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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

М. О. Шитенков

Объединенный институт ядерных исследований

Author for correspondence.
Email: shitenkov@jinr.ru
Russian Federation, Дубна, Московская обл.

Д. В. Дементьев

Объединенный институт ядерных исследований

Email: shitenkov@jinr.ru
Russian Federation, Дубна, Московская обл.

В. В. Леонтьев

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

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

А. Д. Шереметьев

Объединенный институт ядерных исследований

Email: shitenkov@jinr.ru
Russian Federation, Дубна, Московская обл.

Ю. А. Мурин

Объединенный институт ядерных исследований

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

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the GBTxEmulator device.

Download (173KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Data concentrator (GBTxEmulator) in prototype version (left) and final version (right).

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

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

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

Download (59KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences