Module NIMbox NDA8, Logique et DAC

Module NIM programmable NIMbox / NEMbox
Module NIMbox NDA8 DAC / Logique

Le module NIMbox NDA8 DAC est construit sur la base d’une mécanique NIM simple largeur et intégrant 4 modules secondaires entrées-sorties.
Toutes les fonctions logiques sont programmées dans le FPGA par l’interface haute vitesse USB-2.

Le module NIMbox est programmé à l’aide d’une librairie de VIs (instruments virtuels) du logiciel Labview. La mise en forme du programme est simplifiée et relativement rapide.

Caractéristiques NDA8

•    Module NIM simple largeur (1/12)
•    8 voies de DAC, 14-bit, max. 100 MHz avec programmation du diviseur de fréquence
•    Mémoire de carte mère : 1024 valeurs
•    Interface USB-2 à haute vitesse pour la programmation, la lecture des données et la mise à jour du firmware.
•    Mémoire EEPROM pour sauvegarder la configuration programmée
•    Puissance : + 6 VDC / 800 mA (2 fusibles)

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Préambule

Le module NEMbox (Nuclear Electronics Miniature Box) est un module programmable de Logique et d’Acquisition de Données (DAQ) destiné à un châssis standard NIM.

Une version de table (DESK) existe aussi, elle convient aux applications autonomes fonctionnant avec un adaptateur AC/DC délivrant + 6 VDC. Cette dernière possibilité est une adaptation pour l’enseignement et les travaux pratiques dans les écoles d’ingénieurs ou les universités.

Le principe de base porte sur la programmation des fonctions électroniques via une carte mère supportant un processeur FPGA et jusqu’à 4 cartes secondaires d’entrées / sorties.

Toutes les fonctions électroniques élémentaires sont supportées par le processeur et sont programmées en langage VHDL. Elles sont accessibles d’extérieur via un Pool de blocs Logiques. Les fonctions électroniques sont préétablies et il ne reste plus qu’à les câbler entre elles afin de former un ensemble cohérant dédié à votre application.

Il s’agit là d’une méthode innovatrice, moderne, permettant de construire soi même son propre schéma de câblage. Ceci limite considérablement le nombre de modules électroniques à fixer dans des châssis NIM et diminue le nombre de câbles extérieurs.
De plus un seul module de ce type permet de réaliser des schémas différents  les uns des autres, de les défaire pour en construire d’autres.

Votre configuration est sauvegardée  dans une mémoire EEPROM pour une durée illimitée. Il n’y a aucune nécessité de reprogrammer votre schéma en cas de panne sur le secteur électrique ou bien en cas de reset. La communication avec le module est assurée par un port USB-2.

Le module NIMbox / NEMbox offre la possibilité de réaliser des fonctions de coïncidences, fan in / fan out, splitters, logiques, discriminateurs, ADC, TDC, etc …
Le module NIMbox / NEMbox est utilisé dans des applications de trigger et d’acquisition de données.
Un seul équipement remplace plusieurs modules non programmables, diminuant ainsi les couts d’achats.

Electronique :

•    Carte mère à base de FGPA avec port USB, horloge de 100 MHz, 4 slots pour les modules secondaires d’entrées-sorties, connecteur NIM pour châssis NIM ou transformateur AC/DC générant du + 6 VDC.
•    Module secondaire entrées-sorties de niveau de tension NIM, 5 voies, fréquence d’entrée  max. : 100 MHz, retard entrée-sortie inférieur à 4ns, impédance de 50 Ohm.
•    Module secondaire entrées-sorties de niveau de tension TTL, 5 ou 16 voies entrées-sorties, fréquence d’entrée max. : 100 MHz, retard entrée-sortie inférieur à 4ns, impédance entrée élevée ou 50 Ohm, impédance sortie de 50 Ohm.
•    Module secondaire de discriminateur à seuil, 4 voies, 1 voie d’entrée-sortie programmable de niveau TTL, LEDs programmables, seuils et hystérésis programmables, impédance d’entrée de 50 Ohm, niveau de tension entre  -2.5 V et + 2.5 V.
•    Module secondaire de convertisseur analogique numérique (ADC), conversion Flash à 100 MHz, 2 entrées-sorties TTL programmables, pile de mémoire type FIFO et de 1024 valeurs.
•    Module secondaire DAC, 100 MHz DAC, mémoire FIFO de 1024 valeurs, 2 voies
•    Module secondaire RAM (8 Mb)

Logiciel :

Exemple Labview :

Le module NEMbox / NIMbox est programmé à l’aide de VIs (instruments virtuels) du logiciel Labview de National Instruments. Dans l’exemple de l’image exposée dans la colonne de droite on peut voir deux discriminateurs (DISC) mis en coïncidence et un signal de veto NIM. Une fenetre est alors produite pour capter l’événement. Les entrées sont à gauche, les sorties à droite. Ce schéma de câblage est sauvegardé en mémoire EEPROM.

