Отдел Радиоэлектроники 2003/ 2004 Отчёт и Планы Головцов В.Л. Декабрь 2003. - презентация

1 Отдел Радиоэлектроники 2003/ 2004 Отчёт и Планы Головцов В.Л. Декабрь 2003

2 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов2 ОРЭ 2003 Всего сотрудников – 30 СНС и НС – 10, Инженеров – 14, Техников -6 Защищённых диссертаций – 0 Женщин – 10, Мужчин – 20, Пенсионеров – 17 (средний возраст – 49 лет) В возрасте до 40 лет - 5 Уволилось в 2003 – 1 ( на фирму в СПБ ) Принято в 2003 – 1 Планируется защитить в 2004 – 1

3 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов3 Muon Readout(D0): Неустроев П.В., Уваров Л.Н., Уваров С.Л. Front-End (CMS) – Бондарь Н.Ф., Голяш А.Г. ALCT(CMS) – Яцюра В.И., Кан М.Р., Жмакин Г.Ф. Track Finder (CMS)– Головцов В.Л., Уваров Л.Н. Основные Тематические Группы 2003 Alignment (CMS): Скнарь В.А., Орищин Е.М. EMU High Voltage System (CMS): Волков С.С., Лазарев В.И., Бондарев С.В., Сергеев Л.О., Исаев Н.Б. СROS3: Головцов В.Л., Бондарь Н.Ф., Яцюра В.И., Николаев Е.В., Лобачёв Е.А.

4 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов4 CSC Anode Front-End Front-End электроника разработана для анодных сигналов катодных стриповых камер CMS СMP16_g - ASIC 16-канального усилителя- формирователя-дискриминатора: оптимизирован для входной ёмкости до 200 пф; потребляемая мощность ~30 mW/канал; временное разрешение ~ 2 ns На основе микросхем СМР16_g были разработаны и изготовлены 16-канальные платы AD16_F. Общее количество плат Этап 2003 : Закончено производство и тестирование всех плат. Платы отправлены на фабрики UF, UCLA, PNPI, IHEP Этап 2004 : Монтаж и тестирование электроники на камерах Разработан ASIC 16-канальной программируемой задержки D16G

5 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов5 ALCT- Anode Local Charged Tracks ALCT электроника разработана для анодных сигналов катодных стриповых камер EMU CMS Принимает сигналы одной 6-слойной камеры на частоте 40 MHz Восстанавливает мюонные треки камеры, используя многоуровневую технику временных совпадений, сортирует их по качеству и определяет 2 лучших Разработан специальный модуль-тестер, позволяющий проверять все три типа модулей Этап 2003 : Закончено производство и тестирование всех плат. Платы отправлены на фабрики UF, UCLA, PNPI, IHEP Этап 2004 : Монтаж и тестирование электроники на камерах Разработаны три типа модулей ALCT 288, ALCT 384, ALCT 672 для трёх разновидностей камер ALCT 384 на Тест Стенде

6 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов6 Track Finder Track Finder разрабатывается для мюонной триггерной системы CMS. Реализуется как 12 Процессоров, каждый из которых идентифицирует до 3 лучших мюонных треков в 60-градусном азимутальном секторе. Анализирует входные примитивные треки (сегменты) от индивидуальных камер, восстанавливает полные треки по четырём камерам, измеряет поперечный импульс Pt Первый прототип Процессора разработан в 2000 г. и успешно испытан в гг. В 2001 г. предложено новое идеологическое решение, позволившее реализовать второй прототип Процессора на одной сверхбольшой микросхеме FPGA. В результате время решения Процессора сократилось с 375 ns до 175 ns, а число плат Track Finder - с 48 до 12 (один 9U-крейт VME) Этап 2003 : отладка и тестирование второго прототипа Процессора Плата второго прототипа Процесора

7 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов7 Track Finder Процессор (Прототип 2003) 3 Sector Receivers Phi, Eta Look-up Table ~ 64 MbPt Look-up Table 12 Mb Sector Processor VME 3U Connector Custom Backplane Connectors SP FPGA: Xilinx XC2V4000 ~ 800 I/O ~ 4 Million Logic Gates Optical Transceivers 1.6 Gbit/s

8 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов8 Track Finder Пучковый Тест. ЦЕРН, 2003 Sector Processor принимает три оптических линка Модуль CCB c TTCRx Модуль МРС Track Finder крейт с прототипами модулей на пучковом тесте в ЦЕРНе Команда Университета Флориды и ПИЯФ у тестового стенда

