Модульные системы в ядерной радиоэлектронике. (Лекция 12)

Август 21, 2022

Главная
Разное
Модульные системы в ядерной радиоэлектронике. (Лекция 12)

Содержание

2. Модульные системы в ядерной радиоэлектронике Современная радиоэлектронная система в ядерной физике обычно имеет модульную структуру, т.е.
3. Стандарты оборудования в области ядерной физики и физики элементарных частиц. Тот факт, что в международных экспериментальных
4. CAMAC В 1968 г. Был предложен стандарт КАМАК (CAMAC – условное название, иногда расшифровывается как Computer
5. Механические стандарты Аппаратура в системе КАМАК выполняется в виде модулей (плат) с печатным монтажом, устанавливаемых в
6. Невентилируемый крейт. Вид спереди
7. Вентилируемый крейт. Вид спереди
8. Модульный блок. Вид сбоку и сзади.
9. В зависимости от выполняемой работы модули делятся на функциональные и управляющие управляющие. Функциональные предназначены для выполнения
10. Электрические стандарты Магистраль включает сквозные линии обязательного, дополнительного и резервного питания. Дополнительные линии необходимы для специальных
11. Ввод напряжения производится в системах КАМАК через 96-контактный двухсторонний печатный разъём.
12. Логические стандарты Связь между вставными блоками осуществляется через магистраль крейта – шину КАМАК. Эта пассивная многопроводная
13. NIM Одним из первых стандартов для электронных средств ядерной физики стал стандарт NIM (Nuclear Instrument Module).
14. Механические стандарты Аппаратура в системе NIM, как и в системе КАМАК, выполняется в виде модулей, который
15. NIM 19-дюймовый каркас (bin) , где можно разместить до 12 модулей единичной ширины.
16. Электрические стандарты Источник питания системы NIM одновременно обеспечивает шесть выходов постоянным током характеристики, которого приведены в
17. Логические стандарты Впервые среди сигналов, применяемых в ядерной физике, стандарт выделил две основные группы. Одну из
18. FASTBUS Проект стандарта FASTBUS рассчитан на создание быстродействующих систем с распределенными вычислительными средствами, которые обеспечиваются устройствами
19. Механические стандарты Аппаратура в системе FASTBUS выполняется в виде модулей (плат) с печатным монтажом, устанавливаемых в
20. крейт типа W с водяным охлаждением крейт типа A с воздушным охлаждением FASTBUS модуль ( 65
21. Электрические стандарты В крейт-сегменте имеется набор шин для подвода к модулям заданных напряжений. Стандартными являются шины
22. Логические стандарты Сигналы, используемые в системе FASTBUS, могут быть классифицированы следующим образом : Таймирование – фронты
23. Сигналы, используемые в системе FASTBUS
25. Скачать презентацию

Слайд 2

Модульные системы в ядерной радиоэлектронике
Современная радиоэлектронная система в ядерной

физике обычно имеет модульную структуру, т.е. состоит из модулей, каждый из которых выполняет определенную задачу. Механические и электрические параметры модулей стандартизованы. Таким образом, собирая измерительную систему из модулей одного стандарта, можно быть уверенным, что они будут хорошо сочетаться друг с другом, а при изменений требований эксперимента установку можно легко перестроить, добавив и/или заменив модули.
В ядерной физике низких и средних энергий до сих пор в основном применяются модульные системы САМАС (Computer-Aided Measurement And Control) и NIM (Nuclear Instrumentation Modules) . Несмотря на то, что это старые стандарты (NIM появился в 1966 г.) они удовлетворяют требованиям большинства экспериментов в этой области ядерной физики. В физике высоких энергий применяется аппаратура в стандартах FASTBUS и VMEbus - VERSA Module Europe.
Модули NIM и САМАС вставляются в корзины (bin в стандарте NIM и crate в стандарте САМАС), которые обеспечивают питание модулей. В крейте САМАС кроме шин питания есть и сигнальные шины. Модули САМАС соединяются с компьютером с помощью специального модуля крейт-контроллера. Типоразмеры NIM и САМАС разные и модуль NIM не вставить в крейт САМАС без специального переходника. Некоторые модули не вставляются в bin, например, предусилители.

