Приборы и техника эксперимента, 2019, № 5, стр. 145-147

В работе [1] сообщалось о создании в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова позиционно-чувствительного двухкоординатного с распределенными линиями задержки детектора тепловых и холодных нейтронов с газовым конвертором ³He.

В данном детекторе для регистрации частиц реализован катодный метод съема информации. Местоположение регистрируемой частицы определяется путем измерения четырех временных интервалов, образуемых общим стартовым сигналом и стоповыми сигналами, снимаемыми с концов линий задержек.

Для съема информации с детектора был разработан четырехканальный преобразователь время–код (TDC), его общая структурная схема показана на рис. 1.

Рис. 1.

Общая структурная схема преобразователя.

Связь с шиной PCI осуществляется с помощью интерфейсной микросхемы PCI 9030 производства PLX Technology. Обмен сигналами и данными с платой TDC осуществляется с помощью 16-разрядной локальной шины через два 40-контактных разъемных соединителя.

Основой разработанного TDC является микросхема восьмиканального преобразователя TDCGPX, используемая в режиме I-MODE [2].

Программируемая логическая матрица EPM570T100C3 адаптирована к условиям приема входных сигналов, случайно распределенных во времени. В результате измерения формируется четыре 16-разрядных слова, в каждом из которых три старших разряда определяют номер канала преобразования, остальные тринадцать разрядов – данные. Младший разряд данных не используется. Логика обмена сигналами и данными между преобразователем время–код TDCGPX, памятью FIFO и интерфейсной микросхемой PCI 9030 осуществляется программируемым конечным автоматом, реализованным на двух программируемых логических матрицах EP1K30QC208-1.

В рабочем режиме в процессе измерения с помощью программного обеспечения реализуются следующие основные функции: набор данных при контроле заполнения буферной FIFO-памяти, чтение памяти после заполнения ее наполовину, обработка и хранение данных. При появлении признака переполнения FIFO-памяти набор данных останавливается и осуществляется их чтение. В случае обнаружения аппаратного стопового сигнала или выхода за пределы установленного временного окна событие считается ложным.

Визуализация данных осуществляется в виде 2D- и 3D-графиков. В тестовом режиме определены основные обобщенные (в рамках принятых схемотехнических решений) характеристики системы измерения и накопления данных с использованием созданного преобразователя.

На рис. 2 показаны результаты тестирования загрузочной способности TDC при работе от генератора случайных сигналов с формированием стоповых сигналов для каждого из четырех измерительных каналов с помощью кабельных линий задержки.

Рис. 2.

Загрузочная способность четырехканального преобразователя время–код на основе TDC GPX.

TDC может работать с любым из позиционно-чувствительных двухкоординатных детекторов нейтронов, в которых местоположение регистрируемой частицы определяется путем измерения четырех временных интервалов, например описанных в [3–7].

На основании данных, полученных при испытаниях аппаратно-программного комплекса, созданного на основе разработанного 4-канального преобразователя время–код, и с использованием позиционно-чувствительного двухкоординатного детектора нейтронов с распределенными линиями задержки, общие характеристики комплекса следующие:

• время задержки распределенных координатных линий детектора ≤600 нс;

• число каналов преобразования временных интервалов в цифровой код равен 4;

• дифференциальная нелинейность шкал преобразования при чувствительности 162 пс/канал <5%;

• время измерения и регистрации события в буферную память FIFO <2 мкс;

• пропускная способность системы >150 000 событий в секунду.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, Соглашение № 075-02-2018-260 от 26.11.2018 г., уникальный идентификационный номер проекта RFMEFI60718X0200.