I HC QUC GIA TP. H CHÍ MINH
TRI HC KHOA HC T NHIÊN
KHOA VT LÝ  VT LÝ K THUT
B MÔN VT LÝ HT NHÂN





KHÓA LUN TT NGHIP



Đề tài:
PHÁT TRIN ZERO-SUPPRESSION CHO THIT B
ADC100Msamp/sec 32 KÊNH CA D ÁN E36



SVTH: Nguyễn Hữu Thành
GVHD: TS. Võ Hồng Hải
GVPB: ThS. Nguyễn Quốc Hùng



 TPHCM 2014 

LI C
c tiên, em xin gi li c       ng dn
TS. Võ Hng Hi. Vi s  ng dn ca thy, em n
  ra.
Em xin c ThS. Nguyn Quc Hùng c và có nhng
n quý báu cho khóa lun này.
  in c    y cô trong B môn Vt Lý H  
ging dy và cung cp cho em rt nhiu kin thc trong suc tng
i hc Khoa hc T nhiên TP. H Chí Minh.
Em xin gi li cn t Ht nhân ca B môn Vt lý Ht
c bit là anh Bùi Tun Kh bo, h tr và cùng gii quyt
nhn này mt cách rt nhit tình.
Cui cùng, xin cnh và ng h em trong
sut quá trình hc tp và hoàn thành khóa lun.





TP.HCM, Tháng 7-2014

Nguyn Hu Thành

i


 i
 iii
DANH M iv
 v

 vi
 1
  3
1.1.  3
1.1.1.  3
1.1.2.  3
1.2.  9
1.3. -100MHz- 10
1.3.1. -ADC/FPGA 10
1.3.2. -100MHz- 12
1.4.  13

100MHz 32 KÊNH 14
2.1.  14
2.2.  15
2.2.1. 
 15
2.2.2. 
 19
  25
3.1.  25
3.2.  26
3.2.1.  26
3.2.2.  29

ii

3.2.3.  31
 34
 35

 36

iii

DANH MC CÁC HÌNH V
Hình 1.1.  4
Hình 1.2.  5
Hình 1.3.  6
Hình 1.4.  7
Hình 1.5.  8
Hình 1.6.  9
Hình 1.7.  10
Hình 1.8.  Flash-ADC 10
Hình 1.9. úc FPGA 11
Hình 1.10.  12
Hình 2.1. Nguyên lý zero suppression 14
Hình 2.2.  15
Hình 2.3.  16
Hình 2.4.  17
Hình 2.5.  18
Hình 2.6.  19
Hình 2.7.  20
Hình 2.8.  22
Hình 2.9.  23
Hình 3.1.  25
Hình 3.2. 
Oscillocope 26
Hình 3.3. Xung tín  27
Hình 3.4. 
4) v 28

Hình 3.5. 
zero suppression 29
Hình 3.6. 
 30
Hình 3.7.  33


iv

DANH MC CÁC BNG BIU
 
+
 8
.  32



v

 



J-PARC
Japan Proton Accelerator
Reseach Complex
Trung tâm gia tc proton
cho nghiên ca chuyên xâu
ti nht bn
ESS

Electron-Static Separator
Khn
PMT
Photomultiplier Tube
n
WLS
Waselength Shifter
Si dch chuyc sóng
MPPC
Multi Pixel Proportional
Counter
m t l m
MWPC
Multi Wire Proportion
Champer
Bum t l 
TOF
Time Of Flight
Thi gian bay
IB
Internal Bremsstrahlung
Bc x hãm ni
SD
Structure Dependent
Bc x ph thuc cu trúc
FADC
Field-Programmable Gate
Array
Vi mch dùng cu trúc
mng phn t logic mà

i dùng có th lp trình
c
DISC
Discriminator
B phân bit
I/O
Input/Output
Nhp/xut



vi


K
+


+

 Neutrino
N 
R
K
ositron
P
e+
 
P
µ+



t



1

M U
 

  và 
       
-PARC).  cao, 
   
 các 
ách nhanh chó-
 
 
trên FPGA.
Bo  -ADC 10 bit
và 32 kênh  FPGA y
 Hc  TP H Chí Minh
là s k tha t bo mch VMEFADC c s dng trong d án E36.
nghiên c 

