64-канальный 16-битный дигитайзер со скоростью 125 МС/с с программируемым входным коэффициентом усиления V2745

Особенности:

• 16-разрядный АЦП со скоростью 125 МС/с
• 64 аналоговых входа, дифференциальных или несимметричных, на четырех 40-контактных разъемах диаметром 2 мм
• Аналоговое усиление до x100 выбирается программно
• Открытое программирование ПЛИС с помощью графического инструмента SCI-Compiler
• Широкий спектр применений (от физики нейтрино и темной материи до ядерной физики и физики элементарных частиц и спектроскопической визуализации)
• Подходит для получения сигналов от полупроводниковых детекторов, подключенных к CSP (Si, HPGe), или сцинтилляторов, подключенных к ФЭУ (NaI, CsI).
• Выбор встроенного ПО для различных режимов сбора данных:
• Режим Scope (одновременный сбор необработанных сигналов с помощью общего триггера)
• Режим DPP-PHA (определение высоты импульса и времени по автономным каналам)
• Режим DPP-PSD (распознавание формы импульса и определение времени по автономным каналам)
• Возможность использования других алгоритмов, таких как подавление нуля и сокращение объема данных
• Многоплатформенная синхронизация и возможности построения системы
• Полностью программируемый ввод-вывод на передней панели (4 LEMO TTL/NIM и 16 LVDS)
• Специальный 14-битный выход ЦАП (LEMO) со скоростью 125 мс/с для проверки сигнала или суммирования триггеров
• Встроенная ПЛИС Xilinx Zynq® UltraScale+™ со встроенным ARM-процессором на базе Linux
• 2,5 ГБ оперативной памяти (DDR4)
• Мультиинтерфейс: USB-3.0 и 1/10 GbE или оптический канал CONET (подключаемый к одному разъему)
• Полностью поддерживается программным обеспечением для считывания данных CoMPASS и WaveDump2
• SDK для встроенного Arm и главного ПК
• Открытая ПЛИС

Описание:

Дигитайзер Mod. V2745 представляет собой 64-канальный цифровой сигнальный процессор для детекторов излучения в форм-факторе VME64X. Он обеспечивает не только оцифровку и запись сигналов, но и многоканальный анализ для ядерной спектроскопии с использованием кремниевой ленты, сегментированного HPGe, сцинтилляционного детектора с ФЭУ, проволочных камер и других устройств.
V2745 может выполнять измерения высоты импульса (PHA) и другие алгоритмы, которые будут постепенно разрабатываться, такие как синхронизация постоянной доли (CFD), интегрирование заряда (QDC) и распознавание формы импульса (PSD). Параметры алгоритма могут быть установлены независимо от канала к каналу.. Входные каналы с программно выбираемым аналоговым усилением до x100 могут быть дифференциальными (в версиях V2745) или несимметричными (в версии V2745B).
Каждый канал модуля оцифровывает аналоговый входной сигнал, который может быть сигналом, поступающим от физического детектора, с помощью 16-битного АЦП со скоростью 125 МС/с. Отобранные данные используются для запуска последовательности обработки цифровых импульсов, управляемой в ПЛИС на уровне встроенного ПО. Различные типы встроенного ПО могут быть выбраны с помощью программного обеспечения в соответствии с конкретной настройкой и режимом сбора данных.

Общий триггер: все каналы регистрируются одновременно с помощью общего триггера. Триггер может подаваться извне или генерироваться комбинацией отдельных канальных дискриминаторов. Этот режим в основном предназначен для сбора сигналов, например, с помощью цифрового осциллографа. Для удаления несущественных данных доступны опции нулевого подавления.
Независимый триггер: подходит для приложений без триггеров, где глобальный триггер не требуется, но каждый канал получает сигналы при помощи собственного триггера, который срабатывает через цифровой дискриминатор независимо от других.
DPP: обработка в режиме реального времени в ПЛИС позволяет извлекать физические параметры из формы сигнала (например, длительность импульса, заряд, временная метка, PSD), что хорошо подходит для приложений с высокой скоростью счета. Тем не менее, можно сохранять как необработанные волны, так и параметры.
Заказчикам, которые хотят персонализировать приобретение для реализации пользовательских алгоритмов обработки импульсов в открытой ПЛИС, доступен шаблон встроенного программного обеспечения. Пользователь может управлять выводимой информацией и настраивать логику запуска, чтобы получить несколько комбинаций саморегулирующихся сигналов и сигналов ввода-вывода для подтверждения или отмены событий.
На встроенном процессоре может быть запущено специальное программное обеспечение для обработки и анализа данных. Многоплатная синхронизация может быть реализована с помощью простой разводки кабелей на объединительной плате или передней панели.
Выбор интерфейса связи позволяет быстро считывать данные: USB 3.0 type-C и 1/10 гигабитный Ethernet или дополнительные оптические соединения (скоро появится протокол CONET – CAEN Daisy Chainable Optical Link).

