]> jspc29.x-matter.uni-frankfurt.de Git - mvd_docu.git/commitdiff
updated CB docu
authorJan Michel <j.michel@gsi.de>
Wed, 2 Oct 2013 16:18:48 +0000 (18:18 +0200)
committerJan Michel <j.michel@gsi.de>
Wed, 2 Oct 2013 16:18:48 +0000 (18:18 +0200)
electronics/electronics2013.pdf
electronics/electronics2013.tex
electronics/questions.tex [new file with mode: 0644]

index 13966ee0a4171f2ee7f78079e31c0db588dc827e..eac70391b3c0018e12aec4439c06e612d6ccb3d7 100644 (file)
Binary files a/electronics/electronics2013.pdf and b/electronics/electronics2013.pdf differ
index 8441706538476f5a1e8a413a784b79bab0738ee2..615e986f8399773da8a054d0150724e4b9113a3d 100644 (file)
@@ -53,16 +53,17 @@ length. \final{The final setup will most likely use different cables with better
 improved handling.} Cables as well as connectors will be bought by GSI and are available in
 Frankfurt.
 
-Table \ref{iocount} gives a rough count of necessary I/O. The final number of connections required
-will strongly depend on the realization of the converter board, mainly with respect to the data
-buses for switches and ADCs. A.t.m. there are 14 I/O per converter board plus 15 I/O per sensor.
-Note that this setup is for M26 sensors only where we will not have any ladders larger than 2
-sensors. The number of I/O for the final sensor will be different.
-
+Table \ref{iocount} gives a rough count of necessary I/O. 
 Not all signals need a direct connection to the FPGA. To reduce the number of lines, all ADC, DAC
 and switches are operated by a microcontroller on the CB. Communication with the FPGA is
 implemented as SPI or UART.
 
+The final number of connections required
+will strongly depend on the realization of the converter board, mainly with respect to the data
+buses for switches and ADCs. A.t.m. there are 14 I/O per converter board plus 10 I/O per sensor.
+Note that this setup is for M26 sensors only where we will not have any ladders larger than 2
+sensors. The number of I/O for the final sensor will be different.
+
 \begin{table}[hbtp]
  \centering
 \begin{tabularx}{\textwidth}{X|c|c|c|c}
@@ -91,17 +92,16 @@ operated by the microcontroller which are not connected to the FPGA.}
 \section{Converter Board (CB)}
 \subsection{General Setup}
 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
+\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.
 
 \subsection{Voltage and Current Monitoring}
-All voltages and currents should be monitored. These are three supply voltages and currents per
-sensor (i.e. analog and digital VDD as well as the clamping voltage), the 8 internally generated
-bias voltages, the temperature and ground sense.
+All voltages and currents should be monitored. These are the two supply voltages and currents per
+sensor (i.e. analog and digital VDD), the 8 internally generated bias voltages, the temperature and ground sense.
 
 The signal of the temperature diode can only be measured using a sense line for the actual ground
 level on the sensor with a dedicated sense wire. This is provided by the ADC.
@@ -109,7 +109,7 @@ level on the sensor with a dedicated sense wire. This is provided by the ADC.
 The 8 VDiscr signals must be analyzed both single ended and differential\footnote{The voltages
 are labeled 1A-1D and 2A-2D. We need both the absolute value of the voltages '2' ($\approx$2V) as
 well as the differences between 1A-2A, 1B-2B etc. These are in the order of $\pm$ 32 mV.}.
-A instrumentation amplifier provides the differential amplification. Combined with an analog
+A instrumentation amplifier provides the differential amplification. Combined with two analog
 multiplexer, only two ADC channels are required for this.
 
 In total, 8 ADC channels are needed per sensor. The on-board ADC should provide about 200 kSPS,
@@ -130,18 +130,25 @@ logic in the FPGA and the corresponding voltages are switched.
 All voltages are switchable from FPGA. The JTAG chain and sensor clock need the option to disable
 individual sensors, totaling in four signals per sensor. 
 