Слайд 3

Стандарты оборудования в области ядерной физики и физики элементарных частиц.
Тот факт,

что в международных экспериментальных научных исследованиях, в частности в области ядерной физики и физики элементарных частиц , существует множество различных направлений исследований , потребовало создания унифицированных систем, которые позволили бы осуществлять эффективный обмен между лабораториями уникальными экспериментальными разработками.
Таким образом , появились и появляются стандарты разработок лабораторных узлов и оборудования .
Эти стандарты предусматривают:
механические стандарты , то есть стандарты по форм-факторам (форма и размеры) узлов и оборудования
электрические стандарты , то есть стандарты по номинальным параметрам токов и напряжений питания узлов и оборудования
логические стандарты , то есть стандарты на параметры
(уровни , длительность, частоту) аналоговых и логических сигналов ,
программное обеспечение для управления экспериментом , и т.д.
Далее рассмотрим некоторые из наиболее распространённых стандартов, таких как “CAMAC” , “NIM” , “FAST BUS”

Слайд 4

CAMAC
В 1968 г. Был предложен стандарт КАМАК (CAMAC – условное

название, иногда расшифровывается как Computer Application Measurements and Control). Основные особенности этой системы состоят в том, что во-первых, она рассчитана на передачу данных в ЭВМ, а также на обработку внутри системы цифровой информации, поступающей от аналого-цифровых преобразователей в основном в виде параллельных кодов, во-вторых, система управляется по программе от ЭВМ или от внутренних управляющих устройств.
Стандарт CAMAC получил широкое распространение. На его основе выполняют не только цифровые и аналогово-цифровые устройства, но и аналоговую аппаратуру. Известны варианты системы КАМАК, например система ВЕКТОР. Большая гибкость системы КАМАК и возможность её дальнейшего развития заложены в самом стандарте.

Слайд 5

Механические стандарты
Аппаратура в системе КАМАК выполняется в виде модулей (плат)

с печатным монтажом, устанавливаемых в каркас, называемом также крейтом или секцией. Комплектование аппаратных комплексов осуществляется путем установки соответствующих вставных блоков в крейт. Посадочные гнезда в крейте, в которые вставляют блоки, называют станциями.
Базовый каркас представляет собой 19-дюймовый крейт с внутренней шириной 413 мм., высотой 221,5 мм. (5-кратная высота в 19-дюймовой системе) и с глубиной вставляемых модулей 270 мм). Розетки соединителей магистрали крейта имеют два ряда по 43 контакта с шагом 2,54 мм (0,1 дюйма). Высота крейта может увеличиваться кратно величине , как показано, чтобы обеспечить приток холодного воздуха, который проходит затем между направляющими, и для отвода теплого воздуха от оборудования, расположенного снизу.
В КАМАК-системе имеющаяся в распоряжении ширина делится на 25 модулей минимальной ширины, однако крейт может иметь менее 25 станций

Слайд 6

Невентилируемый крейт. Вид спереди

Слайд 7

Вентилируемый крейт. Вид спереди

Слайд 8

Модульный блок. Вид сбоку и сзади.

Слайд 9

В зависимости от выполняемой работы модули делятся на функциональные и

управляющие управляющие.
Функциональные предназначены для выполнения определённых операций, это усилители, дискриминаторы, ВАК, регистры, счетчики, кодировщики и т. д.
Управляющие – контролеры – служат для управления функциональными модулями и для связи с ЭВМ.
Управляющая станция всегда находится в крайнем правом положении на крейт спереди .
В крейте за контролерами закреплены станции 24-25.
Остальные станции равноценны, и в них можно вставлять любые функциональные блоки.
Шина – контакты разъёмов всех станций соединяют с шинами магистрали, расположенной в задней части крейта. Там же устанавливают выносной модуль питания. Часть шин магистрали предназначена для передачи питания…. на модули крейта. Основная масса шин служит для управления модулями и передачи информации.

Слайд 10

Электрические стандарты
Магистраль включает сквозные линии обязательного, дополнительного и резервного питания.
Дополнительные линии

необходимы для специальных требований, например, совместимости с системой NIM. Имеются сильноточные линии +12 и -12 В постоянного тока и слаботочная линия независимой и изолированной "Чистой земли" (земля) обратного провода питания Е. Наличие питания на линиях 12 В не является обязательным, если это специально не требуется.

Слайд 11

Ввод напряжения производится в системах КАМАК через
96-контактный двухсторонний печатный разъём.

