Desarrollo de un interfaz electrónico de señalización digital para el control rápido de cavidades aceleradoras de RF

Abstract

[ES] El presente trabajo de final de máster trata acerca de la implementación de un sistema de sincronización a través de señales de disparos (trigger) y señales de interbloqueos (interlock) basado en un SoC para la seguridad de una zona controlada. Esta zona puede variar, pero en este caso es una zona de radiación.

Los principales objetivos de este proyecto son programar un SoC diseñando varios core IP que generará las señales triggers y las señales interlock cuyos parámetros son variables y controlables.

Además, se estudia una pcb de entradas y salidas ya diseñada anteriormente. En concreto se realiza un estudio de disipación térmica y fiabilidad, y un estudio del ensamblaje donde irá conectado. Con este sistema se puede comprobar las señales de triggers e interlocks en un osciloscopio.

De forma definitiva, se configurará un sistema de control distribuido TANGO de código libre que controlará todas las señales del core IP ya que la duración, prioridad de los pulsos puede variar, y con este sistema TANGO se podrá ir cambiando los parámetros sin tener que modificar el core ip. Finalmente se implementará una interfaz gráfica para que el usuario pueda realizar estos cambios directamente desde un PC de laboratorio.

El proyecto tiene como tarea principal el diseño de varios core IP para el funcionamiento sobre una FPGA, pero como se ha comentado se realizarán otras tareas de vital importancia como es el caso del estudio térmico de la PCB y el sistema de control distribuido que tiene una complejidad elevada y puede conllevar a una curva de aprendizaje larga.

Todo esto, formará parte de un sistema de seguridad de un laboratorio de radiación donde es imprescindible que el sistema responda de forma fiable y segura, pues de ello depende la seguridad del personal y la maquinaria. Se implementará en el laboratorio de RF del IFIC donde se estudian cavidades en aceleradores de partículas con la finalidad de mejorar la eficiencia en la radioterapia para el tratamiento contra el cáncer.

[EN] The present Master's thesis focuses on the implementation of a synchronization system using trigger and interlock signals based on a SoC for the safety of a controlled area. This area may vary, but in this case, it is a radiation zone.

The main objectives of this project are to program a SoC by designing various IP cores that will generate the trigger and interlock signals, whose parameters are variable and controllable. Additionally, an already designed input and output PCB is studied. Specifically, a thermal dissipation and reliability study is conducted, as well as an assembly study of where it will be connected. With this system, the trigger and interlock signals can be checked on an oscilloscope.

Ultimately, a TANGO distributed control system, an open-source code, will be configured to control all the signals of the IP cores since the duration, priority, etc. of the pulses may vary. With this TANGO system, parameters can be changed without modifying the IP core. Finally, a graphical interface will be implemented so that the user can make these changes directly from a laboratory PC.

The main task of the project is the design of various IP cores for operation on an FPGA. However, as mentioned, other tasks of vital importance will be carried out, such as the thermal study of the PCB and the distributed control system, which has high complexity and may involve a long learning curve.

All of this will be part of a security system for a radiation laboratory where it is essential that the system responds reliably and safely, as the safety of personnel and machinery depends on it. It will be implemented in the RF laboratory of the IFIC where cavities in particle accelerators are studied with the aim of improving efficiency in cancer radiotherapy treatment.