]> jspc29.x-matter.uni-frankfurt.de Git - mvd_docu.git/commitdiff
rework after discussion
authorJan Michel <j.michel@gsi.de>
Wed, 17 Jul 2013 16:32:45 +0000 (18:32 +0200)
committerJan Michel <j.michel@gsi.de>
Wed, 17 Jul 2013 16:32:45 +0000 (18:32 +0200)
.gitignore [new file with mode: 0644]
electronics/boardchain.png [new file with mode: 0644]
electronics/electronics2013.tex
electronics/headers_definitions.tex

diff --git a/.gitignore b/.gitignore
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e09ce26
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,12 @@
+*.aux
+*.log
+*~
+*.backup
+*.toc
+*.out
+*.bbl
+*.blg
+*.prv_auto
+*.fdb_latexmk
+/trb3/main.pdf
+.kateproject.d
diff --git a/electronics/boardchain.png b/electronics/boardchain.png
new file mode 100644 (file)
index 0000000..be94e3d
Binary files /dev/null and b/electronics/boardchain.png differ
index f5295a902506ee79750be45e70852f437bd2b0b6..84a4fa5d78af11eefc9edc32ba685df489c908eb 100644 (file)
 \section*{Legend}
 \discuss{This is a feature to be discussed}\\
 \agreed{Good solution that should be implemented}\\
-\reject{This was a dumb idea}
+\reject{This was a dumb idea}\\
+\final{A comment regarding the final design}
 
 \section{General Set-up}
-
+\begin{figure}[htbp]
+\begin{center}
+ \includegraphics[width=.8\textwidth]{./boardchain.png}
+\end{center}
+\caption{The setup of the new read-out board chain between sensor and read-out controller. Redish,
+Bluish and Yellowish colors show the origin of components.}
+\end{figure} 
 
 
 
 
 \section{TRB3 \& AddOn}
 
-If 20 differential lines between FPGA and converter board are enough -> use 4-con AddOn board,
-otherwise Ada-AddOn with two connectors and 40 wire pairs.
+I/O from the TRB is provided via an Ada-AddOn with two connectors and 40 wire pairs each.
 Using the standard AddOns from GSI with their standard connector (KEL 8925E series) saves us from
 building new boards.
 
-If there is an AddOn, it could have these features:
+\final{
+If there is a special AddOn later on, it could have these features:
 \begin{itemize*}
- \item LVDS drivers / receivers
-    \begin{itemize*}
-      \item Improve signal quality on really long cables
-      \item Improve robustness
+      \item Improve signal quality with LVDS drivers
+      \item Improve robustness by using different cables
+      \item Additional optical link for higher data bandwidth
       \item Not required for first iteration, can easily be added later
-    \end{itemize*}
 \end{itemize*}
+}
 
-\subsection{Required Connections TRB to converter board}
+\section{Cable TRB to CB}
 
 \begin{table}[htp]
  \centering
 \begin{tabularx}{\textwidth}{X|c|c}
 \textbf{Purpose} & \textbf{Inputs} & \textbf{Outputs}  \\
 \hline
-JTAG: TDI,TMS,TCK, TDO& 1/0 & 3/0 \\
-Sensor Data: Clock, Marker, 2x Data per sensor & 8/0 & 0/0 \\
-Sensor Control: Clock, Start, Reset. & 0/0 & 3/0 or 1/2 \\
-ADC for voltages and currents (SPI) & 2/1 & 2/0 \\
-Voltage and JTAG switch (SPI) & 0/0 & 3/0 or 2/1 \\
+JTAG: TDI,TMS,TCK, TDO& 1 & 3 \\
+Sensor Data: Clock, Marker, 2x Data per sensor & 8 & 0 \\
+Sensor Control: Clock, Start, Reset. & 0 & 3 / 1+2 \\
+ADC for voltages and currents (SPI) & 4 & 3 \\
+Voltage and JTAG switch (Bus) & 0 & 6 / 0+6 \\
 \hline
-Total v1 & 10/1 & 11/0\\
-Total v2 & 10/1 & 8/3\\
+Total & 13 & 15 / 7+8\\
 \end{tabularx}
 \caption{Inputs/Outputs from the FPGA, first value differential, second single ended}
 \end{table}
 
 
 
-\section{Converter Board}
+\section{Converter Board (CB)}
 \subsection{General Setup}
-\begin{itemize*}
-    \item\discuss{One (final) converter board serves one ladder (whatever that means, e.g. 5)
-sensors and has its own JTAG chain} This removes both queue and termination boards.
-    \item Design of the converter board should be in a way to easily change the number of sensors,
-i.e. all electronics should be modular, eithre independent for each sensor - or shared between all
+The converter boards handles all signals for the sensors: data, JTAG, control, voltages.
+\final{One final converter board serves one ladder (whatever that means, e.g. 5)
+sensors}. For the current setup, one converter board handles two
+sensors.
+The design of the converter board should be in a way to easily change the number of sensors,
+i.e. all electronics should be modular, either independent for each sensor - or shared between all
 of them.
-    \item For the telescope, the board should support two sensors.
-\end{itemize*}
 
