Capitulo 5
O padrão NIM
segunda versão 2006.1 Favor me comunicar os erros que encontrar Prof. Antônio Carlos
O primeiro ( e mais simples) padrão estabelecido para física nuclear e altas energias é o sistema modular chamado NIM (Nuclear Instrumet Module) (DOE/ER-0457) foi estabelecido em 1964 para as comunidades de física nuclear e altas energias. Neste sistema, o aparato eletrônico básico, por exemplo, amplificadores, discriminadores, etc... são construídos na forma de módulos de acordo com as especificações mecânicas e elétricas padronizadas. Estes módulos, por sua vez, ajustam-se em bins padronizados que suprem os módulos com voltagens padronizadas. Qualquer módulo NIM se ajustará em qualquer NIM bin. Um sistema eletrônico específico para uma dada aplicação pode ser criado facilmente, simplesmente coletando os módulos necessários, instalando-os num NIM bin e conectando-os corretamente. Após a realização do experimento, os módulos podem ser transferidos para outro sistema NIM, por exemplo, ou re-arranjados e/ou combinados com outros módulos para outra aplicação, ou simplesmente guardados para uso futuro. O sistema NIM oferece uma grande vantagem em flexibilidade, troca de instrumentos, facilidade para atualização de instrumentos etc..levando a custos reduzidos e uso mais eficiente dos instrumentos. Por esta razão o sistema NIM é adotado no mundo inteiro por laboratórios de pesquisa e empreendimentos comerciais.
Módulos
Mecanicamente, os módulos NIM devem ter uma largura padrão mínima de 1.35 polegadas (3.43 cm) e uma altura de 8.75 polegadas (22.225 cm). Eles podem, contudo, ser construídos com larguras múltiplas deste padrão, conforme ilustrado na Fig. 1. Estes módulos são alimentados por conectores situados na parte de trás que se ajustam nos conectores correspondentes no NIM bin.
Fig. 1 – módulos NIM. .
NIM bin
O Nim bin padrão é construído para aceitar até 12 módulos de largura mínima ou um número menor de módulos com larguras múltiplas. Figura 2 mostra um NIM bim. As dimensões externas do bin são tais que permitem monta-lo num rack com 19 polegadas. Os conectores na parte traseira devem fornecer, pelo menos, quatro voltagens padrões, -12 V, + -12 V, + 24 V e –24 V, como determinado pelo padrão NIM. Contudo, alguns bins também fornecem – 6 V e + 6 V. Antes de 1966, estas voltagens não faziam parte oficialmente do padrão NIM, mas nas últimas décadas o seu uso tornou-se crescentemente comum.
Fig. 2 – Um NIM bin.
Tabela I mostra as funções de cada pino. Somente os marcados com asteristicos são utilizados no padrão NIM. Pinos marcados como reservados não são para ser utilizados uma vez que o comitê NIM mantém estes como opções para possível uso posterior. Pinos marcados como SPARE podem ser utilizados conforme desejar.
PIN FUNCTION 1 RESERVED 2 RESERVED 3 SPARE 4 RESERVED 5 6 7
8 +200 V D.C. 9 SPARE *10 +6 V *11 -6 V 12 RESERVED 13 SPARE 14 SPARE 15 RESERVED *16 +12 V *17 -12 V 18 SPARE 19 RESERVED 20 SPARE 21 SPARE 22 RESERVED 23 RESERVED 24 RESERVED 25 RESERVED 26 SPARE 27 SPARE *28 +24 V *29 -24 V 30 SPARE 31 SPARE 32 SPARE 33 117 V A.C. (HOT) *34 POWER RETURN GND *35 RESET 36 GATE 37 SPARE 38 39 40 *41 117 V A.C. (NEUTRAL) *42 HIGH QUALITY GND
G GROUND GUIDE PIN
* Must be bussed to all bin connectors GPIB through PG12B. Tabela I – funções dos pinos nos bin
Sinais lógicos NIM
Os módulos NIM incluem tanto instrumentos analógicos como digitais. Como vimos anteriormente, sinais analógicos carregam informação na sua altura ou forma, assim eles são de alturas e formas variadas. Sinais digitais ou lógicos, por outro lado, são de forma fixa e têm somente dois estados possíveis: sim ou não. É costume se referir a estes estados como lógica 0 e lógica 1; qual sinal é escolhido como 1 ou 0 é arbitrário. Por exemplo, podemos designar + 5 V como lógica 1 e 0 V como lógica 0 ou igualmente, um sinal de – 5V como 1 e – 1V como 0. Este sinal poderia então ser utilizado para indicar a presença ou ausência de uma partícula num detector, por exemplo. Na prática, há uma faixa de voltagens que o sinal lógico deve satisfazer em vez de um valor fixo. Isto permite flutuações no sinal devido a ruído ou interferência, etc..
