Система считывания показаний TPC SY2791

Особенности:

• Полная система считывания показаний детектора, разработанная для измерения жидкости
• Легко настраиваемая для широкого спектра детекторов
• 19-дюймовый корпус размером 4U с 256 каналами и блоком питания
• Подключаемые предусилители на гибридных схемах (продаются отдельно)
• Оцифровка 12 бит / 2,5 Мс/с
• Буфер памяти объемом 1 или 8 Мбайт
• Автоматический запуск по независимому каналу
• TT-Link: синхронизация и распределение триггеров по одному проводу
• Конструкция на основе ПЛИС: возможность настройки встроенного программного обеспечения
• Скорость считывания 80 Мбит/с по последовательному оптическому каналу
• Библиотеки, демонстрации (C и LabVIEW) и программные средства для Windows и Linux

Описание:

CAEN Mod. SY2791 - это полноценная система считывания показаний с детектора, идеально подходящая для TPC с жидким аргоном (камера временной проекции), но легко настраиваемая для широкого спектра детекторов. Система размещена в 19-дюймовом корпусе 4U, который содержит блок питания переменного/постоянного тока A2793 и восемь модулей сбора данных A2792 по 32 канала в каждом. В общей сложности один SY2791 может считывать до 256 каналов.
Аналоговые сигналы, поступающие от детектора, поступают непосредственно на входы A2792s, где предусилители (продаются отдельно) расположены в виде массивов подключаемых гибридных схем (по 2 канала в каждой) и заключены в металлический экранированный корпус. Это решение позволяет выбрать предусилитель в соответствии с конкретными требованиями. Выходные сигналы предусилителя оцифровываются 12-разрядными флэш-АЦП со скоростью 2,5 МС/с и обрабатываются внутренней логикой сбора данных, реализованной в программируемой ПЛИС, которая обеспечивает логику запуска, хранение данных в буферах локальной памяти и считывание по фирменному оптическому каналу связи, управляемому платой PCI A2818.
Это компактное и модульное решение позволяет размещать считывающую электронику в непосредственной близости от детектора, обеспечивая наилучшие характеристики с точки зрения шума и разрешающей способности. Оптоволокно позволяет подключать систему к главному компьютеру на расстоянии до нескольких сотен метров; оптоволокно гарантирует простоту прокладки кабелей и отсутствие контуров заземления. Одна PCI-карта A2818 может управлять до восемью последовательно подключенными A2792 (то есть одним полным блоком). Как правило, на одном ПК могут размещаться четыре A2818, что означает, что 1024 канала управляются и считываются с одного коммерческого ПК.
Система была спроектирована с учетом масштабируемости: благодаря TT-Link можно легко перейти от использования одного ящика с 256 каналами к экспериментам с тысячами каналов. Это однопроводная шина (по коаксиальному кабелю), соединяющая столько ячеек, сколько необходимо, которая распределяет одни и те же тактовые частоты дискретизации на все АЦП всей системы и те же глобальные команды, такие как триггеры, получение данных о запуске/остановке, сброс и т.д. таким образом, все платы сбора данных синхронизируются.
После получения сигнала от предусилителя система работает как преобразователь формы сигнала: 32 последовательных выхода АЦП подключены к одной ПЛИС, которая непрерывно выбирает цифровые отсчеты и сохраняет их параллельно для всех каналов в массиве кольцевых буферов памяти (Multi Event Buffer). Когда запускается канал, ПЛИС продолжает записывать программируемое количество выборок, которые остаются в пределах окна post trigger, а затем сохраняет текущий буфер (т.е. окно сбора данных) этого канала; такие события передачи данных завершаются заголовком и временной меткой.
Сбор данных может быть продолжен без простоев в новом кольцевом буфере. Каналы работают независимо друг от друга и запускаются, когда соответствующий входной сигнал превышает программируемый цифровой порог. Можно распространить срабатывание одного канала через TT_Link и создать группы каналов, в которых превышение порогового значения одним каналом “предупреждает” другие каналы, которые могут решить снизить свой порог и позволить очень слабому сигналу инициировать сбор данных. Также может быть запущен глобальный триггер, общий для всех каналов, с помощью программных команд или внешнего сигнала, независимо от превышения порогового значения.
Пропускная способность SY2791 прямо пропорциональна частоте дискретизации и запуска; теоретически можно осуществлять сбор аналоговых сигналов в непрерывном режиме. Для этого система оснащена встроенным автозапуском, период действия которого выбирается таким образом, чтобы обеспечить согласованное время сбора данных и непрерывную оцифровку формы сигнала. Однако пропускная способность этого режима работы может превышать максимальную скорость считывания, разрешенную полосой пропускания оптической линии связи. Алгоритмы подавления нуля и/или сжатия данных могут быть добавлены во встроенное ПО ПЛИС, чтобы уменьшить объем передаваемых данных. Будущие разработки предусматривают оперативную обработку данных для определения энергии и/или времени оцифрованных импульсов с целью дальнейшего снижения пропускной способности данных.
CAEN предоставляет пакет программного обеспечения, содержащий драйверы для платы PCI A2818, библиотеки (как на C, так и на LabVIEW) для доступа по оптическому каналу, а также некоторые демонстрации и примеры программ для считывания данных. Поддерживаются как Windows, так и Linux.

Технические параметры:

Количество каналов    
32 для одного A2792; 256 для полного корпуса.

Предусилитель    
Подключаемые гибридные схемы с двумя каналами каждая (продаются отдельно)

Регулировка выходного смещения    
Два программируемых 16-разрядных ЦАП (см. [0:15] и [16:31]) для регулировки смещения по постоянному току на выходе предусилителей.

Тестовый импульс    
Внешний от LEMO с двойным мостом. Встроенный с программируемым шагом напряжения (от 0,5 мВ до 1 В), положительным или отрицательным, управление съемкой с помощью TT-Link или SW-команды.

Разрешение АЦП    
12-разрядный (FSR = 3,3 В, 1 LSB = 0,805 мВ). Также доступно обновление до 14-разрядного.

Частота дискретизации    
Программируется в диапазоне от ~40 кГц до 2,5 МГц.

Память    
1 МБ (что соответствует 16 тыс. выборок на канал). Возможность расширения до 8 МБ.

Количество буферов    
От 2 (8 тыс. выборок) до 1024 (16 выборок) на канал.
Максимальное количество буферов (для всех каналов): 4096

Спусковой крючок    
Независимый запуск по каналам (преодоление порогового значения); глобальный запуск для всех каналов, поступающих от TT-Link, управляющего разъема ввода-вывода или команды SW.

Отметка времени запуска    
32-разрядный счетчик, синхронизированный с тактовой частотой дискретизации. Диапазон 2147 с при скорости 2 МС/с.

Оптический канал связи    
Последовательная передача данных от 1 до 8 A2792s. Максимальная пропускная способность данных = 80 МБ/с.

Требования к питанию    
Материнская плата A2792 (без предусилителей):
+3,3В: 1000 мА
+9 В: 150 мА
-9 В: 40 мА
A2792 с предусилителями:
+3,3В: 1000 мА
+9 В: 1400 мА
-9 В: 320 мА