-\subsection{Features}
+\subsection{Voltage and Current Monitoring}
+All voltages and currents should be monitored. These are three supply voltages and currents per
+sensor, the 8 internally generated bias voltages and the temperature.
+The temperature measurement needs an external differential amplification.
+
+The 8 VDiscr signals must be monitored both single ended and differential. I.e. must use a ADC that
+can switch input pairs from single ended to differential and provides a selectable input
+amplification of 50 - 100. In total, 7 single ended plus 4 differential ADC channels are needed per
+sensor.
+
+The on-board ADC should provide at least 1 MSPS and a SPI (or similar) interface. AD7928 is a
+possible candidate. If necessary, an external monitoring board can be connected for testing
+purposes. Such a TRB3-AddOn is currently in preparation at GSI (52 channels, 12 Bit, 40 MSPS).  
+
+Current sensing can be implemented with dedicated current monitors, e.g. TSC101 to reduce count of
+components.
+
+\subsection{Board Control}
+All voltages are switchable from FPGA. The JTAG chain needs the option to disable individual
+sensors. Both features can make use of a 74HC259 IC to reduce number of lines.
+
+
+\subsection{Connectivity}
+All communication to the TRB3 should be differential, despite on some static signals. Test pads for
+most signals should be added to connect external, more precise instruments.
+
+
+\subsection{Test Features}
 \begin{itemize*}
-  \item  Jumpers to bridge power supplies of both sensors to test running several sensors in
-parallel, at least for main voltages.
-  \item Additional sense line for ground on sensors. E.g. for temperature measurement
-  \item All converters switchable from FPGA - via SPI to reduce number of lines
-  \item \discuss{There should be a way to set the latchup protection threshold quantitatively (via a DAC?).
-  Sensors draw most current when they are being programmed. If the thresholds would be set digitally by
-  the FPGA, the latchup protection could be set to an alternate threshold during programming and set back
-  afterwards.
-  }
- \end{itemize*}
+  \item The final setup will profit if the number of voltage regulators is reduced. We should
+prepare a test to run several sensors in parallel on one supply. That is, provide jumpers to bridge
+power supplies of both sensors to test running several sensors in parallel on all three voltages.
+\end{itemize*}
+
 
 
 \subsection{Components}
 \begin{itemize*}
-  \item ADC, about 1 MSPS. AD7928 would fit perfectly. For all voltages, currents, temperatures. 7
-channels for each sensor.
   \item Inductivities on power rails can be replaced by ferrite beads (less DC resistance, higher
 current, smaller form factor), e.g. BLM41 and similar.
-  \item current sensing: e.g. TSC101 instead of two opamps plus external components.
 \end{itemize*}
 
-\section{Converter to Frontend Board}
-First iteration: \discuss{reuse old flex cables}, e.g. have both available cables (from converter
-and from queue board) in parallel or use two of the old cables. \discuss{Later, we can work on an
-optimized cable}:
-\begin{itemize*}
- \item Can use a thick, optimized flex cable
- \item Should foresee to be fed into the vacuum vessel
-\end{itemize*}
+\section{Cable CB to FEB}
+First iteration: Reuse old flex cables, two old cables should provide enough connections to the
+front-end board, also with respect to the number of additional monitoring signals needed.
+
+Later, a new cable can be developed taking into account that it will be fully placed outside the
+acceptance of the detector. I.e. a two-layer cable with broad ground and power planes should
+provide a much cleaner voltage for the sensor. One important fact is that this cable has to be fed
+into the vacuum vessel. The total length of the cable must at least 50 cm in the final version.
+
+The pin-out on the FEB should be slighly changed, at least a additional sense line for ground up to
+the sensor is needed. Using sense lines for the supply voltages would be nice but is most liekly
+not viable with the current bonding / cable set-up.
+
+\clearpage
+\section{Front-end Board (FEB)}
+
+\subsection{Jtag}
+The switches for bridging of sensors will be located on the CB as before, so no active
+components are necessary for Jtag.
+\discuss{Termination might be foreseen if necessary}.
+
+
+\subsection{Data}
+Data lines from the sensor can be forwarded directly to the CB.
 
 
+\subsection{Monitoring}
+All reference voltages from the sensors should be forwarded to the converter board. The critical
+signals like clamping and bias voltages can be decoupled from the sensor either by 0R resistors (to
+remove the connection when needed) or via impedance converters. This is possible since this version
+of front-end does not need to stand high radiation doses, the feature might be unnecessary on the
+final board and there is no harm if such a circuit fails.
 
-\section{Front-end Board}
 
+\section{Cable FEB to Sensors}
+There is no need to develop a new sensor flex print cable at the current stage. The final length of
+this cable is likely to be about 15 cm.
 
 \end{document}
 
index cdd3ee0a77ab68e1a23abc76dd9c40e5886f4a53..322aff18b00c3049e6ed97b3a73f805bbb246e5d 100644 (file)
@@ -76,6 +76,8 @@
 \newcommand{\discuss}[1]{\textcolor{YellowOrange}{#1}}
 \newcommand{\agreed}[1]{\textcolor{YellowGreen}{#1}}
 \newcommand{\reject}[1]{\textcolor{BrickRed}{#1}}
+\newcommand{\final}[1]{\textcolor{NavyBlue}{#1}}
+
 
 \newcommand{\files}[1]{\texttt{#1}}
 \newcommand{\signal}[1]{\textsc{#1}}