ZENIT 2015, sprava zo staze vitaza

Daniel Valuch balu na k-net.fr
Úterý Září 8 18:34:49 CEST 2015


Zdravim osadenstvo,

zaciatkom roka som spominal, ze kolega ponukol vyhercovi Zenitu staz v 
jeho sekcii. Vsetko prebehlo velmi dobre, rad by som ho (aj seba sa) 
pochvalil s vysledkami. Chalan sa uchytil a stale ma prekvapuje ake ma 
znalosti. Nie len elektroniky, ale aj vseobecne suvislosti. Dufam, ze 
bude mat stastnu ruku pri vybere univerzity a nenecha sa pokazit 
Slovenskym univerzitnym "vzdelanim" :-)

Pracoval na dvoch projektoch. Na zaciatok navrhoval modul upravy 
analogovych signalov z vysokonapatovych delicov elektronkovych 
zosilnovacov. Sirka pasma 0-20 MHz, vstupne signaly prichadzaju po 
dlhych koaxialnych vedeniach s amplitudou do 200mV a treba ich zosilnit 
a rozvetvit na lokalnu distribuciu. V zapojeni je potrebne dosiahnut 
velku sirku pasma pri nezanedbatelnych rozkmitoch (2 V pk-pk) do 50 
Ohmov, co nie je uplne jednoduche, navyse treba kompenzovat jednosmerny 
offset pouzitych operakov a nabrumene signaly, prichadzajuce po dlhych 
koaxialoch z podzemia.

Dost ma sokovalo, ze veci ohladom operakov pocital, nic naslepo 
nesimuloval, nic nehadal. Neviem kde sa to naucil, ale v skole urcite 
nie. Zapojenie bolo treba optimalizovat aby bol pouzity co najmensi 
pocet roznych hodnot suciastok koli jednoduchosti vyroby. Koli 
signalovej integrite som mu doporucil, aby to navrhol na 6-vrstvovu 
dosku (potrebujeme len 4 kusy, takze cena nie je dolezita), z coho mal 
najprv paniku, ale zvladol to vyborne :-)
Osadeny prototyp 
http://dvaluch.web.cern.ch/dvaluch/zenit/2015_stazLass/IMG_5890.JPG

Kym sa doska vyrabala dali sme mu s kolegom dalsiu ulohu, teraz pre 
zmenu trochu volnejsie zadanu. Do urychlovaca SPS potrebujeme oneskorit 
referencne hodinove signaly (50 - 1000 MHz) o pomerne velke casy, radovo 
jednotky az  desiatky mikrosekund. Pouzivame na to opticke vlakna a 
sirokopasmove analogove opticke transceivery. V principe je to hruba 
sila, nechame si urobit navin povedzme 5 km single modoveho vlakna, do 
neho sa pusti VF signal, ktory o 20 mikrosekund vylezie druhym koncom. 
Problem je trochu zlozitejsi, lebo stabilita celkoveho oneskorenia musi 
byt lepsia ako (typ.) 250 ps, inak sa nam rozleze synchronizacia. 
Opticke vlakna ale driftuju s teplotou, takze ked chceme udrzat presne 
oneskorenie je potrebne ich teplotu stabilizovat.

Nechali sme ho s kolegom vymyslet a zrealizovat cely projekt. Dostal 3 
km vlakna, naucil sa merat parametre vektorovym analyzatorom sieti. V 
klimatickej komore potom 3 dni meral drift a z neho vypocital teplotnu 
citlivost. Z nej sa vypocitala povolenu tolerancia teploty pre zadane 
dlzky vlakien aby drift nepresiahol zvolenu hodnotu (napr. ±250 ps). Pre 
najdlhsie vlakna to vychadza, ze ich musime udrzat pri teplote ±0.25 
stupna.

Kedze Adam nema rad mikrokontrolery (vravi, ze ich znesie len len ak sa 
programuje v asm) dohodli sme sa, ze regulator bude cely analogovy. Dal 
som mu uplne volnu ruku a neobmedzeny rozpocet. Nechal som ho navrhnut 
sposob merania teploty a potom navrhnut ako ju regulovat. Skoncili sme u 
merania teploty pomocou styroch PT1000 zapojenych v mostiku so styrmi 
100 Ohm, 5ppm/C rezistormi a pristrojovym operakom s nizkym offsetom. 
Nastavenie pracovneho bodu sa robi trimrom zo spolocneho referencneho 
napatia, s operakom s rovnakym ziskom, takze sa vsetko krasne kompenzuje.

Vyhrievanie sa realizuje niekolkymi vykonovymi MOSFETmi, ako vstup maju 
priamo chybovy signal z regulatora. Zacali sme s P regulatorom. Chcel 
som aby sa nieco naucil, takze sme sa dohodli, ze nebudeme parametre 
skusat, ale pojdeme na to vedeckejsie a odmeriame skokovu odozvu sustavy 
a podla toho nastavime zisk regulatora.

Takze znova do klimatickej komory a sledovat signaly. Mal tam 7.5 
miestny multimeter so zaznamom a digitalny osciloskop, mohol velmi 
presne sledovat deje dlhe aj desiatky minut. Uloha ho zjavne velmi 
bavila, lebo odozva regulatora je takmer perfektna (vid obrazky v 
reporte) a stabilita teploty je az prekvapujuco dobra (pod 0.1 stupna) 
aj pri velkych zmenach vonkajsej teploty. Postupne tam pridal aj 
integracnu zlozku a limitery, ktore zabrania saturacii pri velkych 
zmenach setpointu (napr. start zo studena).

K zariadeniu navrhol aj mechaniku a s kolegami pripravili kompletnu 
vyrobnu dokumentaciu. Celkom sa vyhral, tesim sa ked zariadenie 
nainstalujeme do urychlovaca...

prezentacia ku projektom 
http://dvaluch.web.cern.ch/dvaluch/zenit/2015_stazLass/thermal_compensation_presentation.pdf
podrobny report k projektu 
http://dvaluch.web.cern.ch/dvaluch/zenit/2015_stazLass/thermal_compensation_report.pdf

Za mna 10 z 10. Kolegovia sa uz tesia na buducorocneho vitaza :-)

v adresari je este par fotiek 
http://dvaluch.web.cern.ch/dvaluch/zenit/2015_stazLass/

b.




Další informace o konferenci Hw-list