USF Libraries
USF Digital Collections

Development of a generic PDA based control mechanism for in-house fabricated miniature sensors

MISSING IMAGE

Material Information

Title:
Development of a generic PDA based control mechanism for in-house fabricated miniature sensors
Physical Description:
Book
Language:
English
Creator:
Kedia, Sunny
Publisher:
University of South Florida
Place of Publication:
Tampa, Fla.
Publication Date:

Subjects

Subjects / Keywords:
corner cube reflector
MEMS
fluorometer
Codewarrior
CPLD
Orcad
Handspring
NASBA
Dissertations, Academic -- Electrical Engineering -- Masters -- USF   ( lcsh )
Genre:
government publication (state, provincial, terriorial, dependent)   ( marcgt )
bibliography   ( marcgt )
theses   ( marcgt )
non-fiction   ( marcgt )

Notes

Summary:
ABSTRACT: A novel method of controlling miniature sensors using Handspring Visor Prism PDA has been implemented. A generic motherboard was developed to map the data and address lines from the Visor onto a Complex Programmable Logic Device (CPLD) to provide basic electrical signals to the sensor board. The sensor board housed the sensor and contained application specific circuitry. The PDA, the motherboard, and the sensor board completed the control mechanism for the sensor. Miniature sensors and PDA based control mechanism scaled down the size of the complete system making the unit portable. This unit facilitated a faster analysis of data on field. Two applications were targeted: Flurometer (bio-sensor) and Corner Cube Retroreflector (CCR-optical sensor for communication).A sensor board was developed to control a thermally regulated fluorometer undergoing the Nuclei Acid Synthesis Based Amplification (NASBA) process, which detected the fluorescence from the solution containing target RNA. NASBA runs were conducted using solution containing K. brevis- Red tide organisms to validate the interface of the PDA with a fluorometer. Real time fluorescence plot over time was obtained on the PDA indicating presence/absence of the target RNA; thus, it successfully interfaced the PDA with the fluorometer. Additionally, a sensor board was developed to control the electrostatic actuation mechanism of the MEMS based CCR. Efforts were made to fabricate the vertical mirrors of CCR using wet and dry fabrication techniques.
Thesis:
Thesis (M.S.E.E.)--University of South Florida, 2004.
Bibliography:
Includes bibliographical references.
System Details:
System requirements: World Wide Web browser and PDF reader.
System Details:
Mode of access: World Wide Web.
Statement of Responsibility:
by Sunny Kedia.
General Note:
Title from PDF of title page.
General Note:
Document formatted into pages; contains 135 pages.

Record Information

Source Institution:
University of South Florida Library
Holding Location:
University of South Florida
Rights Management:
All applicable rights reserved by the source institution and holding location.
Resource Identifier:
aleph - 001498285
oclc - 57724395
notis - AJU6890
usfldc doi - E14-SFE0000577
usfldc handle - e14.577
System ID:
SFS0025268:00001


This item is only available as the following downloads:


Full Text
xml version 1.0 encoding UTF-8 standalone no
record xmlns http:www.loc.govMARC21slim xmlns:xsi http:www.w3.org2001XMLSchema-instance xsi:schemaLocation http:www.loc.govstandardsmarcxmlschemaMARC21slim.xsd
leader nam Ka
controlfield tag 001 001498285
003 fts
006 m||||e|||d||||||||
007 cr mnu|||uuuuu
008 041209s2004 flua sbm s000|0 eng d
datafield ind1 8 ind2 024
subfield code a E14-SFE0000577
035
(OCoLC)57724395
9
AJU6890
b SE
SFE0000577
040
FHM
c FHM
090
TK145 (ONLINE)
1 100
Kedia, Sunny.
0 245
Development of a generic PDA based control mechanism for in-house fabricated miniature sensors
h [electronic resource] /
by Sunny Kedia.
260
[Tampa, Fla.] :
University of South Florida,
2004.
502
Thesis (M.S.E.E.)--University of South Florida, 2004.
504
Includes bibliographical references.
516
Text (Electronic thesis) in PDF format.
538
System requirements: World Wide Web browser and PDF reader.
Mode of access: World Wide Web.
500
Title from PDF of title page.
Document formatted into pages; contains 135 pages.
520
ABSTRACT: A novel method of controlling miniature sensors using Handspring Visor Prism PDA has been implemented. A generic motherboard was developed to map the data and address lines from the Visor onto a Complex Programmable Logic Device (CPLD) to provide basic electrical signals to the sensor board. The sensor board housed the sensor and contained application specific circuitry. The PDA, the motherboard, and the sensor board completed the control mechanism for the sensor. Miniature sensors and PDA based control mechanism scaled down the size of the complete system making the unit portable. This unit facilitated a faster analysis of data on field. Two applications were targeted: Flurometer (bio-sensor) and Corner Cube Retroreflector (CCR-optical sensor for communication).A sensor board was developed to control a thermally regulated fluorometer undergoing the Nuclei Acid Synthesis Based Amplification (NASBA) process, which detected the fluorescence from the solution containing target RNA. NASBA runs were conducted using solution containing K. brevis- Red tide organisms to validate the interface of the PDA with a fluorometer. Real time fluorescence plot over time was obtained on the PDA indicating presence/absence of the target RNA; thus, it successfully interfaced the PDA with the fluorometer. Additionally, a sensor board was developed to control the electrostatic actuation mechanism of the MEMS based CCR. Efforts were made to fabricate the vertical mirrors of CCR using wet and dry fabrication techniques.
590
Co-adviser: Bhansali, Shekhar.
Co-adviser: Samson, Scott.
653
corner cube reflector.
MEMS.
fluorometer.
Codewarrior.
CPLD.
Orcad.
Handspring.
NASBA.
690
Dissertations, Academic
z USF
x Electrical Engineering
Masters.
773
t USF Electronic Theses and Dissertations.
4 856
u http://digital.lib.usf.edu/?e14.577



PAGE 1

D e v e l o p m e n t o f a G e n e r i c P D A B a s e d C o n t r o l M e c h a n i s m f o r i n h o u s e F a b r i c a t e d M i n i a t u r e S e n s o r s b y S u n n y K e d i a A t h e s i s s u b m i t t e d i n p a r t i a l f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M a s t e r o f S c i e n c e i n E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f S o u t h F l o r i d a C o M a j o r P r o f e s s o r : S h e k h a r B h a n s a l i P h D C o M a j o r P r o f e s s o r : S c o t t S a m s o n P h D M a t t h e w S m i t h P h D P a r i s W i l e y P h D A n d r e w F a r m e r D a t e o f A p p r o v a l : N o v e m b e r 1 9 2 0 0 4 K e y w o r d s : H a n d s p r i n g C o d e w a r r i o r M E M S f l u o r o m e t e r c o r n e r c u b e r e f l e c t o r O r c a d C P L D N A S B A C o p y r i g h t 2 0 0 4 S u n n y K e d i a

PAGE 2

D E D I C A T I O N T o M y L o v i n g P a r e n t s

PAGE 3

A C K N O W L E D G M E N T S I w i s h t o t h a n k m y a d v i s o r D r S h e k h a r B h a n s a l i f o r h i s u n w a v e r i n g s u p p o r t t h r o u g h o u t I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y s i n c e r e g r a t i t u d e t o h i m f o r g i v i n g m e i n v a l u a b l e a d v i c e a n d m o t i v a t i o n t h r o u g h o u t m y r e s e a r c h e x p e r i e n c e I w o u l d a l s o l i k e t o t h a n k D r S c o t t S a m s o n w i t h o u t w h o m t h i s r e s e a r c h w o u l d n o t h a v e b e e n p o s s i b l e H e h a s a l w a y s p r o v i d e d m e w i t h i m m e n s e g u i d a n c e a n d e n c o u r a g e m e n t t h r o u g h o u t t h i s p r o j e c t B e s i d e s b e i n g m y m e n t o r h e h a s b e e n a g r e a t s o u r c e o f m y i n s p i r a t i o n a n d h a s s t o o d b e s i d e s m e i n m y h a r d t i m e s I a p p r e c i a t e t h e e f f o r t s o f D a v i d F r i e s D r M a t t h e w S m i t h A n d y F a r m e r a n d O l l i e N e u m a n f o r d e v o t i n g t h e i r v a l u a b l e t i m e t o e x t e n d t h e i r s u p p o r t i n c o m p l e t i n g m y t h e s i s I t i s m y p l e a s u r e t o h a v e D r P a r i s W i l e y o n m y t h e s i s c o m m i t t e e S p e c i a l T h a n k s t o R a y H a z e n f o r i m p a r t i n g h i s v a l u a b l e k n o w l e d g e t o m e I w o u l d l i k e t o t h a n k M a r k H o l l y a n d J o e K o l e s a r f o r h e l p i n g m e i n t h e p r o j e c t I a l s o w o u l d l i k e t o t e a m a t S T A R C e n t e r t h a n k s a l l t h e m e m b e r s o f C e n t e r o f O c e a n T e c h n o l o g y a n d w h o e x t e n d e d t h e i r s u p p o r t t o m a k e t h e w o r k p o s s i b l e L a s t l y I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y d e e p e s t g r a t i t u d e t o m y f r i e n d s U p a v a n M a d h u s u d a n S m i t h a a n d S a n j a y a n d m y f a m i l y f o r t h e i r l o v e a f f e c t i o n a n d s u p p o r t f o r w i t h o u t t h e m t h i s w o u l d b e i m p o s s i b l e f o r m e I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y g r a t i t u d e t o U S A S M D C f o r f u n d i n g m e t h r o u g h o u t t h i s p r o j e c t

PAGE 4

i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S L I S T O F F I G U R E S A B S T R A C T C H A P T E R 1 I N T R O D U C T I O N A N D T O O L S F O R P R O J E C T 1 1 I n t r o d u c t i o n 1 2 S t a t e o f t h e A r t 1 3 T h e s i s O r g a n i z a t i o n 1 4 H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m 1 4 1 E l e c t r i c a l a n d M e c h a n i c a l C h a r a c t e r i s t i c 1 5 S p r i n g b o a r d E x p a n s i o n S l o t 1 5 1 S o f t w a r e D e v e l o p m e n t u s i n g S p r i n g b o a r d 1 5 2 A r c h i t e c t u r e a n d M e m o r y M a n a g e m e n t o f t h e S p r i n g b o a r d E x p a n s i o n S l o t 1 5 3 E l e c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e S p r i n g b o a r d M o d u l e 1 5 4 P i n O u t D e s c r i p t i o n o f t h e S p r i n g b o a r d M o d u l e 1 5 5 M e c h a n i c a l S p e c i f i c a t i o n o f t h e S p r i n g b o a r d M o d u l e 1 5 6 S p r i n g b o a r d M o d u l e f r o m P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t s 1 6 P a l m O S 1 6 1 C o m p a r i s o n o f P a l m O S w i t h o t h e r H a n d h e l d O S 1 7 C o n d u i t s a n d H o t s y n c O p e r a t i o n 1 8 C o d e w a r r i o r I n t e g r a t e d D e v e l o p m e n t E n v i r o n m e n t ( I D E ) 1 9 P a l m O S E m u l a t o r C H A P T E R 2 A P P L I C A T I O N D E V E L O P M E N T I N C O D E W A R R I O R 2 1 U s e r I n t e r f a c e A v a i l a b l e f o r D e v e l o p i n g a n A p p l i c a t i o n 2 2 P r o c e d u r e f o r D e v e l o p i n g a n A p p l i c a t i o n u s i n g C o d e w a r r i o r 2 3 R e a d / W r i t e C o n t r o l l e r A p p l i c a t i o n 2 4 A p p l i c a t i o n C o d e 2 5 R e s u l t s O b s e r v e d i v v v i i i 1 1 2 2 3 4 5 5 6 6 8 1 0 1 1 1 1 1 3 1 3 1 4 1 5 1 7 1 7 2 0 2 1 2 3 2 5

PAGE 5

i i C H A P T E R 3 M O T H E R B O A R D D E S I G N 3 1 P C B D e s i g n P r o c e d u r e 3 1 1 P C B S c h e m a t i c D e s i g n P r o c e d u r e 3 1 2 P C B L a y o u t P r o c e d u r e 3 2 M o t h e r b o a r d E l e m e n t s 3 2 1 V o l t a g e R e g u l a t o r 3 2 2 H i g h V o l t a g e C o n v e r t e r 3 2 3 C l o c k O s c i l l a t o r 3 2 4 A / D C o n v e r t e r 3 2 5 L i g h t E m i t t i n g D i o d e s 3 2 6 J u m p e r s a n d C o n n e c t o r s 3 3 C P L D D e s i g n 3 3 1 J T A G C o n n e c t o r 3 4 H a n d s p r i n g V i s o r A p p l i c a t i o n 3 4 1 T e s t I n d i c a t o r L E D s 3 4 2 S e t A p p r o p r i a t e V o l t a g e L e v e l 3 4 3 C o n t r o l o f E x t e r n a l S e n s o r 3 5 R e s u l t s a n d O b s e r v a t i o n C H A P T E R 4 F L U O R O M E T E R D A U G H T E R B O A R D 4 1 N A S B A a n d M o l e c u l a r B e a c o n 4 2 H a r d w a r e I n s t r u m e n t 4 3 E x i s t i n g H e a t e d F l u o r o m e t e r 4 4 D e v e l o p m e n t o f E l e c t r o n i c C i r c u i t r y 4 4 1 F l u o r o m e t e r B o a r d 4 4 1 1 H e a t e r a n d T h e r m o m e t e r S e c t i o n 4 4 1 2 L E D S e c t i o n 4 4 1 3 O p t i c a l D e t e c t i o n 4 4 1 4 O p t i c a l P o w e r 4 4 2 B a t t e r y B o a r d 4 5 B o a r d L a y o u t C o n s i d e r a t i o n s 4 6 C P L D D e s i g n 4 6 1 H e a t e r S e c t i o n 4 6 2 O p t i c a l S e c t i o n 4 7 H a n d s p r i n g V i s o r A p p l i c a t i o n 4 8 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 4 8 1 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s f o r S a m p l e P r e p a r a t i o n 4 8 2 N A S B A B a s e d E x p e r i m e n t o n P D A C H A P T E R 5 C O R N E R C U B E R E T R O R E F L E C T O R ( C C R ) F A B R I C A T I O N A N D D A U G H T E R B O A R D D E S I G N 5 1 D e f i n i t i o n o f a C C R 5 2 C C R D a u g h t e r b o a r d D e s i g n 5 3 C P L D D e s i g n 5 4 A c t i v e S t r u c t u r e F a b r i c a t i o n 5 5 F a b r i c a t i o n T e c h n i q u e s 5 6 E t c h M a s k 5 7 D R I E M e t h o d 5 8 B u l k R e l e a s e M e t h o d 2 9 3 0 3 0 3 1 3 4 3 4 3 5 3 7 3 8 3 9 4 0 4 0 4 5 4 6 4 7 4 7 4 8 4 9 5 4 5 5 5 8 5 9 5 9 5 9 6 1 6 4 6 4 6 8 7 0 7 3 7 5 7 5 7 7 7 9 8 0 8 3 8 4 8 7 8 7 8 8 9 0 9 0 9 1 9 5 9 8 9 9

PAGE 6

i i i 5 9 B o n d i n g a n d D i c i n g M e t h o d 5 1 0 C C R V e r t i c a l M i r r o r F a b r i c a t i o n M a s k 5 1 1 R e s u l t s O b t a i n e d C H A P T E R 6 C O N C L U S I O N S A N D F U T U R E W O R K 6 1 C o n c l u s i o n 6 2 F u t u r e W o r k R E F E R E N C E S A P P E N D I C E S A p p e n d i x A S t a r t i n g a n A p p l i c a t i o n i n C o d e w a r r i o r A p p e n d i x B A p p l i c a t i o n f o r M o t h e r b o a r d i n C o d e w a r r i o r A p p e n d i x C S c h e m a t i c o f t h e M o t h e r b o a r d A p p e n d i x D C P L D D e s i g n f o r t h e M o t h e r b o a r d A p p e n d i x E S c h e m a t i c o f t h e F l u o r o m e t e r B o a r d A p p e n d i x F C P L D D e s i g n f o r t h e F l u o r o m e t e r B o a r d 1 0 1 1 0 3 1 0 4 1 0 8 1 0 8 1 0 9 1 1 1 1 1 5 1 1 6 1 1 7 1 2 1 1 2 2 1 2 3 1 2 4

PAGE 7

i v L I S T O F T A B L E S T a b l e 1 1 E l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e V i s o r T a b l e 1 2 P i n o u t d e s c r i p t i o n o f t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e T a b l e 1 3 C o m p a r i s o n b e t w e e n P a l m O S a n d o t h e r h a n d h e l d o p e r a t i n g s y s t e m s T a b l e 1 4 C o m p a r i s o n b e t w e e n C o d e w a r r i o r a n d o t h e r d e v e l o p m e n t s o f t w a r e T a b l e 2 1 R e s p o n s e s o f d i f f e r e n t S p r i n g b o a r d p i n s w i t h r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n s T a b l e 3 1 E l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e C P L D T a b l e 3 2 M e m o r y m a p r e p r e s e n t a t i o n f o r t h e m o t h e r b o a r d T a b l e 3 3 P W M a n d o b s e r v e d v o l t a g e f o r d i f f e r e n t i n p u t v o l t a g e i n t h e h i g h v o l t a g e s e c t i o n T a b l e 4 1 I n d i c a t o r L E D o n b a t t e r y b o a r d T a b l e 4 2 M e m o r y m a p f o r f l u o r o m e t e r d a u g h t e r b o a r d T a b l e 4 3 K b r e v i s N A S B A p r i m e r s e t a n d b e a c o n T a b l e 5 1 M e m o r y m a p f o r C C R d a u g h t e r b o a r d T a b l e 5 2 B o s c h c y c l e i n D R I E T a b l e 5 3 P E C V D d e p o s i t i o n p a r a m e t e r s 8 9 1 3 1 5 2 5 4 1 4 2 5 3 7 2 7 5 8 4 9 0 9 3 9 4

PAGE 8

v L I S T O F F I G U R E S F i g u r e 1 1 I m a g e o f H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m a n d t h e c r a d l e F i g u r e 1 2 A r c h i t e c t u r e o f t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e F i g u r e 1 3 A r c h i t e c t u r e o f t h e H a n d s p r i n g V i s o r S p r i n g b o a r d s l o t F i g u r e 1 4 B l o c k d i a g r a m f o r t h e f l o w o f s i g n a l s f r o m P a l m O S a p p l i c a t i o n t o t h e d e s k t o p F i g u r e 1 5 E m u l a t o r f o r d e b u g g i n g t h e a p p l i c a t i o n s F i g u r e 2 1 F l o w c h a r t i n d i c a t i n g t h e f l o w o f s i g n a l s i n t h e e v e n t l o o p f u n c t i o n F i g u r e 2 2 I m a g e o f t h e r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n F i g u r e 2 3 D i g i t a l i m a g e o f t h e e x p e r i m e n t a l s e t u p F i g u r e 2 4 D i g i t a l i m a g e o f t h e V i s o r a f t e r p e r f o r m i n g a r e a d c y c l e F i g u r e 2 5 W a v e f o r m s i n d i c a t i n g a r e a d c y c l e F i g u r e 2 6 W a v e f o r m s i n d i c a t i n g a w r i t e c y c l e F i g u r e 3 1 B l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f m o t h e r b o a r d F i g u r e 3 2 L a y o u t o f t h e m o t h e r b o a r d i n O r c a d l a y o u t F i g u r e 3 3 V o l t a g e r e g u l a t i o n s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d F i g u r e 3 4 H i g h v o l t a g e s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d F i g u r e 3 5 S c h e m a t i c f o r t h e c l o c k o s c i l l a t o r F i g u r e 3 6 S c h e m a t i c f o r t h e A / D s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d F i g u r e 3 7 L T C 1 8 6 5 L o p e r a t i n g s e q u e n c e F i g u r e 3 8 S e t u p t o p r o g r a m t h e C P L D F i g u r e 3 9 M a i n m e n u f o r M M I s e n s o r c o n t r o l 4 7 1 1 1 4 1 6 2 2 2 3 2 6 2 6 2 7 2 8 3 0 3 3 3 5 3 6 3 8 3 9 3 9 4 6 4 7

PAGE 9

v i F i g u r e 3 1 0 C o n t r o l m e c h a n i s m f o r M E M S s p e c t r o m e t e r F i g u r e 3 1 1 I n d i c a t i n g t h e L E D w e r e c o n t r o l l e d u s i n g t h e P D A F i g u r e 3 1 2 R e a d i n g d a t a f r o m t h e C C R r e g i s t e r F i g u r e 3 1 3 R e s p o n s e o f s i g n a l s i n h i g h v o l t a g e s e c t i o n w h e n 1 0 V w a s d e s i r e d F i g u r e 3 1 4 R e s p o n s e o f s i g n a l s i n h i g h v o l t a g e s e c t i o n w h e n 2 2 V w a s d e s i r e d F i g u r e 4 1 P r i n c i p l e o f t h e f l u o r o m e t e r F i g u r e 4 2 T h e N A S B A a m p l i f i c a t i o n p a t h w a y F i g u r e 4 3 O p e r a t i o n o f m o l e c u l a r b e a c o n s F i g u r e 4 4 S t a n d a r d N A S B A a m p l i f i c a t i o n c u r v e s F i g u r e 4 5 S c h e m a t i c o f h a r d w a r e b l o c k F i g u r e 4 6 B l o c k d i a g r a m f o r f l u o r o m e t e r F i g u r e 4 7 S i g n a l r e q u i r e d f o r s t a r t i n g t h e h e a t e r F i g u r e 4 8 S c h e m a t i c o f h e a t e r a n d t h e r m o m e t e r F i g u r e 4 9 P W M f o r t h e t h e r m o m e t e r F i g u r e 4 1 0 S c h e m a t i c o f t h e o p t i c a l d e t e c t i o n s e c t i o n o f t h e c i r c u i t F i g u r e 4 1 1 B l o c k d i a g r a m o f t h e i n t e g r a t o r a n d i t s r e s p o n s e w i t h t h e s w i t c h e s S 1 a n d S 2 F i g u r e 4 1 2 S c h e m a t i c o f t h e o p t i c a l p o w e r s e c t i o n F i g u r e 4 1 3 S c h e m a t i c f o r t h e b a t t e r y b o a r d F i g u r e 4 1 4 L a y o u t o f t h e b a t t e r y b o a r d a n d f l u o r o m e t e r b o a r d F i g u r e 4 1 5 C P L D s c h e m a t i c f o r h e a t e r a n d t h e r m o m e t e r F i g u r e 4 1 6 M a i n m e n u f o r f l u o r o m e t e r a p p l i c a t i o n F i g u r e 4 1 7 O u t p u t f r o m t h e A / D c o n v e r t e r a t h i g h p h o t o d i o d e c u r r e n t F i g u r e 4 1 8 O u t p u t f r o m t h e A / D c o n v e r t e r a t l o w p h o t o d i o d e c u r r e n t F i g u r e 4 1 9 R e s p o n s e o f s w i t c h S 2 w i t h t h e A / D c h i p s e l e c t F i g u r e 4 2 0 I n t e g r a t i o n o u t p u t r e s p o n s e 4 9 5 0 5 1 5 2 5 2 5 4 5 6 5 6 5 7 5 8 6 0 6 1 6 2 6 3 6 6 6 7 7 0 7 3 7 4 7 7 7 9 8 1 8 1 8 1 8 2

PAGE 10

v i i F i g u r e 4 2 1 S e r i a l d a t a f r o m A / D b e i n g c o n v e r t e d i n t o p a r a l l e l f o r m a t F i g u r e 4 2 2 R e s p o n s e o f t h e h a n d s h a k i n g s i g n a l s w i t h t h e c h i p s e l e c t o f A / D F i g u r e 4 2 3 ( a ) R e s p o n s e o f a n e g a t i v e N A S B A r e a c t i o n ( b ) R e s p o n s e o f a N A S B A r e a c t i o n F i g u r e 4 2 4 A n a l y s i s o f b o t h p o s i t i v e N A S B A a n d n e g a t i v e N A S B A r e a c t i o n s o b s e r v e d o n P D A a n d E a s y Q F i g u r e 5 1 3 D i m a g e o f t h e C C R F i g u r e 5 2 S c h e m a t i c o f t h e C C R d a u g h t e r b o a r d F i g u r e 5 3 C o v e n t o r w a r e l a y o u t o f e t c h m a s k F i g u r e 5 4 S E M i m a g e o f K O H e t c h e d v e r t i c a l m i r r o r s F i g u r e 5 5 S E M i m a g e s o f D R I E v e r t i c a l m i r r o r ( a ) b e f o r e w e t e t c h i n g ( b ) a f t e r w e t e t c h i n g F i g u r e 5 6 C r o s s s e c t i o n a l p r o c e s s f l o w f o r D R I E m e t h o d F i g u r e 5 7 C r o s s s e c t i o n a l p r o c e s s f l o w f o r b u l k r e l e a s e m e t h o d F i g u r e 5 8 C r o s s s e c t i o n a l p r o c e s s f l o w f o r b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d F i g u r e 5 9 S t e p b y s t e p p r o c e s s o f b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d F i g u r e 5 1 0 C o v e n t o r w a r e l a y o u t o f C C R v e r t i c a l m i r r o r m a s k F i g u r e 5 1 1 S E M i m a g e o f v e r t i c a l m i r r o r f o r D R I E m e t h o d ( a ) 1 3 5 m i c r o n s w i d e s t r u c t u r e ( b ) 1 5 0 m i c r o n s w i d e s t r u c t u r e F i g u r e 5 1 2 S E M i m a g e o f s i d e v i e w o f b u l k r e l e a s e m e t h o d s t r u c t u r e s ( a ) S i d e v i e w o f t r e n c h e d f o r m e d a f t e r D R I E ( b ) M a g n i f i e d i m a g e o f b o t t o m o f t r e n c h F i g u r e C 1 S c h e m a t i c o f t h e m o t h e r b o a r d F i g u r e D 1 C P L D d e s i g n f o r t h e m o t h e r b o a r d F i g u r e E 1 S c h e m a t i c o f t h e f l u o r o m e t e r b o a r d F i g u r e F 1 C P L D d e s i g n f o r t h e f l u o r o m e t e r b o a r d 8 2 8 3 8 5 8 5 8 8 8 9 9 6 9 7 9 8 9 9 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 1 0 6 1 2 1 1 2 2 1 2 3 1 2 4

PAGE 11

v i i i D E V E L O P M E N T O F A G E N E R I C P D A B A S E D C O N T R O L M E C H A N I S M F O R I N H O U S E F A B R I C A T E D M I N I A T U R E S E N S O R S S U N N Y K E D I A A B S T R A C T A n o v e l m e t h o d o f c o n t r o l l i n g m i n i a t u r e s e n s o r s u s i n g H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m P D A h a s b e e n i m p l e m e n t e d A g e n e r i c m o t h e r b o a r d w a s d e v e l o p e d t o m a p t h e d a t a a n d a d d r e s s l i n e s f r o m t h e V i s o r o n t o a C o m p l e x P r o g r a m m a b l e L o g i c D e v i c e ( C P L D ) t o p r o v i d e b a s i c e l e c t r i c a l s i g n a l s t o t h e s e n s o r b o a r d T h e s e n s o r b o a r d h o u s e d t h e s e n s o r a n d c o n t a i n e d a p p l i c a t i o n s p e c i f i c c i r c u i t r y T h e P D A t h e m o t h e r b o a r d a n d t h e s e n s o r b o a r d c o m p l e t e d t h e c o n t r o l m e c h a n i s m f o r t h e s e n s o r M i n i a t u r e s e n s o r s a n d P D A b a s e d c o n t r o l m e c h a n i s m s c a l e d d o w n t h e s i z e o f t h e c o m p l e t e s y s t e m m a k i n g t h e u n i t p o r t a b l e T h i s u n i t f a c i l i t a t e d a f a s t e r a n a l y s i s o f d a t a o n f i e l d T w o a p p l i c a t i o n s w e r e t a r g e t e d : F l u r o m e t e r ( b i o s e n s o r ) a n d C o r n e r C u b e R e t r o r e f l e c t o r ( C C R o p t i c a l s e n s o r f o r c o m m u n i c a t i o n ) A s e n s o r b o a r d w a s d e v e l o p e d t o c o n t r o l a t h e r m a l l y r e g u l a t e d f l u o r o m e t e r u n d e r g o i n g t h e N u c l e i A c i d S y n t h e s i s B a s e d A m p l i f i c a t i o n ( N A S B A ) p r o c e s s w h i c h d e t e c t e d t h e f l u o r e s c e n c e f r o m t h e s o l u t i o n c o n t a i n i n g t a r g e t R N A N A S B A r u n s w e r e c o n d u c t e d u s i n g s o l u t i o n c o n t a i n i n g K b r e v i s R e d t i d e o r g a n i s m s t o v a l i d a t e t h e i n t e r f a c e o f t h e P D A w i t h a f l u o r o m e t e r R e a l t i m e f l u o r e s c e n c e p l o t o v e r t i m e w a s o b t a i n e d o n t h e P D A i n d i c a t i n g p r e s e n c e / a b s e n c e o f t h e t a r g e t R N A ; t h u s i t s u c c e s s f u l l y i n t e r f a c e d t h e P D A w i t h t h e f l u o r o m e t e r A d d i t i o n a l l y a s e n s o r b o a r d w a s d e v e l o p e d t o c o n t r o l t h e e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n m e c h a n i s m o f t h e M E M S b a s e d C C R E f f o r t s w e r e m a d e t o f a b r i c a t e t h e v e r t i c a l m i r r o r s o f C C R u s i n g w e t a n d d r y f a b r i c a t i o n t e c h n i q u e s

PAGE 12

1 C H A P T E R 1 I N T R O D U C T I O N A N D T O O L S F O R P R O J E C T 1 1 I n t r o d u c t i o n P e r s o n a l D i g i t a l A s s i s t a n t s ( P D A ) h a v e b e e n i n u s e f o r a l o n g t i m e h o w e v e r d u e t o t h e i r l i m i t e d c a p a b i l i t i e s t h e i r r o l e w a s l i m i t e d t o d a t a o r g a n i z e r s T e c h n o l o g i c a l a d v a n c e s e n c o u r a g e d P D A m a n u f a c t u r e r s t o c o n t i n u a l l y e n h a n c e t h e f e a t u r e s o f P D A ’ s T h i s r e s u l t e d i n e n h a n c e d d i s p l a y c a p a b i l i t i e s a n d f e a t u r e s c o m p a r a b l e t o P e r s o n a l C o m p u t e r s ( P C ) o r l a p t o p s T h e i n c r e a s e d f u n c t i o n a l i t y o f t h e P D A c o m b i n e d w i t h f e a t u r e s l i k e p o r t a b i l i t y l o w c o s t a n d l o w p o w e r c o n s u m p t i o n m a k e s i t a n a t t r a c t i v e d e v i c e f o r n u m e r o u s s e n s o r a p p l i c a t i o n s [ 1 2 3 4 5 ] S i m u l t a n e o u s r a p i d a d v a n c e s i n t h e f i e l d o f M E M S h a v e r e s u l t e d i n m i n i a t u r i z a t i o n s o f s e n s o r s [ 6 ] S e n s o r s h a v e b e e n s c a l e d d o w n t o s i z e s c o m p a r a b l e t o a h u m a n h a i r C o n t r o l l i n g s e n s o r s o f s u c h d i m e n s i o n s p r o d u c e d d e m a n d s f o r a d d i t i o n a l a n d c r u c i a l r e s e a r c h t o p i c s [ 7 ] P r e s e n t l y m o s t o f t h e c o m m u n i c a t i o n a n d c o n t r o l o f t h e M E M S s e n s o r s i s a c h i e v e d b y c o n n e c t i n g t h e m t h r o u g h t h e W o r l d W i d e W e b o r n e t w o r k b a s e d s e t u p s a n d c u s t o m e l e c t r o n i c s [ 8 9 1 0 ] t h i s p r o d u c e s a c u m b e r s o m e s y s t e m P D A b a s e d c o n t r o l m e c h a n i s m f o r h e a t e d f l u o r o m e t e r p r e s e n t e d h e r e s c a l e d d o w n t h e c o m p l e t e s y s t e m a n d p r e s e n t e d a n o v e l h u m a n i n t e r f a c e T h e H a n d s p r i n g V i s o r P D A o p e r a t e s o n P a l m O p e r a t i n g S y s t e m ( O S ) T h i s P D A e m p l o y s a p l u g a n d p l a y s l o t u s i n g a P C M C I A s t y l e c o n n e c t o r p r o v i d i n g a f a s t a n d d i r e c t i n t e r f a c e t o t h e H a n d s p r i n g m i c r o p r o c e s s o r ’ s d a t a a n d a d d r e s s l i n e s [ 1 1 1 2 ] A p r i m a r y P r i n t e d C i r c u i t B o a r d ( P C B ) w a s d e s i g n e d t o r o u t e t h e P D A a d d r e s s i n t o a p r o g r a m m a b l e l o g i c d e v i c e A s e c o n d a r y P C B h o u s i n g t h e s e n s o r i s m o u n t e d o n t h e p r i m a r y b o a r d T h u s t h e c o m p l e t e s y s t e m c o n t a i n i n g t h e s e n s o r a n d i t s c o n t r o l m e c h a n i s m i s a v a i l a b l e i n a c o m p a c t

PAGE 13

2 p a c k a g e T h i s c o n t r o l m e c h a n i s m f o r t h e s e n s o r s w o u l d b e e x t r e m e l y b e n e f i c i a l f o r t h o s e w h o n e e d t o s t u d y t h e s e n s o r r e s p o n s e i n t h e f i e l d F o r e x a m p l e a s o l d i e r o r s c i e n t i s t c a n c a r r y t h e c o m p l e t e s y s t e m a n d i m m e d i a t e l y o b t a i n t h e r e s p o n s e o f a b i o s e n s o r i n t e r f a c e d w i t h t h e P D A T h e P D A a l s o h a s t h e b u i l t i n c a p a b i l i t y o f i n f r a r e d c o m m u n i c a t i o n t h e r e b y p r o v i d i n g a n o p t i o n o f s h o r t r a n g e w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n [ 1 1 ] 1 2 S t a t e o f t h e A r t S o f t w a r e s u c h a s C o d e w a r r i o r A p p f o r g e a n d N S B a s i c a r e b e i n g u t i l i z e d t o c r e a t e a p p l i c a t i o n s f o r h a n d h e l d d e v i c e s [ 1 3 ] R e s e a r c h e r s w o r k i n g i n P a l m p r o g r a m m i n g h a v e d e v e l o p e d s e v e r a l a p p l i c a t i o n s t h a t i m p r o v e t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e P D A C u r r e n t P D A ’ s i n c o r p o r a t e d t h e f e a t u r e s o f a c e l l u l a r p h o n e a n d i n c l u d e s v i d e o g a m e s a s p a r t o f t h e i r o r g a n i z e r c a p a b i l i t i e s [ 7 ] S i m i l a r l y r e s e a r c h i s i n p r o g r e s s t o c o n t r o l d i f f e r e n t o b j e c t s s u c h a s a r o b o t a n d a c a r u s i n g a P D A [ 2 1 4 ] P D A ’ s a r e a l s o e x t r e m e l y p o p u l a r a m o n g d o c t o r s a n d b i o l o g i s t s a s t h e y p r o v i d e a p l e t h o r a o f i n s t a n t a n e o u s i n f o r m a t i o n a t a n y l o c a t i o n O f f t h e s h e l f i n d u s t r y b a s e d c o m p o n e n t s w e r e s e l e c t e d a n d i n t e g r a t e d t o f o r m a p o r t a b l e c h e m i c a l b i o l o g i c a l s e n s o r s [ 3 ] P a l m S e n s h a s l a u n c h e d a h a n d h e l d b i o s e n s o r f o r e l e c t r o c h e m i c a l a n a l y s i s o f v a r i o u s b i o l o g i c a l s a m p l e s [ 4 ] T h e i n t r o d u c t i o n o f S p r i n g b o a r d m o d u l e f r o m H a n d s p r i n g o p e n e d a n a v e n u e f o r d e v e l o p i n g i n h o u s e h a n d h e l d c o n t r o l i n t e r f a c e f o r s e n s o r s T h e l a t e s t p r o d u c t f r o m N a t i o n a l I n s t r u m e n t i s a P D A t h a t u s e s L a b v i e w s o f t w a r e T h e P D A c a n b e i n t e g r a t e d w i t h a P C M C I A D A Q C a r d o f s e r i e s 6 0 6 2 E / 6 0 2 4 E / 6 0 3 6 E [ 1 5 ] C u r r e n t l y n u m e r o u s s e n s o r c o n t r o l m e c h a n i s m s a r e b e i n g o p e r a t e d o n L a b v i e w T h e u p c o m i n g o f t h e L a b v i e w P D A w i l l m a k e i t e a s i e r t o c r e a t e a P D A b a s e d c o n t r o l m e c h a n i s m f o r t h e s e n s o r s 1 3 T h e s i s O r g a n i z a t i o n T h e t h e s i s i s d i v i d e d i n t o f i v e c h a p t e r s T h e t o o l s s e l e c t e d f o r d e v e l o p i n g a p p l i c a t i o n s o n t h e H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m a r e b r i e f l y d i s c u s s e d i n c h a p t e r o n e C h a p t e r t w o d e s c r i b e s t h e p r o c e d u r e f o r d e v e l o p i n g a n a p p l i c a t i o n o n t h e P D A a n d o u t l i n e s t h e a p p l i c a t i o n d e v e l o p e d t o c o m m u n i c a t e w i t h t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e s o f t h e P D A C h a p t e r t h r e e d e t a i l s t h e p r i m a r y

PAGE 14

3 P C B b o a r d c a l l e d “ m o t h e r b o a r d ” t h a t i s u s e d t o m a p t h e m e m o r y a d d r e s s o f t h e P D A a n d t o p r o v i d e b a s i c e l e c t r i c a l s i g n a l s t o t h e s e n s o r b o a r d C h a p t e r s f o u r a n d f i v e d i s c u s s t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s e c o n d a r y P C B b o a r d c a l l e d “ d a u g h t e r b o a r d ” C h a p t e r f o u r d e s c r i b e s t h e b o a r d d e v e l o p e d a n d t h e i n t e r f a c e d e v e l o p e d f o r a h e a t e d f l u o r o m e t e r t o p e r f o r m a N A S B A r e a c t i o n R e s u l t s f r o m e x p e r i m e n t a l N A S B A a r e a l s o s h o w n a n d d i s c u s s e d i n d e t a i l C h a p t e r f i v e d i s c u s s e s t h e d a u g h t e r b o a r d d e v e l o p e d f o r i n t e r f a c i n g a C o r n e r C u b e R e t r o r e f l e c t o r ( C C R ) T h e b o a r d d e v e l o p m e n t a n d f a b r i c a t i o n t e c h n i q u e e m p l o y e d f o r d e v e l o p i n g t h e C C R i s m e n t i o n e d i n b r i e f 1 4 H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m T h e h a n d h e l d s e l e c t e d f r o m t h e H a n d s p r i n g V i s o r s e r i e s i s t h e “ V i s o r P r i s m ” a s s h o w n i n F i g u r e 1 1 T h e V i s o r w a s t h e f i r s t P D A t o h a v e t h e S p r i n g b o a r d p o r t t h a t p r o v i d e s t h e i n t e r n a l m i c r o p r o c e s s o r d a t a a n d a d d r e s s b u s e s a v a i l a b l e t o t h e d e s i g n e r T h e H a n d s p r i n g V i s o r o p e r a t e s o n M o t o r o l a M C 6 8 V Z 3 2 8 D r a g o n b a l l V Z p r o c e s s o r ( 3 3 M H z ) a n d i s c a p a b l e o f s u p p o r t i n g 1 6 b i t c o l o r u s i n g P a l m O S [ 1 2 ] T h e m e m o r y a v a i l a b l e f o r t h e V i s o r i s 8 M B o f D R A M a n d 2 M B o f m a s k e d R O M ; i e t h e m e m o r y c a n n o t b e u p g r a d e a b l e a s a w h o l e a n d m u s t u s e p a t c h e s [ 1 6 1 7 ] T h e V i s o r c o m e s w i t h a P a l m O S 3 5 a s a s t a n d a r d o p e r a t i n g s y s t e m T h e O S c o n t a i n s s t a n d a r d P a l m O S a p p l i c a t i o n a n d g e n e r a l u t i l i t y a p p l i c a t i o n s s u c h a s a d d r e s s b o o k c a l c u l a t o r a n d d a t e b o o k

PAGE 15

4 F i g u r e 1 1 : I m a g e o f H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m a n d t h e c r a d l e 1 4 1 E l e c t r i c a l a n d M e c h a n i c a l C h a r a c t e r i s t i c s T h e H a n d s p r i n g V i s o r h a s a M o t o r o l a p r o c e s s o r L C D s c r e e n a n d o t h e r c o m p o n e n t s p a c k e d i n a s i n g l e c a s e A c r a d l e c a n s y n c h r o n i z e t h e h a n d h e l d a n d t h e c o m p u t e r d a t a t h r o u g h a U S B c a b l e F i g u r e 1 1 r e p r e s e n t s i s t h e d i g i t a l i m a g e o f t h e c r a d l e T h e V i s o r c a n b e h o u s e d i n a c r a d l e s o t h a t w h e n t h e h o t s y n c b u t t o n i s p r e s s e d d a t a c a n b e s y n c h r o n i z e d b e t w e e n t h e d e s k t o p a n d t h e P D A [ 1 8 1 9 ] T h e V i s o r i s p o w e r e d b y L i I o n 1 5 5 0 m A H ( n o n r e m o v a b l e ) b a t t e r i e s a n d s u p p l i e s 3 5 V w h e n c o m p l e t e l y c h a r g e d D u e t o i t s h i g h b a t t e r y c a p a c i t y t h e V i s o r i s c a p a b l e o f h a n d l i n g l o a d s u p t o 1 0 0 m A [ 1 6 ] T h e s y s t e m p e r f o r m s t h r e e d i f f e r e n t a c t i o n s t o w a r n t h e u s e r o f l o w b a t t e r y c o n d i t i o n T h e f i n a l w a r n i n g w i l l s h u t d o w n t h e u n i t t o p r o t e c t t h e d a t a T h e f i r s t l e v e l o f w a r n i n g o c c u r s a t 2 4 V w h i c h g i v e s a m i l d w a r n i n g a n d a s t h e b a t t e r y v o l t a g e d e c r e a s e t h e w a r n i n g b e c o m e s s e v e r e T h e s e c o n d w a r n i n g l e v e l i s t h e c r i t i c a l t h r e s h o l d ; t h i s i s d i v i d e d i n t o s o f t w a r e a n d h a r d w a r e c r i t i c a l t h r e s h o l d T h e h a r d w a r e c r i t i c a l t h r e s h o l d o c c u r s b e f o r e t h e s o f t w a r e T h e h a r d w a r e c r i t i c a l t h r e s h o l d i s s u e s a L O W B A T s i g n a l t o t h e U S B C r a d l e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t L C D s c r e e n A p p l i c a t i o n s B u t t o n s

PAGE 16

5 S p r i n g b o a r d A f t e r t h i s s i g n a l t h e p o w e r t o t h e S p r i n g b o a r d i s r e m o v e d a n d t h e b u f f e r s d r i v i n g t h e S p r i n g b o a r d a r e d i s a b l e d P o w e r s t r e n g t h s h o u l d b e c o n s i d e r e d b e f o r e i n s e r t i n g a S p r i n g b o a r d m o d u l e i n t o t h e H a n d s p r i n g T h e s o f t w a r e c r i t i c a l w a r n i n g o c c u r s i f t h e o p e r a t i n g s y s t e m t u r n s t h e h a n d h e l d o f f w i t h o u t w a r n i n g T h i s p r o t e c t s t h e d a t a s t o r e d a n d d o e s n ’ t a l l o w t h e u s e r t o t u r n o n t h e h a n d h e l d u n t i l f u l l y c h a r g e d [ 1 6 1 7 1 8 ] O n e o f t h e d i f f e r e n t i a t i n g f e a t u r e s o f t h e H a n d s p r i n g V i s o r f r o m t h e o t h e r a v a i l a b l e h a n d h e l d s i s t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e s l o t T h r o u g h t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e p a r a l l e l c o m m u n i c a t i o n i s p o s s i b l e w i t h e x t e r n a l h a r d w a r e d e v i c e s T y p i c a l l y o t h e r P D A ’ s c o m m u n i c a t e w i t h e x t e r n a l d e v i c e s u s i n g s l o w e r s e r i a l d a t a c o m m u n i c a t i o n m e t h o d s 1 5 S p r i n g b o a r d E x p a n s i o n S l o t H a n d s p r i n g d e v e l o p e d t h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t w i t h p l u g a n d p l a y f u n c t i o n a l i t y T h i s e n a b l e d t h e P D A t o b e p l u g g e d w i t h n u m e r o u s S p r i n g b o a r d m o d u l e s c o n t a i n i n g v a r i o u s s o f t w a r e o r h a r d w a r e r e l a t e d a p p l i c a t i o n s T h e m o d u l e s c a n b e r e m o v e d a n y t i m e w i t h o u t c a u s i n g a n y d a m a g e t o t h e P D A [ 2 0 2 5 ] C o m p a n i e s s u c h a s I n t e l M o t o r o l a a n d o t h e r s m a d e c u s t o m S p r i n g b o a r d m o d u l e s f o r s p e c i f i c a p p l i c a t i o n s : g a m e s g l o b a l p o s i t i o n i n g s y s t e m s a n d w i r e l e s s i n t e r n e t c o n n e c t i o n s F o r t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e H a n d s p r i n g m o d i f i e d t h e s o f t w a r e b y c r e a t i n g e x t e n s i o n s t o t h e s t a n d a r d P a l m O S T h e e x t e n s i o n s c o u l d d e t e c t t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e l o a d a p p r o p r i a t e a p p l i c a t i o n s t o r e d i n t h e m o d u l e a n d c l e a n l y r e m o v e t h e s o f t w a r e w h e n t h e m o d u l e i s r e m o v e d A P C M C I A c o n n e c t o r w a s u s e d t o c o n n e c t c u s t o m m a d e h a r d w a r e [ 1 8 ] F o r t h e p r e s e n t a p p l i c a t i o n s a g e n e r i c m o t h e r b o a r d w a s d e s i g n e d t h a t f i t s i n t o t h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t F o l l o w i n g t h i s a d a u g h t e r b o a r d f o r a s p e c i f i c s e n s o r i s c r e a t e d a n d h o u s e d o n t h e m o t h e r b o a r d 1 5 1 S o f t w a r e D e v e l o p m e n t u s i n g S p r i n g b o a r d A p p l i c a t i o n s o f t w a r e d e v e l o p e d o n t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e c a n b e “ e x e c u t e d i n p l a c e ” i e t h e P a l m O S d o e s n o t l o a d t h e a p p l i c a t i o n i n t o t h e i n t e r n a l m e m o r y I n s t e a d i t j u m p s d i r e c t l y t o t h e a p p r o p r i a t e c o d e a n d e x e c u t e s i t T h e a p p l i c a t i o n c a n a l s o b e e x e c u t e d b y l o a d i n g i t i n t o t h e

