Anmerkung: MAPS = MAkroPulsSelektor

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Ziel MAPS-2005: |————————————————————> 2x 64 Trafos (63 aktuell gen.)
Ziel MAPS-2021: |————————————————————> ?
	ADC	IO	Timing	µTCA-Crate	Remote Server
Ab DAQ: ↓	1x 32 Kan.-100 Ω 2x 4 Kan. an RJ45	1x 64 Bit (2x 50pol. MDR Kon.)	FAIR Timing Receiver Node (FTRN) Nur 5 Kanal-Ausgang?	4-5 Crates??? 1x Controller	1x PC ? Nix Gib's1)
↓ An 19“-Adapter:	(M1) (M2) (M3) (RP) je 8 Kan-S	2x 32 Bit an 2x 50pol.	1 Klemmp./4x Trafo
Ab 19”-Adapter:	1/Trafo: ↑ +Sig. ###680 Ω ↑ -Sig	6 Bit/Trafo: ######↑ UB2) ⇐ ↓ RB0 ↓ RB1 ↓ RB2 ↓ RB3(Test) ↑ UT Aber wie?	1 Klemmp./Trafo
	↓ Klemmp.		<=== aussen über Lemo =====| aus Choppersteuerung Klp. und Rp, Bis Timing auch über FTRN operabel?)
Trafos	Trafos
pro Adapter:	24 Trafos sollen es sein (8 Trafo/Mod.)! ######|→ 3 Boxen für 63 exisistierende Trafos + …
☛☛☛ Signaltransfer ☚☚☚

### ≡ Trafosignale, ### ≡ 4 Rahmenpulse, ### ≡ 4 Klemmpulssignale,

Das differentielle nicht Messbereichs-geschaltete Analogsignal hat ab Trafo-Kopfelektronik eine eigene 2pol LEMO-twisted-pair-Leitung. Diese endet bisher noch bei den Digitalisieren im LSB4. MW plante und baut ein seperates, 4kanaliges U/f-Konverter-“Mezzanine”-Modul, um Signale zu Frequenzüberwachung für eine neue Verlustüberwachung (SVÜ) zu stellen. Dies würde dann in einem µTCA-Crate o. ä. eingesetzt, die Ausgangs-Pulsfrequenzen einer neuen, zähler-basierten Verlustüberwachungs-Elektronik zugeführt. Dies würde von ACO-BELAB entwickelt und gebaut. Dazu muss später eine Geräte-Software Software erstellt werden, die einen kontrollierten Eingriff auf die Länge jeweils laufenden Strahlpulses macht. Ist bis dahin geplant, der bisherigen SVÜ weiter Pulssignale zu stellen? Aus einer weiteren unabhängigen Box?

Das nicht geschaltete Analogsignal der Trafos könnte auch IN der Adapter-Box zu NIM- oder TTL-Pulsen gewandelt werden zur Abgabe an die Verlustüberwachung. Das würde eine weitere, noch nicht zugewiesene Zwischenbox erschlagen. Diese Lösung wird von HR und MW befürwortet.

Zeitauflösung ~ 1μs

Rahmenpulse definieren den zu erwartenden Zeitbereich, in dem ein Trafopuls erscheinen müßte, wenn Strahl tatsächlich da wäre. Primäres Ziel der Rahmenpulse sind die BCT digitizer-Module pro Trafo: Die Rahmenpulse bilden die Mess- bzw. Integrationszeit für den mittleren Stromwert, der als Zahlenwert an das Kontrollsystem geht. Ein Strahlpuls hat eine Taktung von ca. 200 µs = 0,2 ms im Maximalfenster von 20(5) ms (50 Hz), also vielleicht zeitlich 1:100. Er stellte ein digitales Sollfenster in der Zeit zur Erwartung des Trafopulses zur Verfügung. Wird die Chopperpulsverkürzung zum Zwecke des Profilgitterschutz ein gesetzt, so ist der Trafopuls noch kürzer bis hinab auf 10 µs als Minimum der Chopperpulsverkürzung. Im Problemfall bei den Trafos ist der “Rahmenpuls” als an einer Buchse abgreifbares Hardwaresignal sehr hilfreich. Läuft hingegen alles später perfekt, kann er Pulsform und Amplitude auch aus Software, vielleicht als Client auf seinem Büro-PC betrachten. Der Rahmenpuls bildet die Zeitscheibe auf der der Trafopulswert gemittelt wird.