9 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов9 Track-Finder Пучковый Тест. ЦЕРН 2003 Тестирование проводилось с использованием двух параллельных DAQ : TMB DAQ для данных CSC-детектора и Front-end триггера (чтение данных через DDU- системный модуль считывания) SP DAQ для данных Track Finder (чтение данных через VME-магистраль Процесора) Процессор записывал 5 BX входных данных для каждого L1-триггера с преимущественным срабатыванием центрального ВХ Те же входные данные по параллелному каналу от периферийной электроники записывались в DDU-модуль Считываемые данные сравнивались Совпадение между данными TMB и SP для всех 5 BX составили 99.7% для ~ 70K событий Все несовпадения связаны с краевыми «переходами» данных в соседние BX, но не с содержимым LCT-фреймов

10 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов10 Совпадение Данных двух DAQ CSC Track-Finder DataCSC Data from TMB DAQ CSC 2CSC 1

11 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов11 Тест Track-Finder- Логики : l Верификация TF-логики с С++ моделью l Завершение программ конфигурирования FPGA и программного обеспечения Другие Тесты Процессора 2003 Тест Обмена Данными c DT Процессором (Vienna) : l Тест LVDS-кабельной линии связи на частоте 40 МНz l Верификация данных Track Finder – Muon Sorter Tест : l Верификация передачи данных с частотой 80 MHz по магистрали крейта Look-Up Table (LUT) Tест : l Верификация записи/чтения Sector Receiver LUT на частоте 40 MHz

12 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов12 Track Finder Этап 2004 Окончание тестирования второго прототипа Процессора: Тест всех 15 MPC- Оптических Линков Тест DAQ- Оптического Линка Окончательный Тест Sector Processor – Muon Sorter Пучковый Тест Процессора в ЦЕРНе Полномасштабный Тест Обмена Данными DT/ CSC Процеcсоров Выпуск серийных модулей Процессора (12 модулей + 3 запасных) (Январь 2005) Trigger ESR (Май 2004) Выпуск сигнального образца Процессора Отладка и Тестирование (Сентябрь, 2004)

13 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов13 CMS EMU HV System CMS EMU HV System Система предназначена для высоковольтного питания многосегментных проволочных камер. Использует распределительные модули, располагаемые рядом с детекторами, при этом один высоковольтный источник может питать до 2000 сегментов камер Обеспечивает индивидуальное регулирование напряжения в каждом сегменте, а также – мониторирование тока и напряжения Набор модулей HV системы Дискретность измерения тока – до 2 nA Дискретность измерения и регулирования напряжения: ±1 V Диапазон регулирования напряжения – до 4 KV Система разрабатывается в коллаборации с Университетом Флориды (UF). В июне 2003 на US_CMS Review проект PNPI/ UF был выбран для EMU CMS по результатам тендера с фирмой CAEN !

14 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов14 EMU HV 36-Канальный Дистрибьютер EMU HV 36-Канальный Дистрибьютер Входной HV- разъём Выходной многоконтактный HV-разъём Разъём магистрали управления и считывания Одноканальные регуляторы/сенсоры

15 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов15 CMS EMU HV System 2003 * - стоимость проекта CMS EMU HV ~ $ 1.1 M Этап 2003: Тестирование второго прототипа Системы Выпуск сигнального опытного образца Подготовка производства Системы на каналов * Тест на камере, Тест в магнитном поле : UF, Февраль – Май 2003 Радиационный Тест: Университет Дэвис, Апрель 2003 Пучковый Тест: ЦЕРН, Июнь 2003 Выпуск и тестирование сигнального образца Системы: UF, Сентябрь –Декабрь 2003 ESR Report : ЦЕРН, 6 Ноября, – Подготовка производства Системы: ПИЯФ, Октябрь – Декабрь 2003

16 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов16 CMS EMU HV System. Перечень Работ ПИЯФ/Флорида (US): Завершение Разработки Производство и Тестирование Сигнального Образца Разработка Тестового Оборудования и Тестового Программного Обеспечения Описание Тестовых Процедур и Инструкций Отправка Компонентов ПИЯФ(Russia): Приём и Входной Контроль Компонентов Ручной Монтаж Малых Плат и Модулей Тестирование Модулей Отправка Модулей в CERN US Фирмы: Производство 10,500 Малых Плат Производство и Поверхностный Монтаж Компонентов 320 Больших Плат Поставка Основной Части Компонентов Russia Фирмы: Поставка Части Компонентов Для работы в ПИЯФ предположительно потребуется 16 человек

