Download - Электроника Системы Сбора Данных КМД3
![Page 1: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/1.jpg)
Электроника Системы Сбора Данных КМД3
Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАННовосибирск, Россия
Козырев А.Н.
ИТЭФ-07
![Page 2: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/2.jpg)
Почему требуется разработка новой электроники для Системы Сбора Данных (ССД)
КМД3? Особенности существующей ССД “Клюква”
• Технология ЭСЛ, 180нс цикл• Параллельная шина передачи данных
Недостатки• Большое мертвое время (~300мкс)• Отсутствие встроенных средств для проверки
работоспособности• Высокая потребляемая мощность• Низкая плотность каналов , большие габариты
системы в целом• Высокая стоимость
![Page 3: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/3.jpg)
Основные требования к Системе Сбора Данных КМД3
Число каналов• ДК – 1218 сигнальных проволочек • ZK – 1408 сигнальных проволочек, уложенных в 2 слоя, по
24 сектора в каждом слое.• Торцевой калориметр – 680 кристаллов BGO• Цилиндрический калориметр – 1152 кристалла CsI• LXe-калориметр – 264 башни
– 2112 сигнальных проволочек• Mu-система – 48 счетчиков• TOF – 16 счетчиков
Всего ~ 10000 каналов
![Page 4: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/4.jpg)
Требования к Системе Сбора Данных КМД3
Пропускная способность• Ожидаемая величина загрузки – 1К событий в секунду• Мертвое время – менее 5%
Дополнительные• Удобство при наладке и тестировании, наличие встроенных
средств непрерывного мониторинга состояния электроники• Низкий уровень излучаемых электромагнитных помех• Низкая потребляемая мощность • Низкая стоимость
![Page 5: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/5.jpg)
Путь который мы выбрали Для передачи данных использовать специализированную
последовательную шину вместо параллельной Минимизировать потребляемую мощность, снизить уровень
электромагнитных помех для увеличения плотности размещения каналов
Отказаться от использования промежуточной памяти в оцифровывающей электронике. Данные передаются во время цикла А/Ц преобразования
Работа всей электроники синхронизирована с частотой обращения пучка в накопителе – “Фазой” (~12.5МГц)
Унификация базового встроенного программного обеспечения для всех блоков электроники
Разрабатывать электронику в формате, совместимом с КАМАК Использовать современную элементную базу
![Page 6: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/6.jpg)
Структура ССД КМД3
Трековая предварительная электроника
Предварительная электроника калориметров
Предварительная электроника TOF и Mu
ВЭПП2000
триггерная электроника
Digitizer
СНД
КМД3
Частота резонатора
Частота обращения пучков
калиьр. ген.
Digitizer
Digitizer
Сигнал блокировки
Реконструкция события
MChS
GIBDD
Сообщение
триггерная электроника
триггерная электроника
калиьр. ген.
калиьр. ген.
![Page 7: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/7.jpg)
Триггерная электроника КМД3
Особенности• Данные передаются по “быстрым“ линкам
(360Мбит/с) LVDS• Работа электроники синхронизирована с
частотой обращения пучка в накопителе – “Фазой” (~12МГц)
• Блоки построены на базе ПЛИС фирмы Altera “Cyclon”
![Page 8: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/8.jpg)
Блоки ССД КМД3
Оцифровывающая электроника T2Q – измерение времени и заряда для ДК TQ – измерение времени, амплитуды, схема совпадения для Mu-
системы и TOF UFO32 – формирование и обработка аналоговых сигналов
калориметров, А/Ц преобразование Q16 – измерение амплитуд калориметров
Триггерная электроника IFLT – сбор и передача аргументов ПТ от трековых систем ADIS – сбор и передача аргументов ПТ от калориметров,
формирование временных отметок и полного энерговыделения U2F – принятие решения о запуске измерений MChS - формирование синхронизирующих сигналов для ССД и
запуск измерений по сигналам триггера (U2F) GIBDD – разветвление сигналов синхронизации, прием данных от
оцифровывающей электроники и передача данных для записи на ленты
![Page 9: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/9.jpg)
Блок T2Q• Технические характеристики • Временной тракт : • Полная шкала 16384 кан. (14бит) • Цена канала 0.2 нс (тип)• Погрешность t 0.3 нс (тип)• Интегр. нелинейность 2 % (тип)• Темп. нестабильность 0.01 %/C (тип)• Неидентичность каналов 3% • Амплитудный тракт : • Полная шкала 16384 кан. (14бит) • Цена канала 5000 e‑ (тип)• Погрешность Q 45000 e‑ (тип) • Интегр. нелинейность 0.8% (тип) • Темп. нестаб-ть шкалы 0.04 %/C (тип) • Неидентичность каналов 3% • Микротриггер : • Время до самосброса 1.2 мкс
(-0.2 нс/мВ_пит.) • Длительность "ворот" 800 нс
(-0.1 нс/мВ_пит.) • Разброс эфф. порогов 5 % (тип) • Темп. нестаб-ть порога 0.2 %/C (тип)• Коэфф-т связи по запускам • между соседними каналами при мин.пороге 3 % • Потребление : 0.4A +6V, 0.14A -6V
![Page 10: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/10.jpg)
Блок UFO32
• 32 канала
• Программное управление коэффициентом усиления каждого канала, глубина регулировки – 4 раза.