PAGE 17

6 H a n d s p r i n g i n t e r n a l m e m o r y S o f t w a r e o n t h e S p r i n g b o a r d h a s a “ w e l c o m e a p p l i c a t i o n ” a s a “ h a n d s h a k i n g ” e v e n t N e x t i s t h e “ s e t u p a p p l i c a t i o n ” w h i c h i s s i m i l a r t o a n e x e c u t a b l e f i l e i n W i n d o w s a s i t d i r e c t s t h e s e t u p p r o c e d u r e [ 1 0 ] V a r i o u s a p p l i c a t i o n l e v e l s c a n b e s t o r e d o n t h e S p r i n g b o a r d r a n g i n g f r o m s i m p l e a p p l i c a t i o n a s a d i c t i o n a r y t o a c o m p l e x o n e s u c h a s i m a g i n g s o f t w a r e F o r c o m p l e x s o f t w a r e t h e P a l m O S m a y n e e d t o d o w n l o a d d r i v e r s t o r u n t h e p a r t i c u l a r s o f t w a r e M e t r o w e r k s C o d e w a r r i o r h a s t h e c a p a b i l i t y o f w r i t i n g a p p l i c a t i o n s o n t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e T h e C o d e w a r r i o r m a k e s u s e o f u t i l i t i e s p r o v i d e d b y H a n d s p r i n g t o d e v e l o p t h e a p p l i c a t i o n T h e h e a d e r f i l e “ h s e x t h ” c o n t a i n s t h e e n t i r e A p p l i c a t i o n P r o g r a m m i n g I n t e r f a c e ( A P I ) p e r t a i n i n g t o t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e d e v e l o p m e n t [ 1 2 1 8 ] 1 5 2 A r c h i t e c t u r e a n d M e m o r y M a n a g e m e n t o f t h e S p r i n g b o a r d E x p a n s i o n S l o t T h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n c o n n e c t o r i s a 6 8 p i n P C M C I A c o n n e c t o r T h e e x p a n s i o n s l o t p r o v i d e s a s l a v e o n l y i n t e r f a c e f o r e x p a n d i n g t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e m a i n h a n d h e l d u n i t T h i s s l o t s u p p o r t s h o t s w a p p i n g v i a b u f f e r s a n d t r a n s c e i v e r s ; o t h e r w i s e i t f u n c t i o n s a s i f d i r e c t l y c o n n e c t e d t o t h e h o s t C P U b u s V a r i o u s S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n m o d u l e s c a n b e c o n n e c t e d a n d d i s c o n n e c t e d a t a n y t i m e O n c e t h e m o d u l e i s i n s e r t e d t h e h a r d w a r e i s a u t o m a t i c a l l y c o n f i g u r e d m a k i n g t h e f e a t u r e s a v a i l a b l e i n s t a n t l y T h e s i g n a l o f a d d r e s s d a t a a n d c o n t r o l l i n e s o f t h e S p r i n g b o a r d a r e m a p p e d o n t o t h e C P U v i a b u f f e r a n d t r a n s c e i v e r s F i g u r e 1 2 i l l u s t r a t e s t h e m a p p i n g o f t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e m e m o r y o n t h e h a n d h e l d m e m o r y C S 0 a n d C S 1 a r e t h e t w o c h i p s e l e c t l i n e s ( a c t i v e l o w ) w h i c h s e r v e a s o u t p u t l i n e s t o t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e W h e n a S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n i s i n s e r t e d u p t o 1 6 M B o f a d d i t i o n a l a d d r e s s s p a c e i s a s s i g n e d t o e a c h c h i p s e l e c t T h e m e m o r y s i z e o f e a c h c h i p s e l e c t l i n e i s p r o g r a m m a b l e u s i n g t h e A P I p r o v i d e d b y H a n d s p r i n g [ 1 2 ] 1 5 3 E l e c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e S p r i n g b o a r d M o d u l e T a b l e 1 1 p r o v i d e s t h e D C e l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e V i s o r I t i s c a p a b l e o f p r o v i d i n g 3 0 V a t 1 0 0 m A w h e n r u n n i n g a t f u l l c a p a c i t y f o r t h r e e h o u r s I t c o n s u m e s t h r e e o r d e r s o f m a g n i t u d e l o w e r c u r r e n t w h i l e o p e r a t i n g a t s t a n d b y m o d e W h e n p o s i t i o n e d o n t h e c r a d l e i t i s

PAGE 18

7 c a p a b l e o f p r o v i d i n g 5 0 0 m A a t 5 V T h e i n p u t a n d t h e o u t p u t h i g h a n d l o w v o l t a g e s o f t h e H a n d s p r i n g V i s o r a r e i n a c c o r d a n c e w i t h t h e v o l t a g e s f r o m t h e t y p i c a l l o w p o w e r C P L D a n d F i e l d P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y F P G A ( a v a i l a b l e f r o m d i f f e r e n t v e n d o r s s u c h a s X i l i n x A m t e l a n d C y p r e s s s e m i c o n d u c t o r s ) P o r t a b l e s e n s o r s g e n e r a l l y r e q u i r e v e r y l o w c u r r e n t t o o p e r a t e ; t h u s t h e P D A s e r v e s a s a n a p p r o p r i a t e p o w e r h o u s e f o r t h e s e s e n s o r s F i g u r e 1 2 : A r c h i t e c t u r e o f t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e [ 1 2 ]

PAGE 19

8 T a b l e 1 1 : E l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e V i s o r [ 1 2 ] S y m b o l P a r a m e t e r M i n M a x U n i t V c c S u p p l y V o l t a g e 3 0 3 6 V I c O p e r a t i n g C u r r e n t 1 0 0 m A I s S t a n d b y C u r r e n t 1 0 1 0 0 A V d o c k D o c k i n g V o l t a g e 4 7 5 6 2 V I d o c k D o c k i n g C u r r e n t 5 0 0 m A V i h I n p u t H i g h V o l t a g e 2 0 V c c + 0 5 V V i o I n p u t L o w V o l t a g e 0 0 0 8 V V o h O u t p u t H i g h V o l t a g e 2 4 V c c + 0 5 V V o l O u t p u t L o w V o l t a g e 0 0 0 4 V 1 5 4 P i n O u t D e s c r i p t i o n o f t h e S p r i n g b o a r d M o d u l e T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f S p r i n g b o a r d m o d u l e p i n s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 1 2 T h e a s t e r i s k ( ) i n d i c a t e s t h a t t h e s i g n a l i s a c t i v e l o w a n d “ x ” i n d i c a t e s t h a t i t i s h e x a d e c i m a l d a t a C a r d d e t e c t ( C D 1 C D 2 ) : T h e s e a r e t h e m o d u l e d e t e c t s i g n a l s w h i c h s i g n a l t h e C P U w h e n a c t i v e b y s e n d i n g a n i n t e r r u p t o n c e t h e m o d u l e h a s b e e n i n s e r t e d O n c e t h e C P U r e c e i v e s t h e s i g n a l f r o m t h e i n t e r r u p t i t p r o v i d e s p o w e r t o t h e m o d u l e C h i p s e l e c t ( C S 0 C S 1 ) : T h e s e t w o p r o v i d e d c h i p s e l e c t p i n s s e l e c t b e t w e e n t h e t w o a d d r e s s a b l e m e m o r y r e g i o n s o n t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e T h e C S 0 c a n a c c e s s t h e e x t e r n a l R O M o r F l a s h m o d u l e s w h e r e a s t h e C S 1 c a n a c c e s s o t h e r p e r i p h e r a l d e v i c e s C h i p s e l e c t p i n s b e c o m e a c t i v e w h e n a r e a d o r w r i t e o p e r a t i o n i s p e r f o r m e d o n a n e x t e r n a l m e m o r y a d d r e s s r a n g e A d d r e s s B u s ( A 2 3 : A 0 ) : T h e S p r i n g b o a r d p r o v i d e s a t o t a l r a n g e o f 3 2 M B a d d r e s s l i n e s E a c h c h i p s e l e c t i s i n d i v i d u a l l y a l l o c a t e d 1 6 M B w h i c h c a n b e a l t e r e d T h e H a n d s p r i n g V i s o r p e r f o r m s 1 6 b i t r e a d a n d w r i t e o p e r a t i o n o n l y t o e v e n a d d r e s s e s c a u s i n g A 0 t o c o n t i n u a l l y p r o d u c e l o w c o n d i t i o n s T h e a d d r e s s b u s i s a n i n p u t t o t h e e x p a n s i o n m o d u l e a n d i s a l w a y s d r i v e n

PAGE 20

9 b y t h e H a n d s p r i n g W h e n t h e a d d r e s s b u s i s n o t i n u s e f o r t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e i t s e r v e s t h e C P U b y p e r f o r m i n g o t h e r o p e r a t i o n s T a b l e 1 2 : P i n o u t d e s c r i p t i o n o f t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e [ 1 2 ] P i n S y m b o l I / O / P / P U D e s c r i p t i o n P i n S y m b o l I / O / P / P U D e s c r i p t i o n 1 G N D P M o d u l e g r o u n d 3 5 G N D P M o d u l e g r o u n d 2 D 3 I / O D a t a b u s 3 6 C D 1 O / P U C a r d d e t e c t 3 D 4 I / O D a t a b u s 3 7 D 1 1 I / O D a t a b u s 4 D 5 I / O D a t a b u s 3 8 D 1 2 I / O D a t a b u s 5 D 6 I / O D a t a b u s 3 9 D 1 3 I / O D a t a b u s 6 D 7 I / O D a t a b u s 4 0 D 1 4 I / O D a t a b u s 7 C S 0 I C h i p s e l e c t 0 4 1 D 1 5 I / O D a t a b u s 8 A 1 0 I A d d r e s s b u s 4 2 C S 1 I C h i p s e l e c t 1 9 O E I R e a d e n a b l e 4 3 R e s e r v e d R e s e r v e d 1 0 A 1 1 I A d d r e s s b u s 4 4 R e s e r v e d R e s e r v e d 1 1 A 9 I A d d r e s s b u s 4 5 R e s e r v e d R e s e r v e d 1 2 A 8 I A d d r e s s b u s 4 6 A 1 7 I A d d r e s s b u s 1 3 A 1 3 I A d d r e s s b u s 4 7 A 1 8 I A d d r e s s b u s 1 4 A 1 4 I A d d r e s s b u s 4 8 A 1 9 I A d d r e s s b u s 1 5 W E I W r i t e e n a b l e 4 9 A 2 0 I A d d r e s s b u s 1 6 I R Q O / P U I n t e r r u p t r e q u e s t 5 0 A 2 1 I A d d r e s s b u s 1 7 V C C P M o d u l e v c c 5 1 V C C P M o d u l e v c c 1 8 V D O C K P D o c k i n g v o l t a g e 5 2 V D O C K P D o c k i n g v o l t a g e 1 9 A 1 6 I A d d r e s s b u s 5 3 A 2 2 I A d d r e s s b u s 2 0 A 1 5 I A d d r e s s b u s 5 4 A 2 3 I A d d r e s s b u s 2 1 A 1 2 I A d d r e s s b u s 5 5 R e s e r v e d R e s e r v e d 2 2 A 7 I A d d r e s s b u s 5 6 R e s e r v e d R e s e r v e d 2 3 A 6 I A d d r e s s b u s 5 7 R e s e r v e d R e s e r v e d 2 4 A 5 I A d d r e s s b u s 5 8 R E S E T I M o d u l e r e s e t 2 5 A 4 I A d d r e s s b u s 5 9 R e s e r v e d R e s e r v e d 2 6 A 3 I A d d r e s s b u s 6 0 M I C I M i c r o p h o n e 2 7 A 2 I A d d r e s s b u s 6 1 M I C + I M i c r o p h o n e + 2 8 A 1 I A d d r e s s b u s 6 2 R e s e r v e d R e s e r v e d 2 9 A 0 I A d d r e s s b u s 6 3 L O W B A T I L o w B a t t e r y 3 0 D 0 I / O D a t a b u s 6 4 D 8 I / O D a t a b u s 3 1 D 1 I / O D a t a b u s 6 5 D 9 I / O D a t a b u s 3 2 D 2 I / O D a t a b u s 6 6 D 1 0 I / O D a t a b u s 3 3 R e s e r v e d R e s e r v e d 6 7 C D 2 O / P U C a r d d e t e c t 3 4 G N D P M o d u l e g r o u n d 6 8 G N D P M o d u l e g r o u n d

PAGE 21

1 0 D a t a B u s ( D 1 5 : D 0 ) : T h i s 1 6 b i t b i d i r e c t i o n a l d a t a b u s i s c a p a b l e o f r e a d i n g a n d w r i t i n g i n f o r m a t i o n W h e n n o t s e r v i n g t h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t s i t t r a n s f e r s d a t a b e t w e e n t h e C P U a n d t h e R A M R e a d E n a b l e ( O E ) : W h e n e i t h e r t h e c h i p s e l e c t o r t h e O E p i n i s l o w t h e m o d u l e d r i v e s t h e S p r i n g b o a r d d a t a b u s a t t h e p a r t i c u l a r e v e n a d d r e s s i n d i c a t e d b y t h e a d d r e s s b u s D u r i n g t h i s r e a d c y c l e t h e w r i t e e n a b l e p i n i s h i g h W r i t e E n a b l e ( W E ) : T h e s i g n a l i s s i m i l a r t o t h e r e a d e n a b l e W h e n a c t i v e t h e H a n d s p r i n g w r i t e s t h e d a t a o n t h e m o d u l e a t a p a r t i c u l a r a d d r e s s D o c k i n g V o l t a g e ( V d o c k ) : T h i s p r o v i d e s 4 7 5 6 2 V w h e n p l a c e d o n t h e P D A c r a d l e T h e c r a d l e a l l o w s f o r c h a r g i n g o f t h e H a n d s p r i n g V i s o r L i i o n b a t t e r i e s V d o c k s h o u l d n e v e r b e c o n n e c t e d t o V C C a s i t c a n d a m a g e t h e P D A p e r m a n e n t l y I n t e r r u p t r e q u e s t ( I R Q ) : T h i s i s a s e r i a l a c t i v e l o w s i g n a l f r o m t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e I f n o t u s e d p r o p e r l y i n t e r r u p t s c a n c a u s e f a t a l s o f t w a r e e r r o r s t o t h e H a n d s p r i n g L o w B a t t e r y W a r n i n g ( L O W B A T ) : W h e n t h e b a t t e r y l e v e l d r o p s b e l o w t h e h a r d w a r e t h r e s h o l d v o l t a g e t h e L O W B A T p i n i s a c t i v e a n d t h e H a n d s p r i n g V i s o r n o l o n g e r p o w e r s t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e T h e m o d u l e s h o u l d b e r e m o v e d a n d r e i n s e r t e d w h e n t h e b a t t e r i e s a r e c h a r g e d 1 5 5 M e c h a n i c a l S p e c i f i c a t i o n o f t h e S p r i n g b o a r d M o d u l e T h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t h a s a 6 8 p i n P C M C I A c o n n e c t o r w i t h s e v e r a l k e y i n g f e a t u r e s [ 2 0 ] T h e V C C a n d t h e G N D p i n s o f t h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t a r e l o n g e r t h a n t h e o t h e r p i n s a n d t h e c a r d d e t e c t p i n i s s m a l l e r t h a n a l l t h e o t h e r p i n s T h i s p i n p l a c e m e n t e n s u r e s t h a t t h e b o a r d i s p l u g g e d i n c o r r e c t l y a n d t h e o t h e r p i n s a r e n o t a f f e c t e d F i g u r e 1 3 i l l u s t r a t e s t h e 6 8 p i n c o n n e c t o r O n e n e e d s t o b e c a r e f u l w h i l e s e l e c t i n g t h e t h i c k n e s s o f t h e m o t h e r b o a r d s i n c e t h e r e i s n o t e n o u g h c l e a r a n c e a t t h e b o t t o m A t y p i c a l f o r c e o f 1 5 6 p o u n d s s h o u l d b e a p p l i e d w h i l e i n s e r t i n g a n d e x t r a c t i n g t h e b o a r d t h e r e f o r e t h e P C B b o a r d c o m p o n e n t s a n d t h e c o n n e c t o r s s h o u l d b e c o n s i d e r e d w h e n d e s i g n i n g a c u s t o m S p r i n g b o a r d m o d u l e

PAGE 22

1 1 F i g u r e 1 3 : A r c h i t e c t u r e o f t h e H a n d s p r i n g V i s o r S p r i n g b o a r d s l o t [ 1 2 ] 1 5 6 S p r i n g b o a r d M o d u l e f r o m P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t s C o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e S p r i n g b o a r d m o d u l e E X B 1 a n d F L A S H E X B 1 f r o m P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t s w e r e e m p l o y e d f o r i n i t i a l d e b u g g i n g o f t h e I / O t i m i n g a n d c o d e T h e i r S p r i n g b o a r d m o d u l e c o n t a i n s j u m p e r s a n d s w i t c h e s t h a t p r o v i d e u s e r s w i t h d i f f e r e n t o p t i o n s f o r h a r d w a r e t e s t i n g T h e p i n s f r o m t h e S p r i n g b o a r d a r e r o u t e d t o f o u r 1 7 p i n c o n n e c t o r s : A B C a n d D [ 2 1 ] P r o b i n g t h e s e p i n s h e l p i n d e b u g g i n g t h e c o d e w r i t t e n f o r t h e S p r i n g b o a r d m e m o r y a d d r e s s P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t s p r o v i d e d t h e d a t a s h e e t f o r t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e i l l u s t r a t i n g t h e r o u t i n g o f t h e p i n s 1 1 6 P a l m O S P a l m O S i s t h e m o s t c o m m o n l y u s e d o p e r a t i n g s y s t e m f o r t h e h a n d h e l d d e v i c e I t d i f f e r s w h e n c o m p a r e d t o M a c i n t o s h a n d W i n d o w s ; h o w e v e r i t i n c l u d e s d a t a s h a r i n g a n d c o m m u n i c a t i o n c a p a b i l i t i e s w i t h t h e s e O S [ 2 2 2 3 ] T h e r e a r e m a n y c o n s t r a i n t s t h a t t h e p r o g r a m m e r s h o u l d c o n s i d e r w h i l e p r o g r a m m i n g i n P a l m O S [ 1 2 2 4 2 5 2 6 2 7 ] T h e y i n c l u d e t h e f o l l o w i n g : S m a l l S i z e S c r e e n : T h e a m o u n t o f i n f o r m a t i o n t h a t c a n b e d i s p l a y e d o n t h e s c r e e n i s l i m i t e d b e c a u s e o f s m a l l s c r e e n s i z e ( 1 6 0 x 1 6 0 p i x e l s ) A p p l i c a t i o n d e v e l o p e r s s h o u l d l i m i t t h e i n f o r m a t i o n p r o v i d e d t o t h e u s e r a s o v e r c r o w d i n g t h e s c r e e n c o u l d p o s e a p r o b l e m I n p u t M e t h o d : U s e r c a n e i t h e r w r i t e G r a f f i t i s t r o k e s o r u s e t h e k e y b o a r d d i a l o g p r o v i d e d o n t h e d e v i c e u s i n g a s p e c i a l p e n T h o u g h t h e s e a r e u s e f u l m e t h o d s f o r e n t e r i n g d a t a t h e y a r e n o t a s c o n v e n i e n t a s u s i n g a k e y b o a r d o r a m o u s e T h e r e f o r e t h e u s e r m a y e x p e r i e n c e 1 T h e s e b o a r d s a r e n o l o n g e r m a n u f a c t u r e d b y P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t s

PAGE 23

1 2 d i f f i c u l t i e s w h i l e e n t e r i n g e x t e n s i v e d a t a o n t h e d e v i c e T h e b e s t m e t h o d i s t o p r o v i d e t h e u s e r w i t h a s e l e c t i o n b o x t o e n t e r a l i m i t e d a m o u n t o f d a t a C o m p u t a t i o n a l P o w e r : T h e P a l m O S r e c e i v e s i t s p r o c e s s i n g p o w e r f r o m r e c h a r g e a b l e L i i o n b a t t e r i e s o f t h e V i s o r T h e P a l m O S i s c a p a b l e o f p e r f o r m i n g s m a l l c o m p u t a t i o n a l t a s k s ; h o w e v e r i n t e n s i v e c o m p u t a t i o n a l t a s k s h o u l d b e c o m p i l e d o n t h e d e s k t o p a n d t h e d a t a c a n t h e n b e s y n c h r o n i z e d a n d s t o r e d o n t h e h a n d h e l d M e m o r y : S t o r a g e s p a c e o n t h e h a n d h e l d i s a c o n c e r n w h i l e d e v e l o p i n g a p p l i c a t i o n s o n t h e V i s o r T h e H a n d s p r i n g V i s o r h a s 8 M B o f d y n a m i c m e m o r y a n d s t o r a g e a v a i l a b l e T h e m e m o r y a n d p o w e r a v a i l a b l e i s l i m i t e d ; t h u s o p t i m i z a t i o n i s c r i t i c a l O p t i m i z e d s p a c e w i l l p r o d u c e f a s t a n d e f f i c i e n t a p p l i c a t i o n s F i l e S y s t e m : T o o v e r c o m e c o n s t r a i n t s i m p o s e d b y l i m i t e d s t o r a g e s p a c e a n d e f f i c i e n t s y n c h r o n i z a t i o n w i t h t h e d e s k t o p P a l m O S d o e s n o t u s e t h e t y p i c a l f i l e s y s t e m I n s t e a d d a t a i s s t o r e d i n m e m o r y c h u n k s c a l l e d r e c o r d s w h i c h a r e g r o u p e d i n t o d a t a b a s e s A d a t a b a s e i s a n a l o g o u s t o a f i l e b u t d a t a i s b r o k e n d o w n i n t o m u l t i p l e r e c o r d s i n s t e a d o f b e i n g s t o r e d i n o n e c o n t i n u o u s c h u n k [ 2 6 ] R e s p o n s e T i m e : H a n d h e l d d e v i c e s a r e f i e l d d e v i c e s P o r t a b i l i t y a n d i n s t a n t d a t a a v a i l a b i l i t y a r e t h e k e y f e a t u r e s m a k i n g t h e m p o p u l a r w i t h u s e r s a s c o m p a r e d t o d e s k t o p c o m p u t e r s T h e a p p l i c a t i o n s s h o u l d e n a b l e t h e u s e r t o n a v i g a t e e a s i l y a n d f a c i l i t a t e s p e e d y t a s k e x e c u t i o n s S y n c h r o n i z a t i o n o f D a t a : U s i n g t h e H o t S y n c m a n a g e r t h e d a t a o n t h e P D A c a n b e s y n c h r o n i z e d w i t h t h e d a t a o n t h e d e s k t o p U s e r I n t e r f a c e A p p l i c a t i o n S h e l l ( U I A S ) : T h e P a l m O S i n c l u d e s a p r e e m p t i v e m u l t i t a s k i n g k e r n e l I t h a s a U I A S w h i c h i n v o k e s a p p l i c a t i o n s t h a t d i s p l a y t h e u s e r i n t e r f a c e T h e U A I S r u n s o n l y o n e a p p l i c a t i o n a t a t i m e W h e n a n a p p l i c a t i o n i s l a u n c h e d i t c a l l s a s u b r o u t i n e ; t h e U A I S r e g a i n s c o n t r o l o n c e t h e s u b r o u t i n e q u i t s S u b s e q u e n t l y t h e U A I S l a u n c h e s t h e n e x t a p p l i c a t i o n i n t h e q u e u e a s a n o t h e r s u b r o u t i n e

PAGE 24

1 3 1 6 1 C o m p a r i s o n o f P a l m O S w i t h o t h e r H a n d h e l d O S P a l m O S w a s d e v e l o p e d b y 3 c o m w h i l e W i n d o w s C E w a s d e v e l o p e d b y M i c r o s o f t [ 2 3 2 4 ] N u m e r o u s c e l l p h o n e c o m p a n i e s l i k e N o k i a a n d E r i c s s o n h a v e c o l l a b o r a t e d t o u s e a d i f f e r e n t o p e r a t i n g s y s t e m f o r t h e i r o r g a n i z e r s s u c h a s E p o c P a l m O S h a s t w o m a j o r a d v a n t a g e s o v e r i t s c o m p e t i t o r s : l e s s m e m o r y r e q u i r e m e n t a n d l e s s p o w e r c o n s u m p t i o n f o r t h e a p p l i c a t i o n t o s t o r e a n d e x e c u t e A c o m p a r i s o n b e t w e e n P a l m O S a n d o t h e r h a n d h e l d o p e r a t i n g s y s t e m s i s s h o w n i n T a b l e 1 3 T a b l e 1 3 : C o m p a r i s o n b e t w e e n P a l m O S a n d o t h e r h a n d h e l d o p e r a t i n g s y s t e m s W i n d o w s C E P a l m O S E p o c C o n s u m e s l o t o f m e m o r y C o n s u m e s l e s s m e m o r y C o n s u m e s m u c h m e m o r y S l o w R e s p o n s e t i m e F a s t R e s p o n s e t i m e S l o w R e s p o n s e t i m e L o t o f a p p l i c a t i o n s S e v e r a l a p p l i c a t i o n s V e r y f e w a p p l i c a t i o n s H i g h P o w e r c o n s u m p t i o n L o w p o w e r c o n s u m p t i o n L o w p o w e r c o n s u m p t i o n S i m i l a r t o W i n d o w s N e w t o u s e r N e w t o u s e r T o s h i b a a n d C o m p a q P a l m H a n d s p r i n g S o n y N o k i a E r i c s s o n a n d S p e c i a l t e a m ( S y m b i a n ) 1 7 C o n d u i t s a n d H o t S y n c O p e r a t i o n T h e c o d e t h a t p e r f o r m s t h e s y n c h r o n i z a t i o n b e t w e e n t h e P D A a n d t h e d e s k t o p a r e c a l l e d c o n d u i t s O n c e t h e H o t S y n c b u t t o n i s p r e s s e d t h e H o t S y n c m a n a g e r c a l l s t h e c o n d u i t s w h i c h s y n c h r o n i z e s t h e d a t a o n t h e P D A I t i s a c h i e v e d e i t h e r b y d o w n l o a d i n g d a t a o n t h e P D A o r b a c k i n g u p d a t a f r o m t h e h a n d h e l d t o t h e d e s k t o p A c o n d u i t d e v e l o p m e n t k i t ( C D K ) i s a v a i l a b l e w h e n u s i n g t h e C o d e w a r r i o r C D K c a n b e d e v e l o p e d i n n u m e r o u s o b j e c t o r i e n t e d p l a t f o r m s s u c h a s C C + + a n d J a v a T h e C D K c o n v e r t s t h e d a t a a n d t h e n m a k e s i t a v a i l a b l e t o t h e u s e r w h e n s y n c h r o n i z i n g d a t a [ 2 8 ] F i g u r e 1 4 i l l u s t r a t e s a s i m p l e p r o c e s s s u g g e s t i n g t h e f l o w o f d a t a f r o m t h e h a n d h e l d t o t h e d e s k t o p a n d v i c e v e r s a T o

PAGE 25

1 4 s y n c h r o n i z e a p a r t i c u l a r d a t a b a s e a s p e c i f i c c o n d u i t n e e d s t o b e w r i t t e n T h e c o n d u i t s a r e w r i t t e n o n t h e d e s k t o p i n t h e d l l f o r m a t a n d a c t a s a s i n g l e p i e c e o f s o f t w a r e t h a t i n t e r a c t s w i t h t h e o t h e r p r o g r a m s t o t r a n s f e r d a t a F i g u r e 1 4 : B l o c k d i a g r a m f o r t h e f l o w o f s i g n a l s f r o m P a l m O S a p p l i c a t i o n t o t h e d e s k t o p [ 2 4 ] 1 8 C o d e w a r r i o r I n t e g r a t e d D e v e l o p m e n t E n v i r o n m e n t ( I D E ) 8 0 C o d e w a r r i o r e n a b l e s s o f t w a r e d e v e l o p m e n t b y c o l l e c t i n g r e l a t e d f i l e s i n a p r o j e c t I t i n t e g r a t e s t h e s e f i l e s i n a p r o j e c t a n d t h e n c o m p i l e s t h e m a s a u n i t [ 2 9 3 0 ] I n d i v i d u a l f i l e s w e r e w r i t t e n t o d i s p l a y a f o r m i n t h e H a n d s p r i n g A l l f o r m f i l e s a r e t h e n i n t e g r a t e d i n t o a s i n g l e f i l e u n i t b y l i n k i n g t h e m t o g e t h e r T h e “ P a l m R e z P o s t L i n k e r ” o p t i o n l i n k s a l l t h e h e a d e r s o u r c e a n d r e s o u r c e f i l e s t o g e t h e r a n d c o m p i l e s i t e i t h e r o n t h e P D A o r t h e e m u l a t o r T h e f i l e s i n C o d e w a r r i o r a r e w r i t t e n i n C C + + o r J a v a p r o g r a m m i n g l a n g u a g e s T h i s r e p r e s e n t s a p o w e r f u l s o f t w a r e d e v e l o p m e n t t o o l u s e d n o t o n l y f o r d e v e l o p i n g s o f t w a r e a p p l i c a t i o n s f o r t h e h a n d h e l d b u t a l s o f o r a n y d e s i r e d t a r g e t T a b l e 1 4 c o m p a r e s C o d e w a r r i o r w i t h o t h e r a v a i l a b l e s o f t w a r e f o r a p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n t o n t h e h a n d h e l d A s C o d e w a r r i o r d i s p l a y s n u m e r o u s a d v a n t a g e s o v e r i t s c o u n t e r p a r t s i t w a s s e l e c t e d f o r d e v e l o p i n g a p p l i c a t i o n s o n t h e h a n d h e l d D e s k t o p A p p l i c a t i o n D e s k t o p D a t a s o u r c e s C o n d u i t ( d l l ) f o r m a t P a l m O S A p p l i c a t i o n H o t S y n c M a n a g e r P a l m O S D a t a b a s e

PAGE 26

1 5 T a b l e 1 4 : C o m p a r i s o n b e t w e e n C o d e w a r r i o r a n d o t h e r d e v e l o p m e n t s o f t w a r e C o d e w a r r i o r N S B a s i c A p p F o r g e P r o g r a m m i n g i n C / C + + P r o g r a m m i n g i n B A S I C P r o g r a m m i n g i n V i s u a l B a s i c “ C o n s t r u c t o r ” f o r e a s e i n p r o g r a m m i n g t o f o r m G U I P r o v i d e s m o r e t h a n 1 8 0 i n b u i l t c o m m a n d s P r o v i d e s 1 8 s p e c i a l f u n c t i o n s c a l l e d “ i n g o t s ” S o f t w a r e c o m p i l e s C o d e d i r e c t l y u n d e r t h e P a l m O S H a v e b u i l t i n D a t a b a s e f u n c t i o n s S e r i a l a n d I n f r a r e d I / O o p e r a t i o n s P r o g r a m s r u n o n V i r t u a l M a c h i n e s o i t i s s l o w a n d t a k e s a l o t o f p r o c e s s o r t i m e M o r e c o m p a t i b l e w i t h P a l m O S t h a n P o c k e t P C R e q u i r e s s t o r i n g a r u n t i m e l i b r a r y i n t h e t a r g e t s y s t e m A l l o w s d e v e l o p e r s t o i n t e g r a t e A c t i v e X c o n t r o l s i n t h e i r p r o g r a m s 1 9 P a l m O S E m u l a t o r A n e m u l a t o r s i m u l a t e s t h e h a r d w a r e u s i n g s o f t w a r e o n t h e P C I t e m u l a t e s t h e H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m o r a n y o t h e r P D A i n s o f t w a r e T h e e m u l a t o r a p p e a r s a n d f u n c t i o n s e x a c t l y l i k e t h e a c t u a l h a r d w a r e : i t f e t c h e s t h e i n s t r u c t i o n s h a n d l e s t h e s p e c i a l r e g i s t e r s a n d w o r k s w i t h t h e i n t e r r u p t s i n a s i m i l a r f a s h i o n a s t h e p h y s i c a l P D A T h e c o d e i s e x e c u t e d o n t h e e m u l a t o r w h i c h p e r m i t s t o d e b u g t h e c o d e o n t h e d e s k t o p c o m p u t e r B e c a u s e s e v e r a l P D A ’ s f r o m t h e s a m e m a n u f a c t u r e r s h a v e v a r i e d m e m o r y t h e e m u l a t o r a l l o w s t h e u s e r t o c h o o s e t h e d e s i r e d m e m o r y s i z e a n d t h e s k i n T h u s i t p r o d u c e s s i m i l a r c h a r a c t e r i s t i c s t o a n u m b e r o f d i f f e r e n t P D A ’ s T h e m o u s e a n d k e y b o a r d p e r f o r m a n y a c t i o n o n t h e e m u l a t o r s i m i l a r t o t h e s t y l u s o n t h e P D A T h e e m u l a t o r p r o v i d e s a d d i t i o n a l d e b u g g i n g f e a t u r e s w h i c h a i d i n d e t e c t i n g a n y u n s a f e a p p l i c a t i o n o r d e b u g g i n g e r r o r s O n e o f t h e f e a t u r e s l a c k i n g o n t h e e m u l a t o r i n c l u d e s a f a i l u r e t o a c c o m m o d a t e t h e e x t e r n a l m e m o r y a d d r e s s o f t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e s o n t h e H a n d s p r i n g

PAGE 27

1 6 V i s o r P r i s m D u e t o t h i s l i m i t a t i o n a n y a p p l i c a t i o n a c c e s s i n g t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e w i l l c a u s e a n e m u l a t o r e r r o r T h e i m a g e o f t h e e m u l a t o r i s s h o w n i n F i g u r e 1 5 F i g u r e 1 5 : E m u l a t o r f o r d e b u g g i n g t h e a p p l i c a t i o n s

PAGE 28

1 7 C H A P T E R 2 A P P L I C A T I O N D E V E L O P M E N T I N C O D E W A R R I O R T h e p r e v i o u s c h a p t e r d i s c u s s e d t h e t o o l s s e l e c t e d f o r d e v e l o p i n g a n a p p l i c a t i o n o n t h e H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m C o d e w a r r i o r w a s s e l e c t e d t o w r i t e a p p l i c a t i o n s o n a P D A o p e r a t i n g o n P a l m O S T h e n e x t s t e p t o w a r d s i n t e r f a c i n g t h e s e n s o r w i t h t h e P D A i n c l u d e s p r o d u c i n g c o m m u n i c a t i o n w i t h t h e e x t e r n a l S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e s T h i s c h a p t e r d i s c u s s e s t h e f e a t u r e s o f C o d e w a r r i o r t h e p r o c e d u r e f o r d e v e l o p i n g a n a p p l i c a t i o n o n t h e P D A a n d t h e a p p l i c a t i o n “ R e a d / W r i t e C o n t r o l l e r ” w h i c h w a s d e v e l o p e d t o c o m m u n i c a t e w i t h e x t e r n a l S p r i n g b o a r d a d d r e s s a n d d a t a l i n e s T h e r e s p o n s e o f v a r i o u s S p r i n g b o a r d p i n s a f t e r e x e c u t i n g t h e r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n w a s o b s e r v e d o n t h e o s c i l l o s c o p e A c o m p l e t e u n d e r s t a n d i n g o f t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e s w o u l d f a c i l i t a t e t h e d e v e l o p m e n t o f t h e m o t h e r b o a r d r e q u i r e d t o r o u t e t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e s a n d h o u s e t h e s e n s o r b o a r d 2 1 U s e r I n t e r f a c e A v a i l a b l e f o r D e v e l o p i n g a n A p p l i c a t i o n C o d e w a r r i o r ’ s f e a t u r e c o n s t r u c t o r e n a b l e s t h e d e v e l o p e r s t o d e s i g n a g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e ( G U I ) T h e f o l l o w i n g s e c t i o n s d e s c r i b e t h e u s e r i n t e r f a c e s a v a i l a b l e [ 1 9 ] F o r m s : A f o r m r e p r e s e n t s a s i n g l e s c r e e n i n a n a p p l i c a t i o n a n d c o n t a i n s v a r i o u s u s e r i n t e r f a c e s T h e s e f o r m s p r o v i d e a p l a t f o r m f r o m w h i c h t h e d e v e l o p e r c a n w o r k w i t h a p p l i c a t i o n s p r o v i d e u s e r d i s p l a y s f r o m w h i c h o n e c a n v i e w a n d m a n i p u l a t e d a t a A f o r m c o n t a i n s t h e b a s i c a p p l i c a t i o n b u i l d i n g b l o c k s a n d o c c u p i e s t h e e n t i r e s c r e e n o f t h e P D A H o w e v e r t h e d i a l o g f o r m p r o v i d e s i n f o r m a t i o n a n d o c c u p i e s o n l y a p a r t i c u l a r s e c t i o n o f t h e s c r e e n

PAGE 29

1 8 B u t t o n s : T h e r e a r e t w o t y p e s o f b u t t o n s : b u t t o n s a n d p u s h b u t t o n s T h e b u t t o n s p r o v i d e t h e u s e r w i t h v a r i o u s f o r m o p t i o n s F u n c t i o n s c a n b e t r i g g e r e d b y p e r f o r m i n g a n a c t i o n o n t h e b u t t o n s u c h a s “ o n c l i c k ” T h e b u t t o n s a r e u s u a l l y r e c t a n g u l a r s h a p e d a n d c o n t a i n a t e x t c a p t i o n P u s h b u t t o n s i n c l u d e s e t o f t w o o r m o r e ; o n e o f t h e b u t t o n s f r o m a s e t c a n b e s e l e c t e d a n d t h a t b u t t o n p e r f o r m s t h e a c t i o n a t t a c h e d t o i t T h e p u s h b u t t o n s a r e s i m i l a r t o r a d i o b u t t o n s w h e r e t h e u s e r h a s v a r i o u s o p t i o n s a n d m u s t s e l e c t o n e o f t h e m A l e r t : A l e r t s a r e a s p e c i a l c a t e g o r y o f f o r m t h a t p r o v i d e s t h e u s e r w i t h f e e d b a c k T h e y h a v e a m o d a l d i a l o g f o r m t h a t i n c l u d e s a t e x t m e s s a g e a t i t l e b a r o n e o r m o r e b u t t o n s a n d a n i c o n T h e P a l m O S h a s f o u r t y p e s o f a l e r t b o x e s w i t h c o r r e s p o n d i n g i c o n s : a A n i n f o r m a t i o n a l e r t p r o v i d e s t h e u s e r w i t h t h e a p p l i c a t i o n i n f o r m a t i o n b A c o n f i r m a t i o n a l e r t p r o m p t s t h e u s e r f o r c o n f i r m a t i o n o f e i t h e r y e s o r n o U p o n r e c e i v i n g t h e s e l e c t i o n i t p e r f o r m s t h e p a r t i c u l a r o p e r a t i o n c A w a r n i n g a l e r t w a r n s t h e u s e r a b o u t a p o t e n t i a l l y d a n g e r o u s f u n c t i o n d A n e r r o r a l e r t i n f o r m s t h e u s e r t h a t t h e l a s t a c t i o n c a u s e d a n e r r o r o r c o u l d n o t b e c o m p l e t e d A l e r t s c a n a l s o b e u s e d t o c o n f i r m t h a t a n a c t i o n h a s b e e n p e r f o r m e d T h i s h e l p s t h e d e v e l o p e r d e b u g a n a p p l i c a t i o n M e n u : A c t i o n s t o b e p e r f o r m e d r e p e t i t i v e l y a r e e a s i l y a c c e s s e d b y l i s t i n g t h e m i n t h e m e n u i t e m s T h e s e m e n u i t e m s c a n b e c a l l e d e i t h e r f r o m t h e m e n u b a r o r b y s u p p l y i n g a s h o r t c u t t o t h e p a r t i c u l a r m e n u i t e m T h e m e n u b a r d o e s n o t o c c u p y s p a c e o n t h e f o r m e x c e p t w h e n a m e n u l i s t i s d i s p l a y e d ; t h u s i t a v o i d s e x c e s s i v e s c r e e n c l u t t e r i n g L a b e l : L a b e l s a r e n o n e d i t a b l e t e x t t h a t a p p e a r o n t h e f o r m a n d p r o v i d e i n f o r m a t i o n t o t h e u s e r T h e l a b e l s i n t h e f o r m d e s c r i b e t h e u s e r i n t e r f a c e e l e m e n t s L a b e l s a r e s i g n i f i c a n t i n a n y a p p l i c a t i o n a s t h e y p r o v i d e h e l p f u l u s e r i n f o r m a t i o n E x e r c i s e c a u t i o n w h e n u s i n g l a b e l a s e x c e s s i v e u s a g e m a y c a u s e t h e s c r e e n t o l o o k d i s o r g a n i z e d

PAGE 30

1 9 F i e l d s : A f i e l d c o n s i s t s o f a s i n g l e l i n e o r m u l t i l i n e t e x t t h a t a l l o w s t h e u s e r t o i n p u t b o t h n u m e r i c a n d t e x t d a t a I f n e c e s s a r y t h e m u l t i p l e l i n e f i e l d c o n t a i n s a n o p t i o n o f a s c r o l l b a r T h e f i e l d d a t a c a n b e f o r m a t t e d b y d e s i g n a t i n g i t r i g h t l e f t c e n t e r o r j u s t i f i e d a l i g n T h e f i e l d c o n t a i n s d a t a i n t h e t e x t f o r m a t H o w e v e r i f t h e n u m e r i c o p t i o n i s m a r k e d t h e f i e l d a c c e p t s o n l y n u m e r i c d a t a C o n s t r u c t o r h a s a n o p t i o n o f r e s t r i c t i n g t h e n u m b e r o f c h a r a c t e r s i n t h e f i e l d T h e m o d e o f e n t e r i n g d a t a i n t h e f i e l d i s e i t h e r b y g r a f f i t i o r t h e o n s c r e e n k e y b o a r d C h e c k b o x e s : T h e c h e c k b o x e s c a n b e u s e d t o s e l e c t a n a c t i o n b y p r o v i d i n g a n o p t i o n t o e i t h e r c l i c k t h e b o x o r n o t T h e c h e c k b o x e s d e f a u l t v a l u e s a r e s e t t o n u l l w h e r e a l l t h e c h e c k b o x e s a r e b l a n k M o r e t h a n o n e o r a l l t h e c h e c k b o x e s c a n b e s e l e c t e d o n a t a n y t i m e a s c o m p a r e d t o p u s h b u t t o n s w h e r e o n l y o n e o f t h e o p t i o n s f r o m a b u n c h c a n b e s e l e c t e d L i s t s : T h e l i s t f u n c t i o n i s s i m i l a r t o t h e c o m b o b o x f u n c t i o n i n o t h e r G U I l a n g u a g e s T h i s d i s p l a y d a t a m e t h o d i s i d e a l f o r s i n g l e c o l u m n a n d m u l t i p l e r o w d a t a T h e l i s t r e s o u r c e c o n s i s t s o f n u m e r o u s l i s t i t e m s T h e l i s t i s o n e o f t h e m o s t e f f e c t i v e t o o l s t o r e p r e s e n t d a t a B y e m p l o y i n g t h e l i s t i n t e r f a c e a d e v e l o p e r c a n r e s t r i c t t h e u s e r i n p u t F o r m B i t m a p : F o r m b i t m a p s a r e t y p i c a l l y u s e d t o d i s p l a y i c o n s o r a n y o t h e r i m a g e E v e r y f o r m m a y h a v e o n e o r m o r e f o r m b i t m a p s a s s o c i a t e d w i t h i t U s i n g t h e c o n s t r u c t o r a b i t m a p c a n b e i n s e r t e d i n t o a n y o f t h e f o r m s T h e r e i s n o c o d i n g n e c e s s a r y f o r t h e b i t m a p s a s t h e c o n s t r u c t o r g e n e r a t e s t h e c o d e a u t o m a t i c a l l y G a d g e t : A c u s t o m m a d e u s e r i n t e r f a c e e l e m e n t i s c a l l e d a “ g a d g e t ” I f t h e d e v e l o p e r r e q u i r e s a s p e c i a l r e s o u r c e t o s e r v e a s p e c i f i c p u r p o s e b y u s i n g t h e P a l m O S g u i d e l i n e s o n e c a n c r e a t e a n i n d i v i d u a l r e s o u r c e A l l t h e r e s o u r c e a t t r i b u t e s a n d c a p a b i l i t i e s a r e c o d e d b y t h e d e v e l o p e r P a l m O S e m u l a t o r s h a v e a s p e c i a l f e a t u r e c a l l e d G r e m a l i n s w h i c h t e s t s t h e s e g a d g e t s C o d e w a r r i o r c o n s t r u c t o r h a s g a d g e t s a l r e a d y a v a i l a b l e f o r t h e u s e r s u c h a s t h e s l i d e r T h e p r e v i o u s l y m e n t i o n e d u s e r i n t e r f a c e s a r e u s e d t o d e v e l o p t h e r e s o u r c e f i l e ; t h u s t h e v a r i o u s u s e r i n t e r f a c e s i n t h e r e s o u r c e f i l e s c a n t h e n b e c o d e d i n a s o u r c e f i l e a s d e m o n s t r a t e d i n t h e n e x t s e c t i o n

PAGE 31

2 0 2 2 P r o c e d u r e f o r D e v e l o p i n g A p p l i c a t i o n s i n C o d e w a r r i o r T h o u g h C o d e w a r r i o r i s a p o w e r f u l d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t i t i s h o w e v e r c o m p l e x w i t h a s t e e p l e a r n i n g c u r v e a n d s o m e t i m e s i n s u f f i c i e n t d e m o n s t r a t i o n T h e s y s t e m a t i c p r o c e d u r e f o r d e v e l o p i n g a n a p p l i c a t i o n i n C o d e w a r r i o r o n a d e s k t o p P C i s a s f o l l o w s : a A f t e r i n s t a l l i n g C o d e w a r r i o r o p e n i t f r o m t h e S t a r t m e n u b F r o m t h e F i l e m e n u s e l e c t “ N e w ” a n d t h e n s e l e c t t h e “ P a l m O S A p p l i c a t i o n W i z a r d ” I t i s s i m p l e t o c r e a t e a n e w p r o j e c t u s i n g t h e P r o j e c t W i z a r d a s i t a u t o m a t i c a l l y g e n e r a t e s a n d l i n k s t h e f i l e s A f t e r e n t e r i n g t h e p r o j e c t n a m e a n d i t s l o c a t i o n p r e s s “ N e x t ” c T h e W i z a r d t h e n d i s p l a y s a l l t h e g e n e r a t e d a n d l i n k e d f i l e n a m e s t h a t i t i s g o i n g t o c r e a t e I f d e s i r e d c h a n g e t h e n a m e s a l t h o u g h i t i s r e c o m m e n d e d n o t t o a l t e r t h e n a m e s S e l e c t t h e d e s i r e d a p p l i c a t i o n t y p e s u c h a s s t a n d a r d C o r C + + P a l m O S s u p p l i e s a s p e c i f i c I D f o r a l l d e v e l o p e r s c a l l e d “ c r e a t o r i d ” “ S u n y ” c r e a t o r i d i s u s e d f o r a l l t h e a p p l i c a t i o n s d e v e l o p e d d S e l e c t t h e l i b r a r i e s t h a t a r e r e q u i r e d f o r d e v e l o p i n g t h e a p p l i c a t i o n H a n d s p r i n g V i s o r S D K a n d t h e M S L s t a n d a r d C / C + + l i b r a r i e s a r e r e c o m m e n d e d f o r s e l e c t i o n e T h e P r o j e c t W i z a r d c r e a t e s a p r o j e c t f i l e w i t h t h e m c p e x t e n s i o n T h i s p r o j e c t c o n t a i n s v a r i o u s g r o u p s o r f o l d e r s T h e v a r i o u s f i l e s a r e a t t a c h e d u n d e r s i n g l e g r o u p s f A p r o j e c t i s c r e a t e d w i t h f o u r f o l d e r s : i “ p r o j e c t n a m e d a t a ” t h i s f o l d e r o r g r o u p p r o v i d e s i n f o r m a t i o n a b o u t t h e d e b u g a n d r e l e a s e o f t h e p r o j e c t T h e f i l e s i n t h i s f o l d e r a r e n o t a c c e s s i b l e b y t h e u s e r T h e p r o j e c t g e n e r a t e s t h e s e f i l e s a u t o m a t i c a l l y i i “ o b j ” c o n t a i n s t h e p r o j e c t i n t h e P a l m a p p l i c a t i o n f o r m a t T h e l i n k e r a p p l i c a t i o n c o n v e r t s t h e m c p p r o j e c t f i l e i n C o d e w a r r i o r t o p r c a p p l i c a t i o n f i l e f o r h o t s y n c i n g t o t h e P D A i i i “ r s c ” i s a r e s o u r c e f i l e c r e a t e d u s i n g t h e c o n s t r u c t o r T h e c o n s t r u c t o r a l s o c r e a t e s i t s h e a d e r f i l e s a u t o m a t i c a l l y w h i c h a r e t h e n a d d e d t o t h e h e a d e r f i l e s