17 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов17 EMU HV System. Этапы работы в ПИЯФ ЭТАП1 (Предварительный) Сборка и Тестирование 360 Каналов Ремонт Помещений : Октябрь, 03 - Январь, 04 Оборудование Рабочих Мест : Декабрь, 03 - Февраль, 04 Приём компонентов, Сборка, Тестирование, Отправка в ЦЕРН : Январь, 04 - Апрель, 04 ЭТАП2 (Основной) Сборка и Тестирование Каналов Ремонт Помещений : Январь, 04 - Март, 04 Оборудование Рабочих Мест: Февраль, 04 – Май, 04 Приём компонентов, Сборка, Тестирование, Отправка в ЦЕРН : Апрель, 04 - Июнь, 05 Всего потребуется отремонтировать и оборудовать около 350 м 2 площади в том числе: участок монтажа плат, участок механической сборки, 5 тестовых стендов, склад компонентов и склад готовой продукции и в том числе отремонтировать 90 м 2 площади для отдела мюонных камер

18 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов18 HV System. Планируемый Производственный Поток HV System. Планируемый Производственный Поток Приём Компонетов. Входной Контроль Сборка Дистрибьютеров 48 Плат в день* 1.5 Модуля в день * Полный Тест Дистрибьютеров 1.5 Дистрибьютера в день* Особенности: Два параллельных процесса – Монтаж Малых Плат и Сборка Модулей После Сборки Дистрибьютера последовательно производится два теста * - средняя скорость Монтаж Малых Плат Покрытие Компаундом Тест Качества Монтажа Сборка Модулей Тест Модулей Системный Тест Дистрибьютеров Приём Изделий. Выходной Контроль

19 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов19 HV System. Производственная Линия День 1,2 Что: Входной Контроль Компонетов Сборки Малых Плат Где: Склад (Входной Коллектор) Кто: 1 Техник Что: Входной Контроль Компонетов Сборки Модулей Где: Склад (Входной Коллектор) Кто: 1 Техник Что: Монтаж Малых Плат, Промежутоный 1KV Тест Где: Монтажный Участок 1 Кто: 4 Монтажника Что: Изготовление Жгута и Направляющих Где: Монтажный Участок 2 Кто: 2 Монтажника День 2,3 Что: Покрытие Плат Компаундом Где: Монтажный Участок 1 Кто: 1 Техник День 4,5 Что: Полный Тест Дистрибьютера Где: Участок Тестирования Стенд 2 Кто: 1 Инженер День 6,7 День 8-14 Что: Системный Тест Где: Участок Тестирования Стенд 3 Кто: 1 Инженер 96 Комплектов Сборки 96 Малых Плат 2 Комплекта Сборки 2 Комплекта Что: Монтаж Модуля Где: Монтажный Участок 2 Кто: 1 Монтажник 96 Плат2 Moдуля 2 Дистрибьютера День 15 Что: Выходной Контроль Где: Склад (Выходной Коллектор) Кто: 1 Техник 2 Дистрибьютера

20 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов20 HV System. Планируемый Производственный График HV System. Планируемый Производственный График 0.5 Дистрибьютера в День 1 Дистрибьютер в День Одна Производственная Линия Трудозатраты: 8 Техников 100% 4 Инженера 100% Две Производственные Линии Трудозатраты: 10 Техников 100% 6 Инженеров 100% 2 Дистрибьютера в День

21 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов21 EMU CMS Alignment System Система предназначена для контроля и мониторирования положения детекторов экспериментальной установки CMS. Использует оптические позиционные сенсоры, мониторирующие положение прямой линии лазера Считывание данных сенсоров контролируется DSP- процессорами. Система считывания (DCOPS) транслирует затем данные в Host DAQ Разработка системы производится в коллаборации с Fermilab Этап 2003 – завершение производства Системы Разработка системы распределения низковольтного питания Интегрирование стандартного и специального оборудования Разработка программного обеспечения

