés : la taille et le rendement de son antenne, la sensibilité de son récepteur pour l'amplification et la détection du signal, et la qualité de ses capacités de traitement des données.

Les récepteurs finaux numériques modernes intègrent une technologie de pointe qui permet d'améliorer considérablement la clarté et le détail des observations astronomiques. Ces récepteurs avancés utilisent des algorithmes sophistiqués et du matériel hautes performances pour traiter efficacement de grands volumes de données, ce qui permet aux astronomes d'obtenir une précision sans précédent dans leurs études.

Le principal composant d'un système de radiotélescope est le récepteur. Son rôle principal consiste à convertir en éléments numériques les signaux analogiques recueillis par l'antenne, ce qui est essentiel pour le traitement avancé des signaux. Ce processus de conversion implique plusieurs tâches critiques, notamment le filtrage du bruit, l'amplification des signaux faibles et la numérisation précise des ondes radio entrantes. De plus, le récepteur final numérique est chargé de gérer la transmission des données à haute vitesse, ce qui permet de traiter et d'analyser rapidement et avec précision de grandes quantités de données d'observation.

En améliorant le rapport signal/bruit et en offrant une résolution plus précise, il permet aux chercheurs d'étudier de manière plus approfondie les détails complexes des phénomènes cosmiques. L'intégration de ces récepteurs finaux numériques avancés dans les radiotélescopes a révolutionné le domaine de la radioastronomie. Cette avancée technologique a ouvert de nouvelles voies à la recherche et à la découverte, en fournissant des données approfondies sur le cosmos et ses innombrables phénomènes. Les capacités accrues des radiotélescopes modernes permettent d'étudier des objets faibles et éloignés, de détecter des signaux cosmiques subtils et d'explorer les processus fondamentaux de l'univers.

Figure 1 : Les radiotélescopes ont révolutionné le domaine de la radioastronomie. (Source de l'image : iWave)

À mesure que nous continuons à perfectionner ces instruments et à développer des techniques innovantes, le potentiel de découvertes révolutionnaires dans le domaine de l'astronomie ne peut qu'augmenter. Les progrès constants de la technologie finale numérique permettront aux astronomes de percer les mystères de l'univers, de la formation des galaxies jusqu'au cycle de vie des étoiles, en passant par les propriétés de la matière noire et la nature de l'inflation cosmique. L'avenir de la radioastronomie offre des possibilités passionnantes, grâce à la poursuite incessante du savoir et à l'amélioration continue de nos outils d'observation.

Le système sur module (SoM) iW-RainboW-G42M (Figure 2) intègre le ZU49DR et est compatible avec le ZU39 et le ZU29. Ce SoM inclut un système de traitement à plusieurs facettes, abritant un FPGA, un processeur Arm Cortex-A53 et un processeur Arm Cortex-R5 double cœur en temps réel, ainsi que des canaux CAN et CNA hausse vitesse, permettant l'acquisition, le traitement et la réponse aux signaux RF de manière transparente. Il est équipé d'une mémoire vive DDR4 64 bits 8 Go avec code de correction d'erreurs pour le système de traitement et d'une mémoire vive DDR4 64 bits 8 Go supplémentaire dédiée à la logique programmable. Le SoM RFSoC se distingue par son nombre de canaux RF à la pointe de l'industrie, offrant 16 canaux RF-CNA à 10 Géch./s et 16 canaux RF-CAN à 2,5 Géch./s.

Figure 2 : Le SoM iW-RainboW-G42M abrite un FPGA, un processeur Arm Cortex-A53 et un processeur Arm Cortex-R5 double cœur en temps réel. (Source de l'image : iWave)

Ce SoM intègre une boucle à verrouillage de phase (PLL) RF programmable à très faible bruit qui simplifie l'utilisation du SoM dans les produits finaux, en répondant aux préoccupations liées à l'architecture d'horloge complexe. Cette intégration amplifie la largeur de bande de traitement des signaux du système tout au long de la chaîne de signaux RF, renforçant ainsi la synchronisation des réseaux SyncE et PTP, et garantissant des niveaux de synchronisation optimaux. S'appuyant sur le dispositif AMD Zynq UltraScale+ RFSoC Gen3, ce module est idéal pour les systèmes RF qui nécessitent une empreinte compacte, une faible consommation d'énergie et des capacités de traitement en temps réel. Il constitue une solution directe pour les clients qui cherchent à simplifier l'architecture de conception, à accélérer le déploiement de systèmes finaux numériques astronomiques pour les radiotélescopes, et à minimiser la consommation d'énergie du dispositif et les coûts de développement du matériel.

iWave propose une carte d'acquisition de données CAN CNA PCIe RFSoC innovante (Figure 3), alimentée par le SoM G42M Zynq UltraScale+ RFSoC. La carte est dotée d'une interface hôte PCIe Gen3 x8 de 3/4 de longueur qui la connecte à l'ordinateur/serveur. Intégrant des méthodologies de conception de pointe en matière de RF et d'intégrité des signaux, cette carte garantit une connectivité à haute vitesse. Sa faculté d'adaptation permet une intégration transparente dans diverses applications, ce qui en fait une solution polyvalente pour le déploiement sur le terrain.

Figure 3 : La carte iW-G42P-ZU49-4E008G-E032G-LIA d'iWave est dotée d'une interface hôte PCIe Gen3 x8 de 3/4 de longueur qui la connecte à l'ordinateur/serveur. (Source de l'image : iWave)

En augmentant les ressources intégrées du RFSoC, la carte PCIe CAN CNA RFSoC d'iWave offre :

• 16 canaux CAN
  • 4 connecteurs SMA à angle droit sur la face avant avec symétriseur (BW- 800 MHz - 1 GHz)
  • 4 connecteurs SMA droits avec symétriseur (BW- 800 MHz -– 1 GHz)
  • 4 connecteurs SMA droits avec symétriseur (BW- 700 MHz - 1,6 GHz)
  • 4 connecteurs SMA droits avec symétriseur (BW- 10 MHz -– 3 GHz)
• 16 canaux CNA
  • 4 connecteurs SMA à angle droit sur la face avant avec symétriseur (BW- 800 MHz -– 1 GHz)
  • 4 connecteurs SMA droits avec symétriseur (BW -800 MHz - 1 GHz)
  • 4 connecteurs SMA droits avec symétriseur (BW -700 MHz - 1,6 GHz)
  • 4 connecteurs SMA droits avec symétriseur (BW -10 MHz - 3 GHz)
• Connecteur M.2 NVMe PCIe Gen2 x2/x4
• Connecteur FMC+ HSPC

Le SoM et la carte PCIe sont prêts à la vente, accompagnés d'une documentation complète, de pilotes logiciels et d'un ensemble de supports de cartes. Le programme de longévité des produits d'iWave garantit la disponibilité des modules pour des périodes étendues (10 ans et plus).

Résumé

Les progrès de la technologie finale numérique des radiotélescopes aideront les astronomes à percer les mystères de l'univers, et les composants d'iWave sont là pour y contribuer. Du SoM iW-RainboW-G42M à la carte PCIe iW-G42P-ZU49-4E008G-E032G-LIA, iWave aide les concepteurs de radiotélescopes à améliorer leurs systèmes finaux numériques.