Радиационные испытания концентратора данных на базе программируемой логической схемы Artix-7 для кремниевой трековой системы эксперимента BM@N

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Целью данной работы является исследование возможности применения программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) Xilinx Artix-7 в системе сбора данных для кремниевой трековой системы эксперимента BM@N. В условиях сравнительно невысоких радиационных загрузок ПЛИС может использоваться в качестве доступной альтернативы линейке радиационно-стойких микросхем GBT, которые в настоящее время применяются в современных экспериментах в области физики высоких энергий в ЦЕРНе, FAIR и др. Данная линейка микросхем предназначена для концентрации данных от многоканальной детекторной электроники и их последующей передачи по оптической линии связи к электронным блокам постобработки данных. В работе представлены результаты исследований чувствительности выбранной ПЛИС к радиационной нагрузке от протонов с энергией 1 ГэВ, оценена частота сбоев конфигурационной (CRAM) и блочной статической памяти (BRAM) в условиях применения данного технического решения в эксперименте BM@N. Дополнительно приводятся результаты исследования эффективности внедренных методов коррекции ошибок в конфигурационной памяти тестируемой ПЛИС.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

М. Шитенков

Объединенный институт ядерных исследований

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: shitenkov@jinr.ru
Ресей, Дубна, Московская обл.

Д. Дементьев

Объединенный институт ядерных исследований

Email: shitenkov@jinr.ru
Ресей, Дубна, Московская обл.

В. Леонтьев

Объединенный институт ядерных исследований; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: shitenkov@jinr.ru
Ресей, Дубна, Московская обл.; Москва

А. Шереметьев

Объединенный институт ядерных исследований

Email: shitenkov@jinr.ru
Ресей, Дубна, Московская обл.

Ю. Мурин

Объединенный институт ядерных исследований

Email: shitenkov@jinr.ru
Пәкістан, Дубна, Московская обл.

Әдебиет тізімі

  1. Moreira P., Balla briga R., Baron S. et al. // Proceedings of the Topical Workshop on Electronics for Particle Physics. TWEPP09. 2009. V. 690. P. 342. https://doi.org/10.5170/CERN-2009-006
  2. Zabołotny W.M., Dementev D., Shitenkov M.O., Byszuk A., Emschermann D., Gumiński M., Kruszewski M., Miedzik P., Poźniak K., Romaniuk R., Schmidt. C.J. // JINST. 2021. V. 16 . C12022. https://doi.org/10.1088/1748-0221/16/12/C12022
  3. The BM@N STS group. Technical Design Report for the Silicon Tracking System as part of the hybrid tracker of the BM@N experiment. Dubna: JINR, 2020. ISBN 978-5-9530-0541-8. h ttp://publications.jinr.ru/record/154087
  4. S enger P., Dementev D., Heuser J., Kapishin M., Lavrik E., Murin Y., Maksymchuk A., Schmidt H.R., Schmidt C., Senger A., Zinchenko A. // Particles. 2019. V. 2. P. 481. https://doi.org/10.3390/particles2040029 https://shop.trenz-electronic.de/en/Products/Trenz-Electronic/TE07XX-Artix-7/TE0712-Artix-7/
  5. Marin M.B., Baron S., Feger S., Leitao P., Lupu E., Soos C., Vichoudis P. Wyllie K. // JINST. 2015. V. 10. C. 03021. https://doi.org/10.1088/1748-0221/10/03/C03021
  6. Dementev D., Elsha V., Murin Y., Sheremetev A., Shitenkow M., Sukhov N., Baranov A., Kharlamov P., Merkin M., Lavrik E., Senger A., Senger P. // Phys. Part. Nuclei. 2022. V. 53. № 2. P. 197. https://doi.org/10.1134/S1063779622020265
  7. Dementev D., Guminski M., Kovalev I., Kruszewski M., Kudryashov I., Kurganov A., Miedzik P., Murin Yu., Pozniak K., Schmidt C. J., Shitenkow M., Voronin A. G. Zabolotny W. // Phys. Part. Nuclei. 2021. V. 52. P. 830. https://doi.org/10.1134/S1063779621040213
  8. Larrea C.G., Harder K., Newbold D., Sankey D., Rose A., Thea A., Williams T. // JINST. 2015. V. 10. C02019. https://doi.org/10.1088/1748-0221/10/02/C02019
  9. Xilinx Corporation, Soft Error Mitigation Controller v4.1, PG036. 2022. P.4.
  10. Hu X., Wang J., Pinkham R., Hou S., Schwarz T., Zhou B. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2019. V. 939. P. 30. https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.05.045
  11. Xilinx Corporation. 7 Series FPGAs Overview. 2020. DS180, ver. 2.61. V.19.
  12. Чумаков А.И. Действие космической радиации на ИС. Москва: Радио и связь, 2004.
  13. Wang J.J., Katz R., Sun J., Cronquist B., McCollum J., Speers T., Plants W. // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1999. V. 8. https://doi.org/10.1109/23.819146
  14. Rodríguez Rodríguez A. PhD thesis, Johann Wolfgang Goethe-Universität, Frankfurt am Main, 2020.
  15. Messenger G. C., Ash M.S. The effects of radiation electronic systems. New York: Van Nostrand Reinhold, 1991.
  16. Huang Q., Jiang J. // EPJ Web Conf. 2018. V. 8. P. 170. https://doi.org/10.1051/epjconf/201817003004
  17. Баранов В.В., Прибыльский А.В. // Доклады БГУИР. 2003. №1. https://cyberleninka.ru/article/n/metody-povysheniya-ustoychivosti-kmop-bis-k-vneshnim-vozdeystviyam
  18. Leroy C., Rancoita P. Principles of Radiation Interaction in Matter and Detection. World Scientific Publishing, 2009.
  19. Pearton S.J., Ren F., Polyakov A.Y. // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2016. V. 5. № 2. https://doi.org/10.1149/2.0251602jss
  20. Neale A., Seifert N. // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2019. V. 67. № 1. P. 15. https://doi.org/10.1109/TNS.2019.2953268
  21. Wirthlin M., Takai H., Harding A. // JINST. 2014. V. 9. C01025. https://doi.org/10.1088/1748-0221/9/01/C01025
  22. Wirthlin M.J. // JINST. 2013. V. 8. C. 02020. https :// doi . org /10.1088/1748-0221/8/02/ C 02020
  23. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. Москва: Мир, 1976.
  24. Xilinx Corporation, Device reliability report, UG116. 2023. Ver. 10.17. V.92. P. 23
  25. Fasso A., Ferrari A., Smirnov G., Sommerer F., Vlachoudis V. // Progress in Nuclear Science and Technology. 2011. V. 7. P. 769. https://doi.org/10.15669/pnst.2.769

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Schematic diagram of the GBTxEmulator device.

Жүктеу (173KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Data concentrator (GBTxEmulator) in prototype version (left) and final version (right).

Жүктеу (205KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Test bench for proton irradiation of the data concentrator. Marked: 1 ─ proton beam axis, 2 ─ FPGA on the concentrator board.

Жүктеу (173KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Number and qualification of Artix-7 XQ7A200T chip failures recorded in the experiment.

Жүктеу (60KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Configuration memory cell failure probabilities of the Artix-7 XQ7A200T chip for different datasets obtained in the experiment.

Жүктеу (59KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024