Cutting edge solutions for high-performance processing of events in the time domain

Nowadays, the demand for very accurate and precise waveforms with picosecond resolution and wide Full-Scale Range is becoming broader and broader in an ever-growing range of applications and fields. Several solutions have been proposed through the years to meet the needs. Still, nonetheless, the most significant limitation and most concerning downside shared between them is represented by the large amount of hardware needed for their realization, which is then reflected on the Bill-Of-Materials and on the complexity of the device itself. To efficiently design such platforms of generation and, in general, processing of time-domain events, another standard building block is missing, which is an efficient, flexible, complete and easy-to-use communication system. Therefore, the thesis will address the design and implementation of the whole developed system, based on Field Programmable Gate Arrays, giving first an introduction to the state-of-the-art about time-domain signals and communication protocols, and later deeply describing the structure of the platform. It will then move to its features and simulation results, the encountered issues, mainly related to the system's very high resolution, and finally, the results obtained in experimental testing.

Oggigiorno, la richiesta di forme d'onda accurate e precise con risoluzione nell'ordine dei picosecondi e largo fondo scala è sempre più ampia in un crescente numero di applicazioni e settori. Molteplici soluzioni sono state proposte negli anni per soddisfare questi requisiti. Ad oggi, la limitazione più significativa, nonchè lo svantaggio più sentito, condiviso dalla maggior parte delle soluzioni, è rappresentato dal grande quantitativo di risorse necessario per la loro realizzazione, che si riflette in un grande numero di componenti e in una sensibile complessità del dispositivo finale. Per realizzare in maniera efficiente tali piattaforme per la generazione e, più in generale, l'elaborazione di segnali nel dominio del tempo, è necessario un altro elemento base, che è un sistema di comunicazione efficiente, flessibile, completo e di semplice uso. Per tali ragioni, questa tesi tratterà lo sviluppo e implementazione dell'intero sistema sistema, basato su dispositivi riprogrammabili "Field Programmable Gate Array", fornendo inizialmente un'introduzione dello stato dell'arte riguardo ai segnali nel dominio del tempo e protocolli di comunicazione, muovendosi poi in una descrizione dettagliata della struttura della piattaforma. La trattazione si concentrerà poi sulle sue caratteristiche e risultati di simulazione, i problemi riscontrati, principalmente correlati all'altissima risoluzione del sistema, ed infine, ai risultati ottenuti mediante misure sperimentali.