v4orb2.wiki

описание пикапов и диссектора ВЭПП3-4
git clone https://star.inp.nsk.su/~bekhte/v4orb2.wiki.git
Log | Files | Refs

v4chan.md (11447B)


      1 Title:   Пикапстанция канала ВЭПП3-ВЭПП4
      2 CSS:     table.css
      3 
      4 
      5 [TOP](index)
      6 
      7 {{TOC}}
      8 
      9 # Общее описание
     10 
     11 Блок электроники для полосковых пикапов (или пикап-станция) предназначен для
     12 измерения координат пучка на основе измерения величин сигналов с 4-х электродов
     13 пикапа. Блок выполнен в корпусе 1 U евромеханики шириной 19 дюймов и глубиной 280
     14 мм. Из системы управления комплексом через распределитель синхроимпульсов в блок
     15 приходит 1 кабель с синхросигналом "Перепуск". Блок подключается к сети Ethernet 100
     16 Mb/sec. Питается он от сети 220В 50 Гц.
     17 
     18 На передней панели находятся 1 разъем типа SMA, 3 светодиода (2 красных и 1
     19 зеленый), гнездо для подключения кабеля Ethernet. SMA разъем с надписью "START"
     20 предназначен для подачи синхроимпульса "Перепуск", привязанный по времени с
     21 перепуском пучка из ВЭПП-3 в ВЭПП-4. Амплитуда синхросигнала от ~1.5 В до ~3.3 В.
     22 Длительность импульса "Перепуск" – от 40 нс. Гнездо Ethernet через кабель соединяется с
     23 локальной сетью, частота работы 100 Мбит/сек. Назначение светодиодов:
     24 
     25 - зеленый светодиод “P” горит при включении питания и правильном
     26 конфигурировании FPGA;
     27 - левый красный светодиод “L” загорается, когда появляется связь блока с Ethernet
     28 сетью (наличие “Link”);
     29 - правый красный светодиод “С” загорается во время цикла измерения.
     30 
     31 На задней панели находятся 4 разъема типа SMA для соединения с пикапом и гнездо
     32 сетевого питания 220В. Нумерация входов сигналов пикапа 0-3 справа налево, если
     33 находиться лицом к задней панели.
     34 
     35 # Принцип действия пикап-станции.
     36 
     37 Блок-схема пикап-станции представлена на Рис.[1](#fig1).
     38 
     39 ![Рис. 1. Блок-схема пикап-станции][fig1]
     40 
     41 [fig1]:v4chan.img/fig1.png "Блок-схема пикап-станции"
     42 
     43 По приходу синхроимпульса "START" через программируемое время задержки TDEL0 в блоке запускается цикл измерения, который включает в себя 3 стадии:
     44 
     45 1. Промежуток времени регистрации сигнала с пикапа;
     46 2. Промежуток времени измерения нулей АЦП;
     47 3. Промежуток времени регистрации калибровочного сигнала.
     48 
     49 Во время 1-го этапа осуществляется запись преобразованного в цифровой вид с 
     50 помощью АЦП сигнала с пикапа в 2 памяти: 
     51 рабочую память сигнала с пикапа объемом 128 точек и 
     52 расширенный буфер объемом 8192 точки. 
     53 На 2-м этапе измеряются нули АЦП путем усреднения 1024 выборок АЦП. 
     54 На 3-м этапе на все 4 входа пикап-станции через направленный ответвитель подается узкий калибровочный импульс 
     55 с дальнейшей регистрацией калибровочного сигнала и записью его в память калибровочного сигнала емкостью 128 точек.
     56 
     57 Размер рабочего массива АЦП – 128 точек, то есть полная длительность "осциллограммы" – около 1.1 мкс. 
     58 Для того, чтобы попасть точно на сигнал, в блоке предусмотрена начальная задержка Del0, 
     59 которая может регулироваться в пределах от 0 до 65535 периодов частоты выборок АЦП (примерно 0-586 мкс) кодом в регистре 1. 
     60 Таким образом, заполнение буфера АЦП начнется через Ndel0 периодов частоты выборок АЦП после прихода синхроимпульса "START", где Ndel0 – содержимое регистра 1.
     61 
     62 Обработка сигнала включает в себя нахождение спектра сигнала с последующим нахождением его интеграла и выполняется в компьютере.
     63 
     64 После оцифровки сигнала с пикапа через ~75 мкс на входы Предусилителя подается калибровочный сигнал. 
     65 Помимо работы от внешнего запуска в пикап-станции предусмотрен режим работы от внутреннего запуска (бит 1 регистра 0 установлен в “1”). 