Die verschiedenen Positionen der 63 Trafos am UNILAC und die mit unter noch nicht große Teilchenstrahlgeschwindigkeit spannen eine Flugzeit von 0 µs - 19 µs für das Auftauchen des Trafopulses auf. Aktuell kommen genau sieben Rahmenpulse und acht Klemmpulse aus der Choppersteuerung ( nur SVÜ-Trafos?) aus acht Timimg-Zonen. Im alten Sytem konnten für die Rahmenpulse darauf individuelle Delays programmiert werden.

Ziel ist es ja, dem Softwarenutzer anders als nur einen mittleren Stromwert des Pulses auch die Form des Pulses für ausgewählte Trafos zur Verfügung zu stellen!

Die UNILAC-Trafo-Liste unterteilt sich in 10 Trafo-Crates, dort durch grüne Zeile in der Tabelle separiert. Jedes Crate ist jeweils einer bestimmten Timing-Zone zugeordnet. Es ist jeweils ein Startwert in µs angegeben, sowie ein Stop-Wert [µs]. Der Startwert beträgt an den Quellen links und rechts 0 µs und bildet den Startzeitpunkt der Zeitachse für die Trafos. Da die Stopzeit zumeist kleiner als die Startzeit ist wird davon ausgegangen, dass es sich eine Zeit relativ zum vorher erfolgten Start handelt:

Informationen zu Strahltransformatoren UNILAC ☛ Timing-Zonen UNILAC ☛ Strahlführungszeichnungen Controls ☛	Auf BEA-Commons-Laufwerk: “Alter MAPS”: X:\BEA-Common\MAPS_Alt “Neuer MAPS”: X:\BEA-Common\MAPS_Neu (inkls. Gerätemodell)

Bis “UH1DT4:“

Bis “US4DT7:”

HLI “C” bis “US4DT7:”

Bis “UT1DT0:” / /— / / —∈

TK pdf

Zentrale Timing Ausgabe in LSB4 (aus Choppersteuerun wg. Dyn. Pulsverkürzung)

EXCEL Kabel Timing-Bahnhof — Trafocrates MAPS96 »

Die Rahmenpulse und einhüllenden Klemmpulse der vier Quellen sind unabhängig. Die Pulslänge vor dem Chopper ist länger (L) als danach (k), genauso der Klemmpuls!

Die Rahmenpulse haben unterschiedliche Pulszentralen bzw. Choppersteuerungen als Pulsquellen: In die Start/Stop-Zeiten gehen daher sowohl Flugzeiten des Ionenstrahles als auch Laufzeiten der Rahmenpulse über Kabel und elektronische Baugruppen zu den Digitalisierer-Crates ein!

