TriggerTrigger e Aquisição de dados para o e Aquisição de dados para o ProjetoProjeto Neutrinos AngraNeutrinos Angra

HermanHerman Lima Lima JrJr

Centro Brasileiro de Pesquisas FísicasCentro Brasileiro de Pesquisas Físicas

24 de Maio de 200724 de Maio de 2007

Projeto NEUTRINOS ANGRA

DefiniçãoDefinição

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

PMT

front-end

cintilador

front-end

detectorese front-end

análise dedadosTRIGGER E AQUISIÇÃO DE DADOS

• processar sinais da eletrônica de front-end,incluindo sinais do detector central e do sistemade VETO

• selecionar e classificar somente os eventos de interesse (trigger)

• monitorar a estabilidade e a performance dosdetectores

• monitorar parâmetros como temperatura,alta tensão, etc

• armazenar as informações (física e monitoração) em mídia permanente

EstruturaEstrutura

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Trigger eAquisição de Dados

Eletrônica Software Transmissão e Armazenamento

Neutrino VETO

ÁREA

SUB-ÁREA

Herman 1

Artur Vilar 1Mário Vaz 1Wallace 1

Lucas Petersen 2

Márcio Portes 1Marcelo Portes 1

Luciano Manhães 3

Luis Fernando 2

1. CBPF2. UNICAMP3. COPPE/PEE

EQUIPE

CenárioCenário

• Detecção de NeutrinoDetecção de Neutrino• 134 PMTs• aquisição de dados (digitalização) e trigger• janela de aquisição de 150 µs (máx) por evento

• VETOVETO• 110 cintiladores• Somente Trigger (discriminadores)

• CalibraCalibraççãoão• VEM (Vertical Muon) (?), LEDs ou fontes radioativas • 110 canais (cintiladores superiores, inferiores e laterais)• decodificação X&Y para os canais superiores e inferiores

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Detecção de Neutrino Detecção de Neutrino -- diagramadiagrama

Analog-to-Digitalconversion

Signalconditioning

Buffers

Triggerlogic

Controllogic

VME bus

250 MSPSsample rate

10-bit resolution

2 ms

leading-edgediscriminators

high-speedFPGA(s)

PMT

integrated on thePMT base

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Signalconditioning

VME bus

PMT

ADC250MHz

front buffer

4 µs

Controllogic

long buffer

2 ms

GPSreceiver

GPS Antenna

VETO

Triggerlogic

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Detecção de Neutrino Detecção de Neutrino -- bufferbuffer

Trigger_1 (positron) Trigger_2 (neutron)

150µs event window

1st pulseto

front buffer(2µs)

2nd pulseto

front buffer(2µs)

4µs window

verifying VETO

Long buffer capacity (per PMT channel):

ordinary situation: (1 event = 2 pulses) ⇒ 4 µs ⇒ 500 eventsunusual situation: (1 event = 4 pulses) ⇒ 8 µs ⇒ 250 events

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Detecção de Neutrino Detecção de Neutrino -- temporizaçãotemporização

• Analog-to-Digital converterAD9230250 MSPS12 bitsDNL = ±0.3 LSBINL = ±0.5 LSB425 mW @ 250 MSPS

• FIFO (long buffer)IDT72T20128524,288 x 10250 MHz

• FPGA (logic)Stratix II – EP2S1512,480 LUTs419,328 bits RAM275 MHz FIFO

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Detecção de Neutrino Detecção de Neutrino -- tecnologiastecnologias

• padrão VME 6U

• um módulo:

8 canais analógicos @ 250 MHz

buffer por canal = 2 ms

• 134 PMTs => 17 módulos (1 crate)

• linhas dedicadas no P2 para o VETO

• linhas de interrupção para sinalizar condição

‘buffer quase cheio’

• registradores de controle / status

(ex.: número de eventos no buffer)

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Detecção de Neutrino Detecção de Neutrino -- módulomóduloADCsfront

panel VME bus

TDC

FPGA (time, VETO)

23cm

16cmscale 1:2.5

8 ADC channels(combo-D connector)

10 inputs forLVDS signals(IDC connector)

FPGA (ADC buffer,

trigger)

4 genericin/out(LEMO)

FIFO (data buffer)

Discriminators(leading-edge)

FPGA (bus control)

P1

P2

FPGA

SignalConditioning

Triggerlogic andcontrol

VME bus

scintillator

Leading-edgediscrimination

front-endelectronics

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Sistema de VETO Sistema de VETO -- diagramadiagrama

FPGA

TOPplane

trigger signals(LVDS)

BOTTOMplane

X(top) = X(bottom) ?

Y(top) = Y(bottom) ?

AROUNDvolume

scintillators

VEM flag

Any logic other flags

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Sistema de VETO Sistema de VETO -- lógicalógica

FPGA

(16cm x 23cm)

front panel

P1

P2

LVD

S in

put c

hann

els

• padrão VME 6U

• um módulo:

2 conectores no painel frontal

68 canais de entrada LVDS (total)

• uso de ‘LVDS receivers’ para reduzir pinos de I/O

na FPGA

• 110 cintiladores ⇒ 2 módulos

• 26 canais de entrada extras para novas idéias

LVDSreceivers

LVDSreceivers

VME bus

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

Sistema de VETO Sistema de VETO -- módulomódulo

VME bus

Analog-to-Digitalconversion

Signalconditioning

Buffers

Triggerlogic

Controllogic

128 PMTs

SignalConditioning

Triggerlogic andcontrol

110 scintillators

Leading-edgediscrimination

VETOVETONeutrino Neutrino detectiondetection

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

TriggerTrigger/DAQ /DAQ -- integraçãointegração

190019100Device mounting (1 board)7

6650719350PCB manufacturing (1 board)6

≈ 50.000

740023700Crate VME 6U + power supply5

2501025FPGA Cyclone IIEP2C5F256C74

1635067244FPGA Stratix IIEP2S15F484C53

676767101FIFO, 524288 x 10IDT72T20128L4BB2

1072013480ADC, 12 bits, 250 MSPS AD9230BCPZ-2501

(US$)(US$)

totalqtyunit

descriptionpart numberitem

Não incluído: outros CIs, cabos e conectores

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

TriggerTrigger/DAQ /DAQ –– estimativa de custoestimativa de custo

Estimativa muito preliminar para o sistema completo (19 módulos)

CIs maiscaros

≈ US$200 / canal

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

TriggerTrigger/DAQ /DAQ –– transmissãotransmissão

CBPF

≤ 2MbpsAngra

NetworkStructure

10Mbps ?54Mbps ?

Trigger/DAQ

LAN (Local Area Network)

Tecnologias EthernetTCP/IP

DETECTOR ARMAZENAMENTO

Encontro Neutrinos Angra – CBPF 24-25 de Maio de 2007Herman Lima Jr

TriggerTrigger e Aquisição de dados e Aquisição de dados para para oo ProjetoProjeto Neutrinos AngraNeutrinos Angra

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