22 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов22 EMU CMS Alignment System 2003 Производство Системы: Front-End Sensor Boards – 1216 (Fermilab 2003) DCOPS Readout Boards DCOPS Interface Boards - 62 Analog Interfaces - 56 Proximity Interface - 14 Temperature Conversion - 13 Тестирование Системы ( Fermilab, 2003): Системный тест, Радиационный Тест, Тест в магнитном поле, Температурный Тест Интегрирование оборудования( Fermilab, 2003): Изготовление и испытание кабелей, разработка системы низковольтного питания, разработка распределительных панелей, разработка интерфейсных адаптеров

23 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов23 CMS EMU Alignment System 2004 Завершение интегрирования оборудования Завершение разработки системы распределения LV-питания Сборка электроники и механических частей Полный тест субсистем в VW8 (Fermilab) Развитие программного обеспечения Отправка оборудования в ЦЕРН Сборка оборудования на детекторе в ЦЕРНе Тест субсистем на детекторе

24 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов24 D0 Muon Readout Считывающая электроника работает с Mini Drift Tube - Детектором Мюонной системы D0 (Fermilab) 50 тыс. каналов – 24 крейта 9U VME на платформе детектора D0 Характерная особенность: помимо регистрации номера канала измеряет время дрейфа Система без «мёртвого времени» Система более трёх лет «на пучке». Показала исключительную надёжность работы Модули Системы: MDC – модуль регистрации MDRC – контроллер крейта Этап 2003 – работа в сменах на пучке D0, развитие программного обеспечения Системы Предполагается продолжение обслуживания Системы на пучке-2004

25 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов25 CROS3 Координатная Система Считывания CMP_g Chip Xilinx Spartan II FPGA Этап разработка 96-канального прототипа Ситемы для Пропорциональных Камер (R&D) Этап 2004 – производство и тестирование сигнального образца Системы

26 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов26 CROS3 Координатная Cистема Считывания CROS3 – прототип координатной системы считывания, разрабатываемый с 2003 Учитывает достоинства (и недостатки) предыдущих систем CROS, CROS2 Использует достижения современных технологий интегральных микросхем в том числе – ASIC CMP16_g и FPGA Xilinx Spartan II Особенности системы: * Предусилитель, дискриминатор, задержка и считывание расположены непосредственно на детекторе * Быстрое кодирование и считывание данных с частотой 40 MHz * Возможность измерения временного распределения срабатывания каналов в интервале «ворот» схемы совпадений с дискретностью до 2.5 ns

27 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов27 Протонная Терапия Разработка, производство и тестирование 512-канальной системы считывания данных с пропорциональных камер !!! ( Протонная Терапия – Монитор Пучка) Разработка, производство и тестирование системы считывания данных с ионизационной камеры (Протонная Терапия – Монитор Дозы) Разработка, производство и тестирование опытного образца модуля управления сканером пучка (Протонная Терапия) Разработка и производство модулей управления магнитными элементами синхроциклотрона ( Проект Модернизации Электроники Синхроциклотрона) Работы будут продолжены в 2004 В пределах выделенного финансирования в 2003 выполнены следующие работы * : * - в течение второй половины 2003 финансирование работ было значительно снижено

28 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов28 Другие работы Работа Стенда Мюонных Камер - Ткач И.И., Гулина Н.М. Электроника Мюонных Камер LHCв – Спириденков Э.М., Неустроев П.В. Тестовая Электроника TRT (ATLAS) – Надточий А.В. Трассировка печатных плат по темам CMS EMU HV, «Протонная Терапия» - Мыльникова А.В. Подготовка Интернет-сайта ОФВЭ – Удалова С.Ф. Подготовка производства и монтаж печатных плат – Ясенова Г.В, Самсоненкова Н.С., Иванова В.И., Васильева В.В., а также - приступающий к выполнению обязанностей руководителя опытного производства Асташин В.В. Поддержка экспериментов, проводимых в ОФВЭ

29 Декабрь 2003, ПИЯФВиктор Головцов29 Другие работы-2003 Развитие инфраструктуры и оборудование рабочих мест: отремонтировано и оборудовано 120 м 2 рабочей площади оборудовано 5 рабочих мест инженеров-разработчиков практически завершается оборудование 4 рабочих мест монтажников печатных плат Работы будут продолжены в 2004 А также в меру сил трудилась администрация отдела: Уваров Л.Н. – заместитель по научным вопросам Калентарова С.И. – заместитель по произвоственным вопросам Осипова Н.А. – секретарь отдела