Слайд 12

Логические стандарты
Связь между вставными блоками осуществляется через магистраль крейта –

шину КАМАК.
Эта пассивная многопроводная магистраль является частью крейта и соединяет розетки соединителей магистрали крейта на всех станциях.
Магистраль состоит из сигнальных линий и линий питания,

Цикл КАМАК

Слайд 13

NIM
Одним из первых стандартов для электронных средств ядерной физики стал

стандарт NIM (Nuclear Instrument Module).
Он был предложен в 1966 г. одним из специализированных комитетов Комиссии по атомной энергии (AEC) США в виде одного из докладов AEC TID-20893 «STANDART NIM» на модульную систему аппаратуры для ядерно-физических исследований.
Стандарт NIM предназначен для обеспечения измерений и регистрации параметров излучений в ядерной физике средних и низких энергий, включая физику высоких энергий. Он рассчитан в основном на аналоговую и аналогово-цифровую аппаратуру, имеющую, как правило, автономное ручное управление.

Слайд 14

Механические стандарты
Аппаратура в системе NIM, как и в системе КАМАК,

выполняется в виде модулей, который помещаются в специализированный 19-дюймовый каркас (bin) , где можно разместить до 12 модулей единичной ширины.
Для адекватного охлаждения системы необходимо обеспечить достаточный поток воздуха. Для данных целей в системе устанавливаются вентиляторы, дефлекторы и прочие аналогичные устройства.
Сами модули должны быть сконструированы так, чтобы пропускать вертикальный поток воздуха между находящихся на нем компонентов и для этой цели должны обеспечивать открытую площадь не мнее 10% от общей горизонтальной проекции модуля.
Измерительный модуль NIM имеет номинальную высоту панели 222 мм. и базовую ширину 245 мм. В нем размещается печатная плата с различными электронными компонентами.
На задней панели модуля крепится навесной штекерный разъём на 42 контакта.

Слайд 15

NIM 19-дюймовый каркас (bin) ,
где можно разместить до 12 модулей

единичной ширины.

Слайд 16

Электрические стандарты
Источник питания системы NIM одновременно обеспечивает шесть выходов постоянным током

характеристики, которого приведены в таблице

Слайд 17

Логические стандарты
Впервые среди сигналов, применяемых в ядерной физике, стандарт выделил

две основные группы. Одну из них составили линейные и логические сигналы микросекундного диапазона. Они используются при изучении взаимодействий в физике ядра низких и средних энергий (< 30 МэВ). Другую группу образовали линейные и логические сигналы наносекундного диапазона. Они, в свою очередь, получили название быстрые сигналы. Характерно, что такие сигналы используются при изучении процессов физики высоких энергий и физики элементарных частиц (> 30 МэВ). Таким образом в стандарте NIM различают 4 типа сигналов - медленные линейные сигналы, быстрые линейные сигналы, медленные логические сигналы и быстрые логические сигналы. Амплитуда линейных сигналов варьируется в широком диапазоне. Логические сигналы имеют фиксированную амплитуду и форму.

Медленные логические сигналы в NIM. Уровни указаны в вольтах.

Уровни быстрых
логических сигналов

Слайд 18

FASTBUS
Проект стандарта FASTBUS рассчитан на создание быстродействующих систем с распределенными

вычислительными средствами, которые обеспечиваются устройствами на схемах большой степени интеграции и микропроцессорами.
Поэтому в нем предусматриваются высокое быстродействие и разрядность.
Максимальный стандартный объём системы не ограничивается. В этом стандарте также сохраняется модульный принцип построения аппаратуры. Основная структурная единица – сегмент, представляющий собой магистраль связи; в каркасе сегмент является внутренней магистралью и связывает между собой блоки, которые, согласно FASTBUS - протоколу, подразделяются на мастеров и слуг (master - slave).
В системе сегмент связывает каркасы через блоки связи. Последние определяют направление и путь передачи данных.

