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Die Gruppe Digitalelektronik in der Abteilung Experimentelektronik beschäftigt sich mit dem Entwurf (Schematics) von hauptsächlich Digitalelektronik und nach Layout und Fertigung der Baugruppen mit der der Programmierung dieser, das alles in sehr enger Zusammenarbeit mit den Experimenten an der GSI. Für diese Aufgaben werden sehr häufig Field Programmable Gate Arrays (FPGA) auf den entwickelten Modulen eingesetzt, welche jede digitale Funktion parallel und sehr schnell ausführen kann und durch Programmierung diese Funktion ändern kann. Hierzu gehören Funktionen wie die Analog Digital Wandlung (ADCs) in externen Bausteinen, die Auslese von ASICs und der Transport der Daten mit Protokollen wie Ethernet oder Eigenentwicklungen zur Minimierung der Latenz. Weiterhin werden für viele Detektoren sehr präzise Zeitmessungen benötigt, um Teilchen zu identifizieren. Auch hierfür können FPGAs mit einer sehr speziellen Programmierung genutzt werden und damit können dann auf vielen Kanälen parallel mit einer Präzision von ~10ps RMS Zeitdifferenzen gemessen werden. Die Zeitmessung ist sehr energieeffizient und günstig in FPGAs zu implementieren und in Kombination mit wenig weiterer analog Elektronik auch für präzise Ladungsmessung nutzbar, so daß es möglich ist ein gesamtes Experiment (mit vielen unterschiedlichen) Detektorsystemen nur mit (FPGA-)TDCs auszulesen.

Beispielprojekte

HADES/CBM RICH Auslese

Auf dem Bild ist die Ausleseelektronik des RICH-Detektors des HADES-Experiment an der GSI zu sehen.

Die eingebaute Elektronik wurde in Kooperation von CBM/HADES/PANDA und der Experimentelektronik gebaut und basiert auf FPGA-TDCs mit einer Zeitpräzision von <20ps RMS. Es werden mit dieser Ausleseelektronik 28.000 Kanäle von Multi-Anoden Photonenvervielfacher digitalisiert.

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G. Otto

CBM-TOF Auslese

Der eTOF (Endcap Time of Flight) Detektor im STAR Experiment im Brookhaven National Laboratory nutz die in der Experiment-Elektronik etwickelten und gebauten CBM-TOF-Elektronik zur Auslese.

 

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KILOM1 Modul zur Auslese von z.B. hochkanaligen PMTs

Das KILOM1 (KINTEX Logic Module) ist ein 128 Kanal Time-to-Digital-Converter (TDC), mit einer Zeitpräzision von 175 ps RMS, inklusive PADI (an der GSI für CBM-TOF entwickelt) Frontend für Verstärkung und Diskriminierung mit angeschlossenem 256 Kanal MA-PMT von Hamamatsu. Im Einsatz für das Experiment R3B im "fibre tacking detector".

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DiRICH: MCP-/MA-PMT Auslese für CBM/PANDA/HADES

Das DiRICH-System ist ein kompaktes System zur Auslese von MCP-/MA-PMTs. Auf dem Bild sieht man ein Modul, welches für 6 MA-PMTs (384 Kanäle) die Verstärkung, Diskriminierung, Digitalisierung (FPGA-TDC mit einer Zeitpräzision von 12 ps RMS) sowie Datenakquisition dient. Die Entwicklung ist eine Zusammenarbeit aus den Experimenten CBM, HADES, PANDA sowie der Experimentelektronik.

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G. Otto
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