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