64-канальный блок Citiroc для FERS-5200 A5202

Особенности:

• 64-канальный интерфейсный модуль для считывания данных SiPM, содержащий две ASIC-системы Heroic Citiroc-1A
• Part ofFERS-5200, платформа CAEN для считывания данных с большого количества датчиков (SiPM, MAPMTs, газовых трубок, Si-детекторов, ...)
• Встроенный источник питания A7585D SiPM для смещения датчиков
• Режимы сбора данных: спектроскопия (PHA), подсчет, синхронизация с ToT
• Масштабируемость и простота синхронизации: с помощью оптической TDlink можно управлять и синхронизировать до 128 карт (8192 канала) с помощью одной платы концентратора DT5215
• Программное обеспечение Janus 5202 с открытым исходным кодом, доступное для управления платой и DAQ
• Гибкость: полный ассортимент адаптеров и кабелей для различных типов SIPM и датчиков с дистанционным подключением
• Модуль FERS в штучной упаковке (DT5202) для настольного использования или без него (A5202) для настраиваемой механической рамы

Описание:

FERS-5200 ‐ это интерфейсная система считывания данных, предназначенная для считывания данных с больших массивов детекторов, таких как SIPM, многоанодные фотоэлементы, детекторы на кремниевых полосках, проволочные камеры, GEMs, газовые трубки и другие. FERS‐5200 - это распределенная и масштабируемая система, в которой каждый модуль представляет собой небольшую плату, вмещающую 64 или 128 каналов с предварительным усилителем, формирователем, дискриминатором, АЦП, логикой запуска, синхронизацией, локальной памятью и интерфейсом считывания. В большинстве случаев интерфейсная часть основана на микросхемах ASIC, которые обеспечивают высокую плотность и экономичность интеграции многоканальной считывающей электроники в модули небольшого размера и с низким энергопотреблением.

Первым разрабатываемым модулем FERS‐5200 является A5202 (DT5202 ‐ это коробочная версия для настольного использования), 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 SIPM и интерфейсами для считывания, синхронизации и управления.

Наиболее подходящими режимами сбора данных A5202 являются:

 Режим спектроскопии: Этот режим (также обозначаемый как Pulse Height Analysis, PHA) работает с глобальным (групповым) триггером, который либо поступает из внешнего источника, либо генерируется комбинацией самоподключающихся каналов. Как только активируется триггер, все каналы одновременно начинают аналого-цифровое преобразование амплитуды импульса.
Режим подсчета: В этом режиме самозапуски каждого канала подсчитываются индивидуально, а интервалы счета определяются внутренним периодическим элементом с программируемой шириной или внешним сигналом.
Режим синхронизации: Этот режим генерирует список отдельных временных меток (называемых эталонным сигналом времени), дополнительно объединенный с информацией о превышении порогового значения времени (ToT), которая дает приблизительную оценку амплитуды импульса. 
Одно устройство A5202 можно использовать автономно, без какого-либо дополнительного оборудования, просто подключив 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 TDlink, которая позволяет последовательно соединять до 16 устройств FERS‐5200, обеспечивая считывание данных, синхронизацию между устройствами и передачу команд (например, триггеров, времени). сброс настроек и т.д.). DT5215 ‐ это плата сбора данных (FERS‐CB), содержащая 8 устройств TDlink master, которые позволят управлять до 128 устройствами FERS-5200.

A5202 полностью поддерживается программным обеспечением CAEN Janus 5202 с открытым исходным кодом для Windows® и Linux®.  Janus может работать в консольном режиме (программа на C, без графики) или подключаться к графическому интерфейсу, написанному на Python. Графический интерфейс имеет панели настройки и управления запуском, которые упрощают управление сбором данных. Как консольный, так и графический режимы позволяют получать данные с нескольких панелей, управлять построением событий и временными гистограммами, отображать статистику данных, строить гистограммы и сохранять выходные данные, включая спектры и файлы списков с полученными временными данными.

Широкий ассортимент адаптеров и кабелей также был специально разработан для плат FERS-5200, чтобы обеспечить универсальность выбора и возможность удаленного управления детекторами, полный список которых доступен здесь.

Технические параметры:

механический    
Размеры и вес

72,8 Ш x 22,0 В x 174,5 Д мм3 132 г

входные    
64 канала (= 2 микросхемы Citiroc-1A)

ПОЛЯРНОСТЬ СИГНАЛА    
Положительный

чувствительность    
Двойной диапазон: Низкий коэффициент усиления (LG)/высокий коэффициент усиления (HG). Индивидуальная настройка коэффициента усиления по каналам с помощью конденсатора обратной связи CSP, Cf, в диапазоне от 25 до 1575 мкФ (шаг 25 мкФ).:

LG = 1,5 пФ/Кф (максимальное усиление = 60)
HG = 10 x LG = 15 пФ/Кф (максимальное усиление = 600)
ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН    
Предусилители Citiroc-1A обеспечивают динамический диапазон от 160 fC до 400 PC (т.е. от 1 до 2500 фотоэлектронов с коэффициентом усиления 106 SiPM)

ВРЕМЯ ФОРМИРОВАНИЯ    
7 вариантов медленного формирователя: от 12,5 нс до 87,5 нс (с шагом 12,5 нс)
Фиксированный режим быстрого формирователя: 15 нс
Ввод/вывод данных на ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ    
Доступны 4 универсальных программируемых разъема ввода/вывода LEMO:
– 2 (T0-IN и T1-IN) для использования в качестве входных данных (LVTTL и NIM)
– 2 (T0-OUT и T1-OUT) для использования в качестве выходных данных (LVTTL)
Разъемы T1-IN и T0-IN имеют напряжение 50 Ом и соединяются перемычкой. Перемычку можно перемещать для выполнения мостового соединения для последовательного распределения триггеров, проводного подключения или в многоплатной системе.

