Интерфейсная система считывания данных FERS-5200 Boards

Особенности:

• Платформа для считывания данных с больших массивов детекторов (SiPM, MA-PMT, газовые трубки, Si-детекторы, ...)
• Модульная стратегия: древовидная сеть, состоящая из различных типов интерфейсных плат (модули A520x FERS- 64/128 каналов) + плата концентратора DT5215
• Масштабируемость: от одного автономного модуля FERS для этапа исследований и разработок до нескольких тысяч каналов с концентраторной платой
• Простая синхронизация: с помощью одной платы концентратора DT5215 можно легко управлять и синхронизировать до 128 устройств FERS благодаря оптическому протоколу TDlink
• Распределенная геометрия: оптическая связь позволяет распределять блоки FERS на большой площади/объеме детектора
• Гибкость: блоки FERS адаптированы к конкретным детекторам и областям применения
• Компактные размеры: блоки FERS с высокой плотностью каналов очень эффективны с точки зрения подключения детекторов и занимаемой площади
• Программное обеспечение Janus для управления платой и DAQ
• Форм-фактор: Модуль FERS доступен в коробочной версии для настольного использования или в готовом виде для интеграции в механические корпуса

Описание:

FERS-5200 - это интерфейсная система считывания, предназначенная для считывания данных с больших массивов детекторов, таких как SIPM, многоанодные фотоэлементы, детекторы на кремниевых полосках, проволочные камеры, GEM, газовые трубки и другие. FERS - это высокомасштабируемая распределенная платформа. Каждое устройство представляет собой небольшую плату, которая вмещает 64 или 128 каналов и включает в себя интерфейсную электронику, аналого-цифровые преобразователи, логику запуска, синхронизацию, локальную память и интерфейс считывания.

FERS был разработан с учетом гибкости: единый пользовательский интерфейс и инфраструктура считывания данных были разработаны для поддержки и выполнения широкого спектра задач, связанных с интерфейсом, подходящих для самых разных типов детекторов. В большинстве случаев интерфейс основан на микросхемах ASIC. Такая конструкция идеально подходит для больших массивов детекторов, сочетая высокую плотность и экономичную интеграцию многоканальной считывающей электроники с небольшими габаритами и низким энергопотреблением.  В интерфейсной части ASIC может быть реализована аналоговая цепочка, состоящая из предусилителя, формирователя, датчика пиковых значений и дискриминатора: так, например, обстоит дело с моделью A5202, основанной на чипе Citiroc-1A производства WeerocWeeroc для считывания данных SiPM. В других случаях ASIC реализует полностью цифровую цепочку, как, например, CERN picoTDC, установленный на A5203.

Все устройства FERS оснащены разъемами USB2.0 и Ethernet 10/100 T для автономного использования, а также оптическим каналом связи для запуска фирменного протокола TDlink CAEN для автоматической синхронизации, медленного управления и считывания данных с высокой пропускной способностью с нескольких устройств. Кроме того, для выполнения программируемых функций, в зависимости от конкретного применения блока FERS, доступны общие модули ввода-вывода LEMO.

A5202 - DT5202
A5202 (DT5202 - это коробочная версия для настольного использования) ‐ это модуль FERS-5200, который использует чип Citiroc-1A производства WeeROC для считывания данных SiPM. Точнее, A5202 представляет собой небольшую плату (≈7 ×17 см2), на которой размещены две микросхемы Citiroc‐1A (64 канала считывания). Каждый канал считывания состоит из предусилителя, медленного формирователя с детектором пиковых значений и быстрого формирователя, за которым следует дискриминатор. Значения пиковых значений с каждого Citiroc‐1A последовательно преобразуются (мультиплексированный выходной сигнал) с помощью АЦП. 64‐канальные саморегулирующиеся устройства (выходы дискриминатора) могут использоваться для подсчета, отметки времени, определения информации о превышении порогового значения по времени (ToT), а также для генерации триггера на плате, который запускает аналого-цифровое преобразование. Плата A5202 также оснащена модулем питания A7585D для смещения SIPMS.

A5203 - DT5203
A5203 (DT5203 - коробочная версия для настольного использования) - это модуль FERS-5200, который использует чип picoTDC производства CERN для измерения времени с высоким разрешением. Более точно, A5203 представляет собой небольшую плату (≈7 ×17 см2), работающую в качестве 64-канального TDC с разрешением 3125 psb. Каждый канал считывания может принимать сигналы LVDS и измерять временные метки их нарастания/спада. Таким образом, устройство способно восстанавливать время поступления сигналов в виде абсолютной временной метки или в виде ΔT по отношению к общему импульсу Tref, а также время превышения порогового значения, что позволяет оценить амплитуду или скорректировать ход.