PAGE 32

2 1 i v “ s r c ” i s t h e s o u r c e f o l d e r c o n t a i n i n g f i l e s w r i t t e n i n C / C + + a n d u s i n g C o d e w a r r i o r A P I g I t i s a d v i s e d t o d e l e t e t h e h e a d e r f i l e s a n d t h e s o u r c e f i l e c r e a t e d b y t h e W i z a r d a n d s t a r t d e v e l o p i n g t h e f i l e s u s i n g t h e A P I a n d t h e g e n e r a l C / C + + p r o g r a m m i n g D e v e l o p i n g t h e s o u r c e a n d t h e h e a d e r f i l e s a u t o n o m o u s l y f a c i l i t a t e s a p p l i c a t i o n c o m p r e h e n s i o n a n d d e b u g g i n g h A M a i n F i l e i s w r i t t e n t o s t a r t t h e a p p l i c a t i o n p r o p e r l y a n d c o n t r o l t h e a p p l i c a t i o n f l o w i C o n s t r u c t o r a l l o w s t h e d e v e l o p e r t o c r e a t e t h e u s e r i n t e r f a c e f o r t h e a p p l i c a t i o n U s i n g C o n s t r u c t o r p r o v i d e s e a s e w h e n e d i t i n g a p p l i c a t i o n r e s o u r c e s j T h e c o n s t r u c t o r c r e a t e s a f i l e w i t h a n e x t e n s i o n r s c s a n d p l a c e s i t i n t h e “ r s c ” p r o j e c t f o l d e r A t t a c h t h e r e s o u r c e f i l e u n d e r t h e r e s o u r c e g r o u p i n t h e p r o j e c t T h e r e s o u r c e c r e a t e s i t s o w n h e a d e r f i l e t h a t i s a t t a c h e d i n t h e h e a d e r g r o u p k F o r e v e r y i n d i v i d u a l f o r m a C / C + + f i l e i s c o d e d a n d a t t a c h e d u n d e r t h e s o u r c e g r o u p l A f t e r t h e c o d e s a r e w r i t t e n t h e y a r e e x e c u t e d o n t h e P a l m e m u l a t o r B r e a k p o i n t s c a n b e s e t t o d e b u g t h e c o d e s m A f t e r t h e c o d e s a r e c r e a t e d t h e y a r e d o w n l o a d e d o n t h e P D A b y p e r f o r m i n g a H o t s y n c o p e r a t i o n o n t h e p r c f i l e c r e a t e d f o r t h e p r o j e c t T h e p r c f i l e r e s i d e s o n t h e “ o b j ” g r o u p 2 3 R e a d / W r i t e C o n t r o l l e r A p p l i c a t i o n T h e e n s u i n g p r o j e c t c o d e s s t a r t t h e a p p l i c a t i o n u s i n g t h e s t a n d a r d p r o c e d u r e [ 2 5 ] P a l m O S c o m p l i e r w i l l f i r s t e x e c u t e t h e P i l o t M a i n r o u t i n e i n t h e a p p l i c a t i o n P i l o t M a i n i s s i m i l a r t o t h e M a i n f u n c t i o n i n s t a n d a r d C a s i t f o l l o w s n u m e r o u s i n s t r u c t i o n s t h a t s t a r t t h e e v e n t l o o p A p p e n d i x A c o n t a i n s a l l t h e c o d e p e r t a i n i n g t o s t a r t i n g o f t h e a p p l i c a t i o n T h i s f i l e r e m a i n s t h e s a m e f o r a l l t h e a p p l i c a t i o n s d e v e l o p e d F i g u r e 2 1 r e p r e s e n t s t h e f l o w o f s i g n a l s f r o m t h e s t a r t i n g o f t h e a p p l i c a t i o n t o t h e e v e n t l o o p

PAGE 33

2 2 N u m e r o u s a p p l i c a t i o n s w e r e d e v e l o p e d t o u n d e r s t a n d t h e w o r k i n g o f t h e v a r i o u s u s e r i n t e r f a c e s p r o v i d e d b y M e t r o w e r k s T h e s e a p p l i c a t i o n s e n c o m p a s s e d u s e r i n t e r f a c e s s u c h a s f o r m s b u t t o n s l i s t b o x m e n u b i t m a p f i e l d l a b e l a n d a l e r t T h e a p p l i c a t i o n s w e r e d o w n l o a d e d o n t h e V i s o r a n d d e b u g g e d T h e n e x t s t e p t o w a r d s i n t e r f a c i n g t h e s e n s o r s w i t h t h e P D A w a s t o a c c e s s t h e S p r i n g b o a r d m e m o r y a d d r e s s a n d d a t a l i n e s A p p l i c a t i o n “ R e a d W r i t e C o n t r o l l e r ” w a s d e v e l o p e d u s i n g C o d e w a r r i o r t o r e a d / w r i t e d a t a t o a p a r t i c u l a r S p r i n g b o a r d m e m o r y a d d r e s s F i g u r e 2 1 : F l o w c h a r t i n d i c a t i n g t h e f l o w o f s i g n a l s i n t h e e v e n t l o o p f u n c t i o n [ 2 5 ]

PAGE 34

2 3 T h e c o d e s w e r e p r o c e s s e d a n d I / O l i n e s w e r e m o n i t o r e d o n t h e P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t s E X B 1 S p r i n g b o a r d m o d u l e T w o C s o u r c e f i l e s w e r e i n c l u d e d : o n e c o n t a i n s c o d e s f o r s t a r t i n g t h e a p p l i c a t i o n ; t h e s e c o n d c o n t a i n s t h e c o d e w h e r e t h e u s e r i n t e r f a c e s w e r e c r e a t e d a n d f u n c t i o n s w e r e d e f i n e d I n t h e a p p l i c a t i o n t h e u s e r m a y s e l e c t t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s f r o m a l i s t b o x A f t e r t h e u s e r s e l e c t e d t h e a d d r e s s a n d p r e s s e d t h e “ s e l e c t ” b u t t o n t h e p a r t i c u l a r a d d r e s s a p p e a r e d i n t h e f i e l d ( f i g u r e 2 2 ) U p o n p u s h i n g t h e “ R e a d ” o r “ W r i t e ” b u t t o n s u s i n g t h e s t y l u s t h e d a t a w i l l b e e i t h e r w r i t t e n o r r e a d f r o m t h e s e l e c t e d a d d r e s s A n a l e r t b o x i n d i c a t i n g t h e a c t i o n p e r f o r m e d o n t h e s e l e c t e d a d d r e s s w a s d i s p l a y e d I f n o a d d r e s s l i n e i s s e l e c t e d a n a l e r t b o x s t a t i n g t h a t “ N o a d d r e s s l i n e i s s e l e c t e d ” w a s d i s p l a y e d F i g u r e 2 2 : I m a g e o f t h e r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n 2 4 A p p l i c a t i o n C o d e T h e D o C o m m a n d f u n c t i o n o f t h e r e a d / w r i t e f o r m p e r f o r m s t h e m a i n o p e r a t i o n T h e F i e l d p o i n t e r f l d P w a s d i r e c t e d a t t h e a d d r e s s e s i n t h e l i s t b o x O n c e t h e u s e r s e l e c t e d t h e a d d r e s s a n d

PAGE 35

2 4 p u s h e s t h e s e l e c t b u t t o n t h e v a r i a b l e l i s t T e x t P w o u l d p o i n t s t o t h e t e x t c o n t a i n i n g t h e s e l e c t e d a d d r e s s i n t h e s t r i n g ( o r A S C I I ) f o r m a t L s t G e t S e l e c t i o n T e x t r e t r i e v e d t h e s e l e c t e d t e x t [ 2 2 ] T h e “ i f ” s t a t e m e n t v e r i f i e s w h e t h e r a n y a d d r e s s w a s s e l e c t e d o r n o t I f n o t a n e r r o r m e s s a g e w o u l d b e d i s p l a y e d t o t h e u s e r T h e v a r i a b l e s f o r r e a d i n g a n d t h e w r i t i n g d a t a t o t h e a d d r e s s l i n e s w e r e i n i t i a l i z e d d u r i n g d e c l a r a t i o n U p o n p r e s s i n g t h e w r i t e o r r e a d b u t t o n t h e s t r i n g t o t h e l i s t T e x t P p o i n t s w a s c o n v e r t e d i n t o h e x a d e c i m a l f o r m a t u s i n g t h e C o n v e r t H e x f u n c t i o n T h e s e l e c t e d o p e r a t i o n w a s p e r f o r m e d o n t h e s p e c i f i c a d d r e s s l i n e T h e d a t a r e a d f r o m t h e a d d r e s s w a s s t o r e d i n t h e v a r i a b l e R d a t a A f t e r t h i s e x e c u t i o n a c u s t o m a l e r t b o x w a s c r e a t e d T h e s e l e c t e d a d d r e s s l i n e w a s d i s p l a y e d w i t h a m e s s a g e i n d i c a t i n g t h e d e s i r e d o p e r a t i o n h a d b e e n c o m p l e t e d F i e l d T y p e f l d P = G e t O b j e c t P t r ( R W F o r m A d d r e s s F l d F i e l d ) ; \ a d d r e s s e n t e r e d i n l i s t b o x \ L i s t T y p e l i s t P ; \ p o i n t e r t o t h e l i s t \ U I n t 3 2 R a d d = 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 W a d d = 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 R d a t a = 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 ; \ r e a d w r i t e v a r i a b l e s \ s w i t c h ( c o m m a n d ) { c a s e R W F o r m S e l e c t B u t t o n : \ u s e r s e l e c t s t h e a d d r e s s f r o m t h e l i s t \ l i s t P = G e t O b j e c t P t r ( R W F o r m A d d r e s s L i s t ) ; l i s t T e x t P = L s t G e t S e l e c t i o n T e x t ( l i s t P L s t G e t S e l e c t i o n ( l i s t P ) ) ; i f ( l i s t T e x t P = N U L L ) { F l d G r a b F o c u s ( f l d P ) ; F l d I n s e r t ( f l d P l i s t T e x t P S t r L e n ( l i s t T e x t P ) ) ; } e l s e F r m A l e r t ( E r r o r m s g A l e r t ) ; \ i f n o t s e l e c t e d e r r o r \ h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; c a s e R W F o r m W r i t e B u t t o n : W a d d = ( U I n t 3 2 ) C o n v e r t H e x ( l i s t T e x t P ) ; ( U I n t 3 2 ) W a d d = 0 x f f f f f f f f ; F r m C u s t o m A l e r t ( W r i t e A l e r t A l e r t l i s t T e x t P N U L L N U L L ) ; \ w r i t e d a t a o n s e l e c t e d a d d r e s s \ h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; c a s e R W F o r m R e a d B u t t o n : R a d d = ( U I n t 3 2 ) C o n v e r t H e x ( l i s t T e x t P ) ; R d a t a = ( U I n t 3 2 ) R a d d ; F r m C u s t o m A l e r t ( R e a d A l e r t A l e r t l i s t T e x t P N U L L N U L L ) ; \ r e a d d a t a f r o m s e l e c t e d a d d r e s s \ h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ;

PAGE 36

2 5 2 5 R e s u l t s O b s e r v e d T h e r e s p o n s e o f t h e c h i p s e l e c t w r i t e e n a b l e a n d r e a d e n a b l e w h i l e u s i n g t h e r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n w a s o b s e r v e d o n a T e k t r o n i x T D S 3 0 1 4 4 c h a n n e l s o s c i l l o s c o p e ( f i g u r e 2 3 ) T h e r e s p o n s e w a s t a b u l a t e d i n t a b l e 2 1 T h e c o m p l e t e s y s t e m s e t u p i s s h o w n i n F i g u r e 2 3 C h a n n e l 1 o n t h e o s c i l l o s c o p e w a s c o n n e c t e d t o t h e c h i p s e l e c t a n d t r i g g e r e d t h e o s c i l l o s c o p e c h a n n e l 2 w a s c o n n e c t e d t o w r i t e e n a b l e a n d c h a n n e l 3 t o r e a d e n a b l e 2 T a b l e 2 1 : R e s p o n s e s o f d i f f e r e n t S p r i n g b o a r d p i n s w i t h r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n s A d d r e s s A c t i o n D 1 5 D 0 A 2 3 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 C S 1 O E W E 2 9 0 0 0 0 0 4 R e a d _ 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 _ 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 9 0 0 0 0 1 0 W r i t e ( f f f f ) h 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 ( f f f f ) h 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 S p r i n g b o a r d p i n s c o n t a i n 1 6 d a t a l i n e s w h i l e r e a d / w r i t e c o m m a n d s u s e 3 2 b i t d a t a T h i s p r o b l e m i s n o t e d b y t h e C P U b y r e a d i n g o r w r i t i n g t h e f i r s t 1 6 b i t d a t a t o t h e a s s i g n e d a d d r e s s l i n e a n d t h e n e x t 1 6 b i t o n t h e c o n s e c u t i v e e v e n a d d r e s s l i n e F o r e x a m p l e w h e n a 3 2 b i t r e a d o p e r a t i o n i s c a l l e d a t 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 ( t a b l e 2 1 ) i t r e a d s t h e f i r s t 1 6 b i t a t t h a t p a r t i c u l a r a d d r e s s a n d t h e n r e a d s t h e n e x t 1 6 b i t i n t h e n e x t a d d r e s s F i g u r e 2 3 d i s p l a y s t h e r e a d i n g f r o m t h e o s c i l l o s c o p e w h e r e t h e c h i p s e l e c t b e c o m e s a c t i v e a n d p e r f o r m s a r e a d o p e r a t i o n a t 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 a n d t h e n p e r f o r m s t h e n e x t r e a d o p e r a t i o n i m m e d i a t e l y a t 0 x 2 9 0 0 0 0 0 6 A s r e v e a l e d i n T a b l e 2 1 t h e f i r s t e x p e r i m e n t w a s t o r e a d d a t a f r o m a d d r e s s 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 W h e n t h e r e a d b u t t o n w a s 2 T h e s p r i n g b o a r d p i n s a r e l a t c h e d a n d n o t c l o c k e d

PAGE 37

2 6 s e l e c t e d i n t h e a p p l i c a t i o n t h e r e a d o p e r a t i o n w a s e x e c u t e d a n d a n a l e r t m e s s a g e p o p p e d u p c o n f i r m i n g t h e o p e r a t i o n a s s h o w n i n F i g u r e 2 4 F i g u r e 2 3 : D i g i t a l i m a g e o f t h e e x p e r i m e n t a l s e t u p F i g u r e 2 4 : D i g i t a l i m a g e o f t h e V i s o r a f t e r p e r f o r m i n g a r e a d c y c l e V i s o r S t y l u s P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t E X B 1 S p r i n g b o a r d A l e r t b o x c o n f o r m i n g t h a t t h e r e a d o p e r a t i o n i s e x e c u t e d

PAGE 38

2 7 T o e x e c u t e t h e r e a d c y c l e t h e C P U s e t s t h e c h i p s e l e c t a c t i v e f i r s t F o l l o w i n g t h e c h i p s e l e c t t h e r e a d e n a b l e p i n w e n t l o w T h i s i n d i c a t e d t h a t a r e a d o p e r a t i o n w a s b e i n g p e r f o r m e d o n t h e a d d r e s s d e f i n e d o n t h e a d d r e s s b u s ( d a t a n o t s h o w n ) T h e d a t a b u s c a r r i e d t h e s i g n a l s f r o m t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e t o a H a n d s p r i n g r e g i s t e r T h e w r i t e e n a b l e p i n r e m a i n e d i n a c t i v e ( h i g h ) d u r i n g t h e r e a d c y c l e a s s h o w n i n F i g u r e 2 5 T h e r e a d / w r i t e c y c l e w a s d i v i d e d i n t o f o u r s e c t i o n s : A B C a n d D A a n d D r e v e a l e d t h e t i m e w h e n t h e r e a d / w r i t e e n a b l e p i n s w e r e s e r v i n g t h e C P U B a n d C r e p r e s e n t s e c t i o n w h e r e i t p e r f o r m e d t h e r e a d c y c l e o n t h e S p r i n g b o a r d a d d r e s s l i n e s D u r i n g B i t p e r f o r m e d t h e o p e r a t i o n o n t h e f i r s t 1 6 b i t s o f d a t a a n d d u r i n g C i t p e r f o r m e d t h e l a s t 1 6 b i t o f o p e r a t i o n F i g u r e 2 5 : W a v e f o r m s i n d i c a t i n g a r e a d c y c l e

PAGE 39

2 8 S i m i l a r t o t h e r e a d o p e r a t i o n i s t h e w r i t e o p e r a t i o n T h e s e c o n d e x p e r i m e n t i n T a b l e 2 1 i l l u s t r a t e s a w r i t e o p e r a t i o n T h e w r i t e e n a b l e w r o t e d a t a f r o m t h e H a n d s p r i n g r e g i s t e r t o t h e S p r i n g b o a r d m o d u l e o n t h e a d d r e s s a s d e f i n e d b y t h e a d d r e s s b u s s h o w n i n F i g u r e 2 6 T h e d a t a w r i t t e n t o t h e p a r t i c u l a r a d d r e s s w a s 0 x f f f f f f f f F i g u r e 2 6 : W a v e f o r m s i n d i c a t i n g a w r i t e c y c l e

PAGE 40

2 9 C H A P T E R 3 M O T H E R B O A R D D E S I G N A s d e m o n s t r a t e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r a r e a d / w r i t e c o n t r o l l e r a p p l i c a t i o n c a n b e u s e d t o i n t e r f a c e w i t h e x t e r n a l l i n e s t h r o u g h t h e S p r i n g b o a r d e x p a n s i o n s l o t T h i s f e a t u r e c a n p r o v i d e a c a p a b i l i t y t o t u r n o n / o f f e x t e r n a l e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s d e l i v e r s i g n a l s o r c o l l e c t d a t a f r o m s e n s o r s A n a t t a c h e d p r o g r a m m a b l e c h i p c a n i m p l e m e n t s e v e r a l l o g i c c i r c u i t s t o d e c o d e t h e m e m o r y m a p a n d r o u t e s i g n a l s a p p r o p r i a t e l y T h e n e x t s t e p t o w a r d s i n t e r f a c i n g t h e s e n s o r w i t h t h e P D A w a s t h e d e v e l o p m e n t o f a g e n e r i c b o a r d c a l l e d t h e “ m o t h e r b o a r d ” T h i s c h a p t e r d i s c u s s e s t h e f e a t u r e s o f t h e m o t h e r b o a r d w h i c h r o u t e s i g n a l s f r o m t h e H a n d s p r i n g a n d p r o v i d e b a s i c e l e c t r o n i c s i g n a l s t o t h e d a u g h t e r b o a r d T h e d a u g h t e r b o a r d c o n t a i n s t h e s e n s o r a n d a p p l i c a t i o n s p e c i f i c s e n s o r c i r c u i t r y T h e m o t h e r b o a r d d e s i g n e d c o n s i s t s o f a l i n e a r r e g u l a t o r f o r p r e c i s e l y c o n t r o l l i n g o n b o a r d p o w e r s u p p l i e s f r o m t h e H a n d s p r i n g ’ s r e c h a r g e a b l e b a t t e r i e s o r a n e x t e r n a l s o u r c e l o w p o w e r c l o c k o s c i l l a t o r s a m i c r o p o w e r a d j u s t a b l e h i g h v o l t a g e c o n v e r t e r ( 3 2 8 V D C ) f o r a c t u a t i o n o f M E M S s e n s o r s a 2 c h a n n e l 1 6 b i t A / D c o n v e r t e r f o r c o n v e r s i o n o f a n a l o g s i g n a l s f r o m t h e s e n s o r s t o d i g i t a l s i g n a l s a n d s e v e r a l i n d i c a t o r L E D s T h e m o t h e r b o a r d a l s o i n c l u d e s a r e p r o g r a m m a b l e C o m p l e x P r o g r a m m i n g L o g i c D e v i c e ( C P L D ) c a p a b l e o f r e a l i z i n g c o m p l e x l o g i c F i g u r e 3 1 i s a b l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d T h e s c h e m a t i c a n d t h e l a y o u t o f t h e m o t h e r b o a r d w e r e d e s i g n e d i n O r c a d 1 0 0 ( a p r o d u c t o f C a d e n c e ) T h e c o m p l e t e s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e e n t i r e m o t h e r b o a r d i s p r e s e n t e d i n A p p e n d i x C

PAGE 41

3 0 F i g u r e 3 1 : B l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f m o t h e r b o a r d 3 1 P C B D e s i g n P r o c e d u r e A b r i e f s t e p b y s t e p p r o c e d u r e i s m e n t i o n e d b e l o w d e s c r i b i n g h o w t o d e s i g n t h e s c h e m a t i c a n d l a y o u t i n O r c a d 3 1 1 P C B S c h e m a t i c D e s i g n P r o c e d u r e T h e s c h e m a t i c f o r t h e P r i n t e d C i r c u i t B o a r d ( P C B ) w a s d e s i g n e d i n O r c a d C a p t u r e T h e i d e a w a s t o s k e t c h t h e d e s i g n f i l e a n d g e n e r a t e t h e n e t l i s t T h i s n e t l i s t w a s l a t e r u s e d f o r t h e l a y o u t o f t h e b o a r d T h e f o l l o w i n g p r o c e d u r e d e s c r i b e s t h e m e t h o d o f d e s i g n i n g t h e s c h e m a t i c I t i s e a s i e r t o f i r s t s k e t c h t h e c i r c u i t i n t h e b o o k a n d t h e n r e p r e s e n t i t i n t h e e l e c t r o n i c f o r m a t : a O r c a d C a p t u r e w a s i n i t i a t e d f r o m t h e S t a r t m e n u ; a n e w p r o j e c t w a s c r e a t e d o r a n e x i s t i n g p r o j e c t o p e n e d T h e p r o j e c t o p e n e d a s c h e m a t i c p a g e f o r t h e d e s i g n e r T h e c i r c u i t d i a g r a m w a s s k e t c h e d o n t h i s p a g e b A l m o s t a l l c o m p o n e n t s i n t h e c i r c u i t d i a g r a m w e r e a v a i l a b l e f r o m v a r i o u s l i b r a r i e s C l i c k i n g o n t h e i c o n “ p l a c e p a r t ” a l l o w e d t h e u s e r t o s e a r c h f o r t h e d e s i r e d p a r t T h e n t h e u s e r c l i c k e d a n d d r o p p e d t h e p a r t o n t h e s c h e m a t i c c I f t h e c o m p o n e n t w a s n o t p r e s e n t t h e n t h e p i n o u t d i a g r a m w a s d r a w n T h e c u s t o m i z e d c o m p o n e n t w a s s t o r e d i n a p e r s o n a l l i b r a r y a n d a c c e s s e d a t a l a t e r d a t e i f r e q u i r e d H a n d s p r i n g V i s o r X i l i n x C P L D L i n e a r r e g u l a t o r H i g h V o l t a g e G e n e r a t i o n C l o c k O s c i l l a t o r A / D C o n v e r t e r s D a u g h t e r b o a r d M O T H E R B O A R D D E S I G N A d d r e s s D a t a L E D s C S 1 O E W E

PAGE 42

3 1 d T h e p a r t s w e r e p l a c e d a n d j o i n e d a c c o r d i n g l y w i t h t h e w i r e s T h e c o n n e c t i o n f o r m e d b e t w e e n t w o p o i n t s r e s u l t e d i n t h e f o r m a t i o n o f “ n e t s ” E a c h c o n n e c t i n g w i r e h a d a n e t n a m e e W i r e s h a v i n g i d e n t i c a l n o d e n a m e s w e r e u n d e r s t o o d t o b e c o n n e c t e d t o e a c h o t h e r I n s t e a d o f c o n n e c t i n g t w o w i r e s f a r a p a r t i t w a s e a s y t o n a m e t h e w i r e s w i t h t h e s a m e n o d e n a m e T h i s s u g g e s t e d t h e y w e r e c o n n e c t e d w i t h o u t c l u s t e r i n g t h e s c h e m a t i c f T h e c i r c u i t w a s v e r i f i e d o n c e t h e c o m p o n e n t s w e r e p l a c e d a n d a p p r o p r i a t e l y c o n n e c t e d T h e c o m p o n e n t s w e r e t h e n s y s t e m a t i c a l l y a n n o t a t e d t o u p d a t e p a r t n u m b e r s S u b s e q u e n t t o t h i s a c t i o n a d e s i g n r u l e c h e c k t a s k r e v e a l e d p o s s i b l e e r r o r s A f t e r r e c t i f y i n g a l l t h e e r r o r s a n e t l i s t o f t h e s c h e m a t i c b e c a m e a c c e s s i b l e u s i n g t h e n e t l i s t i c o n 3 1 2 P C B L a y o u t P r o c e d u r e U p o n c o m p l e t i o n o f t h e s c h e m a t i c o f t h e c i r c u i t b o a r d t h e c o n s e q u e n t s t e p w a s t h e l a y o u t o f t h e b o a r d T h e l a y o u t d e f i n e d t h e p l a c e m e n t o f t h e c o m p o n e n t o n t h e b o a r d a n d i t s c o n n e c t i o n s w i t h o t h e r c o m p o n e n t s F i g u r e 3 2 i l l u s t r a t e s t h e l a y o u t f o r t h e m o t h e r b o a r d T h e f o l l o w i n g d e t a i l e d p r o c e d u r e d e s c r i b e s t h e l a y o u t o f t h e c i r c u i t b o a r d : a P r i o r t o g e n e r a t i n g t h e n e t l i s t t h e f o o t p r i n t f o r a l l t h e c o m p o n e n t s w a s s p e c i f i e d i n C a p t u r e T h i s e n a b l e d t h e O r c a d l a y o u t t o u n d e r s t a n d t h e p i n l a y o u t a n d t h e f o o t p r i n t d i m e n s i o n o f t h e c o m p o n e n t s b C o m p o n e n t s w h o s e f o o t p r i n t s a r e n o t a v a i l a b l e i n t h e s t a n d a r d l i b r a r y r e q u i r e d t h e c r e a t i o n o f a n e w f o o t p r i n t w h i c h w a s s a v e d i n a p e r s o n a l l i b r a r y A f t e r t h e f o o t p r i n t s w e r e a l l o c a t e d t o a l l t h e c o m p o n e n t s i n t h e s c h e m a t i c t h e n e t l i s t w a s g e n e r a t e d a n d s t o r e d i n t h e p r o j e c t f o l d e r c L a y o u t f o r t h e P C B w a s s e l e c t e d f r o m t h e “ S t a r t ” m e n u T h e L a y o u t W i z a r d p r o m p t e d t h e n e t l i s t f i l e T h e p a t h o f t h e n e t l i s t f i l e g e n e r a t e d f r o m C a p t u r e w a s e n t e r e d d A u t o e c o r e c o g n i z e d e a c h c o m p o n e n t o n t h e s c h e m a t i c a n d c o n v e r t e d i t i n t o t h e l a y o u t f o r m a t D u r i n g t h e c o n v e r s i o n p r o c e s s i f t h e r e w a s a n e r r o r t h e c o n v e r s i o n w a s

PAGE 43

3 2 i n c o m p l e t e U p o n r e c t i f y i n g a l l e r r o r s a l l c o m p o n e n t s f r o m t h e s c h e m a t i c w a s c o n v e r t e d i n t o a l a y o u t f o r m a t t h a t i l l u s t r a t e s a l l c o m p o n e n t f o o t p r i n t s a n d n e t c o n n e c t i o n s e A b o a r d o u t l i n e w a s d r a w n ; t h i s o u t l i n e s i g n i f i e d t h e d i m e n s i o n s o f t h e b o a r d A n o u t l i n e w a s c h o s e n t o a l l o w p l u g g i n g i n t o t h e S p r i n g b o a r d s l o t a n d h a v e s t y l u s a c c e s s A l l t h e c o m p o n e n t s w e r e p l a c e d w i t h i n t h e b o a r d o u t l i n e C o m p o n e n t s w e r e g r o u p e d b y f u n c t i o n a n d l o c a t e d s t r a t e g i c a l l y t o l i m i t n o i s e a n d a l l o w f u n c t i o n a l i t y f T h e c i r c u i t b o a r d h a d p a i r e d l a y e r s : i T O P a n d B O T ( i n a 2 l a y e r b o a r d ) : T h e s e w e r e t h e a v a i l a b l e r o u t i n g l a y e r s A d d i t i o n a l r o u t i n g l a y e r s c a n b e a d d e d s u c h a s G N D a n d P W R N o a d d i t i o n a l l a y e r s ( i n n e r l a y e r s ) w e r e u s e d o n t h e m o t h e r b o a r d i i S S T O P ( s i l k s c r e e n t o p ) S S B O T ( s i l k s c r e e n b o t t o m ) : A s i l k s c r e e n l a y e r c o n t a i n e d t h e t e x t u a l i n f o r m a t i o n s u c h a s t h e c o m p o n e n t n u m b e r ( U 3 ) b o a r d i n f o r m a t i o n a n d o t h e r t e x t u a l d e t a i l s T h i s l a y e r i s w h i t e b y d e f a u l t i i i S M T O P ( s o l d e r m a s k t o p ) S M B O T ( s o l d e r m a s k b o t t o m ) : A s o l d e r m a s k w a s a m a s k i n g l a y e r t o p r o t e c t t h e r o u t i n g l a y e r f r o m a n y d a m a g e T h e l a y e r i s g e n e r a l l y g r e e n i n c o l o r b y d e f a u l t g F r o m t h e d a t a b a s e o p t i o n i n t h e t o o l m e n u t h e f o l l o w i n g i t e m s w e r e s e l e c t e d : i S t r a t e g y : U s i n g t h i s o p t i o n t h e s p a c i n g b e t w e e n t h e r o u t e s w a s s e t A s p a c i n g o f e i g h t m i l w a s s e t b e t w e e n t h e r o u t e s a s t h i s w a s r e a d i l y a c h i e v e d b y m o s t b o a r d m a n u f a c t u r e r s i i N e t s : A p a r t i c u l a r n u m b e r c a l l e d “ w e i g h t ” w a s s e t t o t h e n e t s T h e r o u t e r d i r e c t e d t h e n e t s w i t h h i g h e r w e i g h t s f i r s t a n d t h e o t h e r s f o l l o w e d l a t e r T h e w e i g h t o f t h e G N D a n d P W R n e t s w e r e s e t h i g h e r t h a n o t h e r n e t s i i i L a y e r : T h e r o u t i n g l a y e r s e n a b l e d i n a t w o b o a r d l a y e r a r e T O P a n d B O T I f m o r e t h a n t w o r o u t i n g l a y e r s w e r e u s e d t h e y a r e a l s o e n a b l e d f o r r o u t i n g I t i s s u g g e s t e d t o u s e g r o u n d a n d p o w e r a s s e p a r a t e i n n e r l a y e r t o r e d u c e n o i s e

PAGE 44

3 3 h F r o m t h e o p t i o n s m e n u t h e g r i d o p t i o n w a s s e l e c t e d a n d t h e v i a / r o u t i n g d i m e n s i o n w a s t y p i c a l l y s e t t o e i g h t m i l a s i t w a s e a s i l y a c h i e v e d b y t h e b o a r d m a n u f a c t u r e r s H o w e v e r t h e m o t h e r b o a r d h a d d e n s e n e t s t o r o u t e s o t h e v i a / r o u t i n g s i z e w a s s e t t o s e v e n m i l i T h e A u t o R o u t e o p t i o n a u t o m a t i c a l l y r o u t e d t h e b o a r d I f t h e r o u t i n g w a s c o m p l e t e d t h e n a l l t h e n e t s w e r e v i s i b l e i n r o u t i n g l a y e r s o n l y j T h e d e s i g n r u l e c h e c k ( D R C ) l i s t e d o u t t h e e r r o r a n d w a r n i n g o f t h e b o a r d T h e e r r o r s w e r e f i x e d b y e i t h e r c o r r e c t i n g t h e e r r o r o r o m i t t i n g t h e m i f t h e y w e r e i n n o c u o u s A c o p p e r p o u r w a s d o n e f o r a u n i f o r m g r o u n d ( G N D ) p l a n e o n t h e T O P a n d B O T l a y e r k S u b s e q u e n t t o t h i s a g e r b e r f i l e w a s g e n e r a t e d f o r s u b m i s s i o n t o t h e b o a r d m a n u f a c t u r e r F r o m t h e w i n d o w s m e n u t h e p o s t p r o c e s s o p e r a t i o n w a s c a l l e d ; t h e n e x t e n d e d g e r b e r f o r m a t w a s s e l e c t e d a n d r i g h t c l i c k e d o n t h e “ R u n B a t c h ” o p t i o n T h i s g e n e r a t e d t h e r e q u i r e d f i l e s f o r t h e b o a r d m a n u f a c t u r e r l A l l t h e g e n e r a t e d f i l e s w e r e v i s u a l l y i n s p e c t e d f o r e r r o r s ; i f n o n e e x i s t e d t h e y w e r e a s s e m b l e d i n a f o l d e r A r e a d m e ( t x t ) f i l e e x p l a i n e d t h e b o a r d d e t a i l s t o t h e m a n u f a c t u r e r A l l f i l e s w e r e z i p p e d a n d s e n t t o t h e b o a r d m a n u f a c t u r e r F i g u r e 3 2 : L a y o u t o f t h e m o t h e r b o a r d i n O r c a d l a y o u t

PAGE 45

3 4 3 2 M o t h e r b o a r d E l e m e n t s A g e n e r i c b o a r d i s d e s i g n e d t o p l u g i n t o t h e H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m T h e b o a r d i s d e v e l o p e d w i t h a n a i m t o m a p t h e a d d r e s s l i n e s o f t h e H a n d s p r i n g o n a C P L D a n d p r o v i d e b a s i c e l e c t r i c a l s i g n a l s t o t h e d a u g h t e r b o a r d V o l t a g e r e g u l a t o r h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n A / D c o n v e r t e r C P L D I n d i c a t o r L E D s J T A G c o n n e c t o r d a u g h t e r b o a r d h e a d e r p i n s J u m p e r s a n d t e s t c o n n e c t o r s a r e d i f f e r e n t s e c t i o n s o f t h e m o t h e r b o a r d d i s c u s s e d i n d e t a i l i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s 3 2 1 V o l t a g e R e g u l a t o r T h e s u p p l i e d v o l t a g e f r o m t h e H a n d s p r i n g V i s o r ( 3 3 V ) w a s r e g u l a t e d u s i n g a M a x 1 8 1 8 l i n e a r v o l t a g e r e g u l a t o r A l i n e a r r e g u l a t o r w a s p r e f e r r e d o v e r a s w i t c h i n g r e g u l a t o r T h e a d v a n t a g e s o f t h e l i n e a r r e g u l a t o r o v e r t h e s w i t c h i n g r e g u l a t o r i s t h a t i t i s s m a l l e r i n s i z e c o n t a i n s l e s s r i p p l e l e s s n o i s e a n d i s e a s i e r t o o p e r a t e T h e d i s a d v a n t a g e i s t h a t i t g e n e r a t e s m o r e h e a t c o m p a r e d t o a s w i t c h i n g r e g u l a t o r t h e r e b y m a k i n g t h e l a t t e r m o r e e f f i c i e n t T h e c h i p i s c a p a b l e o f s u p p l y i n g c u r r e n t u p t o 5 0 0 m A I t c o n s u m e s e x t r e m e l y l o w p o w e r w h e n n o t i n u s e a n d t h e s h u t d o w n c u r r e n t i s 0 1 A [ 3 2 ] T h e r e f o r e i f t h e m o t h e r b o a r d w a s c o n n e c t e d t o t h e V i s o r b u t t u r n e d o f f t h e r e g u l a t o r d i d n o t d r a i n t h e b a t t e r y b y d r a w i n g a n e x c e s s i v e a m o u n t o f c u r r e n t F i g u r e 3 3 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c d e s i g n f o r t h e r e g u l a t o r s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d T h e o u t p u t o f t h e v o l t a g e r e g u l a t o r w a s a c o n s t a n t 3 3 V w i t h a n a c c u r a c y o f + / 1 % C a p a c i t o r C 3 w a s c o n n e c t e d a c r o s s t h e i n p u t p i n o f t h e r e g u l a t o r a n d t h e g r o u n d C a p a c i t o r C 4 w a s c o n n e c t e d a c r o s s t h e o u t p u t a n d t h e g r o u n d t o p r o v i d e s t a b l e o u t p u t

PAGE 46

3 5 F i g u r e 3 3 : V o l t a g e r e g u l a t i o n s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d 3 2 2 H i g h V o l t a g e C o n v e r t e r S e v e r a l M i c r o e l e c t r o M e c h a n i c a l S y s t e m s ( M E M S ) d e v i c e s s u c h a s a C o r n e r C u b e R e t r o r e f l e c t o r ( C C R ) o p t i c a l s p e c t r o m e t e r a n d o t h e r e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n d e v i c e s r e q u i r e v o l t a g e s h i g h e r t h a n 3 3 V t o f u n c t i o n T h i s s e c t i o n o f t h e c i r c u i t o n t h e m o t h e r b o a r d r e c e i v e d 3 3 V a n d p r o d u c e d v o l t a g e s f r o m 3 2 8 V F i g u r e 3 4 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c o f t h e h i g h v o l t a g e c o n v e r t e r s e c t i o n o f t h e b o a r d T h e 1 0 p i n M S O P Z X L B 1 6 0 0 h a d a n e n a b l e i n p u t p i n w h i c h w a s c o n n e c t e d t o t h e C P L D T h e o u t p u t v o l t a g e w a s v a r i e d i n s e v e r a l w a y s [ 3 3 ] : a ) b y a p p l y i n g e x t e r n a l r e f e r e n c e v o l t a g e b ) b y s u p p l y i n g e x t e r n a l f e e d b a c k r e s i s t o r s a n d c ) b y a p p l y i n g p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n t o t h e e n a b l e p i n T h e l a s t m e a n s a l l o w e d t h e e n d u s e r t o s e t t h e d e s i r e d o u t p u t v o l t a g e T h e c h i p r e c e i v e d i n p u t v o l t a g e e i t h e r f r o m t h e H a n d s p r i n g v o l t a g e o r e x t e r n a l b a t t e r y v o l t a g e u s i n g j u m p e r p i n s a t J 1 4 a n d J 1 6 A l s o a n o p t i o n e x i s t s t o s e t a f l a g w h e n t h e i n p u t v o l t a g e i s b e l o w a c e r t a i n l e v e l T h e h a r d w a r e t h r e s h o l d v o l t a g e o f t h e H a n d s p r i n g 1 9 4 V w a s s e l e c t e d a s t h e f l a g v o l t a g e W h e n t h e i n p u t v o l t a g e d r o p p e d b e l o w 1 9 4 V t h e L B F s i g n a l f r o m t h e c h i p b e c o m e s a c t i v e T h e v a l u e o f t h e r e s i s t a n c e w a s c a l c u l a t e d b y e q u a t i o n 3 1 a n d 3 2 : V B A T = R 4 / ( R 4 + R 3 + R 1 4 ) = V T H R E S ( 3 1 ) W h e r e V B A T w a s t h e b a t t e r y v o l t a g e b e l o w w h i c h t h e L B F w i l l g o h i g h ( 1 9 4 V )

PAGE 47

3 6 R 3 a n d R 4 w e r e i n t e r n a l r e s i s t o r s o f t h e I C ( R 3 = 2 4 4 M R 4 = 1 5 6 M ) R 1 4 w a s t h e e x t e r n a l r e s i s t o r s V T H R E S w a s t h e i n t e r n a l t h r e s h o l d v o l t a g e o f t h e c h i p ( 1 2 1 V ) 1 9 4 [ 2 4 4 / ( 2 4 4 + 1 5 6 + r 4 ) ] = 1 2 1 ( 3 2 ) U p o n c a l c u l a t i o n R 1 4 = 3 9 0 k T h e L B F s i g n a l w a s f e d i n t o t h e C P L D w h i c h i s a b l e t o s h u t d o w n o p e r a t i o n s o f t h e Z X L B 1 6 0 0 T h e q u i e s c e n t c u r r e n t d r a w n b y t h e c h i p u n d e r o p e r a t i o n w a s 7 5 A W h e n t h e E N A B L E p i n w a s p u l l e d l o w t h e n t h e c h i p w a s i n t h e s h u t d o w n m o d e d r a w i n g l e s s t h a n 5 A T h e s e l o w p o w e r a n d s h u t d o w n c h a r a c t e r i s t i c s m a d e i t e x t r e m e l y a t t r a c t i v e f o r t h i s a p p l i c a t i o n T h e I C w a s a l s o c a p a b l e o f g e n e r a t i n g n e g a t i v e v o l t a g e s u p t o 2 2 V N o t e t h a t w h e n c o n s i d e r i n g a 2 2 u H i n d u c t o r c o i l o r a s e t o f s c h o t t k y d i o d e i n B A T 5 4 S o n e i s a f o r w a r d b i a s a n d o t h e r i s a r e v e r s e d b i a s ; a 3 3 u F 3 5 V c a p a c i t o r w a s s e l e c t e d a n d c o n n e c t e d a t t h e o u t p u t a s p e r t h e m a n u f a c t u r e r r e c o m m e n d a t i o n a n d s h o w n i n F i g u r e 3 4 [ 3 3 ] T h e c a p a c i t o r C 9 ( 1 0 u F 6 V ) w a s c o n n e c t e d a t t h e i n p u t t e r m i n a l o f t h e I C t o p r o v i d e a s t a b l e D C i n p u t v o l t a g e t o t h e c h i p a n d r e d u c e n o i s e i n t h e r e s t o f t h e m o t h e r b o a r d F i g u r e 3 4 : H i g h v o l t a g e s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d

PAGE 48

3 7 3 2 3 C l o c k O s c i l l a t o r T h e m o t h e r b o a r d a l s o c o n t a i n e d t w o L T C 6 9 0 0 p r o g r a m m a b l e T h e c l o c k o s c i l l a t o r o p e r a t e s t o s y n c h r o n i z e t h e c o m p o n e n t s i g n a l s b e t w e e n t h e m o t h e r b o a r d a n d s e n s o r b o a r d ( o r d a u g h t e r b o a r d ) T h e c l o c k o s c i l l a t o r s u p p l i e d c l o c k s i g n a l s o f f r e q u e n c i e s r a n g i n g f r o m 1 k H z t o 2 0 M H z T h e c l o c k s i g n a l w a s f e d t o t h e C P L D a n d w a s v a r i e d e i t h e r b y c h a n g i n g o n e e x t e r n a l r e s i s t o r o r c h a n g i n g t h e s i g n a l t o t h e D I V ( p i n 4 ) o f t h e o s c i l l a t o r T h e t y p i c a l o p e r a t i n g c u r r e n t o f t h e c l o c k o s c i l l a t o r w a s 5 0 0 A w i t h a f r e q u e n c y e r r o r o f + / 2 % T h e c l o c k s y n c h r o n i z e d t h e d a t a c l o c k s i g n a l o f t h e A / D c o n v e r t e r ( d i s c u s s e d i n c h a p t e r 4 ) t o c o n v e r t t h e a n a l o g s i g n a l s i n t o d i g i t a l T h e c l o c k o s c i l l a t o r h e l p e d p r o v i d e p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n t o t h e Z e t e x h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n c h i p t o v a r y t h e o u t p u t v o l t a g e T h e c l o c k o s c i l l a t o r a l s o h e l p e d s y n c h r o n i z e s i g n a l s i n t h e C P L D F i g u r e 3 5 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c o f t h e c l o c k o s c i l l a t o r T h e f r e q u e n c y o f t h e c l o c k o s c i l l a t o r o p e r a t e d i s g i v e n b y E q u a t i o n 3 3 : F = 1 0 M H z ( 2 0 k / N R s e t ) ( 3 3 ) W h e r e F w a s t h e o p e r a t i n g f r e q u e n c y R s e t ( R 1 5 i n t h e s c h e m a t i c ) w a s t h e r e s i s t o r t h a t s e t s t h e c l o c k s o p e r a t i n g f r e q u e n c y N c a n t a k e t h e v a l u e o f 1 1 0 o r 1 0 0 d e p e n d i n g o n t h e c o n n e c t i o n N = 1 w h e n c o n n e c t e d t o g r o u n d N = 1 0 w h e n l e f t o p e n N = 1 0 0 w h e n c o n n e c t e d t o V C C T h e r e s i s t o r ( R s e t ) w a s c a l c u l a t e d t o s e t t h e o p e r a t i n g f r e q u e n c y a t a n i n t e g r a l m u l t i p l e o f 1 1 5 2 0 T h i s r a t e o f o p e r a t i o n i s i d e a l f o r f a s t m o d e m s a n d o t h e r d e v i c e s T h e r e s i s t o r s v a l u e w a s c a l c u l a t e d t o s e t t h e f r e q u e n c y a t 2 7 6 M H z ( 2 4 t i m e s 1 1 5 2 0 ) T h e r e s i s t a n c e u p o n c a l c u l a t i o n w a s 7 2 3 5 k C l o c k C 1 a n d C 1 0 c a n b e o p e r a t e d a t 2 7 6 2 7 6 a n d 2 7 6 M H z d e p e n d i n g o n t h e p i n 4 c o n n e c t i o n

PAGE 49

3 8 F i g u r e 3 5 : S c h e m a t i c f o r t h e c l o c k o s c i l l a t o r 3 2 4 A / D C o n v e r t e r T h e o u t p u t v o l t a g e f r o m t h e h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n s e c t i o n a n d t h e b a t t e r y v o l t a g e w e r e a n a l o g i n p u t t o a t w o c h a n n e l 1 6 b i t A / D c o n v e r t e r T h e M S O P L T C 1 8 6 5 L A / D c o n v e r t e r c a n b e o p e r a t e d i n d i f f e r e n t m o d e s : a ) d i f f e r e n t i a l m o d e b ) o n e i n d e p e n d e n t c h a n n e l a n d c ) t w o i n d e p e n d e n t c h a n n e l s I t t y p i c a l l y c o n s u m e s 4 5 0 A w h e n c o n v e r t i n g t h e s i g n a l s a t i t s m a x i m u m c o n v e r s i o n s p e e d o f 1 5 0 k s p s ( k i l o s a m p l e s p e r s e c o n d ) T h e A / D c o n v e r t e r w h e n n o t o p e r a t i n g i s i n t h e a u t o s h u t d o w n m o d e d r a w i n g a p p r o x i m a t e l y 1 0 A T h e M S O P v e r s i o n o f t h e c h i p h a d b o t h a n a l o g g r o u n d a n d d i g i t a l g r o u n d a s t w o d i f f e r e n t p i n s T h e a n a l o g i n p u t w a s m e a s u r e d w i t h r e s p e c t t o t h e a n a l o g g r o u n d a n d t h e d i g i t a l o u t p u t w i t h r e s p e c t t o t h e d i g i t a l g r o u n d B o t h t h e g r o u n d s w e r e c o n n e c t e d u s i n g a 0 r e s i s t o r ( R 1 3 ) a c r o s s t h e m T h e s a m p l i n g f r e q u e n c y o f t h e A / D c o n v e r t e r w a s 1 5 0 k H z A s i n g l e p o l e b a n d p a s s f i l t e r w a s i n c l u d e d t o e n s u r e s a m p l i n g s o m e w h a t a b o v e t h e N y q u i s t r a t e w h e n t h e A / D o p e r a t e d a t f u l l s p e e d C h a n n e l 1 o f t h e c o n v e r t e r m o n i t o r e d t h e o u t p u t f r o m t h e h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n s e c t i o n T h e c h a n n e l w a s c o n n e c t e d t o t h e i n p u t o f t h e A / D u s i n g a v o l t a g e d i v i d e r c i r c u i t R 9 ( 9 0 k ) a n d R 1 1 ( 1 0 k ) s c a l e d d o w n t h e o u t p u t v o l t a g e f r o m t h e h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n s e c t i o n b y 1 0 t i m e s a n d a s s u r e d t h a t t h e i n p u t v o l t a g e w a s i n a c c o r d a n c e w i t h V c c a s s h o w n i n f i g u r e 3 6 C h a n n e l 2 o f t h e c o n v e r t e r m o n i t o r e d t h e o u t p u t f r o m t h e b a t t e r y b o a r d d i s c u s s e d i n c h a p t e r 4

PAGE 50

3 9 F i g u r e 3 6 : S c h e m a t i c f o r t h e A / D s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d W h e n C O N V ( P i n 1 ) o n t h e c h i p g o e s h i g h t h e A / D c o n v e r t e r s a m p l e d a n d h o l d s t h e o u t p u t d a t a A f t e r s a m p l i n g w a s c o m p l e t e d ; t h e A / D s p i l l s t h e o u t p u t d a t a a t t h e D O U T p i n o n e v e r y f a l l i n g e d g e o f t h e D C L O C K s i g n a l T h e s e r i a l o u t p u t d a t a w a s c o n v e r t e d i n t o a p a r a l l e l f o r m a t i n t h e C P L D F i g u r e 3 7 d e s c r i b e s t h e m e t h o d w h e r e t h e a n a l o g d a t a w a s c o n v e r t e d i n t o t h e d i g i t a l f o r m a t T h e S D I ( p i n 6 ) o f t h e A / D c o n v e r t e r w a s u s e d t o s e l e c t t h e o p e r a t i n g m o d e o f t h e c o n v e r t e r F i g u r e 3 7 : L T C 1 8 6 5 L O p e r a t i n g S e q u e n c e [ 3 4 ] 3 2 5 L i g h t E m i t t i n g D i o d e s J u m p e r s C o n n e c t o r s a n d L E D ’ s w e r e u s e d a s t e s t p o i n t s o n t h e b o a r d F i v e L E D ’ s ( D 1 D 5 ) w e r e c o n n e c t e d t o t h e C P L D v i a 5 k r e s i s t o r s ( R 3 R 8 ) L a t e r t h e r e s i s t a n c e w a s c h a n g e d t o 1 k t o i n c r e a s e b r i g h t n e s s o f t h e L E D C o n t r o l l i n g t h e L E D ’ s c o n f i r m e d t h e c o m m u n i c a t i o n o f t h e V i s o r w i t h t h e C P L D

