VYKYDAL, M. Zpracování signálu z digitálního mikrofonu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2011.

Posudek vedoucího

Havránek, Zdeněk

Cílem diplomové práce byl návrh, realizace a ověření modulu s hradlovým polem pro zpracování digitálního signálu z MEMS mikrofonu fy. Knowles. Jednalo se zejména o návrh, simulaci a implementaci decimačních CIC a FIR filtrů a vytvoření rozhraní SPI v hradlovém poli Xilinx. Diplomová práce navazovala na předchozí semestrální práci. Diplomant pracoval sice postupně dle zadání, ale čas na jednotlivé etapy práce si příliš dobře nerozvrhl. I když již měl hardwarovou část k dispozici více než měsíc před odevzdáním, začal s implementací VHDL kódu až v posledním týdnu. I proto zjistil příliš pozdě, že navržená sestava decimačních filtrů se mu do zvoleného a realizovaného hardware nevejde, a proto musel přistoupit k redukci šířky výstupního slova. Nakonec se mu podařilo v omezené míře modul rozběhnout a částečně ověřit funkčnost. Na detailnější ověření vlastností již nebyl čas. Pro připojení modulu do počítače přes rozhraní SPI nebylo možné použít v zadání specifikovanou kartu USB—8451, která neumožňovala pracoval v režimu Slave. Diplomant měl tedy k dispozici univerzální kartu USB-6221, kde bylo rozhraní SPI implementováno softwarově. Konzultace potřeboval v přiměřené míře. Při vypracovávání diplomové práce se student nesetkal s jinými významnějšími problémy. Práci doporučuji k obhajobě, navrhuji hodnocení uspokojivě/D.

Posudek oponenta

Macho, Tomáš

Úkolem diplomanta pana Bc. Martina Vykydala bylo navrhnout filtry s decimací pro mikrofony MEMS s digitálním výstupem, simulací ověřit chování filtrů, filtry implementovat do hradlového pole a ověřit vlastnosti implementovaných filtrů. Náročnost zadání plně odpovídá požadavkům na diplomovou práci. Diplomant nejprve popsal princip digitálních mikrofonů se sigma-delta modulátory a určil řád sigma-delta modulátorů pro zadané typy mikrofonů. K této části práce nemám vážnějších výhrad. Následuje kapitola, v níž se pan Vykydal snažil popsat princip a vlastnosti decimačních filtrů CIC a FIR. Zde se již dopustil řady chyb a zmatených úvah. Např. na str. 25 ve 2. odstavci uvádí, že decimační filtry reprodukují převzorkovaný signál ze sigma-delta modulátoru na signál s Nyquistovým kmitočtem. Opravdu nechápu, jak lze „reprodukovat“ jakýkoli signál na signál s Nyquistovým kmitočtem. Na str. 27 v obrázku 24 je chybně uveden člen s přenosem 1/D. Místo členu s přenosem 1/D má být správně použit decimátor, který vynecháním vzorků D krát sníží vzorkovací kmitočet. Na str. 30 v prvním odstavci je uvedeno „Jejich diferenciální rovnice vyjadřuje konečnou diskrétní konvoluci:“. Jedná se o diskrétní systém, jež se popisuje diferenční rovnicí, nikoli diferenciální rovnicí. V kapitole „6 NÁVRH DIGITÁLNÍCH FILTRŮ“ na str. 37 diplomant uvedl čtyři decimační faktory (8, 2, 2, 2). Diplomant však nikde v práci nezdůvodňuje, proč provádí decimaci právě ve 4 stupních a proč volí decimační faktory zrovna 8, 2, 2, 2. Podkapitola 6.1 má název „6.1 Návrh filtru CIR“. Ve skutečnosti v ní žádný návrh CIR filtru proveden není. Diplomant pouze konstatuje, že navržený CIR filtr je prvního řádu. Následuje podkapitola „6.2 Návrh filtrů FIR“, v níž na str. 39 diplomant opět bez jakéhokoli zdůvodnění uvádí tři lomové kmitočty FIR filtrů. Opravdovým výsměchem je obrázek 35 na téže straně, který vzdáleně připomíná toleranční schéma filtru. Ovšem neobsahuje žádné hodnoty útlumů, velikost zvlnění v propustném a nepropustném pásmu a šířku přechodového pásma. Ani metodu, jakou použil při návrhu filtrů, diplomant neuvádí. Obzvláště zmatený a nic neříkající je poslední odstavec na str. 38. V podkapitole 6.3 se diplomant snaží předložit koncept jakési alternativní filtrace, ale zase nezdůvodňuje proč. Základní chybou bylo, že pan Vykydal nedefinoval na začátku práce základní požadavky na filtraci signálu z mikrofonů jako je: kmitočtové pásmo, jež musí filtry přenést bez útlumu resp. jaké je přípustné zvlnění frekvenční charakteristiky v propustném pásmu, minimální požadovaný útlum v nepropustném pásmu a šířku přechodového pásma. Nedefinoval jakou šířku slova potřebuje pro reprezentaci signálu ve filtrech. Při implementaci filtrů se diplomant dopustil opět několika chyb. Použil pouze 8 bitovou šířku slova pro reprezentaci signálu ve FIR filtrech. Tyto 8 bitové hodnoty však násobí 16 bitovými koeficienty, čímž pouze zvyšuje počet použitých buněk v hradlovém poli, ale přesnost zpracování signálu tím nezvýší. To, že se všechny filtry nevejdou do hradlového pole, mohl diplomant odhalit pomocí vývojových nástrojů pro hradlová pole. K návrhu desky s hradlovým polem měl přistoupit až poté, co by se mu podařilo zvolit hradlové pole s dostatečným počtem buněk, do něhož by návrhový systém bez problémů umístil navržené filtry. Práce je na solidní grafické úrovni, k jazykové stránce práce nemám vážnějších výhrad. I přes vážné výhrady konstatuji, že pan Bc. Martin Vykydal alespoň částečně prokázal jisté inženýrské schopnosti při práci s MEMS mikrofony, návrhu obvodů s hradlovým polem, konstrukci desky plošných spojů a programování hradlového pole v jazyce VHDL. Proto předloženou práci pana Bc. Martina Vykydala doporučuji přijmout k obhajobě a navrhuji ji hodnotit známkou dostatečně.

eVSKP id 39450