Электроника Системы Сбора Данных КМД3

1. ИТЭФ-07 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, уложенныхв2 слоя,по 24 сектора в каждом слое. • Торцевой калориметр – 680 кристаллов BGO • Цилиндрическийкалориметр – 1152 кристалла CsI • LXe-калориметр – 264 башни – 2112 сигнальных проволочек • Mu-система – 48 счетчиков • TOF – 16 счетчиков Всего ~ 10000 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 ПЛИСфирмы 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 шкала 16384 кан. (14бит) •   Цена канала  0.2 нс(тип) •   Погрешность t0.3 нс(тип) •   Интегр. нелинейность    2 %(тип) •   Темп. нестабильность 0.01 %/C (тип) •   Неидентичность каналов3% • Амплитудный тракт :  •   Полная шкала 16384 кан. (14бит) •   Цена канала  5000e‑(тип) •   Погрешность Q45000e‑(тип) •   Интегр. нелинейность 0.8%(тип) •   Темп. нестаб-ть шкалы0.04 %/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 CR―RC4сτ = RC=1мкс • Суммирование по 15 каналам для триггерного сигнала, затем CR―RCформирование сτ = 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 106 e- • Полная шкала 4096 (12 бит) • Интегральная нелинейность  2.2 канала • Шумы А/Ц преобразования 0.7 канала

12. Блок IFLT • Число входных линий – 48 • Формат передачи данных для ССД - 25 Мбит/с LVDS ("медленный" линк) • формат передачи данных для триггера - 2360 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 - 2360 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