L’elettronica


RAM side Electronics

Una parte dell'elettronica di AMS.

Il numero di canali di lettura di AMS-02  (~ 300 000) è pari al numero di canali di controllo tutta la ISS nel suo complesso. Un così grande numero di canali è necessario per il corretto funzionamento dei sotto-sistemi costituenti l’esperimento.

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A cosa serve l’elettronica di AMS?

Il funzionamento di AMS-02 è garantito da almeno 650 circuiti stampati. Ogni scheda presente in AMS è costruita e installata in più copie. In caso di malfunzionamento ogni  scheda può essere sostituita da una scheda ausiliaria. I circuiti stampati presenti in AMS hanno propositi molto diversi, che vanno dalla distribuzione di corrente, all’acquisizione dei dati (DAQ). Facciamone una breve panoramica.

Elettronica per le funzioni principali: il funzionamento dei sottosistemi che compongono AMS è condizionato al funzionamento di alcune schede principali. Una tra le più importanti è la Power Distribution System (PDS), scheda che si occupa di alimentare tutta l’elettronica di AMS a partire dalla potenza elettrica fornita dai pannelli fotovoltaici della ISS. Un’altra importante componente è la JMDC (Main DAQ Computer), vero e proprio computer con un suo sistema operativo (JAP), in grado di inviare comandi e ricevere risposte da tutte i circuiti stampati. Data la particolare importanza di questa scheda di controllo la JMDC è stata installata in 4 copie indipendenti.

Elettronica dei sotto-sistemi: la maggioranza dell’elettronica di AMS è dedicata a compiti specifici. Ad esempio la Cryogenic Avionic System (CAB), è una scheda dedicata al complesso controllo del sistema criogenico, oppure la  Tracker Thermal Control Electronics (TTCE) capace di controllare il sistema di raffreddamento (pompe, termostati, …) del tracciatore.

Elettronica per l’acquisizione dei dati (DAQ): ogni sottorivelatore di AMS (Tracker, ECAL, eccetera) produce informazioni che dipendono dalla tipologia di misura che viene eseguita (misure di posizione, energia depositata, eccetera). I dati prodotti sono invece acquisiti e trasmessi seguendo un approccio unico per tutti i rivelatori, indipendentemente dalla tipologia di misura fatta. I segnali analogici in uscita dai rivelatori sono prima digitalizzati da convertitori analogico-digitali (ADC/TDC) e successivamente processati da schede, dette di data reduction, che selezionano solo le informazioni importanti (il TDR per il Tracker, l’RDR per il RICH, l’EDR per ECAL, eccetera). Le informazioni inuscita dalle xDR sono raccolte da un insieme di schede dette JINF che riceveno ciascuna dati da 24 xDR. Il JINF raccoglie i dati, li riordina e poi li invia alla scheda successiva nella gerarchia, i JINJ. Questi assemblano le informazioni dei nodi JINF e le spediscono al master computer di AMS, il JMDC. Infine il JMDC, che riceve le informazioni complete relativo all’evento fisico, è in grado di fare una preselezione degli eventi (detta trigger di livello 3) e capire se ci sono stati problemi di acquisizione e segnalare eventuali errori. Infine gli eventi selezionati sono archiviati in un capiente buffer di memoria, detto JBUX, per essere poi inviati sull’HRDL (High Rate Dynamic Link) la linea di trasmissione dei dati cerso terra. Il JBUX ha la funzione di memorizzare temporaneamente i dati in modo non si perdano dati nel caso si abbiano periodi di acquisizione ad alta frequenza (vicino ai poli della terra) oppure periodi di interruzuzione della linea di downlink.

The DAQ Electronics Treene

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Com’è viene costruita l’elettronica?

I requisiti per una elettronica che debba operare nello spazio sono molto stringenti: deve essere resistente alle vibrazioni, deve operare nel vuoto, in assenza di gravità e in presenza di cicli termici. Ma soprattutto deve resistere alle radiazioni. AMS sfrutta chip tolleranti alle radiazioni, messi a punto appositamente per la fisica delle altre energie. Questi operano a velocità dieci volte superiori rispetto a quelle dei normali computer permettendo di digitalizzare 300.000 canali di lettura fino a 2.000 volte al secondo. Tutti i circuiti elettronici sono stati disegnati, prototipati, realizzati e testati appositamente per la collaborazione AMS-02, rispettando sistematicamente il principio di ridondanza: per ogni scheda, cavo e connettore, ce n’è sempre almeno un altro.