PAGE 51

4 0 3 2 6 J u m p e r s a n d C o n n e c t o r s T h r e e j u m p e r s w e r e u s e d i n t h e c i r c u i t J u m p e r ( J 1 2 ) c o n n e c t e d t h e c a r d d e t e c t p i n s o n t h e V i s o r t o g r o u n d a l l o w i n g t h e V i s o r r e c o g n i z e d w h e n a b o a r d w a s i n s e r t e d J u m p e r s J 1 4 a n d J 1 6 p o w e r e d t h e Z e t e x Z X L B 1 6 0 0 c h i p e i t h e r b y u s i n g t h e H a n d s p r i n g o r e x t e r n a l b a t t e r i e s E i g h t c o n n e c t o r s s e r v e d i n t e s t i n g t h e d i f f e r e n t p o i n t s o n t h e c h i p T h r e e o f t h e c o n n e c t o r s J 1 8 J 1 a n d J 8 w e r e c o n n e c t e d t o g r o u n d J 7 w a s t h e v o l t a g e f r o m t h e H a n d s p r i n g V i s o r ( H V C C ) J 2 w a s t h e r e g u l a t e d v o l t a g e o u t p u t f r o m M a x 1 8 1 8 ( V C C ) J 3 w a s t h e o u t p u t f r o m t h e h i g h v o l t a g e c o n v e r t e r c h i p ( H V O U T ) T w o d o u b l e h e a d e r c o n n e c t o r s w e r e J 4 a n d J 5 w h e r e o n e w a s c o n n e c t e d t o t h e s e c o n d c h a n n e l o f t h e A / D c o n v e r t e r ( M A D C H 1 ) a n d t h e o t h e r t o t h e b a t t e r y v o l t a g e ( B A T V C C ) J 9 J 1 1 a n d J 1 5 w e r e 4 0 p i n h e a d e r s T h e I / O p i n s o f t h e C P L D w e r e r o u t e d t o t h e s e h e a d e r s T h e d a u g h t e r b o a r d c o n t a i n i n g t h e s e n s o r w a s p o s i t i o n e d o n t h e h e a d e r p i n s T h e l o g i c d e s i g n w a s c o m p l e t e d i n t h e C P L D t o m a k e t h e c o m m u n i c a t i o n o f t h e V i s o r w i t h t h e s e n s o r f e a s i b l e 3 3 C P L D T h e m o t h e r b o a r d w a s d e s i g n e d a s a g e n e r i c b o a r d c a p a b l e o f c o n t r o l l i n g v a r i o u s p o r t a b l e s e n s o r s t h r o u g h t h e P D A T o a c h i e v e t h i s a p r o g r a m m a b l e l o g i c d e v i c e w a s r e q u i r e d t o b e i n t e g r a t e d D i f f e r e n t p r o g r a m m a b l e d e v i c e s w e r e a v a i l a b l e s u c h a s t h e C o m p l e x p r o g r a m m a b l e l o g i c d e v i c e ( C P L D ) F i e l d p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y ( F P G A ) a n d m i c r o c o n t r o l l e r s A n y o n e o f t h e s e t h r e e d e v i c e s c o u l d h a v e b e e n u s e d o n t h e m o t h e r b o a r d C P L D i s a l o w p o w e r p r o g r a m m a b l e d e v i c e c a p a b l e o f i m p l e m e n t i n g s e v e r a l d i g i t a l d e s i g n s s u c h a s a d d r e s s d e c o d i n g a n d o t h e r l o g i c T h e C P L D r e t a i n s t h e p r o g r a m o n t h e d e v i c e w h e n p o w e r e d o f f a s c o m p a r e d t o t h e F P G A A l s o a n a d d i t i o n a l m e m o r y c h i p i s r e q u i r e d t o p r o g r a m t h e F P G A e v e r y t i m e i t i s p o w e r e d o n [ 3 5 ] T h e m i c r o c o n t r o l l e r a s o p p o s e d t o t h e C P L D c o n s u m e s m o r e p o w e r a n d t h e s i g n a l d e l a y i s l a r g e r i n t h e m i c r o c o n t r o l l e r c o m p a r e d t o t h e C P L D ( t y p i c a l l y 7 n s ) [ 3 6 ] T h e C P L D i s a l s o m o r e e c o n o m i c a l w h e n c o m p a r e d t o i t s a l t e r n a t i v e c o u n t e r p a r t s F o r t h e s e r e a s o n s t h e C P L D w a s c h o s e n f o r t h i s a p p l i c a t i o n

PAGE 52

4 1 X i l i n x p r o v i d e s C P L D s t h a t c o u l d b e o p e r a t e d a t d e s i r e d r a n g e o f v o l t a g e s T h e C o o l r u n n e r X P L A 3 C P L D i s m o r e a d v a n c e d t h a n C P L D ’ s f r o m o t h e r v e n d o r s A z e r o p o w e r i n t e r c o n n e c t a r r a y ( Z I A ) i s a c r o s s p o i n t s w i t c h w h i c h c o n n e c t s d i f f e r e n t f u n c t i o n b l o c k s a n d i s u s e d f o r t h e C P L D a r c h i t e c t u r e T h e f u n c t i o n b l o c k c o n s i s t s o f P r o g r a m m a b l e L o g i c A r r a y ( P L A ) T h e y a r e p r o g r a m m a b l e A N D g a t e a r r a y s f o l l o w e d b y p r o g r a m m a b l e O R g a t e a r r a y s t o i m p l e m e n t t h e l o g i c a s t h e s u m o f t h e p r o d u c t ( S O P ) f o r m a t T h i s m e t h o d r e d u c e s t h e c h a n c e s o f a d e v i c e t i m i n g e r r o r a s a l l s i g n a l s f l o w t h r o u g h a n i d e n t i c a l n u m b e r o f g a t e s T h e Z I A u s e s t h e E E P R O M m e t h o d t o c o n n e c t t h e p i n s t o t h e P L A t h u s i m p l e m e n t i n g t h e r e q u i r e d l o g i c [ 3 7 ] T h e u n i q u e l o g i c a l l o c a t i o n i n t h e f u n c t i o n a l b l o c k m a k e s t h e X P L A 3 f a m i l y C P L D d i f f e r e n t f r o m o t h e r C P L D ’ s X i l i n x X C R 3 2 5 6 X L a 2 0 8 p i n p l a s t i c q u a d f l a t p a c k ( P Q F P ) p a c k a g e C P L D w a s s e l e c t e d T h e C P L D h a s 1 6 4 I / O p i n s w i t h 6 0 0 0 u s e a b l e g a t e s T h e C P L D h a s a 5 V t o l e r a n c e o n t h e I / O p i n s H o w e v e r i t o p e r a t e s o n 2 7 t o 3 6 V I t h a s f o u r p i n s d e d i c a t e d f o r c l o c k o p e r a t i o n s a n d i t s e l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a r e l i s t e d i n T a b l e 3 1 T a b l e 3 1 : E l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e C P L D [ 3 7 ] P a r a m e t e r M i n M a x U n i t O p e r a t i n g V o l t a g e 2 7 3 6 V O p e r a t i n g C u r r e n t @ 1 0 M H z 7 1 7 5 m A O p e r a t i n g C u r r e n t @ 1 M H z 3 0 9 8 m A O u t p u t H i g h V o l t a g e 2 4 V O u t p u t L o w V o l t a g e 0 4 V S t a n d b y C u r r e n t 1 0 1 0 0 A P i n t o P i n d e l a y 7 0 1 1 0 n s S y s t e m f r e q u e n c y 1 3 5 M H z X i l i n x p r o v i d e s I S E w e b p a c k a f r e e s o f t w a r e d o w n l o a d a b l e f r o m t h e X i l i n x h o m e p a g e C P L D l o g i c c o u l d h a v e b e e n d e s i g n e d u s i n g t h i s s o f t w a r e b y e m p l o y i n g o n e o f t h r e e m e t h o d s : a ) w r i t i n g t h e d e s i g n c o d e i n V H D L o r V e r i l o g b ) d r a w i n g t h e s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e l o g i c 3 T h e o p e r a t i n g c u r r e n t o f t h e C P L D c h a n g e s w i t h c h a n g e i n o p e r a t i n g f r e q u e n c y

PAGE 53

4 2 c ) d r a w i n g t h e s t a t e d i a g r a m i n d i c a t i n g t h e s i g n a l f l o w T h e m e t h o d s e l e c t e d t o i m p l e m e n t t h e l o g i c w a s t h e s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n a s i t w a s e a s i e r t o c o m p r e h e n d a n d i m p l e m e n t O n c e t h e s c h e m a t i c f i l e w a s d r a w n i t w a s t h e n c o n v e r t e d i n t o t h e V e r i l o g o r V H D L b y t h e s o f t w a r e T h e c o d e s w e r e f i r s t s y n t h e s i z e d a n d t h e n t r a n s l a t e d i n t o n e t l i s t w h i c h w e r e r o u t e d i n t h e C P L D I f a c o n s t r a i n t f i l e w a s a t t a c h e d t o t h e s o u r c e t h e n t h e n e t l i s t r o u t e d s o t h a t a s p e c i f i c p i n w a s u s e d [ 3 8 ] P r i o r t o d e s i g n i n g t h e C P L D f o r t h e m o t h e r b o a r d a m e m o r y m a p w a s c h a l k e d o u t T h e m e m o r y m a p i l l u s t r a t e s t h e e x e c u t i o n o f e a c h H a n d s p r i n g e x t e r n a l a d d r e s s l i n e w o u l d e x e c u t e T a b l e 3 2 r e p r e s e n t s t h e m e m o r y m a p f o r t h e m o t h e r b o a r d d e s i g n T a b l e 3 2 : M e m o r y m a p r e p r e s e n t a t i o n f o r t h e m o t h e r b o a r d M e m o r y a d d r e s s D a t a A c t i o n 2 9 0 0 0 0 0 0 N o t u s e a b l e b y a p p l i c a t i o n s 2 9 0 0 0 0 0 4 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 2 0 x 0 0 0 4 0 x 0 0 0 8 0 x 0 0 0 A T u r n o n L E D 1 T u r n o n L E D 2 T u r n o n L E D 3 T u r n o n L E D 4 T u r n o n L E D 5 2 9 0 0 0 0 0 8 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 2 0 x 0 0 0 4 T u r n o n c l o c k 1 S e t t h e v a l u e o f c l o c k d i v i d e r f o r c l o c k 1 2 9 0 0 0 0 0 C 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 2 0 x 0 0 0 4 T u r n o n c l o c k 2 S e t t h e v a l u e o f c l o c k d i v i d e r f o r c l o c k 2 2 9 0 0 0 0 1 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 1 0 S e t s e n s o r e n a b l e 2 9 0 0 0 0 1 4 0 x 0 1 0 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 F C l e a r t h e c o u n t e r f o r P u l s e w i d t h m o d u l a t i o n ( P W M ) S e t t h e P W M t o t h e H i g h v o l t a g e c o n v e r t e r s e c t i o n 2 9 0 0 0 0 1 8 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 4 S e t t h e c o n t r o l m e c h a n i s m f o r t h e A / D c o n v e r t e r 2 9 0 0 0 0 1 C 0 x 0 0 0 1 0 x F F F F R e c e i v e s d a t a f r o m t h e A / D c o n v e r t e r 2 9 0 0 0 0 4 0 0 x 0 0 0 1 0 x F F F F T e s t p u r p o s e t o r e c e i v e d a t a f r o m C P L D A f t e r t h e m e m o r y m a p w a s c h a l k e d o u t t h e s c h e m a t i c e q u i v a l e n t o f t h e m e m o r y m a p w a s d e r i v e d a n d i m p l e m e n t e d T h e f o l l o w i n g p r o c e d u r e d e s c r i b e s t h e i m p l e m e n t a t i o n o f a l o g i c d e s i g n i n s c h e m a t i c f o r m a t u s i n g I S E w e b p a c k 6 2 :

PAGE 54

4 3 a O p e n e d a n e w p r o j e c t a n d s t a r t e d t h e P r o j e c t W i z a r d b S e l e c t e d t h e s c h e m a t i c a s a t o p l e v e l s y n t h e s i s a n d t h e p a r t i c u l a r d e v i c e o n w h i c h t h e s c h e m a t i c w a s e x e c u t e d c A d d e d a n e w s o u r c e f i l e b y s e l e c t i n g t h e s o u r c e f i l e f o r m a t a s s c h e m a t i c d A d d e d a n o t h e r s o u r c e f i l e b y s e l e c t i n g t h e f i l e f o r m a t a s a c o n s t r a i n t f i l e T h i s f i l e l i m i t e d t h e p l a c e m e n t o f I / O p i n s e T h i s a c t i o n c o m p l e t e d t h e w i z a r d a n d o p e n e d a s c h e m a t i c e d i t o r w h e r e t h e s c h e m a t i c w a s s k e t c h e d f U n d e r t h e s y m b o l t a b d i f f e r e n t l o g i c o p e r a t o r s w e r e a v a i l a b l e T h e y w e r e p l a c e d o n t h e p r o v i d e d s c h e m a t i c s h e e t g D i f f e r e n t l o g i c s y m b o l s w e r e c o n n e c t e d e i t h e r t o o t h e r l o g i c s y m b o l s o r t o a n i n p u t / o u t p u t m a r k e r i l l u s t r a t i n g t h a t i t w a s a s i g n a l c o m i n g t o t h e C P L D o r g o i n g o u t f r o m t h e C P L D h T h e s c h e m a t i c d e s i g n w a s t h e n c h e c k e d b y r u n n i n g t h e “ c h e c k s c h e m a t i c ” o p t i o n i n t h e T o o l s m e n u i U p o n r e s o l u t i o n o f e r r o r s i t w a s r e a d y f o r s y n t h e s i s a n d d o w n l o a d i n g o n t o t h e C P L D T h e p i n s f r o m t h e V i s o r s e r v e d a s i n p u t t o t h e C P L D e x c e p t f o r t h e d a t a p i n s w h i c h s e r v e d a s b o t h i n p u t a n d o u t p u t ( b i d i r e c t i o n a l ) W h e n a r e a d / w r i t e o p e r a t i o n f r o m t h e P D A w a s e v o k e d t h e c h i p s e l e c t b e c a m e a c t i v e T h e p i n s o n t h e a d d r e s s b u s t h e n r e p r e s e n t e d t h e p a r t i c u l a r a d d r e s s w h e r e t h e o p e r a t i o n n e e d e d t o b e p e r f o r m e d A p p e n d i x D i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d m e m o r y m a p T o s e l e c t a p a r t i c u l a r a d d r e s s a 4 x 1 6 d e c o d e r w a s i m p l e m e n t e d i n t h e s c h e m a t i c F o r e x a m p l e w h e n a w r i t e o p e r a t i o n w a s c a l l e d a t H a n d s p r i n g a d d r e s s 0 x 2 9 0 0 0 0 1 0 A 4 o n t h e a d d r e s s b u s w a s h i g h ( H A D ( 1 2 … 1 ) = ( 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ) ) S i n c e t h e c h i p s e l e c t w a s l o w t h e d e c o d e r w i t h a d d r e s s p i n s A 9 A 1 2 w a s e n a b l e d T h a t d e c o d e r o u t p u t ’ s D 0 w a s h i g h a s H A D ( A 9 A 1 2 ) w a s l o w T h i s e n a b l e d t h e n e x t d e c o d e r w h e r e p i n s A 5 A 8 w e r e i n p u t T h a t d e c o d e r

PAGE 55

4 4 o u t p u t ’ s D 0 a g a i n r e m a i n e d h i g h a s A 5 A 8 w e r e l o w T h a t d e c o d e r c o n t a i n i n g A 1 A 4 a s i n p u t w a s e n a b l e d a s A 4 w a s h i g h D 8 w a s h i g h i n d i c a t i n g t h e a d d r e s s 0 x 2 9 0 0 0 0 1 0 S i m i l a r l y v a r i o u s o u t p u t s o n t h e d e c o d e r p i n i n d i c a t e d a p a r t i c u l a r a d d r e s s l i n e T h e o p e r a t i o n p e r f o r m e d w a s o n e v e n a d d r e s s l i n e s s i n c e A 0 w a s a l w a y s 0 T h e o u t p u t d a t a w a s 3 2 b i t d a t a w h e r e t h e f i r s t 1 6 b i t d a t a w a s p r o v i d e d o n t h e p a r t i c u l a r a d d r e s s a n d t h e n e x t 1 6 b i t o n t h e f o l l o w i n g e v e n a d d r e s s T h e r e f o r e a l t e r n a t e e v e n a d d r e s s e s w e r e s e l e c t e d f o r o p e r a t i o n s W h i l e p e r f o r m i n g a r e a d / w r i t e o p e r a t i o n t h e c o r r e s p o n d i n g e n a b l e s i g n a l s w e r e a c t i v e B o t h t h e e n a b l e s i g n a l s a n d t h e s i g n a l s f r o m t h e d e c o d e r ( d e n o t i n g a p a r t i c u l a r a d d r e s s l i n e ) w e r e a c t i v e ; t h e l a t c h w a s e n a b l e d I n t h e c o u r s e o f a w r i t e c y c l e t h e l a t c h i n p u t i n c l u d e d t h e V i s o r d a t a T h e o u t p u t t r i g g e r e d t h e r e q u i r e d c o m p o n e n t a s s p e c i f i e d i n t h e m e m o r y m a p F o r t h e d u r a t i o n o f t h e r e a d c y c l e t h e l a t c h o u t p u t i n c l u d e d t h e V i s o r d a t a b u s a n d t h e i n p u t w a s t h e s i g n a l f r o m c o m p o n e n t s D u r i n g t h e r e a d c y c l e a t r i s t a t e b u f f e r e n s u r e d t h a t o n c e t h e o p e r a t i o n w a s c o m p l e t e d t h e d a t a b u s w a s i n a h i g h i m p e d a n c e s t a t e a l l o w i n g d a t a t o b e o v e r w r i t t e n o n t h e d a t a b u s T h e s c h e m a t i c i n A p p e n d i x D i l l u s t r a t e d t h a t w h e n t h e a d d r e s s l i n e 2 9 0 0 0 0 0 4 w a s s e l e c t e d a n d a w r i t e o p e r a t i o n w a s p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e m e m o r y m a p t h e c o r r e s p o n d i n g L E D w a s t u r n e d o n W h e n w r i t i n g o n t h e a d d r e s s l i n e 2 9 0 0 0 0 0 8 a n d 2 9 0 0 0 0 0 C t h e d a t a s e t s t h e o p e r a t i n g f r e q u e n c y o f t h e t w o c l o c k o s c i l l a t o r s L T C 6 9 0 0 A t a d d r e s s l i n e 2 9 0 0 0 0 1 4 d a t a w a s c a l c u l a t e d u p o n t h e u s e r s i n p u t o n t h e P D A r e g a r d i n g t h e d e s i r e d o u t p u t v o l t a g e T h e v a r i a b l e d a t a s e t 1 5 l e v e l s o f p r e c i s i o n P W M T h u s t h e o u t p u t v o l t a g e f o r m t h e Z e t e x c h i p v a r i e d f r o m 3 t o 2 8 V t h r o u g h t h e p r o g r a m T h e c o u n t e r C B 4 C E w a s a 4 b i t c o u n t e r t h a t r e m a i n e d e n a b l e d ; t h e i n p u t c l o c k f r e q u e n c y w a s 2 6 8 k H z W h e n s e t t i n g a n e w P W M t h e r e s e t p i n w e n t h i g h T h i s r e s e t t h e c o u n t e r e n a b l i n g i t t o c o u n t f r o m t h e b e g i n n i n g ; t h e n d a t a w a s w r i t t e n b y t h e P D A t o s e t t h e P W M a n d r e s u m e c o u n t i n g T h e c o m p a r a t o r e v a l u a t e d t h e w r i t t e n a n d t h e c o u n t e r d a t a a n d p u l l e d t h e H V E N A B L E p i n h i g h i f d a t a w r i t t e n e x c e e d e d t h e c o u n t e r d a t a T h i s s e t t h e P W M T h e a d d r e s s l i n e 2 9 0 0 0 0 1 8 s e t t h e c o n t r o l s f o r t h e A / D c o n v e r t e r a n d t h e a d d r e s s l i n e 2 9 0 0 0 0 1 C r e c e i v e d t h e d i g i t a l d a t a A t a d d r e s s l i n e 2 9 0 0 0 4 0 f o r t e s t i n g p u r p o s e s c o n s t a n t d a t a w a s s e n t t o

PAGE 56

4 5 t h e P D A T h e b i t w i s e d a t a w a s s e t t o 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 ( d e c i m a l e q u i v a l e n t 3 8 5 5 ) W h e n “ r e c e i v e d a t a ” w a s s e l e c t e d o n t h e P D A i t r e t r i e v e d d a t a f r o m a d d r e s s 2 9 0 0 0 0 4 0 A f t e r d r a w i n g a l l t h e s c h e m a t i c b l o c k s a n d c o n n e c t i n g t h e m a p p r o p r i a t e l y t h e c h e c k s c h e m a t i c o p e r a t i o n w a s p e r f o r m e d a n d t h e e r r o r s w e r e r e c t i f i e d u n t i l n o e r r o r s i n t h e s c h e m a t i c w e r e o b t a i n e d A c o n s t r a i n t f i l e w a s a d d e d t o t h e s o u r c e s c h e m a t i c f i l e T h e c o n s t r a i n t f i l e d i r e c t e d t h e i n p u t / o u t p u t p i n s o n t h e s c h e m a t i c t o a f i x e d p i n o n t h e C P L D T h i s f i l e w a s a t e x t f i l e a n d w a s w r i t t e n e i t h e r i n n o t e p a d o r u s i n g t h e “ A s s i g n P a c k a g e P i n ” o p t i o n p r o v i d e d b y w e b p a c k I n d i v i d u a l I / O n o d e s o n t h e s c h e m a t i c w e r e p l a c e d a c c o r d i n g l y o n t h e c h i p D u r i n g t h e t r a n s l a t i o n a n d f i t p r o c e s s t h e s o f t w a r e r o u t e d t h e p a r t i c u l a r I / O t o t h e p a r t i c u l a r p i n A l l t h e o t h e r p i n s o n t h e C P L D t h a t w e r e n o t a d d r e s s e d w e r e w e a k l y p u l l e d u p i n t e r n a l l y T h e g e n e r a t e d f i t t e r r e p o r t i n d i c a t e d t h a t 2 6 % o f t h e c h i p r e s o u r c e s w e r e u s e d i n i m p l e m e n t i n g t h i s l o g i c o n t h e C P L D 3 3 1 J T A G C o n n e c t o r A f t e r c o m p l e t i o n o f s y n t h e s i s t r a n s l a t i o n a n d f i t p r o c e s s e s t h e c o d e t o p r o g r a m t h e c h i p w a s g e n e r a t e d “ C o n f i g u r e D e v i c e ( i M P A C T ) ” f u n c t i o n w a s c a l l e d T h i s g e n e r a t e d t h e c o d e s t o p r o g r a m t h e C P L D A p a r a l l e l p r o g r a m m i n g c a b l e p r o g r a m m e d t h e c h i p f r o m t h e d e s k t o p P C T h e c a b l e h a s 1 4 p i n l a y o u t A r i b b o n c a b l e c o n n e c t s t h e 1 4 p i n o n t h e c a b l e t o t h e b o a r d c o n t a i n i n g t h e C P L D A c o n n e c t o r J 1 3 o n t h e m o t h e r b o a r d c o n n e c t s t o t h e C P L D F i g u r e 3 8 i l l u s t r a t e s t h e c a b l e u s e d t o p r o g r a m t h e c h i p O n c e t h e p r o g r a m w a s d o w n l o a d e d o n t h e c h i p t h e p r o g r a m r e s i d e d o n t h e c h i p u n t i l t h e c h i p w a s r e p r o g r a m m e d 4 4 T h e C P L D c a n b e p r o g r a m m e d e v e n w h e n c o n n e c t e d t o V i s o r a s i t d o e s n ’ t a f f e c t t h e V i s o r ’ s M i c r o c o n t r o l l e r

PAGE 57

4 6 F i g u r e 3 8 : S e t u p t o p r o g r a m t h e C P L D 3 4 H a n d s p r i n g V i s o r A p p l i c a t i o n T h e m o t h e r b o a r d w a s d e s i g n e d t o i n t e r f a c e w i t h v a r i o u s p o r t a b l e a n d M E M S b a s e d s e n s o r s d e v e l o p e d f o r t h e M i c r o M o n i t o r i n g I n s t r u m e n t ( M M I ) p r o j e c t T h e c o m p l e t e c o d e f o r t h e m o t h e r b o a r d i s a t t a c h e d i n A p p e n d i x B T h e a p p l i c a t i o n w a s d e v e l o p e d i n C o d e w a r r i o r f o r t h e P D A t o a l l o w t h e m o t h e r b o a r d t o p e r f o r m t h e f o l l o w i n g t a s k s : a T e s t i n d i c a t o r L E D s b S e t a p p r o p r i a t e v o l t a g e l e v e l f o r t h e s e n s o r s c S i m p l e a p p l i c a t i o n s f o r t h e M E M S b a s e d C C R a n d o p t i c a l s p e c t r o m e t e r T h e s e n s o r s w e r e i n t h e p r o c e s s o f f a b r i c a t i o n a n d c o n t r o l t o t h e s e n s o r s w a s a m b i g u o u s T h e r e f o r e a g e n e r i c a p p l i c a t i o n “ M M I T e s t i n g ” w a s d e v e l o p e d T h e m a i n m e n u o f t h e a p p l i c a t i o n i s s h o w n i n f i g u r e 3 9 I t c o n s i s t e d o f f o u r b u t t o n s e a c h b u t t o n t a k e s t h e u s e r t o a d i f f e r e n t f o r m a s p e r t h e s e l e c t i o n

PAGE 58

4 7 F i g u r e 3 9 : M a i n m e n u f o r M M I s e n s o r c o n t r o l 3 4 1 T e s t I n d i c a t o r L E D s T h i s f o r m c o n t a i n e d f i v e c h e c k b o x e s f o r L E D 1 t o 5 T h e L E D t u r n e d o n w h e n s p e c i f i c d a t a w a s w r i t t e n t o a p a r t i c u l a r a d d r e s s l i n e C l i c k i n g o n t h e l i s t b u t t o n t u r n e d o n t h e m a r k e d L E D ’ s A n a l e r t b o x i n d i c a t i n g t h a t t h e L E D s w e r e t u r n e d o n i s d i s p l a y e d a f t e r c o m p l e t i n g t h e f u n c t i o n W h e n t h e “ B A C K ” b u t t o n w a s c l i c k e d t h e a p p l i c a t i o n r e t u r n e d t o t h e m a i n m e n u T u r n i n g o n t h e L E D u s i n g t h e V i s o r i l l u s t r a t e d t h a t t h e P D A w a s c o m m u n i c a t i n g w i t h t h e C P L D T h i s s e n t s i g n a l s t o t h e L E D a n d t u r n e d i t o n o r o f f 3 4 2 S e t A p p r o p r i a t e V o l t a g e L e v e l T h i s p a r t o f t h e a p p l i c a t i o n r e s i d e d i n t h e m e n u o p t i o n s U s i n g t h e h i g h v o l t a g e s e c t i o n o n t h e m o t h e r b o a r d v a r i a b l e v o l t a g e l e v e l s w e r e s e t f o r t h e s e n s o r s T h e “ P o w e r ” o p t i o n i n t h e m e n u d i s p l a y e d a n e w p a g e ; t h e u s e r i n p u t s v o l t a g e r a n g e d f r o m 3 2 8 V A c c o r d i n g l y t h e n e c e s s a r y d i g i t a l v a l u e w a s c a l c u l a t e d a n d w r i t t e n o n t h e s p e c i f i c m e m o r y a d d r e s s p r o v i d i n g t h e d e s i r e d P W M T h i s r e s u l t e d i n t h e a p p r o p r i a t e o u t p u t v o l t a g e T h e u s e r i n p u t t h e r e q u i r e d v o l t a g e

PAGE 59

4 8 i n t h e t e x t f i e l d T h e d a t a w a s f i r s t c o n v e r t e d t o t h e i n t e g e r f o r m a t u s i n g t h e a t o i ( ) f u n c t i o n 5 U s i n g t h e c l o c k 2 o p e r a t i n g a t 2 6 8 k H z a n d a f o u r b i t c o u n t e r t h e P W M w a s s e t T h e c a l c u l a t e d d a t a f r o m t h e P D A r a n g e d f r o m ( 1 1 1 1 ) b t o ( 0 0 0 0 ) b W h e n a t f u l l s c a l e i t p r o v i d e d t h e u s e r t h e d e s i r e d o u t p u t o f 2 8 V a n d w h e n a t z e r o s c a l e 0 V U s i n g t h i s r e l a t i o n s h i p a m a t h e m a t i c a l e q u a t i o n c a l c u l a t e d t h e d a t a t o w r i t e o n t h e C P L D f r o m t h e u s e r i n p u t T h e c a l c u l a t e d d a t a s h o w n i n e q u a t i o n 3 4 w a s w r i t t e n o n t h e C P L D H v g e n = I n p u t v o l t ( 1 5 ) / 2 8 ( 3 4 ) W h e r e I n p u t v o l t w a s t h e d a t a e n t e r e d b y u s e r H v g e n w a s t h e d a t a c a l c u l a t e d f o r t h e C P L D a d d r e s s 2 9 0 0 0 0 1 4 3 4 3 C o n t r o l o f E x t e r n a l S e n s o r T h e c o n t r o l a p p l i c a t i o n f o r f l u o r o m e t e r i s d i s c u s s e d i n c h a p t e r f o u r B a s e a p p l i c a t i o n s f o r M E M S b a s e d o p t i c a l s p e c t r o m e t e r a n d C C R a r e d i s c u s s e d b r i e f l y i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n : O p t i c a l s p e c t r o m e t e r : T h e M E M S b a s e d o p t i c a l s p e c t r o m e t e r h a d t h r e e d e t e c t o r s c a p a b l e o f d e t e c t i n g l i g h t o f a s p e c i f i c w a v e l e n g t h F i g u r e 3 1 0 i l l u s t r a t e s t h e f o r m d e v e l o p e d f o r t h e o p t i c a l s p e c t r o m e t e r T h e o p t i c a l s p e c t r o m e t e r h a s m i c r o m i r r o r s a t t a c h e d t o i t t h a t w i l l r o t a t e a s t h e d e t e c t o r r a n g e v a r i e s T h e u s e r s e l e c t s t h e d e t e c t o r r a n g e u s i n g a l i s t b o x S e v e r a l b u t t o n s o n t h e f o r m a r e s u p p o s e t o p e r f o r m a l t e r n a t i v e f u n c t i o n s “ I n i t i a l i z e ” r e t u r n s t h e m i r r o r s t o t h e h o m e p o s i t i o n “ P o w e r ” p r o v i d e s v o l t a g e f o r e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n m e c h a n i s m o f t h e m i r r o r s “ S e t D e t e c t o r ” s a v e s t h e d e t e c t o r ’ s r a n g e i n t o t h e H a n d s p r i n g r e g i s t e r s “ R o t a t e m i r r o r s ” a d j u s t s t h e m i r r o r s f o r t h e s e l e c t e d d e t e c t o r ’ s r a n g e T h e s e n s o r c o n f i g u r a t i o n i s i n t h e p r o c e s s o f d e s i g n t h u s n o f u r t h e r d e v e l o p m e n t f o r e n h a n c i n g t h e a p p l i c a t i o n w a s p e r f o r m e d C o r n e r c u b e r e t r o r e f l e c t o r : T h e C C R s e n s o r i s c a p a b l e o f o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n b y t r a n s m i t t i n g d a t a f r o m o n e p o i n t t o a n o t h e r T h e s e n s o r e i t h e r r e c e i v e s d a t a o r t r a n s m i t s d a t a T h e 5 C h e c k f o r r e q u i r e d h e a d e r f i l e s I f a b s e n t t h e y s h o u l d b e i n c l u d e d m a n u a l l y b y p r o v i d i n g t h e h e a d e r f i l e p a t h i n t h e s y s t e m f i l e o p t i o n i n C o d e w a r r i o r c o m p l i e r

PAGE 60

4 9 s t e p s t a k e n t o w a r d s a s s i s t i n g t h e f a b r i c a t i o n o f t h e C C R i s d i s c u s s e d i n C h a p t e r f i v e A f i e l d i n t h e i n t e r f a c e i s p r o v i d e d f o r t h e d a t a F u r t h e r d e v e l o p m e n t o n t h e i n t e r f a c e i s t o b e d o n e a f t e r c o m p l e t i o n o f t h e s e n s o r F i g u r e 3 1 0 : C o n t r o l m e c h a n i s m f o r M E M S s p e c t r o m e t e r 3 5 R e s u l t s a n d O b s e r v a t i o n A f t e r t h e m o t h e r b o a r d w a s p l u g g e d i n t o t h e V i s o r w i t h j u m p e r J 1 2 c o n n e c t e d ( s h o r t i n g t h e c a r d d e t e c t s p i n s ) t h e V i s o r r e c o g n i z e d t h a t t h e r e w a s a n e x t e r n a l b o a r d a n d r e s e t t h e H a n d s p r i n g ( s c r e e n b l i n k e d o f f m o m e n t a r i l y ) A m u l t i m e t e r w a s u s e d t o c h e c k t h e v o l t a g e s a t d i f f e r e n t t e s t p o i n t s T h e v o l t a g e f r o m t h e r e g u l a t o r w a s v e r i f i e d a t 3 3 V L E D w a s i n i t i a t e d f r o m t h e a p p l i c a t i o n F i g u r e 3 1 1 w a s t h e i m a g e w h e n L E D 1 w a s t u r n e d o n T h i s t e s t c o n f i r m e d t h a t t h e V i s o r w a s c o m m u n i c a t i n g w i t h t h e C P L D a n d s p e c i f i c m o t h e r b o a r d c o m p o n e n t s w e r e c o n t r o l l e d b y s e n d i n g s i g n a l s f r o m V i s o r C l o c k 1 w a s o p e r a t e d a t 2 6 8 k H z a n d c l o c k 2 a t 2 0 k H z T h e f r e q u e n c y o f o p e r a t i o n w a s e x t r e m e l y s t a b l e f o r a l o n g p e r i o d o f t i m e B o t h c l o c k f r e q u e n c i e s w e r e m u l t i p l i e d b y 1 0 o r

PAGE 61

5 0 d e c r e a s e d b y 1 0 t i m e s d e p e n d i n g o n t h e w a y p i n 4 w a s c o n n e c t e d P i n 4 w a s o p e n ; t h e r e f o r e t h e v a l u e o f N i n t h e e q u a t i o n 3 3 w a s 1 0 F i g u r e 3 1 1 : I n d i c a t i n g t h e L E D w e r e c o n t r o l l e d u s i n g t h e P D A A s p r e v i o u s l y s t a t e d t h e r e w a s a p r o v i s i o n i n t h e a p p l i c a t i o n t o r e a d a C C R d a t a v a l u e f r o m a p a r t i c u l a r a d d r e s s l o c a t i o n L a c k i n g a C C R t h e C P L D h a d a c o n s t a n t 3 8 5 5 h a r d c o d e d a t t h a t a d d r e s s l o c a t i o n W h e n t h e “ r e c e i v e ” b u t t o n w a s p r e s s e d t h e d a t a t h a t a p p e a r e d i n t h e f i e l d w a s “ 3 8 5 5 ” c o n f i r m i n g t h a t t h e V i s o r w a s a b l e t o r e a d d a t a f r o m t h e C C R C P L D r e g i s t e r a s s h o w n i n F i g u r e 3 1 2

PAGE 62

5 1 F i g u r e 3 1 2 : R e a d i n g d a t a f r o m t h e C C R r e g i s t e r T h e h i g h v o l t a g e s e c t i o n w a s e n a b l e d b y p r o v i d i n g a s h o r t t o j u m p e r J 1 4 T h e j u m p e r c o n n e c t e d t h e H a n d s p r i n g s u p p l y v o l t a g e t o t h e h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n c h i p T h e p o w e r f o r m w a s c a l l e d f r o m t h e m e n u o p t i o n i n t h e a p p l i c a t i o n V a l u e s r a n g i n g f r o m 3 t o 3 0 V w e r e k e y e d i n t h e f i e l d a n d t h e i r r e s p o n s e o n t h e H V O U T p i n w a s o b s e r v e d o n t h e o s c i l l o s c o p e T h e o b s e r v e d r e s p o n s e o n t h e H V O U T p i n a n d H V E N A B L E p i n w a s d o c u m e n t e d i n T a b l e 3 3 F i g u r e s 3 1 3 a n d 3 1 4 w e r e r e s u l t s o b s e r v e d b y t h e o s c i l l o s c o p e s h o w i n g t h e r e s p o n s e w h e n t h e i n p u t v o l t a g e w a s 1 0 a n d 2 2 V r e s p e c t i v e l y N o t e t h a t P W M o u t p u t o f t h e C P L D w a s t h e b o t t o m t r a c e o n t h e o s c i l l o s c o p e w h i c h i n c r e a s e d w h e n t h e d e s i r e d v o l t a g e w a s i n c r e a s e d H o w e v e r t h e o u t p u t v o l t a g e w a s n o t e x a c t l y e q u a l t o t h e d e s i r e d v o l t a g e ; t h u s t h e i n p u t t o t h e c h i p w a s n o i s y T h e c u r r e n t c o n s u m e d b y t h e m o t h e r b o a r d w a s m e a s u r e d b y m e a s u r i n g t h e v o l t a g e a c r o s s t h e 1 0 u s i n g a n o s c i l l o s c o p e r e s i s t o r ( R 5 ) a n d i t w a s f o u n d t o b e 2 2 m A W h i l e m a k i n g t h e c a l c u l a t i o n s t h e c a l c u l a t i o n t h e f o l l o w i n g i t e m s w e r e t u r n e d o n : l i n e a r r e g u l a t o r g i v i n g 3 3 V h i g h v o l t a g e D a t a “ 3 8 5 5 ” r e c e i v e d f r o m C P L D

PAGE 63

5 2 s e c t i o n g i v i n g 1 8 V ( n o l o a d ) c l o c k 1 w a s o p e r a t i n g a t 2 6 8 k H z c l o c k 2 w a s o p e r a t i n g a t 2 0 k H z L E D 1 t u r n e d o n a n d t h e C P L D H e n c e t h e t o t a l p o w e r c o n s u m e d b y t h e b o a r d i s 7 0 m W F i g u r e 3 1 3 : R e s p o n s e o f s i g n a l s i n h i g h v o l t a g e s e c t i o n w h e n 1 0 V w a s d e s i r e d F i g u r e 3 1 4 : R e s p o n s e o f s i g n a l s i n h i g h v o l t a g e s e c t i o n w h e n 2 2 V w a s d e s i r e d C h a n n e l 1 ( y e l l o w ) : H i g h V o l t a g e o u t p u t f r o m t h e Z e t e x ( 2 0 8 V ) C h a n n e l 2 ( B l u e ) : P W M s i g n a l f r o m C P L D ( 6 8 7 1 % ) C h a n n e l 1 ( y e l l o w ) : H i g h V o l t a g e o u t p u t f r o m t h e Z e t e x ( 9 3 V ) C h a n n e l 2 ( B l u e ) : P W M s i g n a l f r o m C P L D ( 3 1 2 8 % )

PAGE 64

5 3 I t i s t o b e n o t e d t h a t t h e e x p e r i m e n t c o n d u c t e d t o c o l l e c t t h e d a t a f o r t a b l e 3 3 a n d f i g u r e 3 1 3 a n d 3 1 4 w e r e c o n d u c t e d a t d i f f e r e n t t i m e T h i s i s t h e r e a s o n w h y t h e d a t a i n t h e t a b l e a n d t h e f i g u r e d o n o t m a t c h e x a c t l y I t h a s b e e n o b s e r v e d t h a t t h e o u t p u t v o l t a g e a n d t h e p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n v a r y f r o m o n e t i m e t o a n o t h e r T h e i n p u t t o t h e Z e t e x c h i p i s n o t f i l t e r e d a n d v a r i e s o v e r t i m e ( H V C C ) w h i c h c o u l d c a u s e t h i s e f f e c t T a b l e 3 3 : P W M a n d o b s e r v e d v o l t a g e f o r d i f f e r e n t i n p u t v o l t a g e i n t h e h i g h v o l t a g e s e c t i o n D e s i r e d V o l t a g e i n V D a t a w r i t t e n % P o s i t i v e P u l s e w i d t h O b s e r v e d V o l t a g e i n V 4 0 x 0 0 0 1 1 2 5 4 8 6 0 x 0 0 0 2 1 8 7 6 6 3 8 0 x 0 0 0 3 2 5 8 2 1 0 0 x 0 0 0 4 3 1 2 5 9 8 1 2 0 x 0 0 0 5 3 7 5 1 1 1 8 1 4 0 x 0 0 0 6 4 3 7 5 1 4 1 1 6 0 x 0 0 0 7 5 0 1 5 4 1 8 0 x 0 0 0 8 5 6 2 5 1 7 8 2 0 0 x 0 0 0 9 6 2 5 1 2 0 2 2 0 x 0 0 0 A 6 8 7 5 2 1 4 2 4 0 x 0 0 0 B 7 5 0 1 2 3 3 2 6 0 x 0 0 0 C 8 1 2 4 2 5 5 2 8 0 x 0 0 0 D 8 7 5 2 6 8 3 0 0 x 0 0 0 E 9 3 7 4 2 7 8 T h e m o t h e r b o a r d w a s s u c c e s s f u l l y d e s i g n e d t o p r o v i d e a b r i d g e b e t w e e n t h e s e n s o r a n d t h e S p r i n g b o a r d l i n e s T h e d e s i g n e d m o t h e r b o a r d w a s c a p a b l e o f p e r f o r m i n g t h e d e s i r e d f u n c t i o n s l i k e : p r o v i d i n g h i g h v o l t a g e s i g n a l r a n g i n g f r o m 3 2 8 V o n r e c e i v i n g i n s t r u c t i o n f r o m t h e P D A r e g u l a t e d v o l t a g e s u p p l y o f 3 3 V a n d g e n e r a t i n g c l o c k s i g n a l s r a n g i n g f r o m 2 0 k H z t o 2 7 6 M H z T h e m o t h e r b o a r d a l s o i n c o r p o r a t e d s p e c i a l f e a t u r e s l i k e o n b o a r d p r o g r a m m i n g o f C P L D u s i n g J T A G c o n n e c t o r i n d i c a t o r L E D t o c o n f i r m c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n P D A a n d t h e C P L D j u m p e r s t o d e t e r m i n e p r o p e r c o n n e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d w i t h t h e P D A a n d 4 0 p i n h e a d e r s f o r c o n n e c t i o n t o t h e d a u g h t e r b o a r d T h e s e f e a t u r e s w o u l d e n s u r e d e v e l o p m e n t o f s u c c e s s f u l i n t e r f a c e b e t w e e n t h e s e n s o r h o u s e d i n d a u g h t e r b o a r d a n d t h e P D A

PAGE 65

5 4 C H A P T E R 4 F L U O R O M E T E R D A U G H T E R B O A R D I n t h e p r e v i o u s c h a p t e r a m o t h e r b o a r d w a s i n t r o d u c e d t o e n a b l e i n t e r f a c e o f a P D A w i t h a v a r i e t y o f s e n s o r s I n t h i s c h a p t e r a d a u g h t e r b o a r d o r s e n s o r b o a r d a n d s o f t w a r e a r e d e v e l o p e d t o e n a b l e p o r t a b l e m e a s u r e m e n t o f a f l u o r o m e t e r i c R N A a s s a y T h e s e n s o r i s b a s e d o n a s u c c e s s f u l b e n c h t o p s e n s o r d e v e l o p e d a t U S F C e n t e r f o r O c e a n T e c h n o l o g y ( C O T ) b y D a v i d F r i e s D r M a t t h e w S m i t h A n d r e w F a r m e r a n d O l l i e N e u m a n n A F l u o r o m e t e r m e a s u r e s t h e a m o u n t o f f l u o r e s c e n c e e m i t t e d b y a s a m p l e e x p o s e d t o m o n o c h r o m a t i c r a d i a t i o n O n e a p p l i c a t i o n f o r a P D A d r i v e n F l u o r o m e t e r i s t o d e t e c t f l u o r e s c e n c e f r o m N u c l e i c A c i d S e q u e n c e B a s e d A m p l i f i c a t i o n ( N A S B A ) r e a c t i o n s T o a c h i e v e t h i s t h e H a n d s p r i n g m u s t b e c o n f i g u r e d t o h e a t a p r e p a r e d s o l u t i o n t o 4 1 C a s w e l l a s a c t a s a f u n c t i o n a l f l u o r o m e t e r N A S B A r e a c t i o n s a r e i l l u m i n a t e d u s i n g a b l u e L E D l i g h t a n d t h e m e a s u r e m e n t o f t h e f l u o r e s c e n c e s i g n a l o v e r t i m e a l l o w s t h e p r e s e n c e / a b s e n c e o f a t a r g e t o r g a n i s m t o b e d e t e r m i n e d i n r e a l t i m e F i g u r e 4 1 i l l u s t r a t e s t h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e f l u o r o m e t e r F i g u r e 4 1 : P r i n c i p l e o f t h e f l u o r o m e t e r B l u e L i g h t f r o m L E D ( w a v e l e n g t h 4 8 5 n m ) H e a t e r a t 4 1 C G r e e n l i g h t d u e t o f l u o r e s c e n c e ( w a v e l e n g t h 5 3 0 n m ) ( h 1 ) ( h 2 ) B l u e F i l t e r G r e e n F i l t e r 9 0 a n g l e b e t w e e n L E D a n d p h o t o d e t e c t o r

PAGE 66

5 5 4 1 N A S B A a n d M o l e c u l a r B e a c o n T h e N A S B A m e t h o d [ 3 9 4 0 ] i s a n i s o t h e r m a l a m p l i f i c a t i o n s t r a t e g y f o r s i n g l e s t r a n d e d R N A T h i s a p p r o a c h i s f i n d i n g i n c r e a s e d a p p l i c a t i o n i n b i o s e n s o r s a n d d i a g n o s t i c a s s a y s t o i n v e s t i g a t e t h e c o m p o s i t i o n a n d d i v e r s i t y o f t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t i e s i n a n e n v i r o n m e n t N A S B A h a s a n u m b e r o f a d v a n t a g e s o v e r o t h e r a m p l i f i c a t i o n t e c h n i q u e s s u c h a s t h e P o l y m e r a s e C h a i n R e a c t i o n ( P C R ) a s i t s e l e c t i v e l y a m p l i f i e s R N A i n a D N A b a c k g r o u n d t h e r e b y s i m p l i f y i n g n u c l e i c a c i d e x t r a c t i o n a n d p u r i f i c a t i o n p r o t o c o l s N A S B A a m p l i f i c a t i o n p r o c e s s e s h a v e b e e n s h o w n t o b e m o r e s e n s i t i v e t h a n P C R p r o c e s s e s o f e q u i v a l e n t t a r g e t s [ 3 9 ] S i m i l a r l y t h e i s o t h e r m a l n a t u r e o f t h e r e a c t i o n a v o i d s t h e l o g i c r e q u i r e d f o r T h e r m o c y c l i n g N A S B A u t i l i z e s t h e c o o r d i n a t e d a c t i v i t i e s o f t h r e e e n z y m e s ( R N a s e H T 7 R N A p o l y m e r a s e a n d r e v e r s e t r a n s c r i p t a s e ( R T ) ) a n d t w o p r i m e r s ( P 1 a n d P 2 ) w h i c h w e r e s p e c i f i c f o r t h e a n a l y t e t a r g e t A s s h o w n i n f i g u r e 4 2 t h e N A S B A a m p l i f i c a t i o n i s i n i t i a t e d b y t h e a n n e a l i n g o f p r i m e r P 1 t o a t a r g e t R N A t a r g e t p r e s e n t i n t h e n u c l e i c a c i d e x t r a c t T h e 3 ’ e n d o f t h e P 1 p r i m e r i s c o m p l e m e n t a r y t o t h e t a r g e t a n a l y t e w h i l e t h e 5 ’ e n d c o n t a i n s a T 7 R N A p r o m o t e r s e q u e n c e A f t e r b i n d i n g P 1 i s e l o n g a t e d b y R T g e n e r a t i n g R N A : D N A h y b r i d m o l e c u l e H y d r o l y s i s o f R N A f r o m t h e h y b r i d m o l e c u l e i s p r o m o t e d b y R N a s e H l e a v i n g a s i n g l e D N A s t r a n d T o w h i c h p r i m e r P 2 i s a b l e t o h y b r i d i z e w i t h R e v e r s e t r a n s c r i p t a s e e x t e n d e d f r o m t h e P 2 p r i m e r a d h e r e d t o t h i s s t r a n d w h i c h p r o d u c e s a d o u b l e s t r a n d e d D N A c o p y o f t h e o r i g i n a l R N A t a r g e t t h a t c o n t a i n s a n i n t a c t T 7 R N A p o l y m e r a s e p r o m o t e r a t o n e e n d T h e i n t a c t T 7 p r o m o t e r w a s r e c o g n i z e d b y T 7 R N A p o l y m e r a s e a n d t r a n s c r i p t i o n o f l a r g e a m o u n t s o f a n t i s e n s e R N A i s i n i t i a t e d T h e a n t i s e n s e R N A s e r v e s a s a t e m p l a t e f o r t h e s a m e p r o c e s s h o w e v e r t h e p r i m e r s a n n e a l i n t h e o p p o s i t e o r d e r T y p i c a l l y N A S B A a m p l i f i c a t i o n o c c u r r e s i n l e s s t h a n 9 0 m i n u t e s R e a l t i m e n u c l e i c a c i d d e t e c t i o n i s a c h i e v e d b y u s i n g m o l e c u l a r b e a c o n s w h i c h a r e p r o b e s t h a t f l u o r e s c e o n l y u p o n h y b r i d i z a t i o n w i t h t h e i r t a r g e t [ 4 0 ] T h i s g e n e r a t e s a s p e c i f i c f l u o r e s c e n t s i g n a l s i m u l t a n e o u s l y w i t h a m p l i f i c a t i o n M o l e c u l a r b e a c o n s a r e s i n g l e s t r a n d e d o l i g o n u c l e o t i d e s t h a t h a d a s t e m l o o p s t r u c t u r e ( F i g u r e 4 3 ) T h e l o o p s t r u c t u r e c o n t a i n s t h e