+


+



-ADC, xun
  

+
10
-6
) [1]  hãm
  
 .

rong k, chúng tôi 
 VMEFADC3 PGA

2


máy tính.   ô 
 lên máy tính còn có
                


            zero suppression,
 VMEFADC3 
VMEFADC

  
VMEFADC 
khái quzero suppression.

 Trzero suppression
  

 




3


GII THIU D ÁN E36
   
chùm tia K
+


CsI(Tl) 
 zero suppression.
1.1. Gii thiu chung v d án E36
1.1.1. Ma d án

 (J-PARC) [9]
 
+
). Trong các phân rã

+
, t 




(1.1)
Model-SM
K
R

    



   

 [10].       
    R
K
 lý
,  R
K

3
2 10


[1] (




   


sai 
 Ngoài ra d 
neutrino  

 

 K
+

1.1.2.   b trí ca thí nghim E36
J-
   cao.
-PARC thông
()
()
e
K
Ke
R
K










4

-
-PARC [9]. 
 hình 1.1 [1].

Hình 1.1.  [10]

+
[1], [10]
 án E36 là chùm K
+

ng cách tách chùm tia K
+
-
-,
 trong hình 1.2.

5


Hình 1.2.  [1]
Tuy nhiên chùm K
+
  
ngoài K
+

+

h
K1.1BR, Electro-Static Separator-ESS) còn
ng vai
 
+

+


+


+

+

+


h
 i   
chùm tia pion và kaon  
 




 



6


 PMT bên ngoài, m [1], [4].

Hình 1.3.  [10]
 [10]

+
degrader và

   
mm
3


sóng WLS (Wavelength S
 MPPC (Multi Pixel Proportional Counter) [4], [10]

+


7

 [1], [10]
Khi chùm K
+


C1 

GEM C1 h 


Hình 1.4. C1 [10]
               Multi-wire
proportional chambers - MWPC). C2 và C3-
 (hình 1.1). N

+
và e
+

               

20µm 

cathode  
 
hình 1.5.

8


Hình 1.5.  [10]

+


1.1. 
+

 [1]
Hình thc phân rã
T s phân rã

ng (MeV/c)
K
+

+

e

1,6×10
-5
1
247
K
+

+

µ

6,3×10
-1

40000
236
K
+


+
 (IB)

~0.1

K
+

+
 (SD)

1,5×10
-5

~1

K
+

+

0
4,8×10
-2

3000
<228
K
+


+

5,5×10
-3

400

K
+

+

0
3,2×10
-2

2000
<215
    án      







 




 và 







 


 [1], [10]. 

, 

và các
  có
  B = 1.4T (hình 1.1)   


và 

 








 và








  

và 

 

và 




và 



và 

.



9

  
+
và 
+
. 
e
+
và µ
+
  erogel Cherenkov 
x-_tinh cherenkov
(lead-glass Cherenkov    
-of-flight) [1], [10] 
TOF2 (hình 1.1)
 

và 



và 


0,5ns cho m . Bách khC, 
TOF sh
+
 hính xác 


và 


  

và 



K
 
1.2. Gii thiu dò CsI(Tl) trong d án E36
 án E36 khi chùm K
+
, 
á n thân K
+

   ãm gamma. Trong   này    n hai l  








  



 và 







  


.
R
K

ã






 và 






 trong



và 

 [1], [10] 
ãm i (Internal Bremstrahlung - IB) còn u trúc
(Structure Dependent - SD) hãm 
trong hình 1.6.