ToT позволяет оценивать амплитуду, восстанавливать энергетический спектр и корректировать временной интервал, а также обеспечивает возможность достижения оптимального временного разрешения без использования дискриминаторов постоянной доли. Для небольших установок можно использовать один блок A5203 автономно, без какого-либо дополнительного оборудования, просто подключив его к ПК через USB 2.0 или Ethernet 10/100T. Для больших систем считывания данных можно создать гибкую и масштабируемую сеть устройств с помощью высокоскоростной оптической линии связи под названием TDlink.

A5204 - DT5204
A5204 (DT5204 - это коробочная версия для настольного использования) - это модуль FERS-5200, в который встроены чипы WeeROC Radioroc 2 и CERN picoTDC для считывания данных SiPM с высоким разрешением всего за ∼7 ×20 см2. Помимо медленного формирователя с датчиком высоты импульса для сбора данных, Radioroc 2 ASIC включает в себя настраиваемые быстрые предварительные усилители, за которыми следуют быстрые формирователи и дискриминаторы, которые могут выдавать 64 отдельных канальных триггера с джиттером до 55 пс FWHM на одном p.e. Триггеры отдельных каналов подключены к ПЛИС для подсчета фотографий на частоте до 200 МГц, а также для реализации триггеров совпадений, большинства и топологического сбора данных. Отдельные триггеры также подключены к микросхеме PICOTDC, что позволяет проводить очень точные измерения времени благодаря LSB мощностью 3,125 л.с. Превышение порогового значения времени (ToT) также может использоваться для оценки высоты импульса, что позволяет получать временные метки и PHA с очень низким временем простоя и чрезвычайно высокой скоростью без необходимости мультиплексированного аналого-цифрового преобразования.

 Плата A5204/DT5204 также оснащена модулем питания A7585D для смещения SIPMS.

DT5215
Один DT5215 (плата концентратора FERS) может управлять до 8 соединениями TD. Каждое соединение D может подключать и управлять до 16 устройствами FIRST в последовательной цепи, что составляет в общей сложности 128 устройств. Для 64-канальных плат это означает, что один концентратор считывает 8192 канала. Для дальнейшего увеличения общего количества каналов можно синхронизировать несколько плат концентратора. Концентратор данных подключается к главному компьютеру через Ethernet емкостью 1/10 Гб или USB 3.0.

Плата концентратора управляет считыванием данных из сети устройств FERS и формированием данных о событиях в соответствии с отметкой времени и/или идентификатором запуска фрагментов событий, полученных каждым устройством. Отсортированные и объединенные пакеты данных затем сохраняются в локальной памяти и, наконец, отправляются на хост-компьютеры. Пользовательские алгоритмы обработки и сокращения данных могут быть загружены пользователем во встроенный центральный процессор (скоро появится).

Один компьютер, один концентратор, тысячи каналов связи
FERS-5200 - это расширяемая система: один и тот же модуль FERS можно использовать как автономную систему для создания прототипов и валидации, а затем добавить в большую сетевую сеть для считывания больших массивов данных. Такая стратегия позволяет избежать ненужных затрат и максимально повысить эффективность затрат.

Основой масштабируемости FERS-5200 является оптический Toslink, который одновременно управляет потоком данных, синхронизацией устройств и медленным управлением.

Плата концентратора DT5215 содержит 8 оптических каналов, каждый из которых способен поддерживать до 16 устройств FERS в последовательной последовательности. В случае A5202/A5203 это означает, что 8192 канала управляются одной платой концентратора… а несколько концентраторных плат могут быть синхронизированы для поддержки неограниченного количества каналов!

Программное обеспечение Janus
Janus - это программное обеспечение с открытым исходным кодом для управления платами FERS-5200 и считывания данных. Оно выпускается в двух версиях, версии 5202 и 5203, и служит платформой для разработки DAQ на заказ с учетом конкретных потребностей. Пользователи могут настраивать обработку данных, полученную статистику и форматы выходных файлов.

Janus может управлять до 16 подключенными устройствами FERS через Ethernet или USB, включая считывание данных с платы концентратора DT5215, предлагая единый пользовательский интерфейс. Janus состоит из двух частей: одна на inC, основного приложения, и другая на Python для пользовательского интерфейса. Графики создаются с помощью Gnuplot, а все параметры конфигурации хранятся в текстовом конфигурационном файле.

Вы можете использовать Janus в двух режимах:

Консольный режим: отредактируйте файл конфигурации, запустите текстовую консоль и получайте сообщения и статистику во время запуска. Построение графиков выполняется с помощью Gnuplot.
Графический режим: Запустите программу на Python, чтобы подключиться к программе на C через сокет. Отправляйте команды и получайте сообщения, отображаемые в графическом интерфейсе Python.