PAGE 67

5 6 s e q u e n c e c o m p l e m e n t a r y t o t h e t a r g e t s e q u e n c e w h i l e t h e s t e m i s c o m p o s e d o f a s h o r t c o m p l e m e n t a r y n u c l e i c a c i d s e q u e n c e t h a t f o r m s a d o u b l e s t r a n d e d s t r u c t u r e A t t a c h e d c o v a l e n t l y t o e i t h e r e n d o f t h e o l i g o n u c l e o t i d e a r e a f l u o r o p h o r e a n d a n o n f l u o r e s c e n t q u e n c h e r W h e n t h e m o l e c u l a r b e a c o n h y b r i d i z e s t o t h e t a r g e t s e q u e n c e t h e f l u o r o p h o r e a n d q u e n c h e r a r e s e p a r a t e d a n d t h e b o u n d p r o b e f l u o r e s c e s ( F i g u r e 4 3 ) F i g u r e 4 2 : T h e N A S B A a m p l i f i c a t i o n p a t h w a y [ 4 1 ] F i g u r e 4 3 : O p e r a t i o n o f m o l e c u l a r b e a c o n s [ 3 9 ] B o u n d t o T a r g e t : F l u o r e s c e n t T a r g e t R N A

PAGE 68

5 7 M o l e c u l a r b e a c o n s a r e a d d e d t o t h e a s s a y m i x t u r e b e f o r e c a r r y i n g o u t g e n e a m p l i f i c a t i o n a n d b e c a u s e o n h y b r i d i z e d m o l e c u l a r b e a c o n s d o n o t f l u o r e s c e s a s i n t e n s e l y a s b o u n d b e a c o n s a m p l i f i c a t i o n c a n b e m e a s u r e d i n r e a l t i m e b y m o n i t o r i n g a c h a n g e i n f l u o r e s c e n c e T y p i c a l l y q u a n t i f i c a t i o n o f u n k n o w n s a m p l e s i s p e r f o r m e d b y r u n n i n g t h e s a m p l e s a g a i n s t a s t a n d a r d c u r v e o f k n o w n c o n c e n t r a t i o n s o f e i t h e r t h e t a r g e t o r g a n i s m o r a n i n v i t r o s y n t h e s i z e d R N A t a r g e t I n t h i s c a s e t h e t a r g e t R N A f o u n d i n l a r g e r q u a n t i t i e s p r o v i d e d a f a s t e r a m p l i f i c a t i o n o r T i m e t o P o s i t i v i t y ( T T P ) B y c a l c u l a t i n g t h e T T P f o r k n o w n s a m p l e s t h e T T P f o r u n k n o w n s i s f i t t e d t o t h e s t a n d a r d c u r v e a n d i n i t i a l c o n c e n t r a t i o n s c a n b e b a c k c a l c u l a t e d T h e T T P i s s e t a s t h e t i m e t a k e n t o r e a c h a p a r t i c u l a r f l u o r e s c e n c e v a l u e t h a t i s a b o v e b a c k g r o u n d F i g u r e 4 4 : E x a m p l e a m p l i f i c a t i o n p l o t a n d a s s o c i a t e d s t a n d a r d c u r v e [ 4 2 ]

PAGE 69

5 8 4 2 H a r d w a r e I n s t r u m e n t A p l a s t i c b l o c k h a s b e e n d e s i g n e d b y M a r k H o l l y a t U S F C O T t o i n c o r p o r a t e t h e c o m p o n e n t s r e q u i r e d f o r p e r f o r m i n g r e a l t i m e N A S B A T h e b l o c k c o n s i s t e d o f t w o s u b s y s t e m s : F l u o r e s c e n c e d e t e c t i o n s y s t e m T h e r m a l r e g u l a t i o n s y s t e m F i g u r e 4 5 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c o f t h e b l o c k d e s i g n e d T h e p h o t o d i o d e d e t e c t o r L E D a n d t h e a s s o c i a t e d b a n d p a s s f i l t e r s a l l o w d e t e c t i o n o f f l u o r e s c e n c e T h e i n f r a r e d h e a t e r a n d t h e r m o m e t e r r e g u l a t e t h e t e m p e r a t u r e A s l o t w a s m a d e t o i n s e r t t h e v i a l c o n t a i n i n g t h e s a m p l e T h e l o c a t i o n o f t h e v i a l w a s c e n t e r e d d i r e c t l y a b o v e t h e I R h e a t e r a n d c e n t e r e d i n t h e L E D l i g h t p a t h a n d d e t e c t o r f i l e d o f v i e w T h i s a l l o w s t h e r m a l c o n t r o l a n d f l u o r e s c e n c e d e t e c t i o n P h o t o d i o d e G r e e n f i l t e r B l u e L E D B l u e f i l t e r T h e r m o m e t e r H e a t e r ( b o t t o m ) R e a c t i o n c h a m b e r F i g u r e 4 5 : S c h e m a t i c o f h a r d w a r e b l o c k

PAGE 70

5 9 4 3 E x i s t i n g H e a t e d F l u o r o m e t e r A n e x i s t i n g h e a t e d f l u o r o m e t e r d e v e l o p e d a t U S F C O T w a s u s e d a s t h e m o d e l s e t u p f o r t h e P D A d r i v e n p r o t o t y p e T h e f l u o r o m e t e r c a n b e o p e r a t e d u s i n g a L a b v i e w c o n t r o l l e d p r o g r a m o r h y p e r t e r m i n a l p r o g r a m r u n o n a d e s k t o p P C [ 4 3 ] T h e f l u o r o m e t e r r e c e i v e s p o w e r f r o m a n e x t e r n a l 1 2 0 V A C p o w e r s u p p l y D e s k t o p c o m p u t e r s a n d t h e p o w e r s u p p l y r e n d e r e d t h e e n t i r e s y s t e m c u m b e r s o m e a l t h o u g h t h e a c t u a l c o n t r o l m e c h a n i s m f o r t h e s e n s o r a n d t h e r e a c t i o n c h a m b e r h a s a s m a l l f o o t p r i n t 4 4 D e v e l o p m e n t o f E l e c t r o n i c C i r c u i t r y I n t h e c u r r e n t w o r k t h e e l e c t r o n i c c i r c u i t r y h a s b e e n m o d i f i e d t o a l l o w c o n t r o l o f t h e N A S B A s e n s o r u s i n g t h e H a n d s p r i n g P D A T w o P C B w e r e d e v e l o p e d : a F l u o r o m e t e r b o a r d b B a t t e r y b o a r d T h e f l u o r o m e t e r w a s h o u s e d a s a d a u g h t e r b o a r d o n t o p o f t h e m o t h e r b o a r d w h e r e a s t h e b a t t e r y b o a r d w a s p l a c e d o n t h e b o t t o m o f t h e m o t h e r b o a r d T h e d e t a i l s o f e a c h a r e d i s c u s s e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s T h e b a t t e r y b o a r d w a s d e s i g n e d t o p r o v i d e 5 V a n d w a s i n t e g r a t e d i n t o t h e s y s t e m t o o p e r a t e t h e p o w e r h u n g r y h e a t i n g c o m p o n e n t s T h e l o w p o w e r o p t i c a l m o d u l e w a s p o w e r e d b y t h e P D A b a t t e r y T h e b o a r d s w e r e c o n n e c t e d t h r o u g h c o n n e c t o r s a n d c l e a r a n c e h o l e s w e r e m a d e t o c r e a t e a s t a c k o f t h e b o a r d T h i s p r o v i d e d a m e c h a n i c a l s t a b i l i t y t o t h e c o m p l e t e s y s t e m 4 4 1 F l u o r o m e t e r B o a r d T h e F l u o r o m e t e r b o a r d c o m m u n i c a t e s w i t h t h e C P L D o n t h e m o t h e r b o a r d a n d p e r f o r m s a s p e r i n s t r u c t i o n s r e c e i v e d f r o m t h e C P L D T h i s b o a r d h a d f o u r s u b s e c t i o n s : a H e a t e r a n d T h e r m o m e t e r s e c t i o n b L E D s e c t i o n c O p t i c a l D e t e c t i o n d O p t i c a l P o w e r

PAGE 71

6 0 O n r e c e i v i n g i n s t r u c t i o n s f r o m t h e V i s o r t h e C P L D s e n d s s i g n a l s t o t u r n o n t h e h e a t e r a n d t h e t h e r m o m e t e r T h e b l o c k d i a g r a m ( f i g u r e 4 6 ) i l l u s t r a t e s t h e f l o w o f s i g n a l s f r o m t h e m o t h e r b o a r d t o t h e f l u o r o m e t e r T h e h e a t e r e m p l o y s t h e P u l s e W i d t h M o d u l a t i o n ( P W M ) t e c h n i q u e t o h e a t t h e s o l u t i o n A n i n f r a r e d d e t e c t o r m e a s u r e d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s o l u t i o n a n d s e n t a f e e d b a c k s i g n a l t o t h e H a n d s p r i n g t o a l t e r t h e d u t y c y c l e f o r t h e h e a t e r F i g u r e 4 6 : B l o c k d i a g r a m f o r f l u o r o m e t e r T h e h e a t e r w a s c a l i b r a t e d u s i n g a n e x t e r n a l t h e r m o m e t e r b y c h a n g i n g t h e m a x i m u m a n d m i n i m u m c a l i b r a t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e t h e r m o m e t e r t o m e e t t h e e x t e r n a l t h e r m o m e t e r T h e t e m p e r a t u r e o f t h e s o l u t i o n w a s e v e n t u a l l y s e t t o t h e a m p l i f i c a t i o n t e m p e r a t u r e i n t h e N A S B A p r o c e s s ( 4 1 C ) T h e o p t i c a l s e c t i o n w a s t h e n t u r n e d o n i n t h e f o l l o w i n g s e q u e n c e : t h e L E D t h e p o w e r f o r a n i n t e g r a t o r a n d t h e i n t e g r a t o r t h a t i n t e g r a t e d t h e d e t e c t o r p h o t o c u r r e n t f o r a c e r t a i n a m o u n t o f t i m e O n c o m p l e t i o n o f t h e i n t e g r a t i o n t h e a n a l o g d a t a w a s f e d i n t o a 1 2 b i t A / D w h i c h d i g i t a l i z e s t h e d a t a a n d s e n d s i t b a c k t o t h e C P L D T h e d a t a w a s a v e r a g e d f o r 1 6 t i m e s i n t h e C P L D a n d r e t r i e v e d b y t h e P D A T h i s p r o c e d u r e i s r e p e a t e d f o r 4 t i m e s t o g e t a n a v e r a g e o f 6 4 d a t a s e t s T h e a v e r a g e d d a t a w a s d i s p l a y e d a s a p o i n t o n p l o t o f t h e A / D a v e r a g e v s T i m e T h i s p l o t w a s u s e d t o c o n f i r m t h e o c c u r r e n c e o f f l u o r e s c e n c e e m i s s i o n d u e t o t h e N A S B A p r o c e s s C o m p l e t e s c h e m a t i c o f t h e f l u o r o m e t e r b o a r d i s i l l u s t r a t e d i n t h e A p p e n d i x E T h e s c h e m a t i c o f L E D P H O T O D I O D E I R H E A T E R A M P L I F I E R A / D C O N V E R T O R M O T H E R B O A R D A N D H A N D S P R I N G S A M P L E

PAGE 72

6 1 t h e b o a r d w a s l a i d o u t i n O r c a d a d h e r i n g t o t h e s a m e p r o c e d u r e a s m e n t i o n e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r M o s t o f t h e c o m p o n e n t s w e r e s e l e c t e d f r o m t h e w o r k i n g d e s k t o p s y s t e m 4 4 1 1 H e a t e r a n d T h e r m o m e t e r S e c t i o n T h e I o n O p t i c s I n c N L 5 N G C i n f r a r e d h e a t e r w i t h a G e r m a n i u m f i l t e r w a s p r e f e r r e d a s t h e h e a t s o u r c e A w a r m u p p u l s e o f 4 5 V w a s p r o v i d e d i n i t i a l l y t o s t a r t t h e h e a t e r f o l l o w i n g w h i c h t h e h e a t e r s t a b i l i z e d a t 2 5 V f o r t h e r e m a i n d e r o f t h e p o s i t i v e p u l s e T h e t y p i c a l f r e q u e n c y o f o p e r a t i o n o f t h e h e a t e r w a s 1 6 H z W h e n t u r n e d o n t h e h e a t e r d r e w a l a r g e c u r r e n t a p p r o x i m a t e l y 2 A H o w e v e r t h i s r e d u c e d w i t h i n c r e a s e s i n h e a t e r t e m p e r a t u r e e s t a b l i s h i n g t h e t h e r m i s t o r p r o p e r t y o f t h e h e a t e r T h e h e a t e r i s c a p a b l e o f h e a t i n g u p t o 8 5 0 C t h o u g h t h e N A S B A t e c h n i q u e o n l y r e q u i r e s 4 1 C F i g u r e 4 7 i l l u s t r a t e s t h e s i g n a l r e q u i r e d t o t u r n o n t h e h e a t e r T y p i c a l v a l u e s o f A B a n d C a r e 1 8 m s e c 3 0 m s e c a n d 6 2 5 m s e c r e s p e c t i v e l y F i g u r e 4 7 : S i g n a l r e q u i r e d f o r s t a r t i n g t h e h e a t e r T h e R C c i r c u i t w a s d e s i g n e d t o p r o v i d e a p u l s e o f 4 5 V t o t h e h e a t e r f o r 1 8 m s e c a n d 2 5 V f o r t h e r e m a i n i n g c y c l e “ B A T V C C ” i n t h e s c h e m a t i c r e p r e s e n t s a r e g u l a t e d 5 V s u p p l y v o l t a g e f r o m t h e b a t t e r y b o a r d ( s e c t i o n 4 4 2 ) C 6 a 1 0 0 u F 6 3 V t a n t a l u m c a p a c i t o r w a s c o n n e c t e d t o “ B A T V C C ” t o f i l t e r n o i s e T h e “ B A T V C C ” n e t w a s c o n n e c t e d t o t h e f o l l o w i n g : VOLTAGE T I M E A B A I n i t i a l w a r m u p p u l s e B S u s t a i n s i g n a l 4 5 2 5 C

PAGE 73

6 2 a r e s i s t o r R 1 6 b r e s i s t o r R 1 4 c c a t h o d e o f d i o d e D 1 d l i n e a r r e g u l a t o r U 3 F i g u r e 4 8 : S c h e m a t i c o f h e a t e r a n d t h e r m o m e t e r “ H T R O N ” n e t w a s c o n n e c t e d t o t h e C P L D u s i n g a 4 0 p i n c o n n e c t o r J 1 3 “ H T R O N ” s i g n a l s r e m a i n e d l o w u n t i l d i r e c t e d f r o m t h e V i s o r T h e h e a t e r p i n s J 5 1 a n d J 5 2 r e m a i n e d a t t h e f a i r l y i d e n t i c a l v o l t a g e l e v e l t h u s n o h e a t i n g o c c u r r e d a t t h i s s t a g e A h i g h s i g n a l o n t h e “ H R T O N ” n o d e ( > 2 V ) p u l l e d Q 3 a p o w e r M O S F E T i n t o t h e i n v e r s i o n m o d e w h i c h e n a b l e d c o n d u c t i o n b e t w e e n t h e s o u r c e a n d t h e d r a i n A d r a i n o f Q 2 p i n 2 o f h e a t e r r e s i s t o r s R 1 9 a n d R 1 6 a n d c a p a c i t o r C 3 w e r e p u l l e d t o g r o u n d T h u s “ B A T V C C ” w a s c o n n e c t e d t o p i n 1 o f t h e h e a t e r a n d p i n 2 i s g r o u n d e d T h e c a p a c i t o r C 3 s t a r t e d c h a r g i n g t h r o u g h R 1 4 O n c e t h e c a p a c i t o r b e c a m e c h a r g e d a b o v e 2 V Q 2 w a s s e t i n t o d e p l e t i o n m o d e t h u s t e r m i n a t i n g t h e c o n d u c t i o n H e a t e r s e c t i o n T h e r m o m e t e r s e c t i o n

PAGE 74

6 3 b e t w e e n t h e d r a i n a n d s o u r c e T h e “ B A T V C C ” s i g n a l w a s r e g u l a t e d t o 2 5 V a n d o u t p u t b y t h e l i n e a r r e g u l a t o r T h i s v o l t a g e w a s a p p l i e d t o p i n 1 o f t h e h e a t e r ; s i m u l t a n e o u s l y t h e c a p a c i t o r s d i s c h a r g e d a l o n g t h e p a t h C 3 D 1 R 1 6 W h e n “ H T R O N ” g o e s l o w a g a i n t h e h e a t e r s e e s n o d i f f e r e n t i a l v o l t a g e T h e t e m p e r a t u r e d e t e c t i o n w a s a c h i e v e d u s i n g a n i n f r a r e d b a s e d t h e r m o m e t e r f r o m M e l e x i s M L X 9 0 6 0 1 E Z A C A A h a s a r i g i d 1 0 p i n c o n n e c t o r c a p a b l e o f d e t e c t i n g t e m p e r a t u r e s a n d r e t u r n i n g t h e v a l u e e i t h e r b y t h e P W M m e t h o d o r t h e S e r i a l P e r i p h e r a l I n t e r f a c e ( S P I ) m e t h o d T h e P W M t e c h n i q u e o f t e m p e r a t u r e d e t e c t i o n w a s p r e f e r r e d o v e r t h e S P I m e t h o d d u e t o i t s s i m p l i c i t y a n d e a s e o f i m p l e m e n t a t i o n i n t h e m o t h e r b o a r d C P L D F i g u r e 4 8 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c d i a g r a m f o r t h e t h e r m o m e t e r s e c t i o n T h e I R t h e r m o m e t e r w a s a l s o p o w e r e d b y ” B A T V C C ” T h e o u t p u t o f t h e I R t h e r m o m e t e r w a s a P W M s i g n a l w i t h a t i m e p e r i o d o f 1 0 2 4 m s e c T h e t i m e p e r i o d f r o m 1 / 8 T t o 5 / 8 T w a s t h e v a l i d o u t p u t d a t a a s s h o w n i n F i g u r e 4 9 F i g u r e 4 9 : P W M f o r t h e t h e r m o m e t e r U s i n g t h i s P W M d a t a t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e ( T C ) w a s c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e f o r m u l a : T = { ( D u t y c y c l e – 1 2 5 % ) / 5 0 % } ( T m a x – T m i n ) + T m i n ( 4 1 ) W h e r e D u t y c y c l e w a s t h e v a l i d P W M o u t p u t d a t a ( % ) T m a x w a s t h e m a x i m u m c a l i b r a t e d t e m p e r a t u r e ( C ) T m i n w a s t h e m i n i m u m c a l i b r a t e d t e m p e r a t u r e ( C ) t 3 t 2 t 4 t 1 P W M O U T P U T S I G N A L F R O M T H E R M O M E T E R V A L I D D A T A O U T P U T 0 ( 1 / 8 ) T ( 5 / 8 ) T T

PAGE 75

6 4 T y p i c a l l y T m a x w a s 1 2 0 C a n d T m i n w a s 2 0 C f o r t h e p a r t M L X 9 0 6 0 1 E Z A C A A T h e “ I R O U T ” s i g n a l c a l c u l a t e s t h e t e m p e r a t u r e r e a d b y t h e I R t h e r m o m e t e r a n d “ T E M P O U T P W M ” s i g n a l s t h e a m b i e n t t e m p e r a t u r e R e s i s t o r s R 2 9 R 3 0 R 3 1 a n d R 3 2 s c a l e d d o w n t h e o u t p u t v o l t a g e ( b y t i m e s ) T h i s e n s u r e d t h a t t h e i n p u t s i g n a l t o t h e C P L D w a s i n t h e p r o p e r v o l t a g e r a n g e 4 4 1 2 L E D S e c t i o n T h e L E D w a s p o w e r e d b y t h e “ B A T V C C ” s i g n a l R e s i s t o r s R 2 9 ( 1 k ) a n d C 1 ( 0 1 u f ) f i l t e r e d o u t s i g n a l s a b o v e 1 6 k H z w h i c h p r o v i d e d a l e s s b a t t e r y v o l t a g e n o i s e R e s i s t o r R 1 ( 5 6 1 / 2 W ) a m e t a l f i l m r e s i s t o r w a s c o n n e c t e d i n s e r i e s w i t h t h e L E D S i n c e t h e r e s i s t a n c e o f t h e m e t a l f i l m r e s i s t o r d i s p l a y l e s s v a r i a n c e i n t e m p e r a t u r e t h e v o l t a g e a p p l i e d a c r o s s t h e L E D r e m a i n e d c o n s t a n t T h i s h e l p s t o e n s u r e t h a t t h e w a v e l e n g t h a n d i n t e n s i t y o f t h e l i g h t e m i t t e d b y L E D r e m a i n s s t e a d y W h e n “ L E D O N ” s i g n a l f r o m t h e C P L D w e n t h i g h i t t u r n e d o n t h e B i p o l a r J u n c t i o n T r a n s i s t o r ( B J T ) Q 1 i n t o t h e c o n d u c t i n g m o d e T h e c a t h o d e o f t h e L E D w a s p u l l e d t o g r o u n d A c o n s t a n t v o l t a g e w a s a l w a y s p r o v i d e d t o t h e a n o d e o f t h e L E D S i n c e t h e c a t h o d e w a s p u l l e d t o g r o u n d t h i s c r e a t e d a p o t e n t i a l d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e a n o d e a n d t h e c a t h o d e t h e r e b y i l l u m i n a t i n g t h e L E D T h e L E D w a s c o n n e c t e d t o d a u g h t e r b o a r d g r o u n d a t a s i n g l e p o i n t ( R 2 ) 4 4 1 3 O p t i c a l D e t e c t i o n P h o t o d i o d e S D 2 0 0 1 2 2 2 2 4 1 w a s u s e d t o s e n s e l i g h t e m i t t e d f r o m f l u o r e s c e n c e o f t h e s a m p l e A g r e e n p a s s f i l t e r c u t o f f l i g h t o f w a v e l e n g t h s o t h e r t h a n 5 8 5 n m b a n d w i d t h T h e p h o t o d e t e c t o r c o n v e r t e d l i g h t e n e r g y i n t o e l e c t r i c a l e n e r g y g i v i n g o u t p h o t o c u r r e n t t y p i c a l l y o f t h e o r d e r o f n a n o A m p e r e s T e x a s I n s t r u m e n t s I V C 1 0 2 a n i n t e g r a t i o n a m p l i f i e r w i t h a n i n p u t b i a s c u r r e n t o f 1 0 0 f A a t 2 5 C w a s s e l e c t e d t o s e n s e t h e s m a l l p h o t o c u r r e n t T h e o u t p u t v o l t a g e ( V o ) f r o m t h e a m p l i f i e r w a s a f u n c t i o n o f t i m e i n p u t c u r r e n t a n d t h e c a p a c i t o r s a s s h o w n i n t h e e q u a t i o n 4 2 : V o = ( 1 / C I N T ) I I N ( t ) d t ( 4 2 ) W h e r e

PAGE 76

6 5 C I N T w a s t h e i n t e r n a l c a p a c i t a n c e o f t h e a m p l i f i e r I I N w a s t h e i n p u t c u r r e n t t o t h e a m p l i f i e r T h e n e g a t i v e s i g n i n t h e e q u a t i o n w a s d u e t o t h e p o s i t i v e c u r r e n t t h r o u g h t h e p h o t o d i o d e ; t h e a m p l i f i e r w a s p o w e r e d u s i n g a 1 2 V r e g u l a t o r a n d d e r i v e d f r o m m o t h e r b o a r d h i g h v o l t a g e s e c t i o n A s s u m i n g t h a t a 1 0 p f c a p a c i t o r w a s s a t u r a t e d o v e r 6 0 0 m s e c o f i n t e g r a t i o n t h e m a x i m u m i n p u t c u r r e n t w a s c a l c u l a t e d f r o m t h e e q u a t i o n 4 3 : Q = C V ( 4 3 ) W h e r e Q i s t h e c h a r g e a c c u m u l a t e d o n t h e c a p a c i t o r i n C o u l o m b V i s t h e v o l t a g e d e v e l o p e d a c r o s s t h e c a p a c i t o r i s V o l t s C i s t h e c a p a c i t a n c e o f t h e c a p a c i t o r i n F a r a d s Q = ( 1 0 x 1 0 E 1 2 ) x ( 1 2 ) Q = 1 2 E 1 0 C o u l o m b I = d Q / d t I = 1 2 E 1 0 / 6 0 0 E 3 I = 0 2 n A

PAGE 77

6 6 F i g u r e 4 1 0 : S c h e m a t i c o f t h e o p t i c a l d e t e c t i o n s e c t i o n o f t h e c i r c u i t J 3 w a s a t h r e e p i n c o n n e c t o r f o r t h e p h o t o d i o d e : p i n 1 a s c a t h o d e p i n 2 a s a n o d e a n d p i n 3 a s c a s e l i d J 3 w a s c o n n e c t e d d i r e c t l y f o r l o w e s t n o i s e o r t h r o u g h a c a b l e f o r c o n v e n i e n c e T h e c o n n e c t i o n m o d e d e p e n d e d o n t h e l a y o u t o f t h e b o a r d a n d t h e p l a c e m e n t o f t h e b l o c k c o n t a i n i n g o t h e r c o m p o n e n t s P i n s 2 a n d 3 o f t h e p h o t o d e t e c t o r w e r e c o n n e c t e d t o t h e a n a l o g g r o u n d a n d t h e c a t h o d e w a s c o n n e c t e d t o a R C f i l t e r R e s i s t o r R 1 3 a n d c a p a c i t o r C 9 w e r e c a l c u l a t e d e n s u r i n g t h a t s i g n a l s a b o v e t h e f r e q u e n c y o f 3 k H z w e r e f i l t e r e d o u t s h o w n i n f i g u r e 4 1 0 P o l y p r o p y l e n e c a p a c i t o r s w e r e u s e d a s t h e y c o n t a i n e d e x t r e m e l y l o w l e a k a g e c u r r e n t a n d a d e q u a t e t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y [ 4 4 ] T h e a m p l i f i e r I V C 1 0 2 w a s p o w e r e d b y t h e o p t i c a l p o w e r s e c t i o n w h i c h p r o v i d e s a s t a b l e / + 1 2 V t o p i n s 9 a n d 1 4 o f t h e a m p l i f i e r r e s p e c t i v e l y C a p a c i t o r s C 2 a n d C 8 w e r e u s e d t o m i n i m i z e r i p p l e s i n t h e + / 1 2 V s u p p l y T h e a m p l i f i e r h a d t h r e e i n t e r n a l c a p a c i t o r s : C 1 ( 1 0 p f ) C 2 ( 2 0 p f ) a n d C 3 ( 3 0 p f ) c o n n e c t e d i n p a r a l l e l A n o p t i o n o f s e l e c t i n g a n y o f t h e m f o r i n t e g r a t i n g t h e p h o t o c u r r e n t i s a v a i l a b l e P i n s 4 5 a n d 6 r e p r e s e n t e d t h e c a p a c i t o r s C 1 C 2 a n d C 3 r e s p e c t i v e l y I t w a s r e c o m m e n d e d t h a t t h e u n u s e d c a p a c i t o r s w e r e c o n n e c t e d t o t h e a n a l o g g r o u n d b y t h e

PAGE 78

6 7 m a n u f a c t u r e r [ 4 4 ] T h e c a p a c i t o r s u s e d f o r i n t e g r a t i o n w e r e c o n n e c t e d t o p i n 3 o f t h e a m p l i f i e r R e s i s t o r s R 4 R 5 R 6 R 8 R 9 a n d R 1 0 ( 0 ) w e r e d e s i g n e d t o e i t h e r c o n n e c t t h e c a p a c i t o r s t o a n a l o g g r o u n d o r t o p i n 3 o f t h e a m p l i f i e r b u t n o t b o t h O n e s h o u l d b e c a r e f u l w h i l e c o n n e c t i n g t h e c a p a c i t o r : i f t h e c a p a c i t o r w a s c o n n e c t e d t o a n a l o g g r o u n d t h e n i t w a s n o t c o n n e c t e d t o t h e p i n 3 P i n 1 w a s t h e a n a l o g g r o u n d o n t h e a m p l i f i e r A l l s i g n a l s t o t h e i n t e g r a t o r w e r e r e f e r r e d t o t h e a n a l o g g r o u n d a n d p i n 1 3 w a s c o n n e c t e d t o t h e d i g i t a l g r o u n d B o t h t h e d i g i t a l g r o u n d a n d t h e a n a l o g g r o u n d w e r e c o n n e c t e d u s i n g r e s i s t o r R 7 ( 0 ) T h e a m p l i f i e r i n c l u d e d t w o i n t e r n a l s w i t c h e s S 1 a n d S 2 w h i c h w e r e c o n t r o l l e d b y d i g i t a l s i g n a l s U s i n g t h e s e s w i t c h e s m a d e i t p o s s i b l e t o i n s t r u c t t h e a m p l i f i e r t o i n t e g r a t e h o l d o r r e s e t F i g u r e 4 1 1 i l l u s t r a t e s t h e b l o c k d i a g r a m o f t h e i n t e g r a t o r a n d i t s r e s p o n s e t o c h a n g e s i n s w i t c h p o s i t i o n s T h e t w o s w i t c h e s S 1 a n d S 2 w e r e r o u t e d t o t h e C P L D t h r o u g h J 1 3 o n e o f t h e 4 0 p i n c o n n e c t o r s P i n 1 0 r e p r e s e n t e d t h e o u t p u t f r o m t h e a m p l i f i e r T h e m a x i m u m o u t p u t o f t h e a m p l i f i e r w a s 1 2 V i r r e s p e c t i v e o f t h e i n t e g r a t i o n t i m e R 1 2 ( 3 0 0 k ) a n d R 1 5 ( 1 0 0 k ) w e r e u s e d t o d e c r e a s e t h e a m p l i f i e r o u t p u t v o l t a g e b y o n e f o u r t h t o f e e d i n t o a 3 3 V a n a l o g t o d i g i t a l c o n v e r t e r ( A / D ) F i g u r e 4 1 1 : B l o c k d i a g r a m o f t h e i n t e g r a t o r a n d i t s r e s p o n s e w i t h t h e s w i t c h e s S 1 a n d S 2 [ 4 4 ]

PAGE 79

6 8 A 1 2 b i t m i c r o p o w e r s e r i a l i n t e r f a c e A / D c o n v e r t e r f r o m B u r r B r o w n C o r p o r a t i o n w a s s e l e c t e d a s s h o w n i n s c h e m a t i c 4 1 0 A 3 3 V w a s s u p p l i e d t o t h e A / D f r o m t h e m o t h e r b o a r d T h e A / D s t a r t e d c o n v e r t i n g w h e n t h e c h i p s e l e c t C S b e c a m e a c t i v e W h e n t h e c h i p s e l e c t w a s h i g h i t a c t e d a s a s h u t d o w n ( S H D N ) c o n s u m i n g 6 0 n W [ 4 5 ] T h e i n p u t t o t h e A / D w a s g i v e n a t i t s n o n i n v e r t i n g p i n T h e i n v e r t i n g p i n a n d t h e A / D g r o u n d p i n w e r e c o n n e c t e d t o t h e a n a l o g g r o u n d A 5 r e s i s t o r ( R 1 1 ) m e a s u r e d t h e c u r r e n t f l o w i n g i n t h e c h i p A v o l t a g e r e f e r e n c e I C f r o m L i n e a r t e c h n o l o g i e s p r o v i d e d a s t a b l e 2 5 V r e f e r e n c e t o t h e A / D T h e 8 p i n L T 1 3 8 9 t y p i c a l l y o p e r a t e s a t 8 0 0 n A [ 4 6 ] a n d c o n s u m e s e x t r e m e l y l o w p o w e r ( 2 6 u W w h e n o p e r a t e d a t 3 3 V ) T h e v o l t a g e r e f e r e n c e c h i p c o n t a i n s a s e r i e s r e s i s t o r T h e v a l u e w a s s e l e c t e d s u c h t h a t t h e r e w a s a n i n p u t c u r r e n t o f a t l e a s t 8 0 0 n A T h e v a l u e o f t h e r e s i s t a n c e w a s c a l c u l a t e d f r o m t h e e q u a t i o n 4 4 : V C C – I R = V R E F ( 4 4 ) 3 3 – 8 0 0 E 9 R = 2 5 s o l v i n g R = 1 M T h e r e s i s t o r s e l e c t e d w a s 2 5 0 k c o n s i d e r i n g t h a t t h e V C C f r o m t h e H a n d s p r i n g V i s o r d e c r e a s e d w i t h b a t t e r y d i s c h a r g e T h e m o t h e r b o a r d C P L D p r o v i d e d t h e c h i p s e l e c t a n d t h e c l o c k i n p u t t o t h e A / D c o n v e r t e r T h e s e r i a l d i g i t a l d a t a f r o m t h e A / D w a s f e d i n t o t h e C P L D f o r f u r t h e r p r o c e s s i n g 4 4 1 4 O p t i c a l P o w e r T h e i n t e g r a t i o n a m p l i f i e r n e e d e d t w o s u p p l y v o l t a g e s V + a n d V T h e r a n g e o f p o s i t i v e i n p u t v o l t a g e w a s f r o m 4 7 5 t o 1 8 V a n d t h e r a n g e o f n e g a t i v e i n p u t v o l t a g e w a s f r o m 1 0 t o 1 8 V [ 4 4 ] T h e o p t i c a l p o w e r s e c t i o n p r o v i d e d b o t h + / 1 2 V t o t h e i n t e g r a t o r T h e m o t h e r b o a r d o n w h i c h t h e d a u g h t e r b o a r d w a s p l a c e d h a d a h i g h v o l t a g e s e c t i o n c a p a b l e o f p r o v i d i n g 3 2 8 V b y P W M t e c h n i q u e T h e m o t h e r b o a r d r e c e i v e s a n i n s t r u c t i o n f r o m t h e H a n d s p r i n g V i s o r t o d e l i v e r 1 5 V t o t h e d a u g h t e r b o a r d T h i s i n p u t t o t h e d a u g h t e r b o a r d w a s n o i s y a n d f l u c t u a t i n g T h e r e f o r e i t w a s c o n v e r t e d i n t o a s t a b l e 1 2 V u s i n g a l i n e a r r e g u l a t o r L T 1 1 2 9 w a s a n 8 p i n l i n e a r r e g u l a t o r

PAGE 80

6 9 w i t h a n o p e r a t i n g c u r r e n t o f 5 0 A a n d 1 6 A w h e n s h u t d o w n T h e a b s o l u t e r a t i n g o f t h e r e g u l a t o r w a s 3 0 V T h u s t h e r e g u l a t o r w a s n o t b e a f f e c t e d i f t h e h i g h v o l t a g e s e c t i o n f r o m t h e d a u g h t e r b o a r d p r o v i d e d 2 8 V ( m a x ) P i n 2 a d j u s t e d t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e r e g u l a t o r t o 1 2 V d e t e r m i n e d b y t h e r e s i s t a n c e R 2 0 a n d R 2 2 T h e v a l u e o f t h e r e s i s t a n c e s w a s c a l c u l a t e d f r o m t h e e q u a t i o n 4 5 : V O U T = 3 7 5 ( 1 + R 2 0 / R 2 2 ) + ( I A D J R 2 0 ) ( 4 5 ) W h e r e V O U T w a s t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e r e g u l a t o r I A D J w a s t h e c u r r e n t f l o w i n g i n t h e a d j u s t p i n ( 1 5 0 n A a t 2 5 C ) O n c a l c u l a t i o n R 2 0 = 1 0 7 k a n d R 2 2 = 4 8 7 k C a p a c i t o r s C 1 0 C 1 1 a n d C 1 2 w e r e u s e d a s b y p a s s c a p a c i t o r s t o s m o o t h e n t h e o u t p u t s i g n a l f r o m t h e r e g u l a t o r F o r t h e n e g a t i v e i n p u t t o t h e i n t e g r a t o r a Z e t e x Z X L B 1 6 0 0 c h i p w a s u s e d o n t h e d a u g h t e r b o a r d t o d e l i v e r 1 5 V t o a n o t h e r r e g u l a t o r w h i c h a d j u s t e d i t t o a s t a b l e 1 2 V E x t e r n a l r e s i s t o r s R 2 1 a n d R 2 3 i n t h e s c h e m a t i c s e t t h e f i x e d o u t p u t v o l t a g e o f t h e Z e t e x c h i p T h e Z e t e x c h i p w a s e n a b l e d w h e n t h e C P L D p r o v i d e d a h i g h s i g n a l o n t h e p i n T h i s t u r n e d o n t h e Z X L B 1 6 0 0 g i v i n g o u t t h e d e s i r e d o u t p u t v o l t a g e R 2 5 r e s i s t o r w a s c a l c u l a t e d s u c h t h a t t h e l o w b a t t e r y f l a g ( L B F p i n 7 ) w e n t h i g h w h e n t h e i n p u t v o l t a g e d r o p p e d b e l o w 2 4 V U s i n g i n d u c t o r L 1 a n d a p a i r o f s c h o t t k y d i o d e s B 1 t h e s c h e m a t i c w a s c o n n e c t e d a s r e c o m m e n d e d i n t h e d a t a s h e e t [ 3 3 ] E x t e r n a l r e s i s t o r s w e r e c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e e q u a t i o n 4 6 : V O U T = ( R 2 1 + R 2 3 ) / R 2 1 1 2 3 ( 4 6 ) W h e r e V O U T w a s t h e o u t p u t v o l t a g e ( i e 1 5 V ) O n c a l c u l a t i o n t h e v a l u e s w e r e c h o s e n a s R 2 1 ( 9 0 0 K ) a n d R 2 3 ( 9 0 k ) T h e o u t p u t v o l t a g e f r o m t h e l i n e a r r e g u l a t o r w a s t h e n f e d i n t o a n e g a t i v e m i c r o p o w e r l o w d r o p o u t v o l t a g e r e g u l a t o r L T 1 1 7 5 T h e r e g u l a t o r o p e r a t e d o n 4 5 A a n d c o n s u m e d 1 0 A a t

PAGE 81

7 0 s t a n d b y T h e 8 p i n r e g u l a t o r h a d t h e c a p a b i l i t y o f s e l e c t i n g t h e o u t p u t c u r r e n t l i m i t b y u s i n g p i n s 2 a n d 7 ( I L I M 2 a n d I L I M 4 ) P i n 1 a n d P i n 8 w e r e t h e i n p u t v o l t a g e s t o t h e r e g u l a t o r f r o m t h e o u t p u t o f t h e Z e t e x c h i p R e s i s t a n c e s R 2 4 a n d R 2 6 w e r e s e l e c t e d f r o m t h e t a b l e p r o v i d e d i n t h e r e g u l a t o r d a t a s h e e t [ 3 3 ] T h e o u t p u t o f t h e r e g u l a t o r w a s c o n n e c t e d t o C 1 0 ( 1 0 u F 2 5 V ) c a p a c i t o r w i t h t h e p o s i t i v e p o l a r i t y o f t h e c a p a c i t o r c o n n e c t e d t o t h e g r o u n d a n d t h e n e g a t i v e t o t h e r e g u l a t o r o u t p u t T h e r e g u l a t o r o u t p u t w a s c o n n e c t e d t o t h e a m p l i f i e r t o p r o v i d e r e q u i r e d p o w e r S i n g l e c o n n e c t o r s w e r e r o u t e d o u t s o t h a t t h e y w e r e p r o b e d T h i s a s s i s t e d i n d e b u g g i n g t h e b o a r d T h e m o t h e r b o a r d c o n t a i n e d 4 0 p i n c o n n e c t o r s w i t h h e a d e r p i n s w h i l e t h e d a u g h t e r b o a r d c o n n e c t o r s J 1 3 a n d J 2 a c t e d a s r e c e p t a c l e s a s s h o w n i n t h e f i g u r e 4 1 2 F i g u r e 4 1 2 : S c h e m a t i c o f t h e o p t i c a l p o w e r s e c t i o n 4 4 2 B a t t e r y B o a r d T h e h e a t e r a n d t h e t h e r m o c o u p l e o p e r a t e d a t 5 V p o w e r s u p p l y T h e h e a t e r d r e w a p p r o x i m a t e l y 1 5 A m p s w h e n i n i t i a l l y t u r n e d o n a n d d r o p s t o 0 4 a m p s i n a c o u p l e o f s e c o n d s T h e P D A i s n o t c a p a b l e o f h a n d l i n g s u c h h e a v y l o a d s T h u s a n e x t e r n a l p o w e r s o u r c e w a s r e q u i r e d t o t u r n o n t h e h e a t e r a n d t h e t h e r m o m e t e r A b a t t e r y b o a r d d e s i g n e d w a s c a p a b l e o f t h e p e r f o r m i n g t h e f o l l o w i n g f u n c t i o n s :

PAGE 82

7 1 a P r o v i d i n g 5 V o u t p u t v o l t a g e a n d 2 A o f c u r r e n t t o t h e l o a d b O n b o a r d c h a r g i n g o f t h e b a t t e r i e s e i t h e r f a s t o r t r i c k l e c h a r g e F i v e A A N i M H b a t t e r i e s w e r e c o n n e c t e d i n s e r i e s u s i n g a t w o b a t t e r y h o l d e r a n d a t h r e e b a t t e r y h o l d e r e n c o m p a s s e d t h e f i v e b a t t e r i e s T h e b a t t e r i e s d e l i v e r e d 1 4 V w h e n c o m p l e t e l y c h a r g e d w h i c h d e c r e a s e s a s t h e b a t t e r i e s d i s c h a r g e T h e d i s c h a r g e v o l t a g e c h a r a c t e r i s t i c f o r N i M H w a s f l a t a t 1 2 V f o r t h e A A b a t t e r i e s [ 4 7 ] T h e d i s c h a r g e v o l t a g e a n d t h e d i s c h a r g e e f f i c i e n c y d e c r e a s e d i n p r o p o r t i o n a s t h e c u r r e n t r o s e ; t h a t i s t h e h i g h e r t h e l o a d t h e f a s t e r t h e b a t t e r i e s d i s c h a r g e B a t t e r i e s w i t h a c a p a c i t y o f 2 0 0 0 m A h r w e r e s e l e c t e d ; t h e y w e r e c a p a b l e o f p r o v i d i n g 2 A f o r o n e h o u r b u t t h e n t h e i r p e r f o r m a n c e d e t e r i o r a t e d d r a s t i c a l l y A l i n e a r r e g u l a t o r L T 1 5 2 9 w i t h l o w v o l t a g e d r o p o u t a n d h i g h c u r r e n t p r o v i d i n g c a p a b i l i t y w a s s e l e c t e d t o p r o v i d e p o w e r t o t h e h e a t e r s e c t i o n T h e d r o p o u t v o l t a g e o f t h e r e g u l a t o r w a s a l i n e a r f u n c t i o n o f t h e o u t p u t c u r r e n t T h e d r o p o u t v o l t a g e w a s 0 6 V a t 3 A B a t t e r y v o l t a g e w a s r e g u l a t e d t o p r o v i d e 5 V f o r t h e h e a t e r s e c t i o n C a p a c i t o r s C 7 ( 1 0 u f ) a n d C 8 ( 3 3 u f ) w e r e t h e r e c o m m e n d e d t a n t a l u m c a p a c i t o r s f r o m L i n e a r t e c h n o l o g i e s T h e b a t t e r y v o l t a g e w a s c o n n e c t e d t o t h e m o t h e r b o a r d u s i n g t h e t w o p i n c o n n e c t o r J 9 M a x i m I n t e g r a t e d p r o d u c t s p r o v i d e d a p r o g r a m m a b l e c h i p t o c h a r g e 1 t o 1 6 s e r i e s b a t t e r i e s a t r a t e s u p t o 4 C w h e r e C i s t h e c a p a c i t y o f t h e b a t t e r y A M a x 7 1 2 c h i p t e r m i n a t e d f a s t c h a r g e e i t h e r b y d e t e c t i n g t h e z e r o v o l t a g e s l o p e o r b y t h e m a x i m u m t i m e p r o g r a m m e d [ 4 8 ] T h e n u m b e r o f b a t t e r i e s t h a t w e r e c h a r g e d a n d t h e m a x i m u m c h a r g e t i m e w e r e p r o g r a m m e d u s i n g t h e P G M 0 3 p i n s o f t h e M a x 7 1 2 c h i p J u m p e r s w e r e u s e d s u c h t h a t t h e b o a r d w o u l d b e c a p a b l e o f c h a r g i n g f r o m f o u r t o s i x b a t t e r i e s ( i t i s j u m p e r e d f o r f i v e b a t t e r i e s i n t h i s a p p l i c a t i o n ) T h e d i f f e r e n t c h a r g e t i m e s s e l e c t e d w e r e 4 5 6 0 a n d 9 0 m i n u t e s u s i n g t h e j u m p e r s P o s i t i v e a n d n e g a t i v e b a t t e r y t e r m i n a l s w e r e c o n n e c t e d t o B A T + a n d B A T p i n s o n t h e c h i p T h e p o w e r f o r c h a r g i n g t h e b a t t e r i e s w a s p r o v i d e d b y a w a l l t r a n s f o r m e r A s f i v e b a t t e r i e s w e r e b e i n g c h a r g e d a m i n i m u m o f 1 1 V w a s n e e d e d ( 5 1 5 = 7 5 + 2 5 = 1 1 V ) A 1 2 V 3 A a d a p t e r w a s u s e d t o p r o v i d e p o w e r t o t h e b a t t e r y b o a r d f o r c h a r g i n g T h e b a t t e r i e s w e r e a u t o m a t i c a l l y c h a r g e d i n e i t h e r o f t h e

PAGE 83

7 2 t w o s t a t e s : f a s t c h a r g e o r t r i c k l e c h a r g e T h e b a t t e r i e s w e r e i n i t i a l l y f a s t c h a r g e d O n c e t h e f a s t c h a r g e w a s f i n i s h e d d e t e r m i n e d b y e i t h e r v o l t a g e s l o p e o r c h a r g e t i m e t h e c h a r g i n g c u r r e n t w a s r e d u c e d a n d t h e n t h e y w e r e t r i c k l e c h a r g e d T h e s t a t e o f L E D D 2 a n d D 4 d e n o t e d t h e c h a r g i n g m o d e o f b a t t e r i e s s h o w n i n t h e T a b l e 4 1 T a b l e 4 1 : I n d i c a t o r L E D o n b a t t e r y b o a r d L E D D 2 L E D D 4 A c t i o n O f f O f f N o t c h a r g i n g O n O n F a s t C h a r g i n g O n O f f T r i c k l e C h a r g i n g T h e b a t t e r i e s w e r e f a s t c h a r g e d a t 0 4 C t h e r e f o r e t h e c h a r g i n g c u r r e n t w a s b y e q u a t i o n 4 7 : I F A S T = 2 0 0 0 m A h r 0 4 = 8 5 0 m A ( 4 7 ) W h e r e I F A S T w a s t h e f a s t c h a r g i n g c u r r e n t T h e v o l t a g e a c r o s s r e s i s t o r R 7 i n d i c a t e d t h e a m o u n t o f f a s t c h a r g i n g c u r r e n t f l o w i n g ; t h e v a l u e o f r e s i s t o r R 7 w a s c a l c u l a t e d f r o m t h e e q u a t i o n 4 8 : R S E N S E = 0 2 5 V / I F A S T ( 4 8 ) R 7 = 0 2 5 / 0 8 5 0 = 0 3 R 2 w a s c a l c u l a t e d t o s u p p l y a t l e a s t 2 0 m A t o p i n 1 5 O n c a l c u l a t i o n R 2 = V I N / 0 2 = 1 2 / 0 2 = 0 6 k A l l o t h e r p a r a m e t e r s w e r e c a l c u l a t e d a s s u g g e s t e d i n t h e d a t a s h e e t F i g u r e 4 1 3 i l l u s t r a t e s t h e s c h e m a t i c f o r t h e b a t t e r y b o a r d

