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29 January 2007 H. Leich, DESY Zeuthen 1 Z Seminar Das AMANDA dAOM Projekt – Stand und zukünftige Arbeiten P. Desiati, V. Drozdov, H. Leich, T. Schmidt

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29 January 2007 H. Leich, DESY Zeuthen 1

Z Seminar

Das AMANDA dAOM Projekt –Stand und zukünftige

Arbeiten

P. Desiati, V. Drozdov, H. Leich, T. Schmidt

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Outline

• The Amanda Experiment

• Optical Module Concepts

• Main dAOM Functions

• dAOM Architecture

• dAOM Control System at the Surface

• Control Software

• User Interface

• Future Developments

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The AMANDA detector in the ice at the Southpole

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Optical Module Concepts

During the lifetime of AMANDA 3 different types of OMs have

been developed:

•• TheThe AnalogAnalog OpticalOptical Module: Module: AOMAOM

•• The Digitally controlledThe Digitally controlled AnalogAnalogOpticalOptical Module:Module: dAOMdAOM

•• TheThe DigitalDigital OpticalOptical Module: Module: DOMDOM

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AMANDA: Analog Optical Modules

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Optical Modules with new Technology

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TOT Values for Electrical and Optical Signals at the Surface

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Requirements for the dAOM design

• Reliability, high MTBF

• Cost efficiency

• Flexibility

• Easy to deploy and to exploit

• Low power consumption

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Main dAOM Functions

• PMT power supply

–– High High voltagevoltage (HV)(HV) for thefor the PMT PMT is generated is generated usingusing aa special designedspecial designed DCDC--toto--HV HV converterconverter

• Communication with the DAQ system at the surface

• Analog pulse transmission via optical fiber and electrical copper cable

• Slow control functions:

-- Setting the HV for the PMTSetting the HV for the PMT

-- Setting the gain for the analog signal Setting the gain for the analog signal transmission to the surface transmission to the surface

-- Setting the bias current for the laser diode in Setting the bias current for the laser diode in the optical signal transmission paththe optical signal transmission path

• Monitoring:

-- the Temperature inside thethe Temperature inside the dAOMdAOM

-- Actual HV level (anode and last dynode) and Actual HV level (anode and last dynode) and status (on/off)status (on/off)

-- Supply voltage levels (+5V)Supply voltage levels (+5V)

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dAOM Architecture

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dAOM - Surface Communication

TransformerDriver

LineReceiverMicro

Controller

TxD

RxD

ManchesterCoder/

Decoder

TelecomTransformer

TxDm

RxDm

AMANDAcable

• The implemented solution for communication uses the following protocols:

–– Physical layerPhysical layer::•• Manchester codedManchester coded digitaldigital signal transfer based onsignal transfer based on

aa carrier ofcarrier of 320 kHz320 kHz

–– Data link layerData link layer::•• self definedself defined ASCIIASCII based frame structure protocolbased frame structure protocol

–– NetworkNetwork layerlayer::•• half duplexhalf duplex data transfer withdata transfer with aa clear defined clear defined

mastermaster--slave relationshipslave relationship

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Remote Power Supply & HV

DC/DCConverter

DC PowerSource60 Vdc

PowerOn/off

Surface StationdAOM

2,5 km cable

Telecomtransformer

Telecomtransformer

Specifications for the HV-base (ISEG GmbH) :• Total HV: 0 ... 2100 VDC • HV 1. dynode: 250 ... 800 VDC• HV anode: 600 ... 1300 VDC• Stability: < 1*10-4

• Temperature coefficient: Tk < 5 * 10-5

• Ripple: < 10 mV• Power consumption: < 140 mW• Control voltage, HV 1. dynode: 0.25 ... 0.8 VDC• Control voltage, HV anode: 0.6 ... 1.3 VDC• Monitor voltage, HV 1. dynode: 0.25 ... 0.8 VDC• Monitor voltage, HV anode: 0.6 ... 1.3 VDC• Digital control: HV on/off• Digital monitor: HV error• Operating/storage temperature: -40 ... + 85 Celsius• Cathode is at GND, Anode at +HV

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The dAOM Surface DAQ System

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dAOM Command Format

Data is transmitted in form of frames. The command frames for the dAOM have the format:

Command ID( character &space )

Parameters Description

C S D1:A Setup PMT High Voltage Dynode1:AnodeC

H On/offHigh Voltage ON = 1/0

C E G:LD Analog transmitter gain G = 0..4095LED dc bias DAC LD = 0..4095

C V - Request dAOM settings & Switch on digitalmode

C C - Switch on analog transmission modeC T hh:mm:ss Time SetupC D MM/DD/YYYY Date Setup

Preamble C Command ID Parameters CR LF

C8 K Threshold Power supply current monitoringThreshold = 0..4095

C8 Q - Request dAOM_DAQ board status

C8 H N:on Channel N = 0..7 Power switch ON = 1..0

Channel #

CN W one record from .hexfile

Write to RAM record in Intel Hex File Format

CN I - Reset Program in RAM

DAOM commands

DAQ board commands

Commands to download programs to DAQ boards and dAOMs

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The Slow Control Program

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Client Software

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dAOM Monitoring

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Slow Control User Interface

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dAOM Design Improvements

• Decreased power consumption

–– New DC/DC New DC/DC Converter Converter

– New 16 Bit μC (Siemens C164)

• CAN Bus based digital communication

• Changes in the Mechanics of the ISEG Base

• piggy pack Optical Transmitter Modul (OTM)

• ‘1 pe’ test pulser ?

• ...

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dAOM DAQ System in CPCI Standard

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