• В энергетическом канале фильтр CR―RC4 с τ = RC = 1 мкс
• Суммирование по 15 каналам для триггерного сигнала, затем CR―RC формирование с τ = 0.3 мкс
• АЦП 12 разрядов
• Цена деления 0.2 МэВ/канал
• Конструктивное исполнение 2М Большой КАМАК
![Page 11: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/11.jpg)
Блок Q16 Полная обработка сигналов: усиление + формирование + А/Ц преобразование Стробируемый интегратор Расположены на детекторе – управление и передача данных только по
последовательному линку (“Медленному Линку КМД3”) Макс. входной заряд 106 e-
Полная шкала 4096 (12 бит) Интегральная нелинейность 2.2 канала Шумы А/Ц преобразования 0.7 канала
![Page 12: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/12.jpg)
Блок IFLT• Число входных линий – 48
• Формат передачи данных для ССД - 25 Мбит/с LVDS ("медленный" линк)
• формат передачи данных для триггера - 2360 Мбит/с LVDS ("быстрый" линк)
• объем буфера ОЗУ -16 слов по 48бит
• визуальная индикация состояний светодиодами - "Статус линков ОК" (синий ), "Фаза ОК" (желтый), «Ошибка" (красный)
• Конструктивное исполнение 1М КАМАК
![Page 13: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/13.jpg)
Блок ADIS Цифровая обработка сигналов:
дискретизация аналоговых групповых сигналов с разрешением 10 бит
Алгоритм: усредние, двухпороговая дискриминация, поиск базовой линии, поправка на амплитуду, определение временной отметки
Шумоподавление Сумматор полного энерговыделения схема формирования сигналов запуска и
самосброса формирователи выходных сигналов
триггера и временных отметок 16 входов для аналоговых сигналов амплитуда входных сигналов – 0..2 В Формат передачи данных для ССД -
25 Мбит/с LVDS ("медленный" линк) Формат передачи данных для триггера
- 2360 Мбит/с LVDS ("быстрый" линк) Конструктивное исполнение 1М Большой
КАМАК
![Page 14: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/14.jpg)
Блок U2F• число входных сигналов -14
"быстрых" линков • схема поиска кластеров. • сумматор полного
энерговыделения цифровые компараторы
• 3*12000 логических ячеек• схема формирования сигналов
запуска и самосброса • формат передачи данных для
ССД - 25 Мбит/с LVDS ("медленный" линк)
• Конструктивное исполнение 3М Большой КАМАК
![Page 15: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/15.jpg)
Блок GIBDD• Коэффициент разветвления – 30*“медленных”
линков• Выход – Ethernet 100 Мбит• Конструктивное исполнение коробка 19” 1U
![Page 16: Электроника Системы Сбора Данных КМД3](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081511/56814d2d550346895dba5d52/html5/thumbnails/16.jpg)
Статус работ
Блок Количество Статус
T2Q 90 Произведены полностью
TQ 20 Производство опытной партии
UFO32 80 Производство опытной партии
Q16 132 Подготовка к производству опытной партии
IFLT 10 Произведены полностью
ADIS 15 Производство опытной партии
U2F 2 Тест прототипа
MChS 1 Закончен тест прототипа, в проект вносятся поправки
GIBDD 12 Массовое производство