PAGE 84

7 3 F i g u r e 4 1 3 : S c h e m a t i c f o r t h e b a t t e r y b o a r d 4 5 B o a r d L a y o u t C o n s i d e r a t i o n s T h r e e r o u t i n g l a y e r s a n d o n e g r o u n d p l a n e w e r e u s e d f o r i m p l e m e n t i n g t h e f l u o r o m e t e r s c h e m a t i c T h e a r r a n g e m e n t o f l a y e r s w a s T O P G N D P W R a n d B O T A f o o t p r i n t w i t h a r o u g h d i m e n s i o n o f t h e p l a s t i c f l u o r o m e t e r b l o c k w a s d r a w n ; l o c a t i o n s o f t h e h e a t e r t h e r m o m e t e r L E D a n d p h o t o d e t e c t o r i n t h e c a s e d e c i d e d w h e r e t h e c o m p o n e n t s p e r t a i n i n g t o t h a t s e c t i o n n e e d e d t o b e p l a c e d T h e b o a r d l a y o u t w a s d i v i d e d i n t o f o u r d i f f e r e n t s e c t i o n s a s l a b e l e d i n F i g u r e 4 1 4 T h e n o d e s r e p r e s e n t i n g t h e d i g i t a l g r o u n d o n t h e s c h e m a t i c w e r e f a n n e d o u t t o t h e g r o u n d p l a n e o n t h e b o a r d B o t h t h e a n a l o g g r o u n d s A G N D 1 a n d A G N D 2 w e r e c o n n e c t e d i n t h e T O P l a y e r O n e s i d e o f t h e r e s i s t o r s R 2 a n d R 7 w a s c o n n e c t e d t o t h e d i g i t a l g r o u n d p l a n e a n d t h e o t h e r t o t h e a n a l o g g r o u n d p l a n e T h i s a s s u r e s t h a t t h e d i g i t a l g r o u n d s i g n a l s d i d n o t p r o d u c e a n y c r i t i c a l e f f e c t t o t h e a n a l o g s i g n a l s “ B A T V C C ” n o d e w a s c o n n e c t e d t o t h e P W R l a y e r T h i s n e t c a r r i e d h e a v y c u r r e n t t h e s i z e o f t h e t r a c e s c o n n e c t i n g t h e m w a s i n c r e a s e d t o 3 0 m i l ( 0 7 m m ) T h e p o w e r c o n n e c t i o n s w e r e r o u t e d u s i n g t h e P W R a n d t h e B O T l a y e r s T h i s w a s c o m p l e t e d t o p r o t e c t t h e T O P l a y e r f r o m p i c k i n g u p s i g n a l s f r o m t h e s e l a y e r s T h e o p t i c a l d e t e c t i o n s e c t i o n c a r r i e d a n e x t r e m e l y s m a l l c u r r e n t a n d i f n o t r o u t e d c o r r e c t l y t h e n o d e s c o u l d p o t e n t i a l l y p i c k u p n o i s e A p h o t o d e t e c t o r w a s c o n n e c t e d b e t w e e n t h e t o p l a y e r a n d a G N D p l a n e ( g r o u n d p l a n e ) a n d a

PAGE 85

7 4 c o p p e r p o u r w a s d o n e o n t h e t o p l a y e r T h i s c r e a t e d a s h i e l d f u r t h e r r e d u c i n g t h e i n t e r f e r e n c e o f o t h e r s i g n a l s T h e v o l t a g e r e g u l a t o r a n d t h e o p e r a t i o n a m p l i f i e r w e r e r o u t e d o n t h e b o a r d a s s u g g e s t e d i n t h e d a t a s h e e t A g r o u n d p l a n e s h i e l d w a s c r e a t e d f o r t h e n o n c o n n e c t e d p i n s o f t h e v o l t a g e r e g u l a t o r F o r t h e o p e r a t i o n a l a m p l i f i e r a n a n a l o g g r o u n d s i g n a l e n c o m p a s s e d o t h e r s i g n a l s f o r r e d u c i n g a n y n o i s e i n t e r f e r e n c e T h e s i g n a l o f e x t r e m e i m p o r t a n c e w a s t h e o p t i c a l d e t e c t o r s e c t i o n w h i c h w a s m a n u a l l y r o u t e d u s i n g t h e T O P l a y e r T h e l a y o u t o f t h e b o a r d w a s c o m p l e t e d i n t h e s a m e p r o c e d u r e a s m e n t i o n e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r ( s e c t i o n 3 2 ) T h e b a t t e r y b o a r d w a s r o u t e d u s i n g t w o l a y e r s T O P a n d B O T T h e b a t t e r y h o l d e r s a n d t h e j u m p e r s w e r e p l a c e d o n t h e b a c k s i d e o f t h e b o a r d a n d a l l t h e o t h e r c o m p o n e n t s p l a c e d o n t h e f r o n t s i d e o f t h e b o a r d A l l t r a c e s o n t h e b o a r d w e r e 8 m i l ; e x c e p t f o r t h e h i g h c u r r e n t c a r r y i n g n e t s t h e y w e r e 3 0 m i l t h i c k T h e b o a r d h a d a c o p p e r p o u r o n t h e T O P l a y e r C o n n e c t o r s J 8 a n d J 9 w e r e p o s i t i o n e d a c c u r a t e l y a s t h e b a t t e r y b o a r d w a s c o n n e c t e d e l e c t r i c a l l y t o t h e m o t h e r b o a r d v i a t h e s e c o n n e c t o r s T h e m o u n t i n g h o l e s o n t h e b a t t e r y b o a r d a n d t h e m o t h e r b o a r d h e l p e d p r o v i d e m e c h a n i c a l r i g i d i t y t o t h e b o a r d w h e n c o n n e c t e d F i g u r e 4 1 4 : L a y o u t o f t h e b a t t e r y b o a r d a n d f l u o r o m e t e r b o a r d O p t i c a l P o w e r H e a t e r s e c t i o n O p t i c a l d e t e c t i o n C h a r g i n g C i r c u i t r y O p t i c a l B l o c k L E D s e c t i o n C o n n e c t i o n t o t h e m o t h e r b o a r d B a t t e r y h o l d e r B a t t e r y h o l d e r

PAGE 86

7 5 4 6 C P L D D e s i g n C P L D d e s i g n w a s i n a c c o r d a n c e w i t h t h e m e m o r y m a p l i s t e d i n T a b l e 4 2 T h e d e s i g n w a s s p l i t i n t o t w o p a r t s : a h e a t e r s e c t i o n a n d t h e o p t i c s s e c t i o n T h e f l u o r o m e t e r b o a r d r e c e i v e d / s e n t i n s t r u c t i o n s f r o m / t o t h e H a n d s p r i n g v i a t h e C P L D T h e C P L D g a t h e r e d d a t a p r o c e s s e d i t a n d s t o r e d i t i n a r e g i s t e r T h e H a n d s p r i n g a c c e s s e d t h e d a t a w h e n r e q u i r e d S c h e m a t i c o f t h e C P L D d e s i g n i n a t t a c h e d i n A p p e n d i x F T a b l e 4 2 : M e m o r y m a p f o r f l u o r o m e t e r d a u g h t e r b o a r d M e m o r y a d d r e s s D a t a A c t i o n 2 9 0 0 0 0 0 4 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 2 0 x 0 0 0 4 0 x 0 0 0 8 0 x 0 0 1 0 0 x 0 2 0 0 0 x 0 4 0 0 0 x 2 0 0 0 0 x 4 0 0 0 T u r n o n L E D 1 ( t o d e b u g ) T u r n o n L E D 2 T u r n o n L E D 3 T u r n o n L E D 4 T u r n o n L E D 5 S e t t h e v a l u e o f N f o r c l o c k 1 S e t t h e v a l u e o f N f o r c l o c k 2 2 9 0 0 0 0 0 8 0 x 0 1 0 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 F C l e a r t h e c o u n t e r f o r P u l s e w i d t h m o d u l a t i o n ( P W M ) S e t t h e P W M t o t h e H i g h v o l t a g e c o n v e r t e r s e c t i o n 2 9 0 0 0 0 0 C 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 2 0 x 0 0 0 4 0 x 0 0 0 8 0 x 0 0 1 0 0 x 0 0 2 0 T u r n o n F l u o r o m e t e r L E D T u r n o n N e g a t i v e H i g h v o l t a g e s e c t i o n o n d a u g h t e r b o a r d S t a r t A / D a v e r a g e R e s e t D i g i t a l i n t e g r a t o r R e s e t O p t i c s s w i t c h H a n d s h a k i n g e v e n t i n s t r u c t i n g d e t e c t o r t o t u r n o f f / o n 2 9 0 0 0 0 1 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 F F F S e t P W M f o r h e a t e r 2 9 0 0 0 0 1 4 0 x X X X X R e a d D a t a f r o m O p t i c s s e c t i o n 2 9 0 0 0 0 1 8 0 x X X X X R e a d D a t a f r o m H e a t e r s e c t i o n 4 6 1 H e a t e r S e c t i o n I n t h e h e a t e r s e c t i o n t h e I R t h e r m o m e t e r r e a d s t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s o l u t i o n a n d s e n d s i t b a c k t o t h e H a n d s p r i n g T h e H a n d s p r i n g d e t e r m i n e s w h e t h e r t h e t e m p e r a t u r e w a s i n a c c o r d a n c e w i t h t h e N A S B A p r o c e s s A p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l e r w a s i m p l e m e n t e d i n t h e H a n d s p r i n g a n d t h e i n p u t w a s t h e t e m p e r a t u r e r e a d i n g a n d t h e o u t p u t w a s t h e h e a t e r p o w e r T h e h e a t e r o p e r a t e d o n a P W M t e c h n i q u e w i t h f r e q u e n c y o f o p e r a t i o n o f 1 6 H z

PAGE 87

7 6 C P L D P W M I R 1 w a s t h e P W M o u t p u t f r o m t h e t h e r m o m e t e r w i t h a t i m e p e r i o d o f 1 0 2 4 m s e c w h i c h i s s a m p l e d b y 2 0 4 8 c l o c k c y c l e s o f 5 0 u s e c o r 2 0 k H z C l o c k 2 w h i c h o p e r a t e d a t 2 0 k H z a n d f o r m e d t h e i n p u t t o t h e c o u n t e r w h o s e c h i p e n a b l e w a s c o n n e c t e d t o C P L D P W M I R 1 F o r t h e p o s i t i v e p a r t o f t h e P W M t h e c o u n t e r i n c r e a s e d w i t h e v e r y p o s i t i v e e d g e o f t h e c l o c k O n c e t h e C P L D P W M I R 1 p i n d r o p s d o w n t h e i n p u t t o t h e f l i p f l o p b e c a m e h i g h a n d t h e d a t a w a s c l o c k e d t o t h e o u t p u t i n t h e n e x t c l o c k c y c l e T h e o u t p u t o f t h e o n e i n p u t f l i p f l o p a c t e d a s a c l o c k t o t h e s i x t e e n b i t f l i p f l o p a n d t h e r e s e t t o t h e c o u n t e r A s t h e C P L D P W M I R 1 w e n t f r o m h i g h t o l o w t h e o u t p u t o f t h e s i n g l e i n p u t f l i p f l o p w e n t f r o m l o w t o h i g h T h i s f l i p f l o p c l o c k e d t h e i n p u t d a t a c o n s t i t u t i n g t h e p o s i t i v e h a l f o f t h e P W M i n t o a r e g i s t e r T h e r e g i s t e r s t o r e d t h e d a t a a n d s e n t i t t o t h e H a n d s p r i n g u p o n r e q u e s t a s s h o w n i n f i g u r e 4 1 5 T h e h e a t e r o p e r a t i n g o n t h e P W M t e c h n i q u e r e c e i v e d i n s t r u c t i o n s f r o m t h e P D A t o s e t t h e P W M T h e h e a t e r w a s i n o p e r a t i o n a l l t h e t i m e e x c e p t w h i l e r e a d i n g t h e t e m p e r a t u r e w i t h t h e t h e r m o m e t e r A f t e r r e a d i n g t h e t e m p e r a t u r e t h e P W M t o t h e h e a t e r w a s r e s e t T h e h e a t e r w a s o p e r a t e d a t 1 6 H z f r e q u e n c y T h e c l o c k o s c i l l a t o r s w e r e i n c a p a b l e o f o p e r a t i n g a t t h i s l o w f r e q u e n c y A c l o c k d i v i d e r s e c t i o n c o n s i s t i n g o f a c o u n t e r a n d a c o m p a r a t o r d i v i d e d t h e 2 0 k H z c l o c k b y 1 2 5 0 ; t h e r e b y i t p r o v i d e d a c l o c k o f 1 6 H z I n p u t B a t t h e c o m p a r a t o r w a s s e t t o a c o n s t a n t v a l u e o f 1 2 5 0 u s i n g h i g h a n d l o w s i g n a l s a v a i l a b l e o n t h e s c h e m a t i c O n c e a c o n s t a n t 1 2 5 0 w a s r e a c h e d t h e “ e q u a l t o ” s i g n a l o f t h e c o m p a r a t o r w e n t h i g h W h e n t h e h e a t e r o p e r a t e d a t f u l l d u t y c y c l e i t h e a t e d t h e s a m p l e u p t o 9 5 C T h e d u t y c y c l e o f t h e h e a t e r w a s s e t f r o m t h e H a n d s p r i n g b y w r i t i n g a 1 6 b i t d a t a w h i c h w a s c o m p a r e d w i t h t h e o u t p u t o f t h e c o u n t e r u s e d f o r t h e c l o c k d i v i d e r s e c t i o n O f t h e 1 6 b i t i n p u t f r o m t h e H a n d s p r i n g o n l y 1 2 b i t w a s f e d t o t h e c o m p a r a t o r a s ( 1 2 5 0 ) d e c i m a l c a n b e r e a l i z e d u s i n g 1 2 b i t s T h e h e a t e r r e m a i n e d o n a s l o n g a s t h e d a t a f r o m t h e H a n d s p r i n g V i s o r w a s g r e a t e r t h a n t h e d a t a f r o m t h e c o u n t e r T h i s s u m m e d u p t h e h e a t e r s e c t i o n o f t h e C P L D w h e r e t h e p o w e r t o t h e h e a t e r w a s c o n t r o l l e d b y a p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l e r o n t h e H a n d s p r i n g w h o s e i n p u t w a s t h e t e m p e r a t u r e r e a d i n g f r o m t h e t h e r m o m e t e r

PAGE 88

7 7 F i g u r e 4 1 5 : C P L D s c h e m a t i c f o r h e a t e r a n d t h e r m o m e t e r 4 6 2 O p t i c a l S e c t i o n O n r e c e i v i n g i n s t r u c t i o n s f r o m t h e P D A t h e o p t i c s s e c t i o n t r i g g e r e d o n a n d i n t e g r a t e d t h e p h o t o c u r r e n t f o r 6 0 0 m s e c F o r t h e l a s t m i l l i s e c o n d t h e A / D c o n v e r t e r w a s t u r n e d o n t o c o n v e r t t h e a n a l o g d a t a f r o m t h e i n t e g r a t o r i n t o d i g i t a l f o r m a t T h e s e r i a l d a t a w a s c o n v e r t e d i n t o p a r a l l e l f o r m a t i n t h e C P L D a n d w a s s e n t t o a n a d d e r w h i c h t o t a l s s i x t e e n s e t s o f s u c h d a t a b y r e p e a t i n g t h e a b o v e p r o c e d u r e s i x t e e n t i m e s E v e n t u a l l y t h e o u t p u t f r o m t h e a d d e r w a s s t o r e d i n a r e g i s t e r t o r e a d 1 2 s e c o n d s a f t e r i n i t i a l i z a t i o n T h e a d d r e s s d e c o d i n g a n d t h e o p t i c s s e c t i o n a r e i l l u s t r a t e d i n t h e s c h e m a t i c i n A p p e n d i x F D a t a w r i t t e n o n t h e a d d r e s s 0 x 2 9 0 0 0 0 0 C t u r n e d o n t h e o p t i c s s e c t i o n a s s h o w n i n T a b l e 4 2 T h e H a n d s p r i n g s e n t i n s t r u c t i o n s t o r e s e t t h e c o u n t e r f l i p f l o p a n d t h e s h i f t r e g i s t e r s u s e d f o r l o g i c i m p l e m e n t a t i o n T h e n t h e L E D a n d t h e o p t i c a l p o w e r s e c t i o n w e r e t u r n e d o n F o l l o w i n g b y t h e d e t e c t o r s e c t i o n w a s t u r n e d o n T h e s i x t e e n b i t c o u n t e r i n c r e m e n t s o n t h e p o s i t i v e e d g e o f

PAGE 89

7 8 t h e c l o c k o p e r a t e d a t 2 0 k H z a n d t r a c k s t h e i n t e g r a t i o n a n d s a m p l i n g t i m e T h e c o u n t e r o u t p u t w a s c o n n e c t e d t o t w o c o m p a r a t o r s C o m p a r a t o r 1 w a s u s e d t o c o n t r o l t h e s w i t c h e s u s e d f o r t h e i n t e g r a t o r a n d c o m p a r a t o r 2 w a s u s e d t o t r i g g e r t h e A / D c o n v e r t e r T h e i n t e g r a t o r s w i t c h e s S 1 a n d S 2 w e r e a c t i v e l o w S 1 w a s a l w a y s o p e n a n d w h e n S 2 w a s o p e n i t i n t e g r a t e d W h e n c l o s e d i t r e s e t T h e c o m p a r a t o r 1 c o n t r o l l e d S 2 I n p u t A o f t h e c o m p a r a t o r w a s c o n n e c t e d t o t h e o u t p u t o f t h e c o u n t e r w h i l e i n p u t B o f t h e c o m p a r a t o r w a s s e t t o a c o n s t a n t v a l u e o f 1 2 0 0 0 f o r t h e i n t e g r a t i o n t i m e o f 6 0 0 m s e c T h e e q u a l t o p i n o n t h e c o m p a r a t o r w e n t h i g h a f t e r 6 0 0 m s e c a n d c l o s e s s w i t c h S 2 w h i c h r e s e t s t h e i n t e g r a t o r T h e e q u a l t o p i n a l s o r e s e t s t h e c o u n t e r s y n c h r o n o u s l y a n d s t a r t e d t h e n e x t i n t e g r a t i o n C o m p a r a t o r 2 c o n t r o l l e d t h e c h i p s e l e c t p i n o f t h e A / D D C S B A R w h i c h i n i t i a t e d t h e A / D c o n v e r s i o n I n p u t A o f t h e c o m p a r a t o r w a s f r o m t h e c o u n t e r c o m m o n t o b o t h c o m p a r a t o r 1 a n d c o m p a r a t o r 2 I n p u t B o f t h e c o m p a r a t o r w a s s e t t o a c o n s t a n t v a l u e o f 1 1 9 8 5 T h i s a l l o w e d e n o u g h c l o c k p u l s e s f o r t h e A / D c o n v e r s i o n t o c o m p l e t e b e f o r e t h e c o u n t e r r e s e t f o r t h e n e x t i n t e g r a t i o n a n d A / D T h e G T p i n o f t h e c o m p a r a t o r m a d e D C S B A R a c t i v e a n d t u r n e d o n t h e s h i f t r e g i s t e r t o s h i f t t h e s e r i a l o u t p u t d a t a f r o m A / D i n t o p a r a l l e l f o r m T h e G T p i n b e c a m e a c t i v e 1 5 c l o c k p u l s e s b e f o r e t h e c o u n t e r r e s e t w h i c h w a s e n o u g h t o c o n v e r t t h e a n a l o g d a t a i n t o p a r a l l e l d i g i t a l f o r m a t A / D s t a r t e d c o n v e r s i o n o n t h e f a l l i n g e d g e o f D C L K T h u s a n i n v e r t e d c l o c k s i g n a l s e r v e d a s i n p u t t o D C L K T h e s a m e i n v e r t e d s i g n a l w a s a l s o u s e d f o r t h e s h i f t r e g i s t e r t o c o n v e r t t h e s e r i a l o u t p u t d a t a f r o m t h e A / D t o p a r a l l e l f o r m a t T h e p a r a l l e l d a t a w a s s e n t t o a n a c c u m u l a t o r w h i c h a d d e d t h e n e w p a r a l l e l d a t a t o i t s p r e v i o u s s u m o n t h e r i s i n g e d g e o f t h e D C S B A R D C S B A R a c t e d a s a c l o c k t o t h e 4 b i t c o u n t e r w h i c h i n c r e m e n t e d o n c e e v e r y A / D c o n v e r s i o n T h e c o u n t e r c o u n t e d u n t i l 1 5 a n d t h e n t h e a d d g a t e c o n n e c t e d t o a l l t h e o u t p u t o f t h e c o u n t e r s e t s h i g h T h i s a c t i o n t r i g g e r e d t w o t h i n g s : a S t o p p e d t h e 1 6 b i t c o u n t e r f r o m i n t e g r a t i n g a n y f u r t h e r v a l u e s b S t o r e d t h e s u m d a t a f r o m t h e a c c u m u l a t o r i n a r e g i s t e r

PAGE 90

7 9 P D A r e a d t h e d a t a a n d t h e n s e t t h e “ o p t i c s 1 ( 6 ) ” p i n h i g h w h i c h r e s e t t h e f o u r b i t c o u n t e r a n d t r i g g e r e d t h e 1 6 b i t c o u n t e r a g a i n T h e a b o v e p r o c e d u r e w a s r e p e a t e d f o u r t i m e s t o p r o v i d e a n a v e r a g e o f 6 4 d a t a p o i n t s 4 7 H a n d s p r i n g V i s o r A p p l i c a t i o n F o r d e v e l o p i n g a n a p p l i c a t i o n f o r a f l u o r o m e t e r a n a l g o r i t h m w a s c h a l k e d o u t t o b r i e f l y d e s c r i b e t h e s t e p b y s t e p p r o c e d u r e 1 T h e a p p l i c a t i o n h a d a M e n u p a g e c o n t a i n i n g t h r e e b u t t o n s : H e a t e r O p t i c s a n d C o n t r o l T h e u s e r h a d a n o p t i o n t o i n p u t d a t a i n t h e H e a t e r a n d O p t i c s f i e l d o r s i m p l y u s e t h e d e f a u l t d a t a T h i s i s s h o w n i n F i g u r e s 4 1 6 a D e n a t u r i n g T e m p ( 4 1 ) ( D T E M P ) b A m p l i f i c a t i o n T i m e ( 9 0 m i n ) ( A T I M E ) c I n t e g r a t i o n t i m e ( 6 0 0 m s ) ( I T ) d N u m b e r o f i n t e g r a t i o n s ( 6 4 ) ( N T ) F i g u r e 4 1 6 : M a i n m e n u f o r f l u o r o m e t e r a p p l i c a t i o n 2 T h e c o n t r o l m e n u h a s t h r e e b u t t o n s a C a l i b r a t e H e a t e r b S e t D e t e c t o r R e a d

PAGE 91

8 0 c B a c k T h e s e f u n c t i o n s a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l i n t h e n e x t s t e p s 3 T h e C a l i b r a t e h e a t e r f u n c t i o n r e a d t h e d a t a f r o m t h e t h e r m o m e t e r a t t h e a d d r e s s l i n e 0 x 2 9 0 0 0 0 0 F i n t o a v a r i a b l e c a l l e d H t r t e m p I t p e r f o r m e d a f e e d b a c k l o o p a n d g a v e o u t t h e r e q u i r e d h e a t e r p o w e r b y w r i t i n g t o a d d r e s s l i n e 0 x 2 9 0 0 0 0 1 6 T h e l o o p w a s t e r m i n a t e d w h e n t h e d i f f e r e n c e w a s l e s s t h a n o r e q u a l t o 0 1 4 T h e s e t d e t e c t o r r e a d t h e n t o o k i t t o t h e f o r m w h e r e i t p l o t t e d a g r a p h i n r e a l t i m e I t p e r f o r m e d t h i s b y t h e f o l l o w i n g : a S t a r t e d a c l o c k t i m e r b R e a d d a t a f r o m t h e i n t e g r a t o r e v e r y 1 2 s e c A n a v e r a g e o f 1 6 s a m p l e s i s p e r f o r m e d i n t h e C P L D a n d i s a v a i l a b l e a f t e r 9 6 s e c o n d s T h e c l o c k c o n t i n u e d f o r 1 2 s e c o n d s A f t e r 1 2 s e c o n d s t h e a v e r a g e d a t a w a s r e a d f r o m t h e C P L D a n d s t o r e d i n a r e g i s t e r F o u r s u c h d a t a s e t s w e r e c o l l e c t e d a n d t h e t o t a l 6 4 d a t a s e t w e r e a v e r a g e d c A p l o t o f t i m e v s a v e r a g e d a t a w a s p l o t t e d o n t h e V i s o r d W h e n j = m u l t i p l e o f f i v e t h e h e a t e r p o w e r w a s c h e c k e d a n d t h e c o n t r o l l o o p i n i t i a t e d t o s e t t h e h e a t e r p o w e r e A l l t h e d a t a p o i n t s w e r e i n s t a n t a n e o u s l y w r i t t e n t o a d a t a b a s e T h e m a i n c l o c k c o n t i n u e d u n t i l A T I M E ( 9 0 m i n ) 4 8 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n T h e o p t i c a l p o w e r s e c t i o n p r o v i d e d p o w e r t o t h e a m p l i f i e r t o a m p l i f y t h e c u r r e n t f r o m t h e p h o t o d e t e c t o r T h e C P L D s y n c h r o n i z e d t h e i n t e g r a t o r a n d t h e A / D c o n v e r t e r a n d p r o c e s s e d t h e d a t a f r o m t h e A / D T h e s e s i g n a l s w e r e o b s e r v e d o n a n o s c i l l o s c o p e ; F i g u r e s 4 1 7 a n d 4 1 8 d i s p l a y t h e o u t p u t f r o m t h e A / D a t d i f f e r e n t p h o t o c u r r e n t s T h e A / D c o n v e r s i o n c o m m e n c e d w h e n t h e c h i p s e l e c t w a s a c t i v e a n d t h e f a l l i n g e d g e o f D C L K s y n c h r o n i z e d w i t h t h e c h i p s e l e c t

PAGE 92

8 1 F i g u r e 4 1 7 : O u t p u t f r o m t h e A / D c o n v e r t e r a t h i g h p h o t o d i o d e c u r r e n t F i g u r e 4 1 8 : O u t p u t f r o m t h e A / D c o n v e r t e r a t l o w p h o t o d i o d e c u r r e n t T h e r e s p o n s e o f s w i t c h S 2 a n d t h e c h i p s e l e c t o f t h e A / D w i t h e v e r y c l o c k c y c l e a r e s h o w n i n s u b s e q u e n t s e c t i o n s T h e s w i t c h S 2 r e s e t t h e i n t e g r a t o r o n t h e l a s t A / D c o n v e r s i o n c y c l e a s s h o w n i n f i g u r e 4 1 9 A s t h e s w i t c h S 2 r e s e t s t h e i n t e g r a t o r r e s e t s a n d s t a r t s a g a i n w h e n s w i t c h S 2 o p e n s o r g o e s h i g h T h e r e s p o n s e o f t h e i n t e g r a t o r o u t p u t i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 2 0 F i g u r e 4 1 9 : R e s p o n s e o f s w i t c h S 2 w i t h t h e A / D c h i p s e l e c t C h a n n e l 4 : S e r i a l d i g i t a l o u t p u t f r o m A / D ( g r e e n ) 0 x F F F C h a n n e l 1 : A / D c h i p s e l e c t ( y e l l o w ) C h a n n e l 3 : A / D c l o c k ( p i n k ) V o l t a g e S c a l e : 2 V T i m e p e r i o d : 1 0 0 u s e c C h a n n e l 4 : S e r i a l d i g i t a l o u t p u t f r o m A / D ( g r e e n ) 0 x 0 A D C h a n n e l 1 : A / D c h i p s e l e c t ( y e l l o w ) C h a n n e l 3 : A / D c l o c k ( p i n k ) V o l t a g e S c a l e : 2 V T i m e p e r i o d : 1 0 0 u s e c C h a n n e l 4 : I n t e g r a t o r s w i t c h S 2 ( g r e e n ) C h a n n e l 1 : A / D c h i p s e l e c t ( y e l l o w ) C h a n n e l 3 : A / D c l o c k ( p i n k ) V o l t a g e S c a l e : 2 V T i m e p e r i o d : 1 0 0 u s e c

PAGE 93

8 2 F i g u r e 4 2 0 : I n t e g r a t i o n o u t p u t r e s p o n s e T h e C P L D c o n v e r t e d t h e s e r i a l i n p u t d a t a i n t o p a r a l l e l f o r m a t T o v e r i f y t h a t t h e d a t a i s c o n v e r t e d i n t h e C P L D t h e o u t p u t f r o m t h e s h i f t r e g i s t e r i s r o u t e d o n u n u s e d d a u g h t e r b o a r d p i n s T h e s e w e r e o b s e r v e d o n a l o g i c a n a l y z e r w a s u s e d t o o b s e r v e t h e i n t e r n a l n e t s F o u r t e e n v a r i o u s c h a n n e l s w e r e o b s e r v e d a t o n e i n s t a n c e T h e c h i p s e l e c t a n d t h e s e r i a l d a t a f r o m t h e A / D c o n v e r t e r w e r e s h o w n o n c h a n n e l s o n e a n d t w o C h a n n e l s 3 1 4 r e p r e s e n t e d t h e s h i f t i n t h e s e r i a l d a t a e a c h c l o c k c y c l e t o c o n v e r t i t i n t o p a r a l l e l f o r m a t T h e d a t a h a s b e e n r e a d a n d c l o c k e d a s e x p e c t e d s h o w n i n t h e f i g u r e 4 2 1 F i g u r e 4 2 1 : S e r i a l d a t a f r o m A / D b e i n g c o n v e r t e d i n t o p a r a l l e l f o r m a t T h e t w o h a n d s h a k i n g e v e n t s t h a t i n s t r u c t e d t h e C P L D t o e i t h e r c o n t i n u e p r o c e s s i n g t h e o p t i c a l s e c t i o n f o r s i x t e e n s a m p l e d a t a o r t o s t o p a r e s h o w n i n F i g u r e 4 2 2 I t i s s h o w n t h a t t h e s e s i g n a l s w e r e s y n c h r o n i z e d w i t h t h e c h i p s e l e c t s i g n a l o f t h e A / D a s e x p e c t e d C h a n n e l 4 : I n t e g r a t o r s w i t c h S 2 ( g r e e n ) C h a n n e l 1 : A / D c h i p s e l e c t ( y e l l o w ) C h a n n e l 3 : O u t p u t f r o m t h e i n t e g r a t o r ( p i n k ) V o l t a g e S c a l e : 2 V T i m e p e r i o d : 2 m s e c C h a n n e l 1 : A / D c h i p s e l e c t C h a n n e l 2 : A / D o u t p u t C h a n n e l 3 1 4 : s h i f t i n s e r i a l d a t a

PAGE 94

8 3 F i g u r e 4 2 2 : R e s p o n s e o f t h e h a n d s h a k i n g s i g n a l s w i t h t h e c h i p s e l e c t o f A / D 4 8 1 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s f o r S a m p l e P r e p a r a t i o n A f t e r t h e c i r c u i t w a s d e b u g g e d a n d t h e c o m p o n e n t s r e s p o n d e d a s e x p e c t e d T h e P D A w a s t h e n t e s t e d f o r a N A S B A r e a c t i o n F o r t h e r e a c t i o n s a m p l e p r e p a r a t i o n w a s d o n e b y D r M a t t h e w S m i t h a t U S F C O T N A S B A r e a c t i o n s t a r g e t i n g t h e l a r g e s u b u n i t o f t h e r i b u l o s e 1 5 b i s p h o s p h a t e c a r b o x y l a s e / o x y g e n a s e ( R u b i s C O ) ( r b c L ) g e n e f r o m t h e F l o r i d a r e d t i d e f o r m i n g d i n o f l a g g e l l a t e K a r e n i a B r e v i s w a s p e r f o r m e d u s i n g t h e N u c l i S e n s B a s i c K i t [ 4 1 ] P r i m e r a n d m o l e c u l a r b e a c o n s e q u e n c e s u s e d w e r e p r e v i o u s l y d e s c r i b e d i n T a b l e 4 3 [ 4 9 ] R e a c t i o n s w e r e p r e p a r e d a c c o r d i n g t o t h e m a n u f a c t u r e r s i n s t r u c t i o n s b r i e f l y t h e r e a g e n t s p h e r e w a s r e c o n s t i t u t e d i n 8 0 l o f t h e s u p p l i e d b u f f e r a n d v o r t e x e d t o m i x P r i m e r s b e a c o n a n d K C l w e r e a d d e d t o t h e r e a g e n t s p h e r e b y t h e a d d i t i o n o f a 4 0 l o f m a s t e r m i x f i n a l r e a c t i o n c o n c e n t r a t i o n s w e r e : 4 0 0 n M o f e a c h p r i m e r 1 0 0 n M o f m o l e c u l a r b e a c o n 0 5 a n d 8 0 m M K C l T h e r e a g e n t m i x w a s t h e n d i s p e n s e d i n t o 2 0 0 l P C R t u b e s ( A p p l i e d B i o s y s t e m s F o s t e r C i t y C A ) i n 1 0 l v o l u m e s a n d 5 l o f R N A t e m p l a t e a d d e d F o r n e g a t i v e a m p l i f i c a t i o n c o n t r o l s 5 l o f R N a s e f r e e w a t e r w a s s u b s t i t u t e d f o r t h e R N A N A S B A a m p l i f i c a t i o n w a s t h e n p e r f o r m e d b y t h e a d d i t i o n o f 5 l o f e n z y m e m i x a n d h e a t i n g t o 4 1 r C f o r 9 0 m i n u t e s D e t e c t i o n o f N A S B A a m p l i f i c a t i o n w a s p e r f o r m e d i n t h e P D A d r i v e n h e a t e d f l u o r o m e t e r T o p r o v i d e a c o m p a r a t i v e p l o t t o t h e P D A s e n s o r c o n t r o l r e a c t i o n s w e r e r u n i n a N u c l i s e n s E a s y Q A n a l y z e r C h a n n e l 4 : C h i p s e l e c t p i n ( i n d i c a t e d i n t h e C P L D ) C h a n n e l 1 : A / D c h i p s e l e c t C h a n n e l 3 : R e s e t p i n ( i n d i c a t e d i n C P L D ) V o l t a g e s c a l e : 2 V T i m e : 2 0 0 u s e c

PAGE 95

8 4 T A B L E 4 3 : K b r e v i s N A S B A p r i m e r s e t a n d b e a c o n P r i m e r o r b e a c o n S e q u e n c e ( 5 ’ t o 3 ’ ) F o r w a r d p r i m e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . … … … … … … … . . . . . A C G T T A T T G G G T C T G T G T A R e v e r s e p r i m e r . A A T T C T A A T A C G A C T C A C T A T A G G G A G A A G G T A C A C A C T T T C G T A A A C T A M o l e c u l a r b e a c o n . . . [ 6 F A M ] C G A T C G C T T A G T C T C G G G T T A T T T T T T C G A T C G [ D A B C Y L ] 4 8 2 N A S B A B a s e d E x p e r i m e n t o n P D A T h e s a m p l e w a s p r e p a r e d a s e x p l a i n e d a b o v e a n d i n s e r t e d i n t h e r e a c t i o n b l o c k o f t h e P D A F o r t h e f i r s t t w o N A S B A r u n s p e r f o r m e d t h e d a t a c o l l e c t e d f r o m t h e P D A w a s e r r o n e o u s T o c o n f i r m i f N A S B A a m p l i f i c a t i o n h a d o c c u r r e d a g e l a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d ( d a t a n o t s h o w n ) O n e o f t h e r e a s o n s f o r t h a t c o u l d b e t h a t t h e h e a t e r c a l i b r a t i o n w a s i n c o r r e c t a n d t h e s y s t e m l i k e l y w a s o v e r h e a t i n g N A S B A r e a c t i o n s a r e v e r y s e n s i t i v e t o t e m p e r a t u r e T h e r e a c t i o n i s a b l e t o f u n c t i o n a t t e m p e r a t u r e s l o w e r t h a n 4 1 C ; h o w e v e r t e m p e r a t u r e s a b o v e 4 1 5 C t o 4 2 C w i l l c a u s e d e n a t u r i z a t i o n o f t h e e n z y m e s i n t h e r e a c t i o n c a u s i n g t h e r e a c t i o n t o f a i l I n t h e s e c o n d e x p e r i m e n t t h e r e w a s a m p l i f i c a t i o n a s s h o w n b y t h e g e l a n a l y s i s h o w e v e r t h e d a t a c o l l e c t e d d i d n o t a g r e e w i t h t h e c o n t r o l N A S B A p l o t s p e r f o r m e d o n t h e E a s y Q I t w a s f o u n d t h a t t h e o p t i c a l d e t e c t i o n s e c t i o n o f t h e C P L D w a s m a l f u n c t i o n i n g d u e t o i n c o r r e c t p i n c o n n e c t i o n s T h e a p p r o p r i a t e p i n s w e r e c o n n e c t e d a n d t h e h e a t e r w a s r e c a l i b r a t e d T h e o p t i c a l s y s t e m w a s a l s o c a r e f u l l y s h i e l d e d e n s u r i n g t h a t n o l i g h t f r o m t h e L C D o f t h e P D A i n t e r f e r e d w i t h t h e f l u o r e s c e n c e d e t e c t i o n T h e h e a t e r w a s n o t c a l i b r a t e d t o i t s a m p l i f i c a t i o n t e m p e r a t u r e ( 4 1 C ) b u t t o 4 0 C t o a v o i d o v e r h e a t i n g F o l l o w i n g c a l i b r a t i o n o f t h e h e a t e r t h e t e m p e r a t u r e w a s m o n i t o r e d a n d w a s f o u n d t o b e s t a b l e w i t h i n t h e r a n g e o f 3 8 1 C a n d 3 9 6 C A f t e r d e b u g g i n g e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d a g a i n f o r b o t h p o s i t i v e c o n t r o l N A S B A a n d n e g a t i v e c o n t r o l N A S B A r e a c t i o n s T h e r e s p o n s e o b s e r v e d o n t h e P D A i s s h o w n i n f i g u r e s 4 2 3 ( a ) a n d ( b ) r e s p e c t i v e l y T h e d a t a f r o m t h e P D A w a s m a n u a l l y d o w n l o a d e d a n d p l o t t e d i n M i c r o s o f t E x c e l s h o w n i n f i g u r e 4 2 4 T h e p o s i t i v e c o n t r o l d a t a i s s h o w n i n t h e f i g u r e 4 2 4 a n d t h e d a t a f r o m t h e P D A w i t h b o t h n e g a t i v e a n d p o s i t i v e N A S B A r e a c t i o n s a r e s h o w n i n f i g u r e 4 2 3 ( a ) a n d ( b ) r e s p e c t i v e l y I n f i g u r e

PAGE 96

8 5 4 2 4 t h e p o s i t i v e c o n t r o l d a t a i s c a l c u l a t e d b y c o n d u c t i n g t h e f l u o r e s c e n c e r e a c t i o n o n t h e E a s y Q m a c h i n e ( a ) ( b ) F i g u r e 4 2 3 : ( a ) R e s p o n s e o f a n e g a t i v e N A S B A r e a c t i o n ( b ) r e s p o n s e o f a N A S B A r e a c t i o n n n r n n r n n n n n n n n n n n n n n r n n r r n n # n $ n r n n r r n n # n $ n n % # n & $ r n n & $ F i g u r e 4 2 4 : A n a l y s i s o f b o t h p o s i t i v e N A S B A a n d n e g a t i v e N A S B A r e a c t i o n s o b s e r v e d o n P D A a n d E a s y Q F o r b o t h t h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e N A S B A r e a c t i o n w h e n t h e h e a t e r s t a r t s h e a t i n g t h e f l u o r e s c e n c e i n c r e a s e s r a p i d l y T h i s i s a n e x p e c t e d r a m p i n t h e b e g i n n i n g d u e t o t h e t h e r m a l e f f e c t s o n t h e m o l e c u l a r b e a c o n s A f t e r t h e h e a t e r h a s s t a b i l i z e d t h e n t h e r e i s n o s t e e p i n c r e a s e i n

PAGE 97

8 6 f l u o r e s c e n c e o b s e r v e d i n t h e n e g a t i v e N A S B A s o l u t i o n H o w e v e r i n t h e p o s i t i v e N A S B A s o l u t i o n t h e r e i s a s h a r p i n c r e a s e o f 1 7 0 p o i n t s a f t e r 1 4 4 m i n d e n o t i n g t h e p r e s e n c e o f t h e t a r g e t R N A K a r e n i a B r e v i s T h e d a t a f r o m E a s y Q d e n o t e s t h a t t h e i n c r e a s e i n f l u o r e s c e n c e s i g n a l s t a r t e d a f t e r 1 4 2 m i n T h e n e g a t i v e N A S B A r e s p o n s e i s h i g h e r t h a n t h e p o s i t i v e N A S B A s a m p l e T h i s k i n d o f r e s p o n s e i s c o m m o n l y o b s e r v e d o n t h e b e n c h t o p v e r s i o n P l a c e m e n t o f t h e v i a l i n t h e c h a m b e r a n d p i p e t i n g t h e s a m p l e a r e t w o f a c t o r s t h a t c o u l d c a u s e t h i s d i s c r e p a n c y T h e n e g a t i v e N A S B A a n d t h e p o s i t i v e N A S B A r e a c t i o n s s e e m s t o b e i n a c c o r d a n c e w i t h e x p e c t e d r e s u l t s c o n f i r m i n g t h a t t h e f l u o r o m e t e r h a s b e e n s u c c e s s f u l l y b e e n i n t e r f a c e d w i t h t h e H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m

PAGE 98

8 7 C H A P T E R 5 C O R N E R C U B E R E T R O R E F L E C T O R ( C C R ) F A B R I C A T I O N A N D D A U G H T E R B O A R D D E S I G N T h e c o n c e p t o f i n t e r f a c i n g a s e n s o r w i t h t h e P D A w a s i l l u s t r a t e d i n C h a p t e r F o u r S e n s o r s i z e s h a v e b e e n r e d u c i n g d r a s t i c a l l y w i t h t h e u p c o m i n g t e c h n o l o g i e s s u c h a s M E M S C h a p t e r f i v e d i s c u s s e s t h e d a u g h t e r b o a r d d e s i g n e d f o r t h e M E M S b a s e d C C R a n o p t i c a l s e n s o r a n d t h e s t e p s r e q u i r e d t o w a r d s C C R f a b r i c a t i o n 5 1 D e f i n i t i o n o f a C C R A C C R i s a n o p t i c a l d e v i c e w i t h t h r e e m u t u a l l y o r t h o g o n a l m i r r o r s u r f a c e s t h a t f o r m a r i g h t a n g l e c o n c a v e c o r n e r T h e m i r r o r p o s i t i o n s e n s u r e t h a t w h e n l i g h t i s d i r e c t e d o n t h e c o n c a v e c o r n e r i t r e f l e c t s b a c k i n t h e d i r e c t i o n o f t h e s o u r c e [ 5 0 5 1 5 2 ] B y m o d u l a t i n g o n e o f t h e m i r r o r s t h e r e f l e c t e d l i g h t b e c o m e s n o n p a r a l l e l t o t h e i n c i d e n t l i g h t T h e a b i l i t y o f t h e C C R t o m o d u l a t e t h e i n c o m i n g l i g h t b y p r o v i d i n g e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n t o t h e m i r r o r o p e n s a n a v e n u e f o r o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n T h e t r a n s m i t t e r t h a t p r o v i d e s m o d u l a t e d l i g h t s i g n a l s c a n b e e i t h e r a c t i v e o r p a s s i v e A n a c t i v e t r a n s m i t t e r b a s e d o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n o c c u r s b y m o d u l a t i n g i t s o w n s o u r c e o f l i g h t s u c h a s a l a s e r o r L E D I n t h e c a s e o f a p a s s i v e t r a n s m i s s i o n t h e s o u r c e l i g h t i s r e m o t e l y l o c a t e d T h u s d r a s t i c a l l y r e d u c i n g t h e p o w e r c o n s u m e d b y t h e t r a n s m i t t e r O t h e r r e s e a r c h e r s h a v e o p e r a t e d a C C R w i t h d a t a r a t e s u p t o 1 0 k p s o v e r a r a n g e o f 1 5 0 m w h i l e c o n s u m i n g o n l y 1 m W o f p o w e r [ 5 1 a n d 5 2 ] T h e a d v a n t a g e s o f l o w p o w e r c o n s u m p t i o n s m a l l s i z e a n d l o w c o s t m a k e t h e C C R a s u i t a b l e c h o i c e f o r o p t i c a l s e n s o r c o m m u n i c a t i o n I n t h i s r e s e a r c h a d a u g h t e r b o a r d w a s d e s i g n e d t o h o u s e t h e C C R m o d u l a t o r a n d p r o v i d e e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n s i g n a l s f o r m o d u l a t i o n o f m o v e a b l e m i r r o r s A C P L D d e s i g n t o c o n t r o l t h i s d a u g h t e r b o a r d a n d a H a n d s p r i n g a p p l i c a t i o n f o r t h e C C R h a s b e e n d e v e l o p e d

PAGE 99

8 8 T h e f a b r i c a t i o n o f t h e C C R c a n b e d i v i d e d i n t o t w o p a r t s : a F a b r i c a t i o n o f t h e b a s e t o r s i o n m i r r o r a n d e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n m e c h a n i s m f o r t h e m i r r o r s b F a b r i c a t i o n o f t h e o r t h o g o n a l v e r t i c a l m i r r o r s f o r t h e C C R F i g u r e 5 1 i l l u s t r a t e s t h e 3 D i m a g e o f t h e f i n a l C C R d e v i c e T h e a c t i v e m i r r o r w a s f a b r i c a t e d b y a n i n h o u s e p r o c e s s c a l l e d “ N i t r d e M E M S ” d e v e l o p e d b y D r S c o t t S a m s o n V a r i o u s e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d f o r f a b r i c a t i n g v e r t i c a l m i r r o r s a n d w i l l b e d i s c u s s e d l a t e r i n t h i s c h a p t e r F i g u r e 5 1 : 3 D i m a g e o f t h e C C R 5 2 C C R D a u g h t e r b o a r d D e s i g n T h e C C R w a s p a c k a g e d i n a 2 8 p i n c e r a m i c d u a l i n l i n e p a c k a g e ( D I P ) P i n 1 4 w a s u s e d a s t h e g r o u n d p i n a n d p i n 2 8 a s t h e p o w e r p i n A l l t h e o t h e r p i n s w e r e u s e d f o r p r o v i d i n g a c t u a t i o n t o t h e e l e c t r o s t a t i c a l l y a c t u a t e d t o r s i o n m i r r o r s T h r e e p i n s A B a n d G N D w e r e a s s i g n e d t o m o d u l a t e t h e t o r s i o n m i r r o r s W h e n a v o l t a g e w a s a p p l i e d b e t w e e n A a n d G N D t h e m i r r o r s t i l t e d t o w a r d s t h e r i g h t a n d l e f t w h e n v o l t a g e w a s a p p l i e d b e t w e e n B a n d G N D A c t i v e m i r r o r V e r t i c a l m i r r o r s S o u r c e l i g h t R e f l e c t e d l i g h t

