Modulär elektronik för lådor
Modulär backelektronik är en allmän typ av elektronik och stödinfrastruktur som vanligtvis används för triggerelektronik och datainsamling i partikeldetektorer . Dessa typer av elektronik är vanliga i sådana detektorer eftersom alla elektroniska vägar är gjorda av diskreta fysiska kablar som förbinder logiska block på framsidan av moduler. Detta gör att kretsar kan designas, byggas, testas och distribueras mycket snabbt (i dagar eller veckor) när ett experiment sätts ihop. Sedan kan alla moduler tas bort och användas igen när experimentet är klart.
En låda är en låda (chassi) som monteras i ett elektronikställ med en öppning i fronten vänd mot användaren. Det finns skenor på toppen och botten av lådan som sträcker sig från den öppna (användar) änden till den bakre änden av lådan. Baksidan av lådan innehåller ström- och datakontakter som moduler ansluter till. Elektronikmoduler glider in i lådan längs skenorna och ansluts till ström-/datakontakterna på baksidan. Moduler har signalkontakter, kontroller och lampor på frontpanelen som används för att interagera med andra moduler.
Vissa moduler drar bara ström från bakplanskontakterna och har alla sina dataingångar och utgångar på frontplattan. Andra moduler tar ingångar eller kontroller till och från bakplanet eller har sitt beteende kontrollerat från bakplanet. Vissa typer av moduler har aktiva kretsar inuti dem och fungerar nästan som små datorer; andra är inte alls statistiska och är bara dumma enskilda komponenter.
Typer av lådsystem
Det finns ett antal olika typer av elektroniska modulsystem som används i partikelfysikexperiment.
RENATRAN
Den allra första standarden för backelektronik var Renatran, som i sig härleddes från Esone Standard publicerad 1964. Denna standard användes främst i Frankrike inom kärnforskning.
Renatran-systemet bestod av en 5U rackbar låda som kunde acceptera upp till 8 enkelbredds eller upp till 4 dubbelbredds plug-in-enheter, med bakplanet försörjning av flera kraftskenor, såväl som seriell och parallell kommunikation mellan moduler och mellan rack och extern utrustning som skrivare och datorer. Varje insticksenhet hade rattar, indikatorer och anslutningar på framsidan, och en enda skruvad 24-stiftskontakt (Souriau 8196-17, tillverkas inte längre) på baksidan för att ansluta till bakplanet. Vissa enheter hade ytterligare kontakter på baksidan, antingen dubblerade från frontpanelen för en mer permanent installation, eller extra portar för specifika ändamål, såsom seriekopplingsmoduler eller länkning av nivåjämförare. En plug-in-enhet utförde vanligtvis en enda uppgift, såsom att ge ut en klocksignal, invertera signalpolaritet, dämpa eller förstärka signaler och mer.
NIM
Den enklaste och en av de tidigaste boxmodulstandarden är NIM- standarden (Nuclear Instrumentation Module) . En NIM-låda har bara ström på bakplanet, det finns ingen databuss eller datakontakter. NIM-bakplanskontakten är ett oregelbundet arrangemang av enskilda stift i uttag i lådan. NIM-moduler har vanligtvis flera enkla logiska block på framsidan med både ingångar och utgångar på frontpanelen. En typisk NIM-modul kan till exempel vara fyra diskriminatorer på frontpanelen eller tre OCH-grindar. NIM-moduler kan hot-swapas , eftersom det inte finns några datakontakter på baksidan.
CAMAC
En senare standard är Computer Automated Measurement and Control, eller CAMAC . CAMAC-moduler är mycket tunnare än NIM-moduler. Bakplanskontakten på en CAMAC-modul är en kortkantskontakt; på grund av möjligheterna att feljustera kontakterna vid plugin, är CAMAC-moduler INTE hot-swap-bara . CAMAC-bakplanet innehåller ett signaleringsprotokoll för lådstyrenheten för att ställa in värdena för register i moduler (för konfiguration) och för att läsa registervärden (för datainsamling). På grund av långsamheten i datakommunikationen längs bakplanet, när FASTBUS väl uppfanns, användes CAMAC-moduler mest för moduler som behövde datorkonfigureras men inte för datainsamling.
FASTBUS
FASTBUS är en låda/modulstandard utvecklad senare än de andra två för parallell datainsamling med hög hastighet. Snarare än enskilda komponenter tenderar FASTBUS-moduler att vara datainsamlingsmoduler med många ingångar på framsidan, medan lagrad data läses ut på bakplanet. Kontakterna på baksidan av en FASTBUS-modul är två parallella stiftuttag på modulen och stift som sticker ut från bakplanet. Huvudkontakten i en FASTBUS-låda täcker omkring botten 2/3 av modulen. Det finns också en övre kontakt som består av genomgående stift till baksidan av bakplanet; detta gör att anpassade moduler kan kopplas in där.
FASTBUS-moduler är mycket högre än de andra typerna av lådmoduler, så lådorna är motsvarande högre.
FASTBUS-bakplanet är en full databuss där vilken modul som helst kan förhandla om att bli mästare på bussen för att skicka eller ta emot data.
VME
VME (VMEbus) är en buss som ursprungligen utformades för att tillhandahålla en expansionsbuss för Motorola 68000-seriens processor, men den blev också en standard för modulelektronik. De första utgåvorna av VME är tre stift breda med stiftuttag på modulerna och stift på bakplanet. I senare utgåvor utökade den fysiska standarden kontakterna med ytterligare två rader av stift/uttag på kanterna för jordning.
VME är mestadels utformad som en datorbuss, så dess moduler är till stor del datainsamlingsmoduler, inte modulär elektronik.
PXI
PCI eXtensions for Instrumentation ( PXI ) är en av flera modulära elektroniska instrumenteringsplattformar som används för närvarande. Dessa plattformar används som bas för att bygga elektronisk testutrustning, automationssystem och modulära laboratorieinstrument.
AdvancedTCA
Advanced Telecom Computing Architecture är en öppen standard för lådor. Förutom strömförsörjning och databussar definierar den också en förvaltningsinfrastruktur. Detta gör det möjligt att utföra en rad underhållsuppgifter på distans. Standarden styrs av PICMG -konsortiet. Kraven för kort som ska användas i AdvancedTCA-lådor kallas Advanced Mezzanine Cards (AMC) och specificeras oberoende i sin egen standard.
MicroTCA
MicroTCA är en öppen, modulär standard, baserad på AdvancedTCA , men med en mindre formfaktor. Ursprungligen utvecklad för tillämpningar inom telekommunikation, har det sedan dess vuxit ur sitt ursprungliga syfte genom att utveckla moduler för militärt, rymd- och vetenskapligt bruk. Som AdvancedTCA använder den AMC , vilket gör korten utbytbara mellan dessa två.