Hình 1.6.  [1]

10

 hình 1.4. Gamma
     hãm            CsI(Tl),
  
 Hình 1.7 


Hình 1.7. 
1.3. Thit b FADC-100MHz-32kênh/FPGA u dò CsI
1.3.1. Khái nim v Flash-ADC và FPGA

Hình 1.8. -ADC [5]

11

Flash Analog to Digital Converter (Flash-ADC    t 

 [3], [5]. Hình 1.8 -

ADC.
Bên trong Flash-   
 -ADC có     
 -ADC n
n

 2
n
-

FPGA [2], [8] (Field-        


hình 1.9 
 
 
 
 

Hình 1.9. úc FPGA [2]

12

1.3.2. Thit b FADC-100MHz-32kênh/FPGA s dng trong d án E36


-100MHz-


 

Hình 1.10 VMEFADC. 
 
.

Hình 1.10. 

hình 1.10
 -

13


 ,  224
kênh 2kênh
 
Hình 1.10 x [8]
(chip FPGA Spartan_6 XC6SLX150 g vào ra I/O, 147443 k
      

1.4. 

 

(buffer) 
 
  


ông có
 

       pháp zero suppression    
phông)
 
chip FPGA có th 
      
            ,
 


14


PHÁT TRIN ZERO SUPPRESSION
CHO THIT B FADC  100MHz 32 KÊNH
chúng tôi 
này, chúng tôi 

 

2.1. Nguyên lý phát trin zero suppression
    hình 
này nh

-ADC. Tín    kèm
 


 
  
ính hay không.


Hình 2.1. Nguyên lý zero suppression

15

2.2.  khn zero suppression
2.2.1. Cu trúc và ch  a t    
n chzero suppression
   [6]  
trong FPGA.  module FRONTEND, Formater,
Sender và SiTCP     



Hình 2.2.  [6]

 25MHz (25

16


h

 g trong h
 


Hình 2.3. 
a (FIFO10)
 Tro

 Ghi d lit mng (buffer)
d liu vi chiu dài ca mng là 512 phn t vi mi phn t là 10 bit. S phn t
ca FIFO_data có th c tùy theo mi dùng. Chú ý rng,
FIFO_data ch là mt m  m thi (sau khi my, d liu mi s
c  liu c). Mc dù mng ca FIFO_data có chiu dài là 512 
s phn t ghi có th u khin thông qua mt bin ffull. Khi có xung tín hiu thì
ng th  t hin mt tín hiu trigger, tín hiu này s c gi ti
 dng vic ghi d lic d liu ra (rd_en
ng thi t FIFO_data t ra tín hi cho thy rng my
(full = 1) tm thi không ghi nhn d liu và d lic ra (empty = 0).

17

 tron ch ghi 600 phn t (s phn t ghi vào
(ffull) phi nh c nh  chiu dài ca mng trong FIFO_data).
 c d liu t FIFO_data: Vic d li c ghi hay
nói cách khác, 600 giá tr phn t c ghi c bao nhiêu phn t là do
mi s dng mà quynh s phn t ng d lic
c ra t FIFO_data vi tn s bng tn s ghi i 25
triu d liu trên giây). Khi tín hic cho phép (re_en = 1) vic ghi d
liu s c tm dn khi vic hoàn thành (empty = 1). D liu ghi vào
c s c d liu ca FIFO_data s c lp
p li mn  m bo rng d liu ghi nhn là liên tc.
 Chuyi tín hiu theo chun truyn ca cng LAN: D lic ra
t  truyn lên máy tính thông qua cng
LAN thì d liu phc 16 bit. ôi phi chuyn t 10 bit
sang 16 bit. Bng cách thêm vào 6 bit cui t bit th n bit th 16 vi bit th 11
c mnh là 0, bit th n bit th 16 s ng vi v trí kênh. Cách ghi
c d liu cc mô t trong hình 2.4.


Hình 2.4.  [7]
              

hình 2.5 [6]
dtôi 