     66 Запуская цикл измерения в режиме внутреннего запуска, можно повысить отношение сигнала к 
     67 шуму для калибровочного сигнала и за счет этого улучшить разрешение измерений. 
     68 Обычно рекомендуется 8-10 дополнительных циклов измерения в режиме внутреннего запуска. 
     69 При этом массивы калибровочного сигнала просто суммируются друг с другом.
     70 
     71 По окончании полного цикла измерения T<sub>Σ</sub> в блоке находятся следующие данные:
     72 
     73 1. Рабочий буфер сигнала пикапа – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
     74 2. Расширенный буфер сигнала пикапа – 4 массива по 8192 числа типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
     75 3. Буфер калибровочного сигнала – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
     76 4. 4 регистра "нулей" АЦП – 4 числа типа float.
     77 
     78 На основе 4-х измеренных напряжений калибровочного сигнала U<sub>Кi</sub> вычисляются 
     79 калибровочные коэффициенты К<sub>0</sub>, К<sub>1</sub>, К<sub>2</sub>, К<sub>3</sub> по формулам:
     80 
     81 К<sub>0</sub> = U<sub>КСР</sub>/U<sub>К0</sub>, К<sub>1</sub> = U<sub>КСР</sub>/U<sub>К1</sub>, К<sub>2</sub> = U<sub>КСР</sub>/U<sub>К2</sub>, К<sub>3</sub> = U<sub>КСР</sub>/U<sub>К3</sub>,
     82 
     83 где U<sub>КСР</sub> = (U<sub>К1</sub> + U<sub>К2</sub> + U<sub>К3</sub> + U<sub>К4</sub>)/4.
     84 
     85 Далее напряжения сигналов с пикапа умножаются на соответствующие калибровочные коэффициенты:
     86 
     87 U<sub>0</sub> = U<sub>П0</sub> × К<sub>0</sub> , U<sub>1</sub> = U<sub>П1</sub> × К<sub>1</sub> , U<sub>2</sub> = U<sub>П2</sub> × К<sub>2</sub> , U<sub>3</sub> = U<sub>П3</sub>× К<sub>3</sub>
     88 
     89 Координаты пучка вычисляются на основе этих напряжений U<sub>0</sub>, U<sub>1</sub>, U<sub>2</sub>, U<sub>3</sub>. 
     90 Из-за разброса калибровочных емкостей возможен сдвиг электрического нуля блока, 
     91 который должен быть измерен, а затем учтен. Лучше этот сдвиг измерять с реальным пикапом на измерительном стенде.
     92 
     93 # Программирование пикап-станции
     94 
     95 Для приема-передачи данных в пикап-станции реализован UDP сервер. 
     96 Сервер получает параметры, которые записывает в соответствующие регистры, 
     97 а также команды на выполнение/остановку измерений и получение результатов измерений.
     98 
     99 Все пикап-станции имеют фиксированный номер порта 2195. Номер порта компьютера, 
    100 с которого происходит обращение к пикап-станции, может быть произвольным. 
    101 Именно на этот порт и придет ответ пикап-станции.
    102 
    103 Из всех ICMP пакетов пикап-станция отвечает только на PING. Другие ICMP пакеты игнорируются.
    104 
    105 По окончании полного цикла измерения TΣ в блоке находятся следующие данные:
    106 
    107 1. Рабочая "осциллограмма" сигнала пикапа – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
    108 2. Расширенная "осциллограмма" сигнала пикапа – 4 массива по 8192 числа типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
    109 3. "Осциллограмма" калибровочного сигнала – 4 массива по 128 чисел типа unsigned short int (диапазон 0-16383)
    110 4. 4 "нуля" АЦП – 4 числа типа float.
    111 
    112 Запуск измерения пикап-станции может быть внутренним – сразу после прихода соответствующей команды, 
    113 или внешним – по приходу внешнего синхроимпульса "START", привязанного к моменту перепуска пучка.
    114 
    115 Порядок байт, используемый при передаче данных из компьютера в блок и обратно – big endian 
    116 (от старшего байта к младшему). Все пакеты, посылаемые пикап-станцией, 
    117 содержат байт идентификации (байт 0), по которому можно однозначно определить тип пакета.
    118 
    119 ## Описание регистров параметров
    120 
    121 В Таблицах 1-21 приведено описание регистров параметров. 
    122 Всего регистров 32 (номера 0-31). Длина каждого регистра – 2 байта.
    123