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| Elektronikgruppe Zeuthen

Kameratrigger

Elektronikgruppe Zeuthen

Kameratrigger

 

Die Elektronikentwicklung für das CTA-Projekt befindet sich derzeit in der Evaluierungsphase. Für die Teilbereiche PMT-Hochspannungsversorgung, Datenauslese und Trigger gibt es innerhalb des CTA-Gemeinschaft unterschiedliche Lösungsvorschläge.
Wir haben sowohl für den Bereich PMT-Hochspannungsversorgung als auch für den Kameratrigger, eigene Konzepte vorgestellt.
Derzeit werden Testboards entwickelt, um die Machbarkeit dieser Konzepte zu überprüfen. Für die PMT-Hochspanungsversorgung gibt es bereits erste Ergebnisse. Untersuchungsergebnisse zum Triggerkonzept hoffen wir, im November 2010 präsentieren zu können.

PMT-Hochspannungsversorgung

Die Pixelmatrix der CTA Kameras kann aus bis zu 2300 Pixeln bzw. PMTs (Photomultipliers) bestehen. Verglichen mit anderen Hochenergiephysik-Experimenten gibt es bei CTA besondere Anforderungen bezüglich der PMT-Hochspannungs-versorgung:

  • Anodenstrom-Arbeitsbereich bis zu 100µA, verursacht durch Restlicht (night sky background)
  • falls ein heller Stern genau ein Pixel (PMT) beleuchtet muss dieses durch automatisches Abschalten der Hochspannung vor Zerstörung geschützt werden
  • zum Teil sehr schwache Lichtsignale erfordern eine qualitativ hochwertige Hochspannung (Niedriges Eigenrauschen, wenig Restwelligkeit)
  • geringer Stromverbrauch, um die Erwärmung der Kamera so gering wie möglich zu halten
  • geringe Kosten.
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Testboard für die Hochspannungssteuerung eines Kamera-Pixels (PMTs)

Andere Anforderungen, wie z.B. digitales Interface zur Hochspannungseinstellung - und Rücklesung, müssen ebenfalls, individuell für jedes Pixel, gegeben sein.
Die Idee ist, eine hochwertig kommerzielle Hochspannungsquelle mit einer selbst entworfenen Steuerschaltung zu kombinieren. Ein erstes Testboard zeigte gute Ergebnisse. Die gemessene maximale Verlustleistung, bei 1300V und einem Anodenstrom von 100µA, betrug 156mW. Durch ein zweite kommerzielle Hochspannungsquelle zur Versorgung der “unteren” Dynoden kann die Verlustleistung auf 65mW reduziert werden.
Ein entsprechender Prototyp zur Steuerung von 7 Pixeln (PMTs) befindet sich zur Zeit in der Testphase.

Pixel_Cluster2_thumbnail_ger.jpg

Prototype-Design zur Steuerung eines Pixel Clusters (7PMTs)

Kameratrigger Design

Grundlegende Idee des Triggerkonzeptes ist es, die PMT (Photomultiplier)-Signale in der üblichen Weise mittels programmierbarem DAC und schnellem Komarator zu diskriminieren. Die Diskriminatorausgänge werden dann mit bis zu 400 MHz abgetastet. Die so enstandenen Bilder (pixel images) sollen dann mittels serieller Hochgeschwindigkeits-Kabelverbindungen (...4 GBit/s..) zu Trigger-FPGAs transportiert werden. Ziel ist es, ein oder mehrere komplette Trigger-Bilder (...2300 Pixel) in einer FPGA zu speichern und dort weiter zu bearbeiten. Ein grosser Vorteil dieser FPGA-basierenden Lösung ist die Flexibilität. Sollte sich der Trigger-Algorithmus ändern, müssen lediglich die FPGAs neu geladen werden.

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Der erste Teil der Triggerkette

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Der zweite Teil der Triggerkette

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Das zentrale Triggerboard