Embora não seja parte oficial do padrão NIM, um padronização tem também utilizada para níveis voltagem para de sinais lógicos. Estes níveis são designados como
Prática Preferida (Preferred Practice) e são geralmente aceitos por fabricantes e
laboratórios.
Dois tipos de padrões existem: lógica slow-posite e lógica fast-negative. A primeira se refere a sinais de rise times lentos, da ordem de centenas de nanosegundos ou mais. São de polaridade positiva e são utilizados com sistemas de detecção lentos. A tabela II define os níveis de voltagem para esta lógica. Note que a definição é em termos de voltagem através de uma impedância de 1000 Ω. Isto significa que a corrente carregada pelo sinal é muito pequena. A conseqüência é que sinais slow-positive não podem ser transmitidos através de cabos muito longos. Após um metro ou dois, o sinal se torna bastante atenuado.
A saída de enviar A entrada deve aceitar
Lógica 1 De + 4 à + 12 V De + 3 V à + 12 V
Lógica 0 De + 1 à – 2V De + 1,5 à – 2 V
Tabela II – lógica NIM para sinais slow-positive. A impedância de entrada deve ser 1000 Ω ou mais. A impedância de saída deve ser 10 Ω ou menos.
A lógica fast-negative, também chamada de lógica NIM, emprega sinais
extremamente rápidos com rise times da ordem de 1 ns e larguras comparáveis. Este tipo de sinal é freqüentemente utilizado em experimentos usando detetores rápidos (microchannel plates, por exemplo) onde um fast timing é necessário. Os sinais
fast-negative são definidos na Tabela III. Note que ao contrário da lógica slow-positive, a
definição é baseada na corrente em vez de voltagens. As impedâncias de entrada e saída de todos os módulos NIM rápidos são 50 Ω, assim como as impedâncias características
dos cabos. Os níveis de voltagem correspondentes são 0 V and – 0.8 V para lógica 0 e 1, respectivamente. Os sinais NIM rápidos podem ser transmitidos por cabos relativamente longos.
A saída de enviar A entrada deve aceitar Lógica 1 De – 14 mA à - 18 mA De – 12 mA à - 36 mA Lógica 0 De – 1 mA à + 1 mA De – 4 mA à + 20 mA Tabela III- Sinais NIM fast-negative. Corrente em 50 Ω.
Sinais Lógicos TTL e ECL
Embora não sejam parte do padrão NIM, duas outras famílias lógicas são freqüentemente usadas em eletrônica nuclear. A primeira é a TTL (Transistor-Transistor Logic). É uma lógica positiva que é muito frequentemente utilizada em eletrônica NIM. Estes níveis são definidos na Tabela IV.
A segunda família lógica que está se tornando muito popular em física de altas energias, é a ECL (Emitter-Coupled Logic), que no momento é a forma mais rápida de lógica digital disponível. Estes níveis também são definidos na Tabela IV.
TTL ECL
Lógica 1 2-5 V -1,75 V
Lógica 0 0-0,8 V - 0,90 V
Fig. 3- Conector NIM (como se olhando para o BIN)
Pratica
Meca as tensões em um NIM BIN
Referências:
W. R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, capítulos 11, 13 G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement
J. H. Moore, C. C. Davis, M. A. Coplan, Building Scientific Apparattus, parte 6 A. R. Hambley, Electrical Engineering Principles & Applications.