V2745 помещается в однослотовый u-образный корпус CAEN VME64X, который позволяет преобразовать дигитайзер VME в настольную плату для лабораторных тестов.

Технические параметры:

главный    
Форм-фактор: 1-модульный VME64
Вес: 642 г
Размеры: 6U x 160 мм

АНАЛОГОВЫЙ ВХОД    
Каналы: 64 канала, дифференциальный в версиях 2745, несимметричный в версиях 2745B
Сопротивление: дифференциальное 100 Ом, несимметричное 50 Ом
Диапазон полной шкалы: 4 Vpp ÷ 0,04 Vpp
Коэффициент усиления: x1 ÷ x100, программируемый программным обеспечением с шагом 0,5 дБ независимо для каждого канала.
Полоса пропускания (-3 дБ): гарантированная частота 20 МГц при всех настройках усиления
Смещение по постоянному току: Регулируется в диапазоне ± 2,5 В независимо для каждого канала
Тип разъема: Четыре 40-контактных разъема диаметром 2 мм; доступны входные адаптеры

ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ    
Разрешение: 16 бит
Частота дискретизации: 125 МС/с одновременно на каждом канале. Масштабируемость с коэффициентом уменьшения в 2n, n = от 1 до 10 (только для встроенного ПО Scope)

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СИСТЕМЫ    
ENOB: 12 при частоте 5 МГц, -3 дБ, коэффициент усиления = 1 (тип.)
Среднеквадратичное значение: 3,6 ЛСБ (≈ 110 мкВ), типичное среднеквадратичное значение при коэффициенте усиления = 1

ЦИФРОВОЙ ввод-вывод    
CLK-ВХОД, CLK-ВЫХОД
• Две разные пары:
o CLK - опорный тактовый сигнал
o SYNC - сигнал синхронизации (start/stop, T0 и т.д.)
• 4-контактный разъем AMPMODU Mod II диаметром 2,54 мм
• ВХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ: LVDS, подключенные к сети переменного тока, ECL, PECL, LVPECL, CML (Zdiff = 100 Ом)
• ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ: LVDS
• Последовательная синхронизация для многоплатформенной синхронизации с программируемым сдвигом задержки CLK-OUT LVDS ввода-вывода
– 16 дифференциальных пар
– Программируемый ввод-вывод (отдельные выходы с автоматическим запуском, проверка срабатывания, наложение вето, Занято, Запуск, остановка, ввод шаблона и т.д.)
LVDS
– Zdiff = 100 Ом (если они установлены в качестве входных сигналов)
– 34-контактный разъем AMPMODU Mod II диаметром 2,54 мм

TRG-IN/TRG-OUT/GPIO/S-IN
 Для ввода–вывода общего назначения
 Программируемое программное обеспечение (триггер, затвор, вето, занято и т.д.)
– TTL/NIM с сигнальным входом

TRG-IN/S-IN имеет внутреннее значение 50 Ом (Zin = 50 Ом)
Для TRG-OUT требуется значение Rt = 50 Ом
GPIO в качестве входного сигнала должен иметь значение 50 Ом
GPIO в качестве TTL-выхода требует Rt = 50 Ом
GPIO в качестве NIM-выхода требует Rt = 50 Ом или 25 Ом
– Штекерный разъем LEMO 00

ВЫХОД ЦАП    
Выход ЦАП для контроля сигнала, генерации импульсов, определения основного уровня
14-разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)
Частота обновления 125 МС/с
±1 В при нагрузке 50 Ом; ±2 В при нагрузке hi-Z в диапазоне выходных сигналов
Разъем LEMO 00
ПАМЯТЬ для сбора ДАННЫХ    
Общий объем памяти DDR4 составляет 2,5 ГБ (20,971 МС/ч), который можно разделить на несколько буферов
Максимальная длина записи: ≈ 84 мс при 125 МС/с (общий объем памяти делится на 2)1

Значение 1 относится к встроенному программному обеспечению Scope (допускается как минимум два буфера)

спусковой крючок    
Режимы

Общий: все каналы регистрируются одновременно с помощью триггера (программного обеспечения, внешней или логической комбинации самоподключающихся устройств)
Индивидуальный: каждый канал регистрируется независимо с помощью своего самоподключающегося устройства
Коррелированный: индивидуальное срабатывание каждого канала проверяется логикой совпадения/антисогласования между другими срабатываниями и/или внешними операционными системами ввода-вывода
 