•    Driver USB
•    Labview VIs pour :
- Entrée-sortie TTL avec « debouncer » 1-255 ms et sélecteur entrée-sortie.
- Entrée-sortie NIM avec sélecteur entrée-sortie.
- Discriminateur avec chargement de seuil et hystérésis.
- LED avec stretcher de 10 ms.
- Logique booléenne.
- Bascule Flip Flop avec entrée RS, déclenchement sur front montant.
- Fonction synchronisation.
- Compteur avec train d’impulsion en sortie, taux max. 100 MHz, 32 bit, entrée de déclenchement avec front sur A&B.
- Pulser avec résolution de 10 ns, 32 bit, train d’impulsion en sortie défini par l’utilisateur et déclenchement sur front.
- Horloge 10 MHz avec diviseur de 32 bits et rapport cyclique de50 %, fréquence de 0,02 Hz – 100 MHz, précision de quartz.
- ADC avec contrôle externe  ou interne et mémoire FIFO de 1024 valeurs
- DAC avec mémoire FIFO de 1024 valeurs.
- TDC, multivoies et à événements multiples, avec une résolution temporelle de 10 ns établie sur 22 bit et une mémoire FIFO  de 1024 valeurs. Echelle de temps de 40 ms à 40 s.
•    Programmation directe hardware pour les utilisateurs expérimentés.

Versions standard

- NIMbox utilisable dans un rack NIM, référence DL706
- Module de table (Desk NEMbox) alimenté par un transformateur AC/DC de + 6 VDC, référence DL701

Généralités :

•    Carte mère avec processeur FPGA Xilinx Spartan, quartz de precision de 100 MHz
•    4 slots libres pour modules secondaires
•    Interface USB 2.0 haute vitesse
•    Face avant avec LEDs (témoin de mise sous tension et voyant de service), bouton de RESET et les courts-circuits pour les modules secondaires

MODULES SECONDAIRES NEMbox

Les modules secondaires du NIMbox / NEMbox sont destinés à être fixés sur des barrettes sécables pour les solidariser avec la carte mère FPGA. La programmation du module secondaire est faite à travers le FPGA en utilisant l’interface  USB 2. Différents modules secondaires peuvent être montés. Les connecteurs entrées-sorties sont des LEMO (à l’exception des cartes secondaires de références SU701 et SU706).

Aperçu des fonctions électroniques :

SU700 : 5 voies coaxiales entrée / sortie TTL
•    Entrée : Impédance élevée / 50 Ohm, connecteurs Lemo
•    Sortie : courant élevé 60 mA sous 3 V / 50 Ohm
•    Délai 4-5 ns

SU 701 : 16 voies entrée / sortie TTL
•    Entrée : Impédance élevée, connecteurs à pins
•    Sortie : 16 mA
•    Retard 4-5 ns

SU 702 : 1 voie d’ ADC à échantillonnage avec 2 voies entrée / sortie TTL
•    Résolution 14 bits, taux d’échantillonnage max. 100 MHz
•    Echantillonnage de déclenchement pré et post
•    Mémoire FIFO de 1024 valeurs

SU 703 : 4 voies de discriminateur à seuil avec 1 voie entrée / sortie TTL
•    Seuil programmable (-2.5 … + 2.5 V, 12 bits)
•    Hystérésis programmables (0 à 60 mV, 12 bits)
•    5 LEDs programmables

SU704 : 5 voies entrée / sortie NIM
•    50 Ohm, connecteurs Lemo
•    Retard 4-5 ns

SU705 : RAM statique (module de largeur double)
•    8 Mb, 18 bits
•    Peut-être utilisé comme une expansion pour ADC FIFO

SU 707 : 2 voies de DAC
•    100 MHz / 14 bits, gamme +/-1V (à 50 Ohm)
•    Mémoire pour 1024 valeurs