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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. О. Шитенков

Объединенный институт ядерных исследований

Автор, ответственный за переписку.
Email: shitenkov@jinr.ru
Россия, Дубна, Московская обл.

Д. В. Дементьев

Объединенный институт ядерных исследований

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

В. В. Леонтьев

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

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

А. Д. Шереметьев

Объединенный институт ядерных исследований

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

Ю. А. Мурин

Объединенный институт ядерных исследований

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

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная схема устройства GBTxEmulator.

Скачать (173KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентратор данных (GBTxEmulator) в версии прототипа (слева) и финальной версии (справа).

Скачать (205KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Тестовый стенд для облучения протонами концентратора данных. Отмечены: 1 ─ ось пучка протонов, 2 ─ ПЛИС на плате концентратора.

Скачать (173KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Количество и квалификация сбоев микросхемы Artix-7 XQ7A200T, зарегистрированных в эксперименте.

Скачать (60KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вероятности сбоя ячейки конфигурационной памяти микросхемы Artix-7 XQ7A200T для различных наборов данных, полученных в эксперименте.

Скачать (59KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024