ЦИФРОВОЙ ДАТЧИК    
Сигнал LVTTL с различными функциями может передаваться через выходные разъемы на передней панели.

АНАЛОГОВЫЙ ДАТЧИК    
Разъемы MCX позволяют пользователю получать аналоговые сигналы с определенного, программно выбираемого каскада каждой цепи формирования сигнала Citiroc-1A:

Выход предусилителя LG/HG
Медленный выход формирователя LG/HG
Быстрый выход формирователя
САМОЗАПУСКИ    
Программируемый 10-разрядный ЦАП для определения общего порога
Минимальный порог: 1/3 фотоэлектрона
Отдельная линия запуска для каждого канала
Программируемый 4-разрядный ЦАП для точной настройки порога по каждому каналу
Логическая комбинация (И, или, большинство) триггеров для запуска аналого-цифрового преобразования и привязки ко времени.
ВНЕШНИЕ ТРИГГЕРЫ    
От TDlink, T1-IN или T0-IN. Линии T0/T1 могут быть последовательными (ВХОД-ВЫХОД) или проводными (двунаправленными), чтобы использовать общий глобальный триггер для нескольких устройств.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ    
Высоковольтный источник питания A7585D, установленный на одноканальной печатной плате:

Общее напряжение смещения SiPM: 20 ÷ 85 В
Точность настройки: ±0,2%±50 мВ
Индивидуальная настройка канала: 8-разрядная (динамический диапазон 2,5 В или 4,5 В)
Максимальный выходной ток смещения: 10 мА (программируемый предел)
Программируемая температурная компенсация
РЕЖИМЫ СБОРА ДАННЫХ    
Режим спектроскопии (PHA)

Одновременный сбор данных по всем каналам
13-битное аналого-цифровое преобразование
Время систематического преобразования ≈ 10 мкс (максимальная частота срабатывания ≈ 100 кГц)
Независимые цифровые пороговые значения для подавления нулей по каждому каналу (ZS)
Режим подсчета

Независимый от канала подсчет
Общий триггер для определения интервала отсчета (времени ожидания)
Максимальная скорость счета (на канал): ≈ 20 Мкбит/с
Режим синхронизации

Независимые каналы (объединенный список, отсортированный по времени)
Разрешение 0,5 МБИТ/с (среднеквадратичное значение ~ 250 пс)
Временная метка относится к общему отсчету времени, поступающему от разъемов T0-IN/T1-IN или от логической комбинации саморегулирующихся каналов
Спектроскопическая информация (с более низким разрешением) по времени превышения порогового значения (ToT)
ОТМЕТКА ВРЕМЕНИ    
56-разрядный счетчик с шагом 8 нс
С помощью DT5215 FERS-CB можно синхронизировать до 128 плат, отправив сигнал сброса временной метки по TDlink
ИНТЕРФЕЙСЫ СВЯЗИ    
USB Ethernet Оптическая линия связи
USB2.0: разъем microUSB
Пропускная способность = ≈ 3 МБ/с
Разъем Ethernet, тип Rj-45. Поддерживает подключение к ПК со скоростью 10/100 Мбит/с
Пропускная способность = ≈ 2,5 Мбит/с
Модульный приемопередатчик малого форм-фактора (SFP+) для оптического подключения (3,125 Гбит/с). Фирменный протокол TDlink CAEN обеспечивает многоплатную синхронизацию, медленное управление и
считывание данных
Требуется концентратор данных DT5215
 

прошивка    
Встроенное ПО может быть обновлено через USB или Ethernet

программное обеспечение    
Система считывания данных
Полностью управляется программным обеспечением Janus с открытым исходным кодом для Windows® и Linux®.
Он может работать в консольном режиме (программа на C, с консольными командами и отображением графиков gnuplot) или подключен к графическому интерфейсу (Python), который реализует удобные для пользователя панели настройки и элементы управления запуском.

Janus может получать, отображать и сохранять выходные файлы с гистограммами PHA, ToT, а также файлы списков (данные об энергопотреблении и временные метки для каждого канала).

Веб-интерфейс
Информация о плате и мониторинг, конфигурация Ethernet.

ТРЕБОВАНИЯ К ПИТАНИЮ    
Один источник питания (+12 В). Регулярная работа в диапазоне от +7 В до +15 В

ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ    
750 мА при +12 В, т.е. ≈ 9 Вт (прием включен, все каналы включены, высокое напряжение включено, установлено 64 SIPM)
685 мА при +12 В, т.е. ≈ 8,2 Вт (прием данных выключен, все каналы включены, высоковольтное напряжение выключено, SIPMS не установлены)