Временная метка срабатывания

Разрешение: грубая временная метка 8 нс, точная временная метка 8 с (только для прошивки DPP)
Диапазон счетчика: 48 бит
Диапазон полной шкалы: ~625 ч
синхронизация    
Распространение тактовых импульсов 
Типичная частота 62,5 МГц, опционально распределенная:
• С помощью разветвления на CLK-IN
• С помощью последовательной цепочки CLK-IN/CLK-OUT с программируемым сдвигом задержки CLK-OUT
По запросу могут поддерживаться пользовательские частоты

Запуск/остановка приема

Последовательное или разветвленное распространение через CLK-IN/CLK-OUT или NIM/TTL, LVDS I/Os

Синхронизация данных 
Логика "Занято"/"Вето" в LVDS I/Os или NIM/TTL I/Os для синхронизации создания событий

Распределение триггеров

TRG-ВХОД/TRG-ВЫХОД NIM/TTL LEMO I/Os (общий триггер) или LVDS I/Os (общий или индивидуальный триггер)

Сброс отметки времени запуска

Программное обеспечение с помощью команды запуска START или аппаратное обеспечение с помощью ввода S-IN/GPIO (только для встроенного программного обеспечения Scope)

прошивка    
Встроенное ПО хранится во встроенной флэш-памяти и может быть перезагружено в режиме реального времени с помощью веб-интерфейса

Встроенное по DPP
Реализует алгоритм цифровой обработки импульсов:

DPP-PHA: Анализ высоты импульса
DPP-QDC: Интеграция заряда
DPP-PSD: Распознавание формы импульса
DPP-ZLE: Кодирование нулевой длины
DPP-DAW: Окно динамического сбора данных
Встроенное по для области видимости
Встроенное по для записи формы сигнала

Обновления
Любое поддерживаемое встроенное ПО может быть загружено через веб-интерфейс (как различные типы встроенного ПО, так и обновленные версии одного и того же встроенного ПО)

ПЛИС    
Xilinx Zynq UltraScale+ Модификация многопроцессорной системы на кристалле. XCZU19EG
Вычислительная система на базе четырехъядерного процессора Arm с 2 ГБ оперативной памяти DDR4 при скорости 2400 Мбит/с (на базе ОС Linux)
Программируемая логика с более чем 1100 тыс. логических ячеек и памятью 80 Мбит/с
ОТКРЫТАЯ ПЛИС    
Шаблон для пользовательского интерфейса
Общий триггер, управление одновременной записью сигналов по 64 каналам. Настройка логики триггера и обработки сигналов

Пользовательский шаблон DPP
Управление индивидуальным триггером и получением каналов. Настройка алгоритма DPP, логики триггера и информации о событиях

ИНТЕРФЕЙСЫ СВЯЗИ    
1 GbE
Медный разъем RJ45 или оптический разъем LC на приемопередатчике SFP+
Протокол TCP/IP
Скорость передачи: 110 МБ/с
 

10 гигабайт (скоро появится)

Медный оптический разъем RJ45 или LC на приемопередатчике SFP+
Протокол: TCP/IP, UDP
Скорость передачи: 280 МБ/с (TCP/IP), t. b.d. (UDP)
CONET (предоставляется по запросу)
Оптический LC-разъем на приемопередатчике SFP+
Протокол CONET2 (фирменный для CAEN)
Скорость передачи данных: 80 МБ/с
 

USB 3.0

Разъем типа USB-C
Протокол USB 3.1 GEN1
Скорость передачи: 280 МБ/с
программное обеспечение    
Модуль считывания данных
– Программное обеспечение для спектроскопии CoMPASS (только для прошивки DPP)
– WaveDump2 (только для прошивки Scope)

SDK и инструменты
Библиотеки C общего назначения с демонстрационными образцами для Windows® и Linux® ПК и встроенный Arm-процессор

SCI-компилятор (открытая ПЛИС)
Автоматическая генерация драйверов (USB, Ethernet), библиотек и демонстрационного программного обеспечения для Windows®, Linux®

Веб-интерфейс
Управление встроенным ПО (например, обновление и оперативный выбор встроенного ПО для запуска), информация о плате, конфигурация PLL и Ethernet, мониторинг состояния платы

ТРЕБОВАНИЯ К ПИТАНИЮ    
+12 В: 1,4 А (тип.)
+5 В: 9,0 А (тип.)