PAGE 100

8 9 F o r t h e d a u g h t e r b o a r d t h e p a c k a g e d C C R w a s p o s i t i o n e d i n a z e r o i n s e r t i o n f o r c e ( Z I F ) t e s t s o c k e t A s t h e s e n s o r h a s n o t y e t b e e n c o m p l e t e l y f a b r i c a t e d i t w a s d e s i r e d t h a t A B a n d t h e G N D p i n s r e m a i n e d f a i r l y f l e x i b l e f o r t h e c o n n e c t i o n F o r t h i s r e a s o n a l l t h e Z I F s o c k e t p i n s w e r e r o u t e d t o a 2 8 p i n h e a d e r t w o a d d i t i o n a l 2 8 p i n h e a d e r s h a v i n g d i g i t a l l y m o d u l a t e d A a n d B h i g h v o l t a g e s i g n a l s ( 3 2 8 V ) w e r e p l a c e d a l o n g s i d e t h e a p p a r a t u s I n t h i s m a n n e r e a c h C C R p i n w a s s h o r t e d t o e i t h e r s i g n a l A o r B b y i n s e r t i n g a j u m p e r b e t w e e n e a c h J 2 J 3 o r J 3 J 4 A f t e r f a b r i c a t i o n o f t h e s e n s o r t h e C C R p i n s c a n b e a c c o r d i n g l y a s s i g n e d a n d t h e j u m p e r s w e r e p r o p e r l y s e t F i g u r e 5 2 : S c h e m a t i c o f t h e C C R d a u g h t e r b o a r d F i g u r e 5 2 s h o w s t h e s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e C C R d a u g h t e r b o a r d T h e v o l t a g e r e q u i r e d t o m o d u l a t e t h e t o r s i o n m i r r o r s w a s s e t b y t h e h i g h v o l t a g e g e n e r a t i o n s e c t i o n o f t h e m o t h e r b o a r d T h i s v o l t a g e a c t u a t e d t h e m i r r o r b y e i t h e r t i l t i n g t h e m r i g h t o r l e f t A l o w p o w e r o p e r a t i o n a l a m p l i f i e r L T 1 2 1 1 w i t h a m o d e r a t e s l e w r a t e o f 7 V / u s e c w a s s e l e c t e d t o e n a b l e t h e C C R f o r

PAGE 101

9 0 m o d u l a t i o n a t f r e q u e n c i e s u p t o 2 0 0 k H z L T 1 2 1 1 i s a v a i l a b l e i n a d u a l p a c k a g e w i t h t w o O P a m p s i n o n e c h i p B o t h t h e O P a m p s w e r e p o w e r e d u s i n g t h e h i g h v o l t a g e s i g n a l f r o m t h e m o t h e r b o a r d T h e i n p u t v o l t a g e a t t h e i n v e r t i n g e n d s o f t h e c o m p a r a t o r w a s V C C / 3 ; t h e i n p u t t o t h e n o n i n v e r t i n g e n d w a s f r o m t h e C P L D C P L D O U T 1 a n d C P L D O U T 2 w e r e t h e t w o p i n s f r o m t h e C P L D I t w a s i n t e n d e d t h a t A a n d B w o u l d b e o u t o f p h a s e b y 1 8 0 c a u s i n g o s c i l l a t i o n o f t h e a c t i v e t o r s i o n m i r r o r W h e n t h e C P L D s e n t a h i g h s i g n a l t h e c o m p a r a t o r a d d r e s s e d t h e v a l u e s a t b o t h e n d s a n d p r o v i d e d e i t h e r t h e s u p p l y v o l t a g e o r g r o u n d A n R C f i l t e r w a s c o n n e c t e d a t t h e o u t p u t o f t h e O P a m p t o c u t t h e h i g h f r e q u e n c y s i g n a l s T h e c a l c u l a t e d R C v a l u e s w e r e R = 2 7 k a n d C = 3 0 p F f o r l i m i t i n g f r e q u e n c i e s a b o v e 2 0 0 k H z 5 3 C P L D D e s i g n T h e m e m o r y m a p d e v e l o p e d f o r t h e d a u g h t e r b o a r d i s i l l u s t r a t e d i n T a b l e 5 1 O n l y o n e a d d r e s s l i n e w a s n e e d e d t o p r o v i d e s i g n a l s t o t h e d a u g h t e r b o a r d a n d t o r o t a t e t h e t o r s i o n m i r r o r s i n e i t h e r d i r e c t i o n W h e n d a t a 0 x 0 0 0 1 w a s w r i t t e n o n t h e a d d r e s s 0 x 2 9 0 0 0 0 2 0 t h e C P L D O U T 1 w a s a c t i v e T h i s r e s u l t e d i n a h i g h v o l t a g e o u t p u t f r o m t h e c o m p a r a t o r A S i m i l a r l y d a t a 0 x 0 0 0 2 m a d e C P L D O U T 2 a c t i v e r e s u l t i n g i n a h i g h v o l t a g e o u t p u t f r o m c o m p a r a t o r B T h e h i g h v o l t a g e l e v e l w a s s e t b y p r o v i d i n g P W M a t t h e a d d r e s s 0 x 2 9 0 0 0 0 0 8 A s t h e d e v i c e w a s u n d e r f a b r i c a t i o n t h e i n t e r f a c e i s s t i l l i n t h e d e v e l o p m e n t s t a g e T a b l e 5 1 : M e m o r y m a p f o r C C R d a u g h t e r b o a r d M e m o r y a d d r e s s D a t a A c t i o n 2 9 0 0 0 0 2 0 0 x 0 0 0 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 2 N o r o t a t i o n R o t a t e R i g h t R o t a t e L e f t 2 9 0 0 0 0 0 8 0 x 0 1 0 0 0 x 0 0 0 1 0 x 0 0 0 F C l e a r t h e c o u n t e r f o r P u l s e w i d t h m o d u l a t i o n ( P W M ) S e t t h e H i g h v o l t a g e l e v e l b y P W M 5 4 A c t i v e S t r u c t u r e F a b r i c a t i o n T h e a c t i v e d e v i c e c o n s i s t s o f t h e b a s e m i r r o r a n d t h e e l e c t r o s t a t i c a c t u a t i o n m e c h a n i s m t h a t w a s f a b r i c a t e d u s i n g N i t r i d e M E M S N i t r i d e M E M S i s a f o u r l a y e r p r o c e s s c o n s i s t i n g o f

PAGE 102

9 1 m e t a l a n c h o r s a c r i f i c i a l l a y e r a n d t h e c a n t i l e v e r m a t e r i a l r e s p e c t i v e l y G o l d w a s u s e d a s t h e m e t a l l a y e r T h e g o l d w a s p a t t e r n e d t o p r o v i d e c a p a b i l i t y o f p e r f o r m i n g e u t e c t i c b o n d i n g H e n c e a l l o w i n g v a r i o u s s i l i c o n w a f e r s a r e t o b e b o n d e d o n t h e m [ 5 3 ] M e t a l a l s o p r o v i d e d a c o n n e c t i o n b e t w e e n t h e c o n t a c t p a d s t o e l e c t r i c a l l y c o n n e c t t h e m F o r a c t i v e s t r u c t u r e s a n a n c h o r w a s n e e d e d a r o u n d w h i c h t h e s t r u c t u r e c a n m o v e T h i s w a s p a t t e r n e d i n l a y e r 2 o f N i t r i d e M E M S T o f o r m m o v a b l e s t r u c t u r e s a g a p o r v a c a n t a r e a n e e d s t o b e c r e a t e d T h i s w a s a c c o m p l i s h e d b y l a y e r 3 i e t h e s a c r i f i c i a l l a y e r A l a y e r f o r t h e c a n t i l e v e r s t r u c t u r e w a s a p p l i e d a n d f i n a l l y t h e s a c r i f i c i a l l a y e r w a s r e m o v e d T h i s p r o c e s s w a s f o l l o w e d a f t e r f a b r i c a t i n g t h e a c t i v e s t r u c t u r e s T h e a c t i v e s t r u c t u r e h a d a n a r e a c o n t a i n i n g t h e m e t a l l a y e r f o r b o n d i n g t h e v e r t i c a l m i r r o r s t o c o m p l e t e t h e f a b r i c a t i o n o f C C R 5 5 F a b r i c a t i o n T e c h n i q u e s A 4 ” N t y p e < 1 1 0 > a n d < 1 0 0 > s i l i c o n w a f e r w a s u s e d f o r t h e p r o c e s s e s A s i n g l e s i d e p o l i s h e d w a f e r w a s e m p l o y e d f o r t e s t i n g p u r p o s e s D o u b l e s i d e p o l i s h e d w a f e r s w e r e u s e d w h e n b o t h s i d e s o f t h e s i l i c o n w e r e p r o c e s s e d P h o t o l i t h o g r a p h y : T h e p r o c e s s o f t r a n s f e r r i n g g e o m e t r i c s h a p e s o n a m a s k t o t h e s u r f a c e o f a s i l i c o n w a f e r i s c a l l e d p h o t o l i t h o g r a p h y T h e s t e p s i n v o l v e d i n t h e p h o t o l i t h o g r a p h i c p r o c e s s i n c l u d e w a f e r c l e a n i n g a d h e s i o n p r o m o t i n g p h o t o r e s i s t s p i n n i n g s o f t b a k i n g m a s k a l i g n m e n t e x p o s u r e a n d d e v e l o p m e n t a n d h a r d b a k i n g [ 5 4 ] H e x a m e t h y l d i s i l a z a n e ( H M D S ) w a s u s e d a s a n a d h e s i o n p r o m o t e r S h i p l e y 1 8 1 3 ( S 1 8 1 3 ) a n d S h i p l e y 1 8 2 7 ( S 1 8 2 7 ) w e r e u s e d a s p o s i t i v e r e s i s t s K a r l S u s s a n d E V G m a s k a l i g n e r f o r e x p o s i n g t h e s i l i c o n w a f e r t o U V l i g h t w e r e e m p l o y e d f o r p r o c e s s i n g S 1 8 1 3 : C l e a n w a f e r : A c e t o n e / M e t h a n o l S p i n H M D S : 3 0 s e c 3 0 0 0 r p m S p i n S 1 8 1 3 : 3 0 s e c 3 0 0 0 r p m S o f t b a k e : 9 0 C f o r 6 0 s e c

PAGE 103

9 2 E x p o s u r e : 2 7 s e c ( E V G m a s k a l i g n e r ) D e v e l o p e r : M i c r o p o s i t M F 3 1 9 4 5 s e c T h i c k n e s s o f p h o t o r e s i s t : 1 4 u m ( t y p i c a l l y ) S 1 8 2 7 : C l e a n w a f e r : A c e t o n e / M e t h a n o l S p i n H M D S : 3 0 s e c 3 0 0 0 r p m S p i n S 1 8 2 7 : 3 0 s e c 3 0 0 0 r p m S o f t b a k e : 9 0 C f o r 6 0 s e c E x p o s u r e : 5 5 s e c ( E V G m a s k a l i g n e r ) D e v e l o p e r : M i c r o p o s i t M F 3 1 9 4 5 s e c T h i c k n e s s o f p h o t o r e s i s t : 2 8 7 u m ( t y p i c a l l y ) E t c h i n g : T h e p r o c e d u r e o f r e m o v i n g m a t e r i a l i s c a l l e d e t c h i n g E t c h i n g i s c l a s s i f i e d d e p e n d i n g o n t h e c h e m i c a l o r t h e g a s s e s u s e d a s w e t o r d r y r e s p e c t i v e l y T h e y a r e a l s o c l a s s i f i e d d e p e n d i n g o n t h e d i r e c t i o n o f t h e e t c h a s i s o t r o p i c a n d a n i s o t r o p i c I s o t r o p i c e t c h i n g p r o c e e d e d e q u a l l y i n a l l d i r e c t i o n s ; h o w e v e r a n i s o t r o p i c e t c h i n g w a s a n o r i e n t a t i o n b a s e d e t c h i n g K O H E t c h i n g : K O H ( P o t a s s i u m h y d r o x i d e ) i s a w e t a n i s o t r o p i c e t c h a n t o f s i l i c o n T h e s e l e c t i v i t y f o r < 1 1 1 > p l a n e s i s h i g h e r t h a n a n y o t h e r p l a n e T h e e t c h r a t e a n d t h e s e l e c t i v i t y o f p l a n e s v a r i e s w i t h c o n c e n t r a t i o n o f t h e s o l u t i o n a n d t h e t e m p e r a t u r e e t c h i n g p e r f o r m e d I t i s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e t h a t K O H ( 3 0 % w / w ) e t c h i n g a t 8 0 C r e s u l t e d i n m i n i m u m r o u g h n e s s o f s i l i c o n [ 5 5 5 6 5 7 ] E x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d o n < 1 0 0 > a n d < 1 1 0 > s i l i c o n w a f e r w i t h i d e n t i c a l p a r a m e t e r s a n d e t c h r a t e s o f 1 1 0 u m / h r a n d 8 0 u m / h r w e r e o b t a i n e d r e s p e c t i v e l y S i l i c o n N i t r i d e s e r v e d a s a m a s k i n g l a y e r f o r K O H e t c h i n g I t w a s d e p o s i t e d e i t h e r b y l o w p r e s s u r e c h e m i c a l v a p o r d e p o s i t i o n o r a p l a s m a e n h a n c e d c h e m i c a l v a p o r d e p o s i t i o n m e t h o d D e e p r e a c t i v e i o n e t c h i n g ( D R I E ) : D R I E i s a m a s k e d d r y a n i s o t r o p i c e t c h i n g o f s i l i c o n W i t h D R I E i t i s p o s s i b l e t o e t c h g e o m e t r i e s o f v a r i o u s s h a p e s a n d s i z e s O n e o f t h e s i g n i f i c a n t a s p e c t s o f D R I E i s t h a t a h i g h a s p e c t r a t i o s t r u c t u r e i s f o r m e d o n w a f e r s o f a n y o r i e n t a t i o n T h e

PAGE 104

9 3 e t c h i n g o f s i l i c o n a n d t h e p r o f i l e o b t a i n e d i s a f u n c t i o n o f e t c h p a r a m e t e r s a n d t h e a m o u n t o f s i l i c o n t o b e e t c h e d D u r i n g D R I E t h e m a c h i n e a l t e r n a t e d b e t w e e n a n e t c h i n g c y c l e a n d a p a s s i v a t i n g c y c l e T h e e t c h c y c l e s e t c h e d t h e e x p o s e d s i l i c o n w h e r e a s t h e p a s s i v a t i n g c y c l e p a s s i v a t e s t h e s i d e w a l l s t h u s p r e v e n t i n g l a t e r a l e t c h i n g T h i s s t a n d a r d e t c h p r o c e d u r e i s d e s c r i b e d a s a B o s c h p r o c e s s [ 5 8 ] T h e s e l e c t i v i t y f o r p h o t o r e s i s t o b s e r v e d w a s 6 0 : 1 a n d t h e s e l e c t i v i t y f o r s i l i c o n d i o x i d e w a s 1 0 0 : 1 T a b l e 5 2 i l l u s t r a t e s e t c h p a r a m e t e r s d u r i n g v a r i o u s c y c l e s i n U n a x i s D R I E m a c h i n e : T a b l e 5 2 B o s c h c y c l e i n D R I E P r o c e s s T i m e ( i n s e c ) R F p o w e r ( i n w a t t s ) G a s s e s ( i n s c c m ) P r e s s u r e ( i n m t o r r ) R F 1 R F 2 C 4 F 8 S F 6 A r H e P a s s i v a t i o n 5 1 0 8 2 5 7 0 0 5 4 0 5 1 8 2 3 0 C l e a n 2 9 0 8 2 5 0 5 5 0 4 0 5 1 8 2 3 0 E t c h 6 9 0 8 2 5 0 5 1 0 0 4 0 5 1 8 2 3 0 R e a c t i v e i o n e t c h ( R I E ) : P l a s m a e t c h i n g w a s g e n e r a l l y u s e d t o e t c h t h e m a s k i n g l a y e r s s u c h a s s i l i c o n d i o x i d e s i l i c o n n i t r i d e a n d p h o t o r e s i s t T h e R F p o w e r e d e l e c t r o d e s a c c e l e r a t e d t h e e t c h i n g s p e c i e s v e r t i c a l l y t o w a r d s t h e e t c h e d s u r f a c e A c h e m i c a l r e a c t i o n o c c u r r e d n o r m a l t o t h e s u r f a c e r e s u l t i n g i n a h i g h l y a n i s o t r o p i c e t c h [ 5 9 ] T h e s a m e r e c i p e w a s f o l l o w e d f o r e t c h i n g s i l i c o n d i o x i d e a n d s i l i c o n n i t r i d e a n d t h e e t c h r a t e s w e r e f a i r l y s i m i l a r H o w e v e r i t w a s o b s e r v e d t h a t t o e t c h a t h i c k e r m a s k i n g l a y e r a l o n g e r t i m e w a s n e e d e d a s t h e e t c h r a t e d e c r e a s e d w i t h t i m e P h o t o r e s i s t w a s u s e d a s t h e m a s k i n g l a y e r T h e s e l e c t i v i t y f o r p h o t o r e s i s t t o s i l i c o n o x i d e o r s i l i c o n n i t r i d e w a s a l m o s t 1 : 1 T o a v o i d e r o d i n g t h e r e s i s t t h e p h o t o r e s i s t w a s a t l e a s t t w i c e a s t h i c k a s t h e h a r d m a s k

PAGE 105

9 4 T h e p a r a m e t e r s f o r U n a x i s R I E i n c l u d e t h e f o l l o w i n g : R F p o w e r : 2 0 0 W P r e s s u r e : 4 0 m t o r r G a s e s : C H F 3 : 4 5 s c c m O 2 : 5 s c c m T h e t y p i c a l o b s e r v e d e t c h r a t e w a s 4 0 n m / m i n f o r b o t h s i l i c o n n i t r i d e a n d s i l i c o n d i o x i d e P l a s m a e n h a n c e d c h e m i c a l v a p o r d e p o s i t i o n ( P E C V D ) : I n P E C V D a t h i n o r t h i c k f i l m o f c o n d u c t i n g o r i n s u l a t i n g m a t e r i a l w a s d e p o s i t e d t h r o u g h p l a s m a T h e a d v a n t a g e o f P E C V D o v e r t h e r m a l g r o w t h o r L P C V D w a s t h a t P E C V D w a s c a r r i e d o u t a t l o w e r t e m p e r a t u r e s T h e s p e c i e s t o b e d e p o s i t e d w a s g e n e r a t e d i n p l a s m a u s i n g a p r e c u r s o r g a s P E C V D n i t r i d e p e r f o r m s a d e q u a t e w h e n u s e d a s a m a s k i n g l a y e r H o w e v e r i t s p e r f o r m a n c e i s p o o r w h e n u s e d a s a d i e l e c t r i c E x p e r i m e n t s r e v e a l e d t h a t t h e d e p o s i t i o n w a s c o n f o r m a l ; t h e p a r a m e t e r s f o r d e p o s i t i o n o f s i l i c o n d i o x i d e a n d s i l i c o n n i t r i d e a r e l i s t e d i n T a b l e 5 3 T a b l e 5 3 : P E C V D d e p o s i t i o n p a r a m e t e r s D e p o s i t i n g m a t e r i a l D e p o s i t i o n ( A / m i n ) R F p o w e r ( i n w a t t s ) G a s s e s ( i n s c c m ) P r e s s u r e ( i n m t o r r ) S i H 4 N H 3 N 2 H e N 2 0 S i l i c o n D i o x i d e 4 7 6 2 5 1 6 0 2 4 0 9 0 0 9 0 0 S i l i c o n N i t r i d e 1 2 5 5 0 2 0 0 4 2 0 0 6 1 0 9 0 0 A n o d i c b o n d i n g : A n o d i c b o n d i n g w a s a c h i e v e d b y a p p l y i n g h i g h v o l t a g e a n d t e m p e r a t u r e a c r o s s s i l i c o n a n d s o d i u m r i c h g l a s s w a f e r s i n c o n t a c t V a r i o u s t y p e s o f g l a s s r e a c t d i f f e r e n t l y

PAGE 106

9 5 w h e n a p p l y i n g v o l t a g e a n d t e m p e r a t u r e A c c o r d i n g t o t h e l i t e r a t u r e t h e b e s t r e s u l t w a s a c h i e v e d b y u s i n g a 7 7 4 0 P y r e x w a f e r a s i t h a s t h e o p t i m u m c o m p o s i t i o n o f t h e m a t e r i a l s [ 6 0 ] F o u r i m p o r t a n t p a r a m e t e r s w e r e c o n s i d e r e d d u r i n g a n o d i c b o n d i n g : a ) s u r f a c e s m o o t h n e s s b ) a p p l i e d v o l t a g e c ) a p p l i e d t e m p e r a t u r e a n d d ) c l e a n i n g t h e s u r f a c e [ 6 1 ] T h e f o l l o w i n g s u g g e s t e d s t e p s h e l p e d i n e n h a n c i n g t h e b o n d p r o c e s s : L o w s u r f a c e r o u g h n e s s o n t h e s i l i c o n a n d P y r e x w a f e r M i n i m u m 2 0 0 V a c r o s s t h e w a f e r A p p l i e d t e m p e r a t u r e w a s g r e a t e r t h a n 3 2 5 C S t a n d a r d R C A o r P i r a n h a c l e a n w a s s u g g e s t e d b e f o r e a n o d i c b o n d i n g E x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d t o c h a r a c t e r i z e t h e a n o d i c b o n d i n g o n a n E V G w a f e r w a f e r b o n d e r T h e l e a s t n u m b e r o f p i n h o l e s w e r e o b s e r v e d o n a < 1 1 0 > d o u b l e s i d e p o l i s h w a f e r a n d P y r e x w a f e r w h e n t h i s p r o c e s s w a s f o l l o w e d : S t a n d a r d R C A c l e a n o n b o t h s i l i c o n a n d P y r e x w a f e r A p p l i e d t e m p e r a t u r e : 4 0 0 C V o l t a g e : 6 0 0 V B o n d t i m e : 1 0 m i n F o r c e : 5 0 0 N 5 6 E t c h M a s k T o c o m p r e h e n d t h e e t c h i n g m e c h a n i s m a n d g e o m e t r i e s f o r b o t h w e t a n d d r y e t c h i n g i n < 1 0 0 > a n d < 1 1 0 > s i l i c o n a t e s t “ e t c h m a s k ” w a s d e s i g n e d I t c o n s i s t e d o f c o r n e r c o m p e n s a t i o n s t r u c t u r e s l i n e s a n d s q u a r e s a t 0 1 d e g r e e i n c r e m e n t s o f v a r i o u s s i z e s a p p r o x i m a t e l y 0 d e g r e e s 5 4 7 d e g r e e s a n d 4 5 d e g r e e s A d d i t i o n a l l y t h e m a s k h a d v a r i o u s o t h e r f e a t u r e s d e s i g n e d b y o t h e r s f o r t h e i r p r o j e c t s F i g u r e 5 3 i l l u s t r a t e s t h e d e s i g n f o r t h e e t c h m a s k

PAGE 107

9 6 F i g u r e 5 3 : C o v e n t o r w a r e l a y o u t o f e t c h m a s k R e s u l t s o f t h e E t c h m a s k h e l p e d i n d e v e l o p i n g p r o c e s s f l o w s f o r f a b r i c a t i o n o f v e r t i c a l C C R m i r r o r s T h e a l i g n m e n t m a r k s i n t h e m a s k w e r e o f t h e i d e n t i c a l s h a p e o f t h e s e v e r t i c a l m i r r o r s f o r t h e C C R E t c h i n g w a s c a r r i e d o u t w i t h t h e e t c h m a s k a n d t w o i n t e r e s t i n g o b s e r v a t i o n s r e s u l t e d : W e t E t c h i n g o f < 1 1 0 > : < 1 1 0 > w a f e r w a s s u b j e c t e d t o K O H e t c h i n g ( 3 0 % w / w 8 0 C ) f o r 1 2 a n d 3 h o u r s A n e t c h d e p t h o f 1 0 8 2 1 0 a n d 2 9 6 m i c r o n s w a s o b s e r v e d f o r t h e a r e a m a r k e d “ A ” o n t h e m a s k I t i n c l u d e d l i n e s o f 5 1 0 2 0 5 0 a n d 1 0 0 m i c r o n s w i d t h p a r a l l e l w i t h t h e w a f e r f l a t L P C V D s i l i c o n n i t r i d e 9 0 n m t h i c k w a s u s e d a s t h e m a s k i n g m a t e r i a l f o r t h e s e v e r t i c a l s t r u c t u r e s T h e w a f e r h a d < 1 1 1 > p l a n e s p a r a l l e l t o t h e l i n e s a n d a s a r e s u l t o f t h i s t h e r e a p p e a r e d n o e t c h i n g o n t h e s e v e r t i c a l s t r u c t u r e s T h e o t h e r e x p o s e d a r e a w a s e t c h e d a w a y T h e v e r t i c a l s t r u c t u r e s w e r e t h e n d i c e d u s i n g a 1 0 m i l b l a d e l e a v i n g b e h i n d a s m o o t h d i c e d p r o f i l e F i g u r e 5 4 i l l u s t r a t e s t h e s i d e v i e w o f t h e s i l i c o n w a f e r u s i n g a s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( S E M ) T h e s u r f a c e r o u g h n e s s a n d t h e e t c h e d a n g l e o b t a i n e d w e r e t w o o f t h e m o s t c r u c i a l f a c t o r s f o r A B

PAGE 108

9 7 f a b r i c a t i n g v e r t i c a l m i r r o r s T h e a n g l e b e t w e e n < 1 1 1 > a n d < 1 1 0 > p l a n e i s 9 0 K O H e t c h e s s i l i c o n i n < 1 1 0 > d i r e c t i o n m o r e t h a n < 1 1 1 > l e a v i n g b e h i n d s t r u c t u r e s t h a t w e r e p e r f e c t l y v e r t i c a l a s s h o w n i n F i g u r e 5 4 A f t e r e x a m i n i n g t h e s u r f a c e r o u g h n e s s o f t h e e t c h e d s t r u c t u r e s i t w a s d i s c o v e r e d t h a t t h e s u r f a c e r o u g h n e s s w a s i n t h e o r d e r o f n a n o m e t e r s T h e s u r f a c e o b t a i n e d a f t e r w e t e t c h i n g a n d d i c i n g w a s e x t r e m e l y s m o o t h a n d s u i t a b l e f o r f a b r i c a t i n g m i r r o r s A f t e r e x a m i n i n g t h e r e s u l t s a c o m p l e t e p r o c e s s f l o w w a s d e v e l o p e d f o r f a b r i c a t i n g t h e C C R ’ s d i s c u s s e d i n s e c t i o n 5 8 F i g u r e 5 4 : S E M i m a g e o f K O H e t c h e d v e r t i c a l m i r r o r s D R I E o f a l i g n m e n t m a r k s : T h e s h a p e o f t h e v e r t i c a l m i r r o r s a n d s h a p e d s t r u c t u r e s w a s s i m i l a r t o t h e a l i g n m e n t m a r k s o n t h e m a s k m a r k e d a s B i n F i g u r e 5 3 U s i n g t h e D R I E m e t h o d m o s t o f t h e r a n d o m g e o m e t r i e s w e r e e t c h e d i n s i l i c o n T h e p l u s s h a p e d s t r u c t u r e w a s s u b j e c t e d t o D R I E a n d t h e f o l l o w i n g r e s u l t s w e r e o b s e r v e d A < 1 0 0 > 5 0 0 m i c r o n s t h i c k d o u b l e s i d e p o l i s h e d w a f e r w a s b o n d e d t o P y r e x b y a n o d i c b o n d i n g A t h r e e m i c r o n s t h i c k s i l i c o n d i o x i d e l a y e r w a s d e p o s i t e d u s i n g P E C V D t o s e r v e a s t h e m a s k i n g l a y e r f o r D R I E T h e p a t t e r n w a s e x p o s e d a n d o x i d e w a s e t c h e d u s i n g R I E C o n s e q u e n t t o t h i s D R I E w a s c o m p l e t e d u s i n g s t a n d a r d B o s c h p r o c e s s a l l t h e w a y t h r o u g h t o t h e P y r e x F i g u r e 5 5 ( a ) i s t h e S E M i m a g e a f t e r t h e D R I E w a s d o n e L a t e r t h e w a f e r w a s s u b j e c t e d t o a s o l u t i o n c o n s i s t i n g o f T M A H ( 3 0 0 m l ) + I P A ( 5 0 m l ) 1 0 0 m i c r o n s w i d e 5 0 m i c r o n s w i d e 1 0 8 m i c r o n s d e e p D i c e d a r e a V e r t i c a l m i r r o r s t r u c t u r e

PAGE 109

9 8 + A m m o n i u m H y d r o x i d e ( 1 0 m l ) a t 8 0 C f o r 1 5 m i n u t e s t o r e d u c e t h e s u r f a c e r o u g h n e s s o n t h e s i d e w a l l s T h e i m p r o v e m e n t r e m a i n s e v i d e n t a s s h o w n i n F i g u r e 5 5 ( b ) I t w a s n o t e d t h a t t h e r e w a s a d r a s t i c u n d e r c u t t i n g d u r i n g t h e D R I E p r o c e s s b e c o m i n g s e v e r e a t t h e i n t e r f a c e o f t h e s i l i c o n a n d P y r e x H o w e v e r t h e p o s i t i v e a s p e c t w a s t h a t t h e b o n d i n g w a s s t r o n g e n o u g h t o h o l d t h e s t r u c t u r e a n d t h e s u r f a c e r o u g h n e s s w a s i m p r o v e d a f t e r s u b j e c t i n g i t t o w e t e t c h i n g f o r 1 5 m i n u t e s A c o m p l e t e p r o c e s s f l o w f o r f a b r i c a t i n g t h e C C R u s i n g t h e D R I E m e t h o d i s d i s c u s s e d i n s e c t i o n 5 7 A f t e r f u r t h e r l i t e r a t u r e r e v i e w a n d e x a m i n i n g t h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m e t c h m a s k t h r e e s e p a r a t e p r o c e s s f l o w s w e r e d e v e l o p e d f o r f a b r i c a t i o n o f v e r t i c a l m i r r o r s f o r a C C R T h e s e a r e d i s c u s s e d i n s e c t i o n 5 7 5 8 a n d 5 9 F i g u r e 5 5 : S E M i m a g e s o f D R I E v e r t i c a l m i r r o r ( a ) b e f o r e w e t e t c h i n g ( b ) a f t e r w e t e t c h i n g 5 7 D R I E M e t h o d T h i s m e t h o d w a s s i m i l a r t o t h e D R I E o f a l i g n m e n t m a r k e r s m e t h o d p r e v i o u s l y d e f i n e d i n t h i s r e s e a r c h T h e s i l i c o n w a f e r ( 2 5 0 u m t h i c k ) w a s b o n d e d t o P y r e x w h i c h s e r v e d f o r b o t h h a n d l i n g a n d p a c k a g i n g o f t h e C C R P E C V D o x i d e w a s d e p o s i t e d a n d t h e n p a t t e r n e d u s i n g t h e e x a c t d i m e n s i o n s o f t h e v e r t i c a l m i r r o r s t r u c t u r e s t h a t n e e d e d t o b e b o n d e d t o t h e a c t i v e d e v i c e w a f e r A s t e p b y s t e p d e s c r i p t i o n o f t h e p r o c e s s f l o w i s m e n t i o n e d i n t h e n e x t s e c t i o n T h e s i d e v i e w o f t h e s t r u c t u r e a t e a c h s t e p i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 5 6 U n d e r c u t t i n g V e r t i c a l m i r r o r s s t r u c t u r e P y r e x

PAGE 110

9 9 a T h e f i r s t s t e p w a s t h e a n o d i c b o n d i n g o f s i l i c o n w a f e r a n d P y r e x ( 7 7 4 0 ) b A 2 u m t h i c k P E C V D s i l i c o n d i o x i d e w a s d e p o s i t e d t h a t s e r v e d a s a m a s k i n g l a y e r f o r D R I E c U s i n g p h o t o r e s i s t ( P R ) S 1 8 2 7 p h o t o l i t h o g r a p h y w a s p e r f o r m e d o n t h e p a t t e r n s h o w n i n F i g u r e 5 6 T h e n t h e h a r d m a s k ( s i l i c o n d i o x i d e ) w a s e t c h e d b y R I E d T h e w a f e r w a s s u b j e c t e d t o D R I E u s i n g B o s c h c y c l e s A f t e r D R I E T M A H / I P A e t c h i n g w a s p e r f o r m e d t o i m p r o v e t h e s u r f a c e r o u g h n e s s e T h e s t r u c t u r e f o r m e d i s t o b e e u t e c t i c a l l y b o n d e d w i t h a n a c t i v e d e v i c e w a f e r t o c o m p l e t e t h e f a b r i c a t i o n o f a c t i v e C C R F i g u r e 5 6 : C r o s s s e c t i o n a l p r o c e s s f l o w f o r D R I E m e t h o d 5 8 B u l k R e l e a s e M e t h o d T h e e t c h p r o f i l e o b t a i n e d b y D R I E i s a f u n c t i o n o f t h e a m o u n t o f t h e s i l i c o n n e e d e d t o b e e t c h e d I f t h e r e w a s s i g n i f i c a n t o p e n s p a c e s o n t h e w a f e r t h e n t h e e t c h r a t e d e c r e a s e d a n d t h e e t c h e d p r o f i l e e x h i b i t e d e n o r m o u s u n d e r c u t t i n g H o w e v e r i f t h e o p e n i n g o n t h e w a f e r w a s l i m i t e d t h e n t h e e t c h e d p r o f i l e w a s m o r e v e r t i c a l a n d c o n t r o l l a b l e C o n s i d e r i n g t h i s f a c t o r a n d a f t e r t h e l i t e r a t u r e r e v i e w [ 5 6 5 7 6 2 ] a p r o c e s s f l o w f o r f a b r i c a t i o n o f a v e r t i c a l m i r r o r u s i n g t h i s t e c h n i q u e w a s d e v i s e d P E C V D S i l i c o n d i o x i d e ( 2 m i c r o n s ) S p i n P h o t o R e s i s t ( P R ) P a t t e r n P R u s i n g M a s k 1 R I E S i l i c o n d i o x i d e D R I E a n d T M A H / I P A e t c h i n g E u t e c t i c b o n d i n g w i t h a c t i v e d e v i c e w a f e r M a s k 1 S i l i c o n d i o x i d e S i l i c o n P y r e x P h o t o R e s i s t S i l i c o n w a f e r w i t h s t r u c t u r e A n o d i c b o n d i n g o f S i l i c o n w a f e r a n d P y r e x ( 7 7 4 0 )

PAGE 111

1 0 0 P y r e x i s t o b e b o n d e d t o t h e s i l i c o n w a f e r a n d m a s k s w i t h s m a l l o p e n i n g s s u r r o u n d i n g t h e v e r t i c a l m i r r o r s t r u c t u r e a r e p a t t e r n e d T h e o p e n i n g i s e t c h e d a l l t h e w a y t h r o u g h u n t i l i t r e a c h e s P y r e x C o n f o r m a l d e p o s i t i o n o f s i l i c o n n i t r i d e i s c o m p l e t e d u s i n g P E C V D d e p o s i t i o n t e c h n i q u e A s e c o n d m a s k i s t h e n a p p l i e d w h i c h o p e n s u p t h e a r e a w h e r e t h e s i l i c o n i s n o t r e q u i r e d T h e s i l i c o n i s e t c h e d e i t h e r b y u s i n g a n i s o t r o p i c e t c h a n t o r b y p e r f o r m i n g D R I E a g a i n t o e t c h t h e r e m a i n i n g s i l i c o n ( b u l k r e l e a s e ) T h e d e s i r e d s t r u c t u r e i s o b t a i n e d a n d t h e c o m p l e t e s i l i c o n s t a c k a n d t h e P y r e x w a f e r w e r e b o n d e d t o t h e a c t i v e d e v i c e u s i n g e u t e c t i c b o n d i n g T h e p r o c e d u r e h a s b e e n d e s i g n e d c o n s i d e r i n g t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e i n h o u s e D R I E p r o c e s s F i g u r e 5 7 i l l u s t r a t e s t h e c o m p l e t e p r o c e s s f l o w f o r t h e b u l k r e l e a s e m e t h o d F i g u r e 5 7 : C r o s s s e c t i o n a l p r o c e s s f l o w f o r b u l k r e l e a s e m e t h o d S p i n p h o t o r e s i s t S 1 8 1 3 P a t t e r n S 1 8 1 3 a n d R I E S i l i c o n n i t r i d e I s o t r o p i c e t c h i n g o f S i l i c o n o r D R I E S t r i p p h o t o r e s i s t s t r i p S i l i c o n n i t r i d e a n d s i l i c o n d i o x i d e M a s k 2 E u t e c t i c b o n d i n g t o t h e a c t i v e d e v i c e P a t t e r n P h o t o r e s i s t ( S 1 8 2 7 ) u s i n g M a s k # 1 R I E S i l i c o n d i o x i d e D R I E S i l i c o n ( 2 7 5 3 0 0 m i c r o n ) t i l l P y r e x a n d s t r i p r e s i s t P E C V D S i l i c o n n i t r i d e ( 3 0 0 0 A ) M a s k 1 A n o d i c b o n d i n g o f S i l i c o n w a f e r a n d P y r e x ( 7 7 4 0 ) S i l i c o n P y r e x S i l i c o n d i o x i d e P h o t o R e s i s t S i l i c o n w a f e r w i t h s t r u c t u r e P E C V D S i l i c o n D i o x i d e ( 2 m i c r o n s )

PAGE 112

1 0 1 5 9 B o n d i n g a n d D i c i n g M e t h o d T h i s m e t h o d i s b a s e d o n t h e r e s u l t s o b t a i n e d a f t e r K O H e t c h i n g o f < 1 1 0 > s i l i c o n I t e m p l o y e d t w o < 1 1 0 > s i l i c o n a n d t w o P y r e x w a f e r s A s a m a s k i n g l a y e r s i l i c o n n i t r i d e i s t o b e d e p o s i t e d u s i n g P E C V D a n d t h e n p a t t e r n e d b y R I E T h e w a f e r s a r e t h e n s u b j e c t e d t o K O H e t c h i n g a n d a l l t h e e x p o s e d s i l i c o n w i l l b e e t c h e d u p t o P y r e x T h e n o n e o f t h e w a f e r s c o n t a i n i n g t h e v e r t i c a l s t r u c t u r e s i s t o b e d i c e d t o m a k e r o o m f o r t h e s e c o n d v e r t i c a l m i r r o r I t i s t h e n b o n d e d t o t h e a c t i v e s t r u c t u r e u s i n g e u t e c t i c b o n d i n g T h e P y r e x w a f e r w i l l b e e t c h e d a w a y u s i n g e i t h e r H F v a p o r o r b y i m m e r s i n g i t i n t o H F A f t e r t h e P y r e x i s s a c r i f i c e d t h e n e x t s t e p w a s t o b o n d t h e o t h e r w a f e r t o t h e a c t i v e d e v i c e T h i s i s a t w o s t e p e u t e c t i c b o n d i n g t o t h e a c t i v e d e v i c e T h e d e t a i l e d p r o c e s s f l o w f o r i l l u s t r a t i n g t h e p r o c e s s i s s k e t c h e d i n F i g u r e 5 8 a n d 5 9 T h e s t e p b y s t e p d e s c r i p t i o n o f t h e p r o c e s s f l o w i s l i s t e d a s s u c h : a A n o d i c b o n d i n g i s p e r f o r m e d o n t w o < 1 1 0 > s i l i c o n w a f e r s b P E C V D n i t r i d e ( 3 0 0 0 A ) i s d e p o s i t e d o n b o t h t h e w a f e r s t o a c t a s a m a s k i n g l a y e r f o r w e t e t c h i n g a v e r t i c a l m i r r o r s u r f a c e c W a f e r # 1 i s p a t t e r n e d u s i n g t h e s t r u c t u r e s h o w n i n m a s k 1 a n d w a f e r # 2 i s p a t t e r n e d u s i n g t h e s t r u c t u r e s h o w n i n m a s k 2 S i l i c o n n i t r i d e i s t h e n e t c h e d b y R I E p r o c e d u r e d B o t h t h e w a f e r s a r e s u b j e c t e d t o K O H e t c h i n g u n t i l t h e y e t c h e d a l l t h e w a y t o t h e P y r e x e W a f e r # 1 w i l l b e d i c e d t o c r e a t e a t r e n c h i n t h e s i l i c o n a n d t h e n e u t e c t i c a l l y b o n d e d o n t h e w a f e r c o n t a i n i n g a c t i v e s t r u c t u r e s T h e b o n d e d P y r e x i s t h e n e t c h e d a w a y b y H F v a p o r f W a f e r # 2 w i l l b e d i r e c t l y e u t e c t i c a l l y b o n d e d o n t h e a c t i v e s t r u c t u r e A s w a f e r # 1 w a s d i c e d i t c r e a t e d a t r e n c h f o r w a f e r # 2 t o b o n d T h i s c o m p l e t e s t h e f a b r i c a t i o n s t r u c t u r e f o r a c t i v e C C R

PAGE 113

1 0 2 F i g u r e 5 8 : C r o s s s e c t i o n a l p r o c e s s f l o w f o r b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d A n o d i c b o n d i n g o f < 1 1 0 > S i l i c o n w a f e r a n d P y r e x ( 7 7 4 0 ) P E C V D S i l i c o n n i t r i d e ( 3 0 0 0 A ) P a t t e r n P h o t o r e s i s t u s i n g M a s k # 2 R I E S i l i c o n n i t r i d e K O H ( 4 5 % w / w ) e t c h i n g o f S i l i c o n a t 8 0 C M a s k f o r W a f e r # 2 S t r i p P R S t r i p n i t r i d e E u t e c t i c b o n d i n g w i t h w a f e r h a v i n g a c t i v e d e v i c e S i l i c o n P y r e x S i l i c o n d i o x i d e P h o t o R e s i s t S i l i c o n w a f e r w i t h s t r u c t u r e M a s k F o r w a f e r # 1 P a t t e r n P h o t o r e s i s t u s i n g M a s k 1 o n w a f e r # 1 R I E s i l i c o n n i t r i d e K O H e t c h i n g t i l l P y r e x A n o d i c b o n d i n g o f S i l i c o n < 1 1 0 > w a f e r a n d P y r e x ( 7 7 4 0 ) P E C V D n i t r i d e ( 3 0 0 0 A ) D i c i n g t h e V e r t i c a l M i r r o r s E u t e c t i c b o n d i n g o n A c t i v e d e v i c e P y r e x w a f e r s c a r i f i e d

PAGE 114

1 0 3 F i g u r e 5 9 : S t e p b y s t e p p r o c e s s o f b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d 5 1 0 C C R V e r t i c a l M i r r o r F a b r i c a t i o n M a s k A m a s k w a s d e s i g n e d i n C o v e n t o r w a r e s o f t w a r e t o f o r m b o t h s i n g l e a n d a r r a y s o f C C R s b y b o n d i n g t h e v e r t i c a l m i r r o r s t o a c t i v e s t r u c t u r e s f a b r i c a t e d i n P o l y M E M S a n d N i t r i d e M E M S u s i n g t h e t h r e e m e t h o d s d e v i s e d F o r P o l y M E M S t h e d i m e n s i o n f o r v e r t i c a l m i r r o r s w a s 1 5 1 0 x 1 4 1 0 x 1 5 0 m i c r o n s F o r N i t r i d e M E M S t h e d i m e n s i o n w a s 1 8 8 4 x 1 2 2 0 x 1 5 0 m i c r o n s T h e D R I E m e t h o d i s a s i n g l e m a s k p r o c e s s S t r u c t u r e s f o r b o t h P o l y M E M S a n d N i t r i d e M E M S o r i e n t e d a t 0 a n d 4 5 t o t h e w a f e r f l a t w e r e i n c o r p o r a t e d I n D R I E p r o c e s s w e t e t c h i n g i m p r o v e d t h e s u r f a c e r o u g h n e s s o f t h e m i r r o r s W h e n t h e < 1 0 0 > w a f e r w a s o r i e n t e d 4 5 a l l t h e e t c h e d m i r r o r s u r f a c e s w e r e o f i d e n t i c a l o r i e n t a t i o n T h u s t h e e t c h i n g w a s e q u a l i n a l l d i r e c t i o n s A s t h e p r o c e s s f l o w f o r b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d s u g g e s t e d t w o s e p a r a t e w a f e r s w e r e r e q u i r e d f o r t h i s p r o c e s s A l i g n m e n t o f t h e f e a t u r e s d u r i n g w a f e r p r o c e s s i n g w a s n o t a c r i t i c a l i s s u e f o r t h i s p r o c e s s e x c e p t d u r i n g b o n d i n g T h e r e f o r e s t r u c t u r e s d e s i g n e d f o r t h i s p r o c e s s w e r e l o c a t e d a t v a r i o u s p l a c e s o n t h e m a s k T h e b u l k r e l e a s e m e t h o d i s a t w o m a s k p r o c e s s I t w a s r e q u i r e d t h a t t h e t w o m a s k s b e a l i g n e d p r o p e r l y T h e r e f o r e l a y e r s 1 a n d 2 w e r e s y m m e t r i c a b o u t t h e c e n t e r o f t h e m a s k T h e y w e r e r o t a t e d 1 8 0 t o f a c i l i t a t e a l i g n m e n t f o r t h e b u l k e t c h p r o c e s s i n g s t e p A p a r t f r o m t h i s t h e m a s k c o n t a i n e d a l i g n m e n t m a r k s a n d s e v e r a l t e s t s t r u c t u r e s T h e l a y o u t o f t h e m a s k i s s h o w n i n F i g u r e 5 1 0

PAGE 115

1 0 4 F i g u r e 5 1 0 : C o v e n t o r w a r e l a y o u t o f C C R v e r t i c a l m i r r o r m a s k 5 1 1 R e s u l t s O b t a i n e d N t y p e < 1 0 0 > 5 0 0 m i c r o n t h i c k s i n g l e s i d e s i l i c o n w a f e r s w e r e p r o c e s s e d u s i n g t h e D R I E m e t h o d T h e S E M o f t h e r e s u l t s o b t a i n e d a f t e r t h e D R I E p r o c e s s i s s h o w n i n F i g u r e 5 1 1 A s e x p e c t e d s t r u c t u r e s t h a t h a d h i g h l o a d i n g e f f e c t ( i e s l o w s i l i c o n e t c h ) a l s o h a d g r e a t e r u n d e r c u t t i n g a s c o m p a r e d t o t h e o n e s w i t h l e s s l o a d i n g e f f e c t F i g u r e 5 1 1 ( a ) i s a 1 3 5 m i c r o n w i d e s t r u c t u r e ; t h e e t c h d e p t h w a s 2 2 7 1 8 m i c r o n s w i t h m e a s u r e d u n d e r c u t t i n g o f 1 9 8 7 m i c r o n s F i g u r e 5 1 1 ( b ) i s a 1 5 0 m i c r o n w i d e s t r u c t u r e s h o w i n g a n e t c h d e p t h o f 2 4 2 2 6 m i c r o n s T h e l o n g e r s i d e r e v e a l e d a n u n d e r c u t t i n g o f 1 1 6 m i c r o n s T h e u n d e r c u t t i n g o n a l l t h e f o u r s i d e s o n t h e s e s t r u c t u r e s w a s n o t c a l c u l a t e d T h e u n d e r c u t t i n g o n t h e s m a l l e r s i d e t h a t h a s t h e l e a s t s i l i c o n t o e t c h a p p e a r e d m o r e v e r t i c a l A l t h o u g h b e i n g s u b j e c t e d t o D R I E t h e w a f e r s u r f a c e s t i l l a p p e a r e d f a i r l y r e f l e c t i v e T h e s t r u c t u r e t h u s f o r m e d w a s a p a s s i v e C C R w i t h v e r t i c a l m i s a l i g n m e n t o f a p p r o x i m a t e l y f i v e d e g r e e s B u l k r e l e a s e m e t h o d s t r u c t u r e s ( m a k s 1 ) B u l k r e l e a s e m e t h o d s t r u c t u r e s ( m a s k 2 ) D R I E m e t h o d s t r u c t u r e s a t 0 w i t h f r a m e D R I E m e t h o d s t r u c t u r e s a t 4 5 w i t h f r a m e B o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d s t r u c t u r e s B o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d s t r u c t u r e s

PAGE 116

1 0 5 ( a ) ( b ) F i g u r e 5 1 1 : S E M i m a g e o f v e r t i c a l m i r r o r f o r D R I E m e t h o d ( a ) 1 3 5 m i c r o n s w i d e s t r u c t u r e ( b ) 1 5 0 m i c r o n s w i d e s t r u c t u r e B u l k r e l e a s e m e t h o d r e q u i r e d t h a t v e r t i c a l t r e n c h e s b e f o r m e d u s i n g m a s k 1 F o r t h i s r e a s o n D R I E c h a r a c t e r i z a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g N t y p e < 1 0 0 > 5 0 0 m i c r o n t h i c k w a f e r s E x p e r i m e n t s w e r e e n a c t e d t o c h a r a c t e r i z e t h e D R I E p r o c e s s i n g b y v a r y i n g t h e e x p o s e d a r e a o n t h e m a s k T h e b u l k r e l e a s e m e t h o d w a s f o l l o w e d o n t h e w a f e r t h a t p r o d u c e d v e r t i c a l s t r u c t u r e s a f t e r D R I E F i g u r e 5 1 2 ( a ) i l l u s t r a t e s t h e S E M o f t h e s t r u c t u r e s w h i c h w e r e 5 0 m i c r o n s w i d e a n d 2 3 5 m i c r o n s d e e p w i t h a m u c h i m p r o v e d ( c o m p a r e d t o t h e s i n g l e s t e p D R I E m e t h o d ) e t c h a n g l e o f 8 9 6 6 F i g u r e 5 1 2 ( b ) s h o w s t h e p r o f i l e a t t h e b o t t o m o f t h e t r e n c h e s d i s p l a y i n g t h e m o d e r a t e s u r f a c e r o u g h n e s s a f t e r D R I E

