Skip to content

GitLab

Last edited by E.A.Bekhtenev
Page history

v4chan

Title: Пикапстанция канала ВЭПП3-ВЭПП4 CSS: table.css

TOP

{{TOC}}

Общее описание

Блок электроники для полосковых пикапов (или пикап-станция) предназначен для измерения координат пучка на основе измерения величин сигналов с 4-х электродов пикапа. Блок выполнен в корпусе 1 U евромеханики шириной 19 дюймов и глубиной 280 мм. Из системы управления комплексом через распределитель синхроимпульсов в блок приходит 1 кабель с синхросигналом "Перепуск". Блок подключается к сети Ethernet 100 Mb/sec. Питается он от сети 220В 50 Гц.

На передней панели находятся 1 разъем типа SMA, 3 светодиода (2 красных и 1 зеленый), гнездо для подключения кабеля Ethernet. SMA разъем с надписью "START" предназначен для подачи синхроимпульса "Перепуск", привязанный по времени с перепуском пучка из ВЭПП-3 в ВЭПП-4. Амплитуда синхросигнала от ~1.5 В до ~3.3 В. Длительность импульса "Перепуск" – от 40 нс. Гнездо Ethernet через кабель соединяется с локальной сетью, частота работы 100 Мбит/сек. Назначение светодиодов:

  • зеленый светодиод “P” горит при включении питания и правильном конфигурировании FPGA;
  • левый красный светодиод “L” загорается, когда появляется связь блока с Ethernet сетью (наличие “Link”);
  • правый красный светодиод “С” загорается во время цикла измерения.

На задней панели находятся 4 разъема типа SMA для соединения с пикапом и гнездо сетевого питания 220В. Нумерация входов сигналов пикапа 0-3 справа налево, если находиться лицом к задней панели.

Принцип действия пикап-станции.

Блок-схема пикап-станции представлена на Рис.1.

Рис. 1. Блок-схема пикап-станции

По приходу синхроимпульса "START" через программируемое время задержки TDEL0 в блоке запускается цикл измерения, который включает в себя 3 стадии:

  1. Промежуток времени регистрации сигнала с пикапа;
  2. Промежуток времени измерения нулей АЦП;
  3. Промежуток времени регистрации калибровочного сигнала.

Во время 1-го этапа осуществляется запись преобразованного в цифровой вид с помощью АЦП сигнала с пикапа в 2 памяти: рабочую память сигнала с пикапа объемом 128 точек и расширенный буфер объемом 8192 точки. На 2-м этапе измеряются нули АЦП путем усреднения 1024 выборок АЦП. На 3-м этапе на все 4 входа пикап-станции через направленный ответвитель подается узкий калибровочный импульс с дальнейшей регистрацией калибровочного сигнала и записью его в память калибровочного сигнала емкостью 128 точек.

Размер рабочего массива АЦП – 128 точек, то есть полная длительность "осциллограммы" – около 1.1 мкс. Для того, чтобы попасть точно на сигнал, в блоке предусмотрена начальная задержка Del0, которая может регулироваться в пределах от 0 до 65535 периодов частоты выборок АЦП (примерно 0-586 мкс) кодом в регистре 1. Таким образом, заполнение буфера АЦП начнется через Ndel0 периодов частоты выборок АЦП после прихода синхроимпульса "START", где Ndel0 – содержимое регистра 1.

Обработка сигнала включает в себя нахождение спектра сигнала с последующим нахождением его интеграла и выполняется в компьютере.

После оцифровки сигнала с пикапа через ~75 мкс на входы Предусилителя подается калибровочный сигнал. Помимо работы от внешнего запуска в пикап-станции предусмотрен режим работы от внутреннего запуска (бит 1 регистра 0 установлен в “1”). Запуская цикл измерения в режиме внутреннего запуска, можно повысить отношение сигнала к шуму для калибровочного сигнала и за счет этого улучшить разрешение измерений. Обычно рекомендуется 8-10 дополнительных циклов измерения в режиме внутреннего запуска. При этом массивы калибровочного сигнала просто суммируются друг с другом.

По окончании полного цикла измерения TΣ в блоке находятся следующие данные:

  1. Рабочий буфер сигнала пикапа – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
  2. Расширенный буфер сигнала пикапа – 4 массива по 8192 числа типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
  3. Буфер калибровочного сигнала – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
  4. 4 регистра "нулей" АЦП – 4 числа типа float.

На основе 4-х измеренных напряжений калибровочного сигнала UКi вычисляются калибровочные коэффициенты К0, К1, К2, К3 по формулам:

К0 = UКСР/UК0, К1 = UКСР/UК1, К2 = UКСР/UК2, К3 = UКСР/UК3,

где UКСР = (UК1 + UК2 + UК3 + UК4)/4.

Далее напряжения сигналов с пикапа умножаются на соответствующие калибровочные коэффициенты:

U0 = UП0 × К0 , U1 = UП1 × К1 , U2 = UП2 × К2 , U3 = UП3× К3

Координаты пучка вычисляются на основе этих напряжений U0, U1, U2, U3. Из-за разброса калибровочных емкостей возможен сдвиг электрического нуля блока, который должен быть измерен, а затем учтен. Лучше этот сдвиг измерять с реальным пикапом на измерительном стенде.

Программирование пикап-станции

Для приема-передачи данных в пикап-станции реализован UDP сервер. Сервер получает параметры, которые записывает в соответствующие регистры, а также команды на выполнение/остановку измерений и получение результатов измерений.

Все пикап-станции имеют фиксированный номер порта 2195. Номер порта компьютера, с которого происходит обращение к пикап-станции, может быть произвольным. Именно на этот порт и придет ответ пикап-станции.

Из всех ICMP пакетов пикап-станция отвечает только на PING. Другие ICMP пакеты игнорируются.

По окончании полного цикла измерения TΣ в блоке находятся следующие данные:

  1. Рабочая "осциллограмма" сигнала пикапа – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
  2. Расширенная "осциллограмма" сигнала пикапа – 4 массива по 8192 числа типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
  3. "Осциллограмма" калибровочного сигнала – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
  4. 4 "нуля" АЦП – 4 числа типа float.

Запуск измерения пикап-станции может быть внутренним – сразу после прихода соответствующей команды, или внешним – по приходу внешнего синхроимпульса "START", привязанного к моменту перепуска пучка.

Порядок байт, используемый при передаче данных из компьютера в блок и обратно – big endian (от старшего байта к младшему). Все пакеты, посылаемые пикап-станцией, содержат байт идентификации (байт 0), по которому можно однозначно определить тип пакета.

Описание регистров параметров

В Таблицах 1-21 приведено описание регистров параметров. Всего регистров 32 (номера 0-31). Длина каждого регистра – 2 байта.