Левченко Никита Романович, ассистент, кафедра радиоволновых процессов и технологий, Институт радиоэлектроники и информатики
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Nikita R. Levchenko, Assistant, Department of Radio Wave Processes and Technologies, Institute of Radio Electronics and Informatics
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Костин Михаил Сергеевич, д.т.н., доцент, заведующий кафедрой радиоволновых процессов и технологий, заместитель директора Института радиоэлектроники и информатики, ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Scopus Author ID 57208434671
Mihail S. Kostin, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Department of Radio Wave Processes and Technologies, Deputy Director, Institute of Radio Electronics and Informatics
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Цели. Цель статьи – параметрический анализ влияния временных задержек в схемах киберфизической эмуляции сигнальных аудиомодулей, вносимых аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями программно-аппаратного интерфейса, центральным процессором и программной средой визуально-графической эмуляции (ВГЭ) в зависимости от выбранного протокола «ввода-вывода» данных и установленных преднастроек программного блока ВГЭ, таких как частота дискретизации, размер и время буфера, число каналов.Методы. Применяются методы архитектурного SPICE-моделирования электрических схем на программных платформах ВГЭ Simulink, в т.ч. с использованием ресурсов библиотеки Simscape, и LiveSPICE; методы интегрирования дифференциальных уравнений при численном анализе SPICE-моделей аналоговых схем; методы обработки экспериментальных данных киберфизической эмуляции с помощью встроенных средств среды Simulink и лабораторного радиоизмерительного оборудования.Результаты. Предложен метод киберфизической SPICE-эмуляции аналоговых аудиоустройств. Получены результаты анализа формирования временных задержек в схемах сигнальных аудиомодулей с киберфизической эмуляцией при вариации преднастраиваемых параметров, влияющих на задержки сигналов, с применением двойников. Разработаны технические рекомендации выбора корректирующих параметров временных задержек от 20 до 120 мс для обеспечения постобработки аудиосигнала.Выводы. Показано, что для часто используемого в аудиоинтерфейсной технике протокола «ввода-вывода» данных ASIO при тождественно установленных преднастройках программного блока ВГЭ (частота дискретизации 44.1 кГц, размер буфера 8) типовые функциональные узлы схем аудиомодулей с киберфизической эмуляцией, построенные в среде ВГЭ LiveSPICE, имеют наименьшие временные задержки 5 мс – для схемы прямого прохождения сигнала и 7 мс – в случае с киберфизической эмуляцией SPICE-схемы в отношении к их реализации в среде ВГЭ Simulink. Установлено, что обоснованно выбранными настройками при практической реализации метода киберфизической эмуляции SPICE-моделей являются: частота дискретизации 44.1 кГц, размер буфера от 512 до 1024 семплов и протокол «ввода-вывода» данных ASIO.
Objectives. The study sets out to parametrically investigate the impact of time delays within cyber-physical emulation circuits for signal audio modules. Specifically, it examines how delays introduced by analog-to-digital and digital-to-analog converters of the hardware/software interface, the central processor, and the visual graphical emulation (VGE) software environment are influenced by factors like the selected data input-output protocol and the VGE block preset configurations such as sampling rate, buffer size and time, and the number of channels.Methods. Used methods of architectural SPICE modeling of electrical circuits on the VGE Simulink software platforms leverage the resources of the Simscape library and LiveSPICE. Additional methods include those for incorporating differential equations in the numerical analysis of SPICE models designed for analog circuits and techniques for processing experimental data generated from cyber-physical emulation using the built-in Simulink environment and associated laboratory radio measurement tools.Results. The study introduces a novel approach to emulate analog audio devices using cyber-physical SPICE modeling. Through the use of digital twins, the study investigates the impact of modifiable parameters on signal delays within audio module circuits during cyber-physical emulation. Based on these findings, technical guidelines are provided for selecting appropriate delay correction settings between 20 and 120 ms to ensure efficient highspeed audio signal post-processing.Conclusions. By configuring the VGE software block’s settings identically to the ASIO data input/output protocol prevalent in audio interface technology (44.1 kHz sampling frequency, 8 buffer size) substantially decreased latency in typical audio module circuit nodes is achieved with cyber-physical emulation built into the VGE LiveSPICE environment. The achieved time delays of 5 ms direct transmission circuit contrast with the 7 ms latency observed in the cyber-physical emulation of the SPICE circuit when both are benchmarked within the VGE Simulink environment. The successful implementation of cyber-physical emulation for SPICE models is achieved through the use of particular settings, such as a 44.1 kHz sampling frequency, buffer sizes ranging from 512 to 1024 samples, and the use of the ASIO data input/output protocol.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.