Слайд 19

Механические стандарты
Аппаратура в системе FASTBUS выполняется в виде модулей (плат)

с печатным монтажом, устанавливаемых в каркас, называемом крейтом. Комплектование аппаратных комплексов осуществляется путем установки соответствующих модулей в крейт. Посадочные гнезда в крейте, в которые вставляют блоки, называют крейт-сегмент.
В зависимости от типа охлаждения крейты делятся на два типа: FASTBUS -крейт типа А (воздушное охлаждение) и FASTBUS - крейт типа W (водное охлаждение).
FASTBUS - крейт типа А представляет собой вариант крейта с принудительным воздушным охлаждением. В нем может размещаться 26 одноплатных модулей или меньшее число модулей, имеющих по нескольку плат.
Модули FASTBUS могут устанавливаться и в целом ряде крейтов других типов, имеющих различные системы охлаждения

Слайд 20

крейт типа W с водяным охлаждением
крейт типа A с воздушным охлаждением
FASTBUS

модуль
( 65 контактов )

Слайд 21

Электрические стандарты
В крейт-сегменте имеется набор шин для подвода к модулям

заданных напряжений. Стандартными являются шины с номинальными напряжениями +5,0; -5,2; -2; +15 или -15. В. Кроме того, могут быть добавлены две шины +28 В для питания спецустройств. В частности, эти линии можно использовать в качестве источников первичного напряжения для встроенных стабилизаторов и преобразователей. Штырьки и линии 0 В предназначены для возврата всех токов питания модулей.
Рекомендуется, чтобы каждый сегмент оснащался питанием с номиналами +5,0; -5 2 и -2 В. При этом разработчики модулей должны быть уверены, что на стандартных штырьках заведомо имеются указанные напряжения. В системах со встроенными стабилизаторами необходимо также предусматривать источники напряжения 28 В постоянного тока. Желательно, чтобы пользователь располагал источниками всех перечисленных номиналов, допуски на которые определены ниже.

Слайд 22

Логические стандарты
Сигналы, используемые в системе FASTBUS, могут быть классифицированы следующим

образом :
Таймирование – фронты этих сигналов используются для разграничения FASTBUS - циклов, содержащих информацию об адресе или о данных, либо об арбитраже
Управление – уровень этих сигналов определяется в моменты фронтов таймирующих сигналов для последующего установления типа операции. Действие управляющих линий зависит от момента появления фронтов импульсов.
Информация – уровень этих сигналов в момент фронта таймирующего сигнала выражает действие, определяемое управляющими линиями и запускающим фронтом.
Асинхронные – некоторые FASTBUS - сигналы могут быть инициированы событиями, которые не синхронизированы с FASTBUS - протоколом. Примерами являются запросы на обслуживание и арбитраж.
Последовательные данные – независимая последовательная магистраль, которая действует на основе протокола последовательной сети FASTBUS.
Фиксированные – информация, указывающая физическое положение модулей в крейт-сегменте или кабель-сегменте, фиксированная в том смысле, что она не может быть изменена FASTBUS - операциями.

Слайд 23

Модульные системы в ядерной радиоэлектронике. (Лекция 12)

Содержание

Модульные системы в ядерной радиоэлектронике Современная радиоэлектронная система в ядерной

Стандарты оборудования в области ядерной физики и физики элементарных частиц.Тот факт,

CAMAC В 1968 г. Был предложен стандарт КАМАК (CAMAC – условное

Механические стандарты Аппаратура в системе КАМАК выполняется в виде модулей (плат)

Невентилируемый крейт. Вид спереди

Вентилируемый крейт. Вид спереди

Модульный блок. Вид сбоку и сзади.

В зависимости от выполняемой работы модули делятся на функциональные и

Электрические стандартыМагистраль включает сквозные линии обязательного, дополнительного и резервного питания.Дополнительные линии

Ввод напряжения производится в системах КАМАК через 96-контактный двухсторонний печатный разъём.

Логические стандарты Связь между вставными блоками осуществляется через магистраль крейта –

NIM Одним из первых стандартов для электронных средств ядерной физики стал

Механические стандарты Аппаратура в системе NIM, как и в системе КАМАК,

NIM 19-дюймовый каркас (bin) , где можно разместить до 12 модулей

Электрические стандартыИсточник питания системы NIM одновременно обеспечивает шесть выходов постоянным током

Логические стандарты Впервые среди сигналов, применяемых в ядерной физике, стандарт выделил

FASTBUS Проект стандарта FASTBUS рассчитан на создание быстродействующих систем с распределенными

Механические стандарты Аппаратура в системе FASTBUS выполняется в виде модулей (плат)

крейт типа W с водяным охлаждениемкрейт типа A с воздушным охлаждениемFASTBUS

Электрические стандарты В крейт-сегменте имеется набор шин для подвода к модулям

Логические стандарты Сигналы, используемые в системе FASTBUS, могут быть классифицированы следующим

Сигналы, используемые в системе FASTBUS

Похожие презентации