Trafoaufteilung … bestimmter Trafos in aktuelle acht Timing-Zonen

Maximal-Pulslänge Gerade UNILAC = 5 ms Standard-Pulslänge TK = 200 µs Standard-Pulslänge Profilggitterschutz ≤ 100 µs, Rot ist Teil der SVÜ!												Delay Start — Stop x µs — y µs
µTCA-Crate 1				µTCA-Crate 2				µTCA-Crate 3				µTCA-Crate 4
UR	UG3)	UL		UH1	UH/US	UN & UC		US4DT7..UY2DT2	EH	EH		TK	TK	TK8/9
2.		1.		3.	4.	5.		6.				7.		8.	Trafo-Liste
UR4DT5 0 — 0		UL4DT3 0 — 0		UH1DT1 12 — 7	UH3DT24) 13 — 8	UN3DT1 12 — 4		US4DT7 16 — 11	UXADT2 23 — 14	UMADT1 18 — 12		TK1DT1 18 — 13	TKDDT6 20 — 15	TK8DT7 3 — 2	Aus PP-Präs.: vers. Paare Rp & Klp
UR5DT8 0 — 0		UL4DT4 0 — 0		↓	UH4DT3 15 — 10	UN5DT1 13 — 5		UA1DT1 16 — 11	UX1DTA 12 — 12	UMADT2 18 — 12		TK2DT4 19 — 14	TK6DT2 21 — 16	TK9DT8 3 — 2
		UL5DT5 0 — 0			UH4DT4 16 — 11	UN6DT1 14 — 6		UA2DT2 17 — 12	UX2DTA 12 — 12	UM1DT3 18 — 12		TK3DT2 19 — 14	\→	↓
		UL5DT8 0 — 0			US2DT5 16 — 11	UN7DT1 15 — 7		UA3DT3 17 — 12	UXADTB 12 — 12	UM2DT3 18 — 12		TK3DT3 19 — 14		↓
					US3DT6 16 — 11	UCWDT1 14 — 6		UA4DT5 17 — 12	UX8DT3 12 — 12	UM3DT3 18 — 12		TK3DT4 20 — 15
				↓	US4DT6 16 — 11	UCWDT2 15 — 7		UT1DT0/UM1 / TK 18 — 13	UZADT1 12 — 12	| | ###\ \⇒		TK4DT3 20 — 17
				→		UCWDT3 16 — 7		UY2DT2 20 — 15	UZ6DT1 12 — 12			TK7DT3 22 — 15
								UY6DT1 12 — 12				TK5DT1 20 — 0
M1	M2	M3		M4	M5	M6		M7	M8	M9		M10	M11	M12
2	0	4		1	7	7		8	7	5		8	2	2	S: 52

Hinweis: Mit dem vorgesehenen Design der Selektorkarte können alle hinten zugeführten für Timingsignale individuell den Trafos zugeordnet werden. Damit müßen die Trafos eigentlich nicht mehr nach einer gleichen Timingzone auf die drei Module aufgeteilt werden, sondern beispielsweise gleichmäßiger!

Nach Wegfall der Digitalisierer werden die Rahmenpulse für alle Trafos zunächst noch von den Pulszentralen bzw. der Choppersteuerung im LSB6 für jede einzelne Timingzone geliefert!
Die Erfassung der Trafo-Analogsignale liefert Strom in Einheit [A] - Die Bildung I = ΔQ/Δt mit Δt als Rahmenpuls wird so eigentlich nicht benötigt, ist aber den Operateuren geläufig!
Erhalt Rahmenpulse bei kleinen, verrauschten Signalen zum Sichten der Pulse in der Zeit?
“Der” Stromwert wird aus mehreren Pulsen gemittelt - der Rahmenpuls selektiert die Richtigen auch bei Parallelbetrieb?
Können Rahmenpulse in ferner Zukunft aus über White Rabbit Timing und den FTRN direkt abgeleitet werden ohne Pulszentrale/Choppersteuerung?

Jedes der 10 existierende Crafo-Crates hat vier verschiedene Rahmenpulseingänge (Rundstecker Tuchel). Nicht alle sind genutzt. Diese Signale kommen in Rack #14 an und werden dort vervielfacht!

Trafo-Crates-MAPS96

Ra = Rahmenpuls, KL = Kelmmpuls, ? = nicht lesbar, ?* = Single Shot f. OT?; 2x = Zwei Kabel in einen Stecker: Signalverdoppellung! X = nicht belegt!

