Interface testing and diagnostics using FPGA with dynamic reprogramming and embedded software for CIERMags Digital Magnetic Resonance Spectrometer

O Centro de Imagens e Espectroscopia in vivo por Ressonância Magnética (CIERMag) tem uma alta produção no desenvolvimento de placas que compõem o Espectrômetro Digital de Ressonância Magnética. Essas placas operam com circuitos que contêm conversores de radiofrequência e conversores de gradientes que são usados em experimentos de ressonância magnética. Antes de liberar uma placa como produto final, a sua qualidade deve ser testada, pois possíveis falhas de funcionalidade ou operabilidade poderiam danificar os equipamentos ou posteriores experimentos. Atualmente, um especialista realiza um diagnóstico da qualidade das placas de forma manual, sendo assim um procedimento demorado e com risco de queimar os equipamentos durante o manuseio. Neste trabalho foi proposto um sistema para teste e diagnóstico de placas, com o propósito de detectar possíveis falhas de produção. O sistema foi desenvolvido sobre uma arquitetura híbrida e em um sistema embarcado de FPGA, composto da lógica programável em hardware e do software no processador ARM, operando de forma sincronizada. O sistema é controlado e configurado por meio de uma interface gráfica, permitindo realizar testes nas diversas arquiteturas de placas da CIERMag. As duas grandes características do sistema são: (i) testes dedicados para avaliar a qualidade e a estabilidade dos componentes a cada bloco funcional do circuito eletrônico; (ii) testes aplicados para avaliar todas as variações nos pontos de amplitudes que formam um sinal. A robustez e sensibilidade do sistema proposto também foi validada usando dois tipos de experimentos usando datasets reais e sintéticos. Em ambos casos, foi observado que o sistema consegue detectar a presença de ruído durante a reconstrução do sinal. De acordo como os experimentos, o sistema permite avaliar e elaborar um diagnóstico preciso a cada bloco funcional do circuito eletrônico da placa em teste e tudo isso aliado a precisão, praticidade e portabilidade. Assim, o sistema proposto tem a principal vantagem de facilitar para o especialista de aplicar testes personalizados, semi-automatizados ou automatizados para avaliação da qualidade das placas da CIERMag.The Center for Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy (CIERMag) has a high production in the development of circuit boards that compose the Digital Magnetic Resonance Spectrometer. These boards operate with circuits that contain radiofrequency converters and gradient converters that are used in magnetic resonance experiments. Before releasing a circuit board as a final product, its quality must be tested, as possible failures of functionality or operability could damage the equipment or subsequent experiments. Currently, a specialist performs a diagnosis of the quality of the boards manually, thus being a time-consuming procedure with the risk of burning the equipment during handling. In this work, a system for testing and diagnosis of boards was proposed, to detect possible production failures. The system was developed on a hybrid architecture and on an embedded FPGA system, composed of the programmable logic in hardware and software in the ARM processor, operating in a synchronized way. The system is controlled and configured through a graphical interface, allowing tests to be performed on several CIERMag board architectures. The two main features of the system are (i) dedicated tests to evaluate the quality and stability of the components to each functional block of the electronic circuit; (ii) applied tests to evaluate all the variations in the amplitudes points that form a signal. The robustness and sensitivity of the proposed system were also validated using two types of experiments using real and synthetic datasets. In both cases, it was observed that the system can detect the presence of noise during signal reconstruction. According to the experiments, the system allows us to evaluate and elaborate an accurate diagnosis of each functional block of the electronic circuit board under test and all this combined with precision, practicality, and portability. Thus, the proposed system has the main advantage of making it easier for the specialist to apply personalized, semi-automated, or automated tests for evaluating the quality of CIERMag boards