-For clamping voltages and current monitoring thresholds 4 configurable voltages are necessary per
+For clamping voltages and current monitoring thresholds 3 configurable voltages are necessary per
 sensor. The clamping can be provided by the previous method where it can be changed with a
-potentiometer only. The threshold voltages for current monitoring must be configurable at run-time
-with a slow but precise DAC. LTC2600 has already been used in many of our designs, is easy to
-control and chainable.
-
-
+potentiometer only. An option to use a DAC-generated voltage is foeseen. The threshold voltages for 
+current monitoring must be configurable at run-time with a slow but precise DAC. LTC2600 has 
+already been used in many of our designs, is easy to control and chainable - the lower precision 
+LTC2620 is also sufficient.
 
+\subsection{Switching}
+Several switches are available to control the signals for each sensor individually:
+\begin{itemize*}
+\item Clock, Start, Reset
+\item all JTAG signals, including source of the TDI for the following sensor
+\item voltage regulator
+\item voltage switch FETs
+\end{itemize*}
 
 \subsection{Connectivity}
 All communication to the TRB3 should be differential. Test pads for most signals should be added to
-connect external, more precise instruments.
+connect external, more precise instruments (in case no vias or component pads are available for easy probing.
 All signals from and to the sensor should be fed through LVDS buffers to reduce the load on the
 sensors' output drivers and to improve signal quality.
 
@@ -161,6 +168,10 @@ The clamping voltage can be produced in two ways: A potentiometer or an output f
 are buffered by an OpAmp before sent to the Front-end board where additional methods are foreseen
 for testing purposes.
 
+The supply for the board itself is also divided in analog and digital power. All regulators can be 
+ADP125, despite on the board digital supply. Here, the total current approaches 500 mA, so taht a 
+LTC1965 should be used.
+
 \subsection{Micro-controller}
 ADC, DAC and Switches are controlled by a STM32F103RC micro-controller.
 
@@ -192,25 +203,24 @@ to the sensor is needed.
 
 \begin{table}[htb]
  \centering
-\begin{tabular}{l|c|c|c|c}
- & \multicolumn{2}{c|}{\textbf{per Sensor}} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{per
-FEB}} \\
-\textbf{Purpose} & \textbf{Single} & \textbf{Differ.} & \textbf{Single} & \textbf{Differ.}\\
+\begin{tabular}{l|c|c}
+ & \multicolumn{2}{c|}{\textbf{per Sensor}} \\
+\textbf{Purpose} & \textbf{Single} & \textbf{Differ.}\\
 \hline
-Sensor Data & - & 4 & - & -\\
-Sensor Control & - & 1 & 2 & - \\
-JTAG & 2 & - & 2 & - \\
-Temperature & 1 & - & - & - \\
-Analog VCC & \discuss{2} & - & - & - \\
-Analog GND & \discuss{5} & - & - & - \\
-Clamping VCC & 1 & - & - & - \\
-Digital VCC & \discuss{1} & - & - & - \\
-Digital GND & \discuss{2} & - & - & - \\
-Sense VCC & 2 & - & - & - \\
-Sense GND & 1 & - & - & - \\
-Sense VDiscr & 8 & - & - & - \\
+Sensor Data    & -  & 4 \\
+Sensor Control & 2  & 1 \\
+JTAG           & 4  & - \\
+Temperature    & 1  & - \\
+Analog VCC     & 3  & - \\
+Analog GND     & 5  & - \\
+Clamping VCC   & 1  & - \\
+Digital VCC    & 3  & - \\
+Digital GND    & 10 & - \\
+Sense VCC      & 2  & - \\
+Sense GND      & 1  & - \\
+Sense VDiscr   & 8  & - \\
 \hline
-Total & 25 & 5 & 4 & 1 \\
+Total          & 40 & 5 \\
 \end{tabular}
 \caption{Connections between CB and FEB.}
 \label{CbFebCable}
@@ -246,9 +256,7 @@ 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.
+remove the connection when needed).
 
 
 
diff --git a/electronics/questions.tex b/electronics/questions.tex
new file mode 100644 (file)
index 0000000..20cd8b8
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,7 @@
+\section{Questions to be Answered}
+
+\begin{itemize*}
+ \item Why are only 2 of 8 VClp pads bonded - and these two are next to each other?
+ \item The JTAG of all sensors can be bridged - why not use the switches to program each sensor
+individually?
+\end{itemize*}