Trafopulse vom Ionenstrahl des Beschleunigers werden für den Kopfverstärker von einem Klemmpuls umrahmt! Anders als der Rahmenpuls, der innerhalb des Trafopulses liegt, um die Flanken des Pulses aus der Mittelwertbildung zu halten, liegt dieser Klemmpuls eben ausserhalb des Trafopulses. Standardvorgabewerte für die Flanken sind dabei 50 µs vor dem Trafopuls und 30µs nach dem Trafopuls. der Klemmpuls gibt den Kopfverstärker zur Messung frei und verhindert ein Driften des AC-gekoppelten Verstärkers. Vorlauf und Nachlauf bieten die Möglichkeit per Mittelwert einen Vorlauf- und einen Nachlaufpunkt zu ermitteln (ca, rotes “X”): Die Gerade zwischen den Punkten bildet die Abzugswerte.

Strahlvorbereitung ←————————————————–|←—————–| Max. Puls

Messung mit Oszzi H. Reeg 2004:

Grundlage der Darstellung ist die Tatsache, dass im LINAC-Bereich das Timing fest im 50 Hz-Versorgungsstromintervall fußt: Dabei sind die ersten 12 -15 ms der Strahlvorbereitung gewitmet, erst das Ende des Intervalles wird Strahl gemacht und die Länge der Pulses wird also immer vom Ende des Intervalles bestimmt. Anders als in dieser idealen Darstellung ist das echte Trafopulssignal je nach Messbereich auch noch verrauscht. Dies bedingt die Mittelwertbildung auch für die Korrekturen mit einer ausreichenden Statistik (Länge). Nun ist ein maximal langer Puls für eine Korrektur auch maximal gekrümmt. Für die Genauigkeit der Mittelwertbildung (Nennwert) ist somit die richtige Wahl des Klemmpuls wichtig: Nicht zu lang, aber auch nicht zu kurz!
Die Grenzfrequenz f_g des UNILAC-Trafos ist 1,6 kHz. Frequenzen darunter erleiden eine Dämpfung von 20 dB/Dekade, ein Zehntel pro Frequenzdekade. 50 Hz sind 0,031*f_g, d.h die Sinusschwingung des Netzbrumm wird auf 3% Restwelligkeit reduziert. Auf diesem Sockel sitzt der Trafopuls auf.
Reichen ansatzweise die durch die Rahmenpulse die acht verschieden Timingzonen, d.h auch nur acht Klemmpulse oder muss jeder Klemmpuls individuell möglich sein?

Der FAIR-Timing Receiver bereitete die µTCA-Crate überwachende Software im Voraus auf kommende GSI-Events vor. Im gegebenen Fall schaltet der Timing Receiver die ADCs zur Datenerfassung scharf. Und startet die Datenerfassung dann zum richtigen Zeitpunkt. Aus Sicht der Software ist eine unangekündigte (willkürliche) Datenerfassung getriggert vom Rahmenpuls nicht sinnvoll. Heute werden auch Start-Ziel Informationen über das White Rabbit Timing und den Receiver generiert, die in dem existierendem MAPS-System aus dem MAPS-Bus kommen, abgeleitet von den GSI-Timming Events.

https://www.gsi.de/work/beschleunigerbetrieb/beschleuniger/unilac/unilac?no_cache=1
Das ein und selbe Ladungspacket wird auf seinem Weg entlang des UNILACs beschleunigt: deswegen durchfliegt es die einzelnen Trafos in kürzeren Zeitintervallen. Aber: die Ladungen, die sich in bestimmten Abständen längs des Beschleunigers in einem Puls bewegen, treten damit auch nach einnander in das Beschleunigungselement ein; somit steigt der Abstand z.B. zwischen ersten und zweitem Ion; die Dichte nimmt in gleichen Maße ab wie die Durchflugzeit durch einen Trafo. Somit bleibt der Stromwert I = ΔQ/Δt der gleich.

☚ MAPS-2005>2012 ★