Электроника Системы Сбора Данных КМД3 Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН Новосибирск, Россия Козырев А.Н. - презентация

1 Электроника Системы Сбора Данных КМД3 Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН Новосибирск, Россия Козырев А.Н.

2 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

3 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 ~ каналов

4 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

5 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

6 Структура ССД КМД3

7 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

8 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

9 Блок T2Q Технические характеристики Временной тракт : Полная шкала16384 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 кан. (14бит) Цена канала 5000 e (тип) Погрешность Q 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

10 Блок UFO32 32 канала Программное управление коэффициентом усиления каждого канала, глубина регулировки – 4 раза. В энергетическом канале фильтр CRRC 4 с τ = RC = 1 мкс Суммирование по 15 каналам для триггерного сигнала, затем CRRC формирование с τ = 0.3 мкс АЦП 12 разрядов Цена деления 0.2 МэВ/канал Конструктивное исполнение 2М Большой КАМАК

11 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 10 6 e - Полная шкала4096 (12 бит) Интегральная нелинейность 2.2 канала Шумы А/Ц преобразования0.7 канала

12 Блок IFLT Число входных линий – 48 Формат передачи данных для ССД - 25 Мбит/с LVDS ("медленный" линк) формат передачи данных для триггера 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

13 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 Мбит/с LVDS ("быстрый" линк) Конструктивное исполнение 1М Большой КАМАК

14 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

15 Блок GIBDD Коэффициент разветвления – 30*медленных линков Выход – Ethernet 100 Мбит Конструктивное исполнение коробка 19 1U

16 Статус работ БлокКоличествоСтатус T2Q90Произведены полностью TQ20Производство опытной партии UFO3280Производство опытной партии Q16132Подготовка к производству опытной партии IFLT10Произведены полностью ADIS15Производство опытной партии U2F2Тест прототипа MChS1Закончен тест прототипа, в проект вносятся поправки GIBDD1212Массовое производство