PAGE 117

1 0 6 ( a ) ( b ) F i g u r e 5 1 2 : S E M i m a g e o f s i d e v i e w o f b u l k r e l e a s e m e t h o d s t r u c t u r e s ( a ) S i d e v i e w o f t r e n c h e d f o r m e d a f t e r D R I E ( b ) M a g n i f i e d i m a g e o f b o t t o m o f t r e n c h O n e m a i n a d v a n t a g e o f t h e D R I E i s i t s s i m p l i c i t y A h e r m e t i c s e a l c a n b e e a s i l y i n c l u d e d a r o u n d t h e C C R A p a r t f r o m t h a t t h e p r o c e s s c a n b e m a d e m o r e f l e x i b l e s i n c e s i l i c o n d i o x i d e a n d P R w e r e b o t h u s e d a s a m a s k i n g l a y e r D R I E p r o c e s s i s a f u n c t i o n o f v a r i o u s p a r a m e t e r s a n d i t i s e x t r e m e l y c h a l l e n g i n g t o a c h i e v e p e r f e c t v e r t i c a l s t r u c t u r e s w i t h a l a r g e e t c h a r e a S u r f a c e r o u g h n e s s i s a n i m p o r t a n t i s s u e w i t h D R I E p r o c e s s T h e e t c h e d s t r u c t u r e s s h o w n i n F i g u r e 5 5 h a v e s u r f a c e r o u g h n e s s i n t h e o r d e r s o f m i c r o n s u n a c c e p t a b l e f o r o p t i c a l s e n s o r s S i n c e b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d i n v o l v e s w e t e t c h a n t s t h e s u r f a c e o b t a i n e d i s s m o o t h a n d t h e a s p e c t r a t i o a c h i e v e d i s h i g h H o w e v e r t h e p r o c e s s i s e x t r e m e l y c o m p l e x a n d i n v o l v e s t w i c e t h e n u m b e r o f w a f e r s a s c o m p a r e d t o o t h e r p r o c e s s e s U n d e r c u t t i n g a t t h e e n d s o f t h e v e r t i c a l m i r r o r s w i l l a l s o o c c u r i n b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d t h u s t h e m i r r o r s f o r m e d w i l l n o t b e o f d e s i r e d d i m e n s i o n s t h o u g h t h a t h a s b e e n a c c o u n t e d f o r d u r i n g m a s k d e s i g n T h e b u l k r e l e a s e m e t h o d i s a c o m p l e x m e t h o d f o r f a b r i c a t i n g v e r t i c a l m i r r o r s a s c o m p a r e d t o D R I E m e t h o d S p i n n i n g p h o t o r e s i s t i n t h e d e e p t r e n c h e s f o r m e d a n d t h e n p e r f o r m i n g p h o t o l i t h o g r a p h y o n t h e m i s c h a l l e n g i n g S i n c e t h i s m e t h o d i n v o l v e s D R I E s u r f a c e r o u g h n e s s i s a l s o a n i s s u e H o w e v e r w i t h b u l k r e l e a s e m e t h o d s t r u c t u r e s o f v a r i o u s g e o m e t r i e s o n a s i n g l e w a f e r c a n b e f o r m e d a n d a h i g h a s p e c t r a t i o c a n b e a c h i e v e d a s s h o w n i n f i g u r e 5 1 2

PAGE 118

1 0 7 O f a l l t h e t h r e e f a b r i c a t i o n m e t h o d d i s c u s s e d a b o v e b u l k r e l e a s e m e t h o d c o u l d b e p r e f e r r e d o v e r t h e o t h e r t w o m e t h o d s d u e t o t h e f o l l o w i n g a d v a n t a g e s : f o r m a t i o n o f h i g h a s p e c t r a t i o s t r u c t u r e s u s i n g D R I E e c o n o m i c a l a n d s t a b l e s i n c e s i n g l e b o n d i n g s t e p w i t h a c t i v e d e v i c e A h e r m e t i c s e a l f o r t h e i n d i v i d u a l o r a n a r r a y o f C C R c a n b e f o r m e d u s i n g t h i s m e t h o d

PAGE 119

1 0 8 C H A P T E R 6 C O N C L U S I O N S A N D F U T U R E W O R K 6 1 C o n c l u s i o n s T h e n o v e l c o n c e p t o f i n t e r f a c i n g a s e n s o r w i t h P D A w a s s u c c e s s f u l l y i m p l e m e n t e d T h e g e n e r i c m o t h e r b o a r d d e s i g n e d w a s c a p a b l e o f i n t e r f a c i n g s e n s o r s h o u s e d i n t h e d a u g h t e r b o a r d w i t h t h e P D A T h e s e n s o r s u n d e r s t u d y i n c l u d e d t h e r m a l l y r e g u l a t i n g f l u o r o m e t e r b a s e d b i o s e n s o r a n d o p t i c a l b a s e d C C R T h e m o t h e r b o a r d i n c o r p o r a t e d t h e f o l l o w i n g f e a t u r e s : a L o w p o w e r c o n s u m p t i o n d u r i n g o p e r a t i o n s ( 7 0 m W ) b A n a l o g t o D i g i t a l c o n v e r s i o n o f t h e s i g n a l s f r o m t h e s e n s o r s w i t h a 1 6 b i t r e s o l u t i o n c T w o p r o g r a m m a b l e c l o c k o s c i l l a t o r s c a p a b l e o f s e n d i n g s i g n a l s u p t o 2 7 6 M H z d C o n s t a n t v o l t a g e s u p p l y t o t h e c o m p o n e n t s o n t h e b o a r d ( 3 3 V ) e R e p r o g r a m m a b l e a n d l o w p o w e r c o n s u m p t i o n X i l i n x C P L D f o r i m p l e m e n t i n g l o g i c d e s i g n s f D a u g h t e r b o a r d i n t e r f a c e t h r o u g h t h r e e 4 0 p i n c o n n e c t o r s g O n b o a r d J T A G p r o g r a m m i n g h I n d i c a t o r L E D s T h e m o t h e r b o a r d w a s c a p a b l e o f g e n e r a t i n g h i g h v o l t a g e s i g n a l s ( 3 2 8 V ) h o w e v e r t h e p o w e r r e q u i r e d b y f l u o r o m e t e r w a s e n o r m o u s ( 9 W m a x i m u m ) T h e a d d i t i o n a l b a t t e r y b o a r d w a s d e v e l o p e d f o r t h e a b o v e p u r p o s e w h i c h w a s c o m p a t i b l e w i t h t h e m o t h e r b o a r d d e s i g n e d T h e h e a t e d f l u o r o m e t e r w a s d e s i g n e d t o p e r f o r m a n d d e t e c t r e a l t i m e N A S B A A n i n c r e a s e i n f l u o r e s c e n c e o v e r t i m e d e t e r m i n e d w h e t h e r t h e t a r g e t R N A w a s p r e s e n t i n t h e s a m p l e N A S B A e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d o n t h e F l o r i d a R e d t i d e o r g a n i s m s K b r e v i s a n d a n i n c r e a s e i n f l u o r e s c e n c e s i g n a l w a s o b s e r v e d o n t h e P D A T h e a m p l i f i c a t i o n o f t h e t a r g e t R N A i n t h e

PAGE 120

1 0 9 s a m p l e w a s c o n f i r m e d b y g e l a n a l y s i s o f t h e s o l u t i o n E x p e r i m e n t a l r u n s w e r e a l s o p e r f o r m e d u s i n g n e g a t i v e N A S B A s o l u t i o n a n d w a t e r A c o n s t a n t f l u o r e s c e n c e s i g n a l w a s o b s e r v e d o n t h e P D A a s e x p e c t e d s i n c e n o a m p l i f i c a t i o n w a s o c c u r r i n g i n t h e s o l u t i o n T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h a t t h e d e v e l o p e d u n i t r e p r e s e n t s a p r o t o t y p e f o r a f i e l d a b l e v e r s i o n o f t h e f l u o r o m e t e r T h i s c a n b e e x p l o r e d f u r t h e r t o d e v e l o p a n e n h a n c e d a u t o m a t e d v e r s i o n a s s i s t i n g t h e s c i e n t i s t s t o s t u d y t h e r e s p o n s e o f t h e t a r g e t R N A o n t h e f i e l d T h e s e n s o r b o a r d w a s d e v e l o p e d f o r e l e c t r o s t a t i c a l l y a c t u a t i n g M E M S b a s e d C C R F u r t h e r w o r k w a s c o n d u c t e d t o w a r d s f a b r i c a t i n g t h e v e r t i c a l m i r r o r s o f C C R F e a t u r e s w e r e d e s i g n e d i n t h e e t c h m a s k t o c o m p r e h e n d d r y a n d w e t e t c h i n g i n s i l i c o n S u b s e q u e n t t o t h i s s t a g e t h r e e p r o c e s s f l o w s a n d a m a s k w e r e d e s i g n e d t o f a b r i c a t e t h e v e r t i c a l m i r r o r s a n d e v e n t u a l l y b o n d t h e m t o t h e a c t i v e d e v i c e E x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d a n d a n e t c h a n g l e o f 8 9 6 6 w a s o b t a i n e d w h i l e c h a r a c t e r i z i n g D R I E p r o c e s s f o r b u l k r e l e a s e m e t h o d T h i s a n g l e i s s u f f i c i e n t f o r C C R o p e r a t i o n T h o u g h t h e H a n d s p r i n g V i s o r e x h i b i t s m a n y f e a t u r e s h o w e v e r i t s c o m p a t i b i l i t y w i t h w i n d o w s i s l i m i t e d D o w n l o a d i n g d a t a f r o m P D A s t o r e d i n a u s e r c r e a t e d d a t a b a s e i s c o m p l e x s i n c e i t r e q u i r e s u s e o f c o n d u i t s w h i c h a r e d i f f i c u l t t o i m p l e m e n t A l s o H a n d s p r i n g V i s o r P r i s m i s n o t b e i n g p r o d u c e d a n y m o r e H o w e v e r H a n d s p r i n g e n c o u r a g e s m a n u f a c t u r e o f V i s o r P r i s m i n b u l k T h o u g h t h e s p r i n g b o a r d o f f e r s a n e f f i c i e n t a n d p o w e r f u l i n t e r f a c e i t i s n o t t h e s t a n d a r d i n t e r f a c e m e d i u m C o m m u n i c a t i o n f o r m o s t P D A ’ s i s a c h i e v e d b y s e r i a l m o d e o f d a t a t r a n s f e r T h e m a i n a d v a n t a g e t h a t t h e s p r i n g b o a r d h a s o v e r i t s c o u n t e r p a r t s i s t h a t i t e m p l o y s p a r a l l e l m o d e o f c o m m u n i c a t i o n w h i c h i s f a s t e r R e c e n t l y N a t i o n a l I n s t r u m e n t s h a s d e v e l o p e d L a b v i e w s o f t w a r e f o r P D A w h i c h w o u l d f a c i l i t a t e d e v e l o p m e n t o f a p p l i c a t i o n o n t h e P D A 6 2 F u t u r e W o r k F u t u r e w o r k w o u l d f o c u s o n r e t r i e v i n g d a t a s t o r e d o n t h e P D A a n d e n h a n c i n g t h e f l u o r o m e t e r a p p l i c a t i o n T h e d a t a w a s s t o r e d i n t h e P a l m d a t a b a s e f o r m a t A s p e c i f i c c o n d u i t n e e d s t o b e w r i t t e n t o s y n c h r o n i z e d a t a b e t w e e n t h e P D A a n d t h e d e s k t o p I m p r o v e m e n t i n t h e

PAGE 121

1 1 0 f l u o r o m e t e r a p p l i c a t i o n s h o u l d b e d o n e t o m a k e t h e c o m p l e t e s y s t e m m o r e a u t o m a t e d T h e u s e r s h o u l d b e c a p a b l e o f c a l i b r a t i n g t h e h e a t e r b y c h a n g i n g t h e m a x i m u m a n d m i n i m u m t e m p e r a t u r e v a l u e s i n a f o r m T h e u s e r s h o u l d a l s o b e a b l e t o s c a l e t h e f l u o r e s c e n c e p l o t s i n c e t h e i n c r e a s e i n f l u o r e s c e n c e s i g n a l i s s m a l l a n d t h e n u m b e r o f p i x e l s o n t h e P D A c a n n o t a c c o m m o d a t e t h i s A l t e r n a t e l y t o m a k e t h e s y s t e m m o r e a u t o m a t e d t h e a p p l i c a t i o n c o u l d w a i t f o r a n i n i t i a l f i v e m i n u t e s ; o n c e t h e f l u o r e s c e n c e v a l u e s t a b i l i z e d t h e P D A s h o u l d a u t o m a t i c a l l y s c a l e t h e l o w e r a n d t h e h i g h e r f l u o r e s c e n c e a x i s v a l u e s T h i s w i l l a l l o w t h e e n d u s e r t o s e e t h e r e s p o n s e m o r e c l e a r l y o n t h e P D A t h a n t h e c u r r e n t s y s t e m w h e r e t h e i n c r e m e n t i n t h e f l u o r e s c e n c e i s o n l y a c o u p l e o f p i x e l s a t t h e m o s t T h e i n t e g r a t i o n t i m e a n d t h e n u m b e r o f i n t e g r a t i o n s w e r e p r e s e n t l y f i x e d i n f u t u r e a p p l i c a t i o n s ; t h e u s e r s h o u l d h a v e a n o p t i o n o f a l t e r i n g t h e s e v a l u e s V e r t i c a l m i r r o r f a b r i c a t i o n t e c h n i q u e s h a v e b e e n d i s c u s s e d i n C h a p t e r F i v e E x p a n d e d r e s e a r c h r e q u i r e s a d d i t i o n a l e x p e r i m e n t s t o c o m p l e t e t h e f a b r i c a t i o n o f v e r t i c a l m i r r o r s B u l k r e l e a s e b o n d i n g a n d d i c i n g m e t h o d s a p p e a r p r o m i s i n g f o r f u r t h e r r e s e a r c h i n t h i s c a t e g o r y A f t e r f a b r i c a t i n g t h e v e r t i c a l m i r r o r s o n e s h o u l d i n c l u d e b o n d i n g t o t h e a c t i v e s t r u c t u r e t o c o m p l e t e t h e f a b r i c a t i o n o f C C R A f t e r f a b r i c a t i n g t h e C C R i t n e e d s t o b e p a c k a g e d i n a D I P t o h o u s e i t o n t h e d a u g h t e r b o a r d T h e d a u g h t e r b o a r d w i l l b e c o n n e c t e d t o t h e m o t h e r b o a r d a n d t h e n i n t e r f a c e d w i t h t h e P D A e v e n t u a l l y c o m p l e t i n g t h e i n t e r f a c e o f t h e C C R w i t h t h e P D A A s t h e n e x t s t e p o f r e s e a r c h t h e c o n c e p t o f i n t e r f a c i n g t h e P D A t o s e n s o r s c o u l d b e e x t e n d e d t o v a r i o u s M E M S s e n s o r s s u c h a s a s p e c t r o m e t e r a m a s s i o n t r a p a p r e s s u r e s e n s o r a n d o t h e r s i m i l a r d e v i c e s E v e n t u a l l y s e v e r a l s e n s o r s c o u l d b e i n t e g r a t e d o n a s i n g l e P C B b o a r d a n d s u b s e q u e n t l y i n t e r f a c e d w i t h t h e P D A

PAGE 122

1 1 1 R E F E R E N C E S [ 1 ] C h o n g C Y a n d K u m a r S P “ S e n s o r N e t w o r k s : E v o l u t i o n O p p o r t u n i t i e s a n d C h a l l e n g e s ” P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E v o l u m e 9 1 n o 8 p p 1 2 4 7 1 2 5 6 A u g u s t 2 0 0 3 [ 2 ] F o n g T U R L : h t t p : / / w w w c s c m u e d u / ~ t e r r y [ 3 ] S o m m e r s D R S t u b b s D D a n d H u n t W D “ A P D A B a s e d W i r e l e s s B i o s e n s o r u s i n g I n d u s t r y s t a n d a r d c o m p o n e n t s ” I E E E s e n s o r s j o u r n a l v o l 4 N o 5 p p 5 5 1 5 5 8 O c t o b e r 2 0 0 4 [ 4 ] E l e c t r o c h e m i c a l A n a l y s i s u s i n g P D A P A L M S E N S U R L : h t t p : / / w w w p a l m s e n s c o m / [ 5 ] L u W C a s t e l l a n e s J a n d R o d r i g u e s O “ R e m o t e R o b o t C o n t r o l U s i n g a P e r s o n a l D i g i t a l A s s i s t a n t ( P D A ) ” B a c h e l o r s o f A p p l i e d C o m p u t e r S c i e n c e t h e s i s N e t w o r k C e n t r i c A p p l i e d R e s e a r c h T e a m D e p a r t m e n t o f M a t h P h y s i c s a n d C o m p u t e r S c i e n c e [ 6 ] F e y n m a n R P “ T h e r e s P l e n t y o f R o o m a t t h e B o t t o m ” A n n u a l m e e t i n g o f t h e A m e r i c a n P h y s i c a l S o c i e t y D e c e m b e r 2 9 t h 1 9 5 9 [ 7 ] B u l t K ( e t a l ) “ L o w P o w e r S y s t e m s f o r W i r e l e s s M i c r o s e n s o r s ” P r o c e e d i n g s o f t h e 1 9 9 6 I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n L o w P o w e r E l e c t r o n i c s a n d D e s i g n M o n t e r e y C A U S A v o l 1 2 1 4 p p 1 7 2 2 A u g 1 9 9 6 [ 8 ] T o w n s e n d C P H a m e l M J S o n n t a g P T r u t o r B G a l b r e a t h J A r m s S W “ S c a l e a b l e w i r e l e s s w e b e n a b l e d s e n s o r n e t w o r k s ” S e n s o r s f o r I n d u s t r y C o n f e r e n c e 2 n d I S A / I E E E p p 1 7 2 1 7 8 2 0 0 2 [ 9 ] K a h n J M K a t z R H a n d P i s t e r K S J “ N e x t c e n t u r y c h a l l e n g e s : M o b i l e n e t w o r k i n g f o r s m a r t d u s t ” P r o c e e d i n g s o f t h e M O B I C O M S e a t t l e p p 2 7 1 2 7 8 1 9 9 9 [ 1 0 ] V i r t u a l I n s t i t u t e L a b o r a t o r y o f t h e V i s i o n O n l i n e P r o j e c t U R L : h t t p : / / w w w e n m e u c a l g a r y c a / ~ v i l c a / 1 6 v i l c a n o n P r o t e c t e d / 7 0 V I S I O N n o n P r o t / 2 0 V I L m a i n / 0 5 b a s i c S t u f f / C I R P V i s i o n O n l i n e p d f [ 1 1 ] H a n d s p r i n g D e v e l o p m e n t T o o l s G u i d e U R L : h t t p : / / w w w H a n d s p r i n g c o m / d e v e l o p e r s / H a n d s p r i n g D e v e l o p m e n t T o o l s G u i d e p d f [ 1 2 ] S p r i n g b o a r d D e v e l o p m e n t G u i d e U R L : h t t p : / / w w w H a n d s p r i n g c o m / d e v e l o p e r s / S p r i n g b o a r d D e v e l o p m e n t G u i d e 1 1 4 p d f [ 1 3 ] H o w S t u f f W o r k s U R L : h t t p : / / w w w h o w s t u f f w o r k s c o m

PAGE 123

1 1 2 [ 1 4 ] C N E T N e w s U R L : h t t p : / / n e w s c o m c o m / G a m i n g + s t a r t u p + u n w r a p s + n e w + P D A / 2 1 0 0 1 0 4 1 3 5 0 5 7 1 7 8 h t m l ? t a g = s t r e f g o o [ 1 5 ] L a b V i e w b a s e d P D A f r o m N a t i o n a l I n s t r u m e n t s U R L : h t t p : / / s i n e n i c o m / a p p s / w e / n i o c v p ? c i d = 1 2 2 1 9 & l a n g = U S [ 1 6 ] T e c h n i c a l R e f e r e n c e G u i d e f o r H a n d s p r i n g V i s o r S e r i e s U R L : h t t p : / / w w w H a n d s p r i n g c o m / d e v e l o p e r s / T e c h R e f V i s o r F a m i l y 1 1 0 p d f [ 1 7 ] V i s o r U s e r G u i d e U R L : h t t p : / / w w w H a n d s p r i n g c o m / d e v e l o p e r s / V i s o r H a n d h e l d U s e r G u i d e p d f [ 1 8 ] B r o w n G “ P a l m O S B i b l e ” J o h n W i l e y & S o n s 2 0 0 0 [ 1 9 ] C o n s t r u c t o r f o r P a l m O S U R L : h t t p : / / w w w p a l m o s c o m / d e v / s u p p o r t / d o c s / c o n s t r u c t o r / C G R T O C h t m l [ 2 0 ] A N 1 7 S p r i n g b o a r d C o m p a t i b i l i t y H a n d s p r i n g D e v e l o p e r s N o t e s U R L : h t t p : / / w w w H a n d s p r i n g c o m / d e v e l o p e r s / t e c h n o t e s j h t m l [ 2 1 ] P a c i f i c M i c r o i n s t r u m e n t U R L : h t t p : / / w w w p a c i f i c m i c r o i n s t r u m e n t s c o m [ 2 2 ] P a l m O S P r o g r a m m e r s A P I R e f e r e n c e U R L : h t t p : / / w w w p a l m o s c o m / d e v / s u p p o r t / d o c s / p a l m o s / R e f e r e n c e T O C h t m l [ 2 3 ] P a l m O S v s P o c k e t P C U R L : h t t p : / / w h i t e p a p e r s z d n e t c o u k / 0 3 9 0 2 5 9 4 5 6 0 0 7 2 1 7 4 p 3 9 0 0 0 6 5 7 q 0 0 h t m [ 2 4 ] F o s t e r L R “ P a l m O S P r o g r a m m i n g B i b l e ” J o h n W i l e y & S o n s 2 0 0 0 [ 2 5 ] P a l m O S D e v e l o p e r s C o m p a n i o n 1 U R L : h t t p : / / w w w p a l m o s c o m / d e v / s u p p o r t / d o c s / p a l m o s / C o m p a n i o n T O C h t m l P a l m D e v e l o p e r C o m p a n i o n I [ 2 6 ] P a l m O S D e v e l o p e r s C o m p a n i o n 2 U R L : h t t p : / / w w w p a l m o s c o m / d e v / s u p p o r t / d o c s / p a l m o s / C o m p a n i o n 2 T O C h t m l P a l m D e v e l o p e r C o m p a n i o n 2 [ 2 7 ] P a l m O S U R L : h t t p : / / w w w p a l m o s c o m [ 2 8 ] G i g u e r e E “ P a l m D a t a b a s e P r o g r a m m i n g : T h e C o m p l e t e D e v e l o p e r ’ s G u i d e ” J o h n W i l e y & S o n 1 9 9 9 [ 2 9 ] C o d e w a r r i o r f o r P a l m O S P l a t f o r m D e v e l o p m e n t T o o l s 8 0 U R L : h t t p : / / w w w m e t r o w e r k s c o m / p d f / p a l m 8 t u t o r i a l p d f [ 3 0 ] M e t r o w e r k s C o d e w a r r i o r U n i v e r s i t y U R L : h t t p : / / w w w c o d e w a r r i o r u c o m [ 3 1 ] X i l i n x H o m e W e b s t i e U R L : h t t p : / / w w w n u h o r i z o n s c o m / c p l d / G e t t i n g S t a r t e d / W h y C h o o s e X i l i n x C P L D h t m l

PAGE 124

1 1 3 [ 3 2 ] D a t a s h e e t f o r M a x 1 8 1 8 U R L : h t t p : / / w w w m a x i m i c c o m / q u i c k v i e w 2 c f m / q v p k / 2 3 8 3 [ 3 3 ] D a t a s h e e t f o r Z e t e x Z X L B 1 6 0 0 U R L : h t t p : / / w w w z e t e x c o m / 3 0 / a 1 2 3 a s p [ 3 4 ] D a t a s h e e t f o r L i n e a r L T C 1 8 6 5 L U R L : h t t p : / / w w w l i n e a r c o m / p c / p r o d u c t D e t a i l d o ? n a v I d = H 0 C 1 C 1 1 5 5 C 1 0 0 1 C 1 1 5 8 P 2 2 6 0 [ 3 5 ] P r o g r a m m a b l e L o g i c d e v i c e c o m a p r i s i o n U R L : h t t p : / / b a l l a d e c s u c l a e d u / ~ c o n g / s l i d e s / a s p d a c 2 k p d f [ 3 6 ] M i c o n t r o l l e r d e s c r i p t i o n U R L : h t t p : / / w w w m i c r o c o n t r o l l e r c o m / W h a t s I n s i d e / [ 3 7 ] X i l i n x C P L D U R L : h t t p : / / w w w x i l i n x c o m / b v d o c s / p u b l i c a t i o n s / d s 0 1 3 p d f [ 3 8 ] X i l i n x I S E W e b p a c k S o f t w a r e U R L : h t t p : / / w w w x i l i n x c o m / i s e / w e b p a c k / [ 3 9 ] K e e r J T a n d B i r c h L J “ M o l e c u l a r m e t h o d s f o r t h e a s s e s s m e n t o f b a c t e r i a l v i a b i l i t y ” J o u r n a l o f M i c r o b i a l M e t h o d v o l 5 3 ( 2 ) p p 1 7 5 8 3 M a y 2 0 0 3 [ 4 0 ] T y a g i S a n d K r a m e r F R “ M o l e c u l a r b e a c o n s : p r o b e s t h a t f l u o r e s c e u p o n h y b r i d i z a t i o n ” N a t u r e B i o t e c h n o l o g y v o l 1 4 ( 3 ) p p 3 0 3 3 0 8 M a r c h 1 9 9 6 [ 4 1 ] I n f o r m a t i o n a b o u t N A S B A U R L : h t t p : / / w w w b i o m e r i e u x c o m [ 4 2 ] D a t a f o r t h e s a m p l e N A S B A p r o v i d e d b y M a t t h e w C S m i t h ( m s m i t h @ m a r i n e u s f e d u ) [ 4 3 ] F a r m e r A F r i e s D F l a n e r y W M a s s i n i J “ A H a n d h e l d t h e r m a l r e g u l a t i n g f l u o r o m e t e r ” R e v i e w o f S c i e n t i f i c I n s t r u m e n t s ( i n p r i n t ) 2 0 0 4 [ 4 4 ] D a t a s h e e t f o r I V C 1 0 2 U R L : h t t p : / / f o c u s t i c o m / d o c s / p r o d / f o l d e r s / p r i n t / i v c 1 0 2 h t m l [ 4 5 ] D a t a s h e e t f o r A D S 7 8 0 8 U R L : h t t p : / / f o c u s t i c o m / d o c s / p r o d / f o l d e r s / p r i n t / a d s 7 8 0 8 h t m l [ 4 6 ] D a t a s h e e t f o r L T C 1 3 8 9 U R L : h t t p : / / w w w l i n e a r c o m c n / p r o d / d a t a s h e e t h t m l ? d a t a s h e e t = 4 8 0 [ 4 7 ] P a n a s o n i c N i M H B a t t e r i e s U R L : h t t p : / / w w w p a n a s o n i c b a t t e r i e s b e / [ 4 8 ] D a t a s h e e t f o r M a x 7 1 2 U R L : h t t p : / / p d f s e r v m a x i m i c c o m / e n / d s / 1 6 6 6 p d f [ 4 9 ] C a s p e r E T P a u l J H S m i t h M C a n d G r a y M “ D e t e c t i o n a n d Q u a n t i f i c a t i o n o f t h e R e d T i d e D i n o f l a g e l l a t e K a r e n i a b r e v i s b y R e a l T i m e N u c l e i c A c i d S e q u e n c e B a s e d A m p l i f i c a t i o n ” A m e r i c a n S o c i e t y f o r M i c r o b i o l o g y A p p l i e d E n v i r o n m e n t M i c r o b i o l o g y v o l 7 0 p p 4 7 2 7 – 4 7 3 2 2 0 0 4 [ 5 0 ] K a t a p a l l y M R “ T o w a r d s t h e d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n o f m i c r o m a c h i n e d c o r n e r c u b e R e t r o r e f l e c t o r ” M a s t e r s T h e s i s U n i v e r s i t y o f S o u t h F l o r i d a 2 0 0 3

PAGE 125

1 1 4 [ 5 1 ] A g a r w a l R “ A N o v e l N o r m a l t o p l a n e s p a c e e f f i c i e n t M i c r o C o r n e r C u b e R e t r o r e f l e c t o r w i t h i m p r o v e d F i l l F a c t o r ” M a s t e r s T h e s i s U n i v e r s i t y o f S o u t h F l o r i d a 2 0 0 3 [ 5 2 ] C h u P B “ O p t i c a l c o m m u n i c a t i o n w i t h m i c r o m a c h i n e d C o r n e r C u b e R e t r o r e f l e c t o r “ P h D t h e s i s U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a L o s A n g l e s 1 9 9 8 [ 5 3 ] W o l f f e n b u t t e l R F “ L o w t e m p e r a t u r e i n t e r m e d i a t e A u S i w a f e r b o n d i n g ; e u t e c t i c o r s i l i c i d e b o n d ” S e n s o r s a n d a c t u a t o r s A 6 2 p p 6 8 0 6 8 6 ( 1 9 9 7 ) [ 5 4 ] P h o t o l i t h o g r a p h y T h e o r y U R L : h t t p : / / w w w e c e g a t e c h e d u / r e s e a r c h / l a b s / v c / t h e o r y / p h o t o l i t h h t m l [ 5 5 ] F i n d l e r G M u c h o w J K o c h M M u n z e l H T e m p o r a l e v o l u t i o n o f s i l i c o n s u r f a c e r o u g h n e s s d u r i n g a n i s o t r o p i c e t c h i n g p r o c e s s ” P r o c e e d i n g i n I E E E M i c r o e l e c t o m e c h a n i c a l s y s t e m s p p 6 2 6 6 F e b 4 7 1 9 9 2 [ 5 6 ] S e i d e l H “ T h e m e c h a n i s m o f a n i s o t r o p i c s i l i c o n e t c h i n g a n d i t s r e l e v a n c e f o r m i c r o m a c h i n g ” 4 t h I n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c e o n s o l i d s t a t e s e n s o r a n d a c t u a t o r s p p 1 2 0 1 2 5 1 9 8 7 [ 5 7 ] W i l l i a m s K R a n d M u l l e r R S “ E t c h r a t e s f o r m i c r o m a c h i n g p r o c e s s i n g ” J o u r n a l o f m i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a l s y s t e m s v o l 5 n o 4 p p 2 5 6 2 8 9 D e c e m b e r 1 9 9 6 [ 5 8 ] J u a n W H a n d P a n g a S W “ C o n t r o l l i n g s i d e w a l l s m o o t h n e s s f o r m i c r o m a c h i n e d S i m i r r o r s a n d l e n s e s ” J o u r n a l o f V a c u u m S c i e n c e T e c h n o l o g y B 1 4 p p 4 0 8 0 – 4 0 8 4 1 9 9 6 [ 5 9 ] G l o s s a r y o f T e r m s i n S e m i c o n d u c t o r I n d u s t r y U R L : h t t p : / / s e m i c o n d u c t o r g l o s s a r y c o m / d e f a u l t a s p ? s e a r c h t e r m [ 6 0 ] T R o g e r s a n d J K o w a l “ S e l e c t i o n o f g l a s s a n o d i c b o n d i n g c o n d i t i o n s a n d m a t e r i a l c o m p a t i b i l i t y f o r s i l i c o n – g l a s s c a p a c i t i v e s e n s o r s ” S e n s o r s a n d a c t u a t o r s A 4 6 4 7 p p 1 1 3 1 2 0 1 9 9 5 [ 6 1 ] B l a s q u e z G a n d F a v a r o P “ S i l i c o n P y r e x e l e c t r o s t a t i c b o n d i n g : A p p l i c a b i l i t y t o i n d u s t r i a l m i c r o d e v i c e s p r o d u c t i o n ” 1 1 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n S o l i d S t a t e S e n s o r s a n d A c t u a t o r s M u n i c h G e r m a n y J u n e 1 0 – 1 4 2 0 0 1 [ 6 2 ] C h u H Y a n d F a n g W “ A n o v e l c o n v e x c o r n e r c o m p e n s a t i o n f o r w e t a n i s o t r o p i c e t c h i n g o n ( 1 0 0 ) s i l i c o n w a f e r ” P r o c e e d i n g i n I E E E M i c r o e l e c t o m e c h a n i c a l s y s t e m s p p 2 5 3 2 5 6 J a n 2 5 2 9 2 0 0 4

PAGE 126

1 1 5 A P P E N D I C E S

PAGE 127

8 1 1 1 6 A p p e n d i x A S t a r t i n g a n A p p l i c a t i o n i n C o d e w a r r i o r C o d e f o r s t a r t i n g a n a p p l i c a t i o n i s s h o w n b e l o w T h e c o d e i s f a i r l y g e n e r i c a n d m o r e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e s t a r t i n g c o d e i s g i v e n i n [ 2 4 ] a n d [ 2 9 ] S t a n d a r d S t a r t i n g F o r m v o i d G e t O b j e c t P t r ( U I n t 1 6 o b j e c t I D ) { / / r e t u r n s t h e p o i n t e r o f t h e s e l e c t e d o b j e c t F o r m P t r f r m P ; / / f o r m p o i n t e r f r m P = F r m G e t A c t i v e F o r m ( ) ; r e t u r n F r m G e t O b j e c t P t r ( f r m P F r m G e t O b j e c t I n d e x ( f r m P o b j e c t I D ) ) ; } B o o l e a n A p p H a n d l e E v e n t ( E v e n t P t r e v e n t P ) { U I n t 1 6 f o r m I d ; F o r m P t r f r m P ; i f ( e v e n t P > e T y p e = = f r m L o a d E v e n t ) { / / L o a d t h e f o r m r e s o u r c e s f o r m I d = e v e n t P > d a t a f r m L o a d f o r m I D ; f r m P = F r m I n i t F o r m ( f o r m I d ) ; / / i n i t i a l i z e t h e f o r m F r m S e t A c t i v e F o r m ( f r m P ) ; / / s e t t h e s e l e c t e d f o r m a s a c t i v e f o r m s w i t c h ( f o r m I d ) { / / s e l e c t t h e f o r m f r o m t h e c a s e s t a t e m e n t c a s e M a i n F o r m : / / i f m a i n f o r m t h e n s e t t h e e v e n t h a n d l e r t o t h e m a i n f o r m F r m S e t E v e n t H a n d l e r ( f r m P M a i n F o r m H a n d l e E v e n t ) ; b r e a k ; } r e t u r n t r u e ; } r e t u r n f a l s e ; } v o i d A p p E v e n t L o o p ( v o i d ) { / / e v e n t l o o p t o c o n t i n u e t h e p r o g r a m U I n t 1 6 e r r o r ; E v e n t T y p e e v e n t ; d o { E v t G e t E v e n t ( & e v e n t e v t W a i t F o r e v e r ) ; / / g e t t h e e v e n t s f r o m t h e u s e r i f ( S y s H a n d l e E v e n t ( & e v e n t ) ) / / f i r s t s y s t e m e v e n t s i f ( M e n u H a n d l e E v e n t ( 0 & e v e n t & e r r o r ) ) / / s e c o n d m e n u e v e n t s i f ( A p p H a n d l e E v e n t ( & e v e n t ) ) / / f i n a l l y a p p l i c a t i o n e v e n t s F r m D i s p a t c h E v e n t ( & e v e n t ) ; } w h i l e ( e v e n t e T y p e = a p p S t o p E v e n t ) ; } / / c o n t i n u e t i l l n o e v e n t s U I n t 3 2 S t a r t e r P a l m M a i n ( U I n t 1 6 l a u n c h c o d e M e m P t r c m d P B P U I n t 1 6 l a u n c h F l a g s ) { E r r e r r o r ; s w i t c h ( l a u n c h c o d e ) { c a s e s y s A p p L a u n c h C m d N o r m a l L a u n c h : / / f u n c t i o n t o s t a r t t h e a p p l i c a t i o n e r r o r = A p p S t a r t ( ) ; / / i f a n y e r r o r d u r i n g s t a r t i n g d o n o t c o n t i n u e i f ( e r r o r ) r e t u r n e r r o r ; F r m G o t o F o r m ( M a i n F o r m ) ; / / o p e n t h e m a i n f o r m A p p E v e n t L o o p ( ) ; / / c o n t i n u e t h e e v e n t l o o p w h e r e a l l f u n c t i o n a r e d e f i n e e r r o r = A p p S t o p ( ) ; i f ( e r r o r ) r e t u r n e r r o r ; b r e a k ; d e f a u l t : b r e a k ; } r e t u r n e r r N o n e ; } U I n t 3 2 P i l o t M a i n ( U I n t 1 6 l a u n c h c o d e M e m P t r c m d P B P U I n t 1 6 l a u n c h F l a g s ) { / / a c t s a s m a i n i n C r e t u r n S t a r t e r P a l m M a i n ( l a u n c h c o d e c m d P B P l a u n c h F l a g s ) ; } / / l a u n c h p a r a m e t e r s

PAGE 128

8 1 1 1 7 A p p e n d i x B A p p l i c a t i o n f o r M o t h e r b o a r d i n C o d e w a r r i o r T h e a p p l i c a t i o n f o r m o t h e r b o a r d h a s L E D f o r m t o t u r n t h e L E D s o n / o f f I t h a s t h e P o w e r f o r m t o c h a n g e t h e o u t p u t v o l t a g e O p t i c s f o r m t o r e c e i v e d a t a f r o m t h e C P L D T h e D o C o m m a n d f u n c t i o n o f a l l t h e s e f o r m s a r e g i v e n b e l o w : L E D f o r m E r r F i n d A n d O N 1 ( U I n t 1 6 c h e c k B o x ) { / / f u n c t i o n t o f i n d t h e L E D a n d t u r n o n I n t 1 6 c h e c k e d ; E r r e r r o r = e r r N o n e ; U I n t 3 2 T O N ; c h e c k e d = C t l G e t V a l u e ( G e t O b j e c t P t r ( c h e c k B o x ) ) ; / / F i n d L E D 1 i f ( c h e c k e d ) { T O N = 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 ; ( U I n t 3 2 ) T O N = 0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 ; / / T u r n o n L E D 1 } r e t u r n e r r o r ; } E r r F i n d A n d O N 2 ( U I n t 1 6 c h e c k B o x ) { / / f u n c t i o n t o f i n d t h e L E D a n d t u r n o n I n t 1 6 c h e c k e d ; E r r e r r o r = e r r N o n e ; U I n t 3 2 T O N ; c h e c k e d = C t l G e t V a l u e ( G e t O b j e c t P t r ( c h e c k B o x ) ) ; / / F i n d L E D 2 i f ( c h e c k e d ) { T O N = 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 ; ( U I n t 3 2 ) T O N = 0 x 0 0 0 2 0 0 0 0 ; / / T u r n o n L E D 2 } r e t u r n e r r o r ; } E r r F i n d A n d O N 3 ( U I n t 1 6 c h e c k B o x ) { / / f u n c t i o n t o f i n d t h e L E D a n d t u r n o n I n t 1 6 c h e c k e d ; E r r e r r o r = e r r N o n e ; U I n t 3 2 T O N ; c h e c k e d = C t l G e t V a l u e ( G e t O b j e c t P t r ( c h e c k B o x ) ) ; / / F i n d L E D 3 i f ( c h e c k e d ) { T O N = 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 ; ( U I n t 3 2 ) T O N = 0 x 0 0 0 4 0 0 0 0 ; / / T u r n o n L E D 3 } r e t u r n e r r o r ; } E r r F i n d A n d O N 4 ( U I n t 1 6 c h e c k B o x ) { / / f u n c t i o n t o f i n d t h e L E D a n d t u r n o n I n t 1 6 c h e c k e d ; E r r e r r o r = e r r N o n e ; U I n t 3 2 T O N ; c h e c k e d = C t l G e t V a l u e ( G e t O b j e c t P t r ( c h e c k B o x ) ) ; / / F i n d L E D 4 i f ( c h e c k e d ) { T O N = 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 ; ( U I n t 3 2 ) T O N = 0 x 0 0 0 8 0 0 0 0 ; / / T u r n o n L E D 4 } r e t u r n e r r o r ; } E r r F i n d A n d O N 5 ( U I n t 1 6 c h e c k B o x ) { / / f u n c t i o n t o f i n d t h e L E D a n d t u r n o n I n t 1 6 c h e c k e d ;

PAGE 129

8 1 1 1 8 A p p e n d i x B ( c o n t i n u e d ) E r r e r r o r = e r r N o n e ; U I n t 3 2 T O N ; c h e c k e d = C t l G e t V a l u e ( G e t O b j e c t P t r ( c h e c k B o x ) ) ; / / F i n d L E D 5 i f ( c h e c k e d ) { T O N = 0 x 2 9 0 0 0 0 0 4 ; ( U I n t 3 2 ) T O N = 0 x 0 0 0 A 0 0 0 0 ; / / T u r n o n L E D 5 } r e t u r n e r r o r ; } E r r O n F r o m D a t a b a s e ( v o i d ) { / / t o f i n d w h i c h L E D a r e s e l e c t e d t o t u r n o n E r r e r r o r = e r r N o n e ; U I n t 1 6 i ; f o r ( i = 0 ; i < 5 ; i + + ) { s w i t c h ( i ) { c a s e 0 : e r r o r = F i n d A n d O N 1 ( L E D L e d c h e c k b o x L e d 1 C h e c k b o x ) ; b r e a k ; c a s e 1 : e r r o r = F i n d A n d O N 2 ( L E D L e d c h e c k b o x L e d 2 C h e c k b o x ) ; b r e a k ; c a s e 2 : e r r o r = F i n d A n d O N 3 ( L E D L e d c h e c k b o x L e d 3 C h e c k b o x ) ; b r e a k ; c a s e 3 : e r r o r = F i n d A n d O N 4 ( L E D L e d c h e c k b o x L e d 4 C h e c k b o x ) ; b r e a k ; c a s e 4 : e r r o r = F i n d A n d O N 5 ( L E D L e d c h e c k b o x L e d 5 C h e c k b o x ) ; b r e a k ; } i f ( e r r o r ) r e t u r n e r r o r ; } r e t u r n e r r o r ; } B o o l e a n L E D F o r m D o C o m m a n d ( U I n t 1 6 c o m m a n d ) / / d o c o m m a n d f o r L E D f o r m { B o o l e a n h a n d l e d = f a l s e ; E r r e r r o r ; s w i t c h ( c o m m a n d ) { c a s e L E D L e d B u t t o n O N B u t t o n : e r r o r = O n F r o m D a t a b a s e ( ) ; / / f u n c t i o n t o t u r n o n t h e L E D i f ( e r r o r = = e r r N o n e ) F r m A l e r t ( L e d O N A l e r t ) ; / / a l e r t i f n o e r r o r a n d L E D t u r n e d o n h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; c a s e L E D L E D B u t t o n B a c k B u t t o n : F r m G o t o F o r m ( M a i n F o r m ) ; / / b a c k t o m a i n f o r m

PAGE 130

8 1 1 1 9 A p p e n d i x B ( c o n t i n u e d ) h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; d e f a u l t : b r e a k ; } r e t u r n h a n d l e d ; / / r e t u r n t o t h e m a i n f o r m P o w e r F o r m B o o l e a n P o w e r C C R F o r m D o C o m m a n d ( U I n t 1 6 c o m m a n d ) { B o o l e a n h a n d l e d = f a l s e ; F i e l d T y p e f l d P = G e t O b j e c t P t r ( P o w e r C C R P o w e r C C R F i e l d F i e l d ) ; U I n t 3 2 H v a r ; c h a r v o l t s ; i n t v o l t ; U I n t 3 2 f i n a l v o l t = 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 f i n a l v o l t 1 = 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 ; s w i t c h ( c o m m a n d ) { c a s e P o w e r C C R P o w e r C C R B u t t o n : F l d G r a b F o c u s ( f l d P ) ; / / g r a b f o c u s o f t h e f i e l d t o i n s e r t d a t a v o l t s = F l d G e t T e x t P t r ( f l d P ) ; v o l t = a t o i ( v o l t s ) ; / / s t r i n g t o i n t e g e r c o n v e r s i o n f i n a l v o l t 1 = v o l t / 2 ; / / r e q u i r e d P W M f i n a l v o l t = f i n a l v o l t + f i n a l v o l t 1 ; f i n a l v o l t = f i n a l v o l t < < 1 6 ; / / s h i f t d a t a b y 1 6 b i t t o w r i t e t o a p p r o p r i a t e a d d r e s s H v a r = 0 x 2 9 0 0 0 0 1 4 ; ( U I n t 3 2 ) H v a r = 0 x 0 1 0 0 0 0 0 0 ; / / t o r e s e t t h e c o u n t e r H v a r = 0 x 2 9 0 0 0 0 1 4 ; ( U I n t 3 2 ) H v a r = 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 ; / / t o g e t b a c k t o n o r m a l H v a r = 0 x 2 9 0 0 0 0 1 4 ; ( U I n t 3 2 ) H v a r = f i n a l v o l t ; / / t o g i v e P W M F r m G o t o F o r m ( M a i n F o r m ) ; h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; d e f a u l t : b r e a k ; } r e t u r n h a n d l e d ; } O p t i c a l f o r m B o o l e a n O p t i c a l F o r m D o C o m m a n d ( U I n t 1 6 c o m m a n d ) { B o o l e a n h a n d l e d = f a l s e ; F i e l d T y p e f l d P 1 = G e t O b j e c t P t r ( O p t i c a l O C F i e l d F i e l d ) ; U I n t 3 2 R e c D a t a W d a t a ; c h a r r e a d 1 ; s w i t c h ( c o m m a n d ) { c a s e O p t i c a l O C R e c e i v e B u t t o n : W d a t a = 0 x 2 9 0 0 0 0 1 C ; R e c D a t a = ( U I n t 3 2 ) W d a t a ; / / r e a d d a t a

PAGE 131

8 1 1 2 0 A p p e n d i x B ( c o n t i n u e d ) R e c D a t a = R e c D a t a > > 1 6 ; / / s h i f t t o g e t i t i n a p p r o p r i a t e f o r m a t r e a d 1 = M e m P t r N e w ( 3 2 ) ; / / i n i t a l i s e S t r I T o A ( r e a d 1 C ) ; / / c o n v e r t i n t e g e r t o s t r i n g F l d G r a b F o c u s ( f l d P 1 ) ; F l d I n s e r t ( f l d P 1 r e a d 1 S t r L e n ( r e a d 1 ) ) ; / / i n s e r t i t i n t h e f i e l d M e m P t r F r e e ( r e a d 1 ) ; h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; c a s e O p t i c a l O C B a c k B u t t o n : / / g e t b a c k t o m a i n f o r m F r m G o t o F o r m ( M a i n F o r m ) ; h a n d l e d = t r u e ; b r e a k ; d e f a u l t : b r e a k ; } r e t u r n h a n d l e d ; }

PAGE 132

8 1 1 2 1 A p p e n d i x C S c h e m a t i c o f t h e M o t h e r b o a r d F i g u r e C 1 : S c h e m a t i c o f t h e m o t h e r b o a r d

PAGE 133

8 1 1 2 2 A p p e n d i x D C P L D D e s i g n o f t h e M o t h e r b o a r d F i g u r e D 1 : C P L D d e s i g n o f t h e m o t h e r b o a r d

PAGE 134

8 1 1 2 3 A p p e n d i x E S c h e m a t i c o f t h e F l u o r o m e t e r B o a r d F i g u r e E 1 : S c h e m a t i c o f t h e f l u o r o m e t e r b o a r d

PAGE 135

8 1 1 2 4 A p p e n d i x F C P L D D e s i g n o f t h e F l u o r o m e t e r B o a r d F i g u r e F 1 : C P L D d e s i g n o f t h e f l u o r o m e t e r b o a r d