µTCA for Physics und Multi GS/s FADC/Digitizer Entwicklungen
Dr. hias Matt ch Kirs
Teil 1: SIS3305 5 GS/s 10-bit FADC Informationen zum derzeit verm...
µTCA for Physics und Multi GS/s FADC/Digitizer Entwicklungen
Dr. hias Matt ch Kirs
Teil 1: SIS3305 5 GS/s 10-bit FADC Informationen zum derzeit vermutlich schnellsten VME Digitizer auf dem Markt
Teil 2: SIS8300 µTCA for Physics Digitizer Eine der ersten Implementationen des sich entwickelnden Standards Controls Digitizer mit Fast Feedback und vielen anderen Möglichkeiten
Abtastung/Wandlung eines analogen Signals mit festem Takt (Sample/s)
typischer Aufbau
Exkurs: Ring Sampler/FADC Früher Ring Sampler: F1001 bei H1, aktuell DRS (Domino Ring Sampler, PSI Stefan Ritt) FADCs inzwischen viele kommerzielle Quellen (ADI, TI, e2v, LTC, …)
Funktionsprinzip Flash ADC 2n-1 Komparatoren für n-Bit
Vergleich Ring Sampler/Flash ADC Ring Sampler Kanaldichte
+
Stromverbrauch
+
Kanalpreis
+ (PSI)
FPGA Trigger Auflösung Analoge Bandbreite
Flash ADC
+ + typ. 300 MHz
+
offline
+
Daueracquisition
-
o
Auslesezeit
-
+
Eichung
Ring Sampler/FADC Fazit 1 Es gibt Anwendungen, welche aus Kosten- oder Leistungsaufnahme Gründen nicht mit einem FADC Ansatz gemacht werden können Für Vorstudien mit kleinen Kanalzahlen FADC ggf. flexibler
Ring Sampler/FADC Fazit 2 Es gibt Anwendungen, welche aus Bandbreiten Gründen und Aufnahme Limitationen nicht mit einem Ring Sampler Ansatz gemacht werden können. Z.b. schnelle Feedback Systeme, lange Sampling Zeit, Signalverarbeitung (Gamma),…
6U 4TE VME Karte 2/4/8 Kanäle 5 GS/s, 2.5 GS/s oder 1.25 GS/s pro Kanal 512/256/128 MSample/Kanal Speicher 2 GHz analoge Bandbreite Interne/Externe Clock Zähler und Inhibit Eingang TDC Chip Auslese parallel zur Daten Aufnahme Multi Event Modus Sparsification/Nullunterdrückung Pre/Post Trigger Fähigkeit Trigger Oder Ausgang (Individuelle Schwellen) A32/D32/BLT32/MBLT64/2eVME/SST 1/2/4 GBit/s optische Link Option In field JTAG und VME Firmware Upgrade Fähigkeit
SIS3305 Block Diagramm
Vorteile/besondere Eigenschaften e2v EV10AQ190 ADC Chip - 4 1.25 GS/s ADC Wandler Kerne - Analog MUX Crossbar Switch → 4 Kanal 1.25 GS/s, 2 Kanal 2.5 GS/s und 1 Kanal 5 GS/s Betrieb - Zwei double Data Rate Ports pro ADC → Daten mit High end FPGA ohne DEMUX beherrschbar - 10 Bit - 1.4 W pro Kanal „hält sich im Rahmen“
e2v EV10AQ190 ADC Chip I
e2v EV10AQ190 ADC Chip II 4 Kanal Modus 1 Kanal Modus
Auf der Hand liegender Hinweis: 500 MS/s reicht hier nicht (unabhänging von den 12-bit des SIS3350)
Wie schaut‘s aus?
SIS3305
RoentDek 16 channel SIS3305 1.25 GS/s system
Teil II : SIS8300 µTCA for Physics Digitizer
courtesy DESY/XFEL
SIS8300 Risiken und Nebenwirkungen I: It is PICMG‘s policy to prohibit claims of compliance with respect to a specification under development. Any such claims must be understood as applying to a draft, which is subject to change
SIS8300 Risiken und Nebenwirkungen II: Entwicklung in Kooperation mit DESY unter ZIM Förderkennzeichen 2460101MS9 (ZIM: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand)
AMC2.0 4 lane PCI Express → 640 MB/s Auslese 10 Kanäle 125 MS/s 16-bit ADC 10 MS/s bis 125 MS/s pro AC und DC Eingangsstufe Zwei 16-bit DACs für Fast Feedback Implementation hochpräzise und flexible Clock Verteilungs Logik Interne, Front Panel, RTM und Backplane Clock Quellen Programmierbare Verzögerung von Doppel ADC Gruppen Gigabit Link Port Implementation zur Backplane Doppel SFP Käfig für High Speed System Interconnects Virtex V FPGA 32 MSample Speicher pro Kanal zusätzliche Punkt zu Punkt Links über Backplane In Field Firmware Upgrade
SIS8300 rocks: AC/DC Input Stage
Exkurs: Frage von letzter SEI (@ BESSY): Ist µTCA für “kleine” Institute realisierbar? • klares JA • wer PCI Express (und/oder GBit Ethernet) kann sollte das in den Griff bekommen • Demonstrator @ Struck Umsetzung SIS1100eCMC (Single Lane PCI Express Karte) zur SIS8100 AdvancedMC Karte • neu kam Platform Management dazu
SIS1100-eCMC/SIS8100
MMC (Module Management Controller) Implementation in ATMEGA128 Struck Eigenentwicklung Aufwand in der Größenordnung ein Mannmonat Vorkenntnisse Controller Typ und Tools vorhanden
Excerpt MMC Code (aus SIS8100 main.c): // led handling if(tick_10ms){ ledHandleTick(&ledBlue); ledHandleTick(&led1); ledHandleTick(&led2); // change local states switch(moduleState){ case MODSTATE_UNPOWERED: // sequencer off, sequencer status pins are invalid PWON_PORT &= ~(1