Устройство для определения множественности при регистрации ядерных частиц

) 4 С 01 т 1/17 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЛЬСТВ 25 ния - расширение Функциональных воэможностей устройства путем регистрации кластерных событий и точного определения числа зарегистрированныхкластеров в детекторе. Устройствосостоит из и усилителей-Формирователей, разделенных на п/щ групп, нескольких групп схем умножения элементов поля Галуа СГ (2"), группы сумматоров по модулю два, группы арифметических блоков для вычисления определителей, группы элементов НЕ,группыэлементов И, группы элементов ИЛИ.Работа устройства основана на методесиндромного кодирования, известномиз теории кодов, исправляющих ошибки,Информация от детекторов рассматривается как появление ошибочных символов, что позволяет методами теориикодирования регистрировать количество кластерных событий с минимальнымизатратами аппаратурных средств, 3 ил .1 табл. ерных окападе)м03,4, МНОДЕРНЫХ рной овапро ой о- ре Н тносится к ядерной структурной схеме устроиства 1) предполагается, что число в п = 60 и эти входы разделеныгрупп по 4 входа в каждой груп, Кроме того, группы пронумены степенями элементов поля СР (2 ) соответственно а -аф, дполагается, что 1 - число реируемых символов, равное 2, асимвола ш = 4. Устройство жит группы усилителей-формирова 16-30, группы схем 31-45, 46- 61-75 умножения двух элементов Галуа СР (2 ), причем (а - а ) .4 ретени нике и твах натэлектр устрой вход на 1 ров коЦел функци регист опреде. пероваГалу и ир гист регист длинасодертелей60 и схем рианты ственно третьег ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНВЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВи(71) Объединенный институт ядисследований(56) Басиладзе С.Г. и др. Многнальная мажоритарная схема совний большой кратности с цифровотбором, Препринт ОИЯИ У 13-76Дубна, 1973.Авторское свидетельство СССУ 1075828, кл. С О 1 Т 1/17, 19(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЖЕСТВЕННОСТИ ПРИ РЕГИСТРАЦИИ ЯЧАСТИЦ(57) Изобретение относится к яэлектронике и может быть исполно в устройствах, регистрирующицессы образования частиц с болмножественностью с помощью мноканальных детекторов. Цель изо может применяться вмногоканальных детекто рди ядерных частиц.изобретения - расширение нальных воэможностей путем ации событий с кластерами и ения точного количества заированных в детекторе части иг. 1 показана структурная стройства, на фиг, 2 и 3 схем для вычисления соответ определителей второго и о порядка. 2893 А "1,константы, подаваемые на вторую группу входов схем умножения, группусумматоров 76 по модулю два, группуарифметических блоков 77-79 для вычисления определителей, группу эле -ментов НЕ 80 и 81, группу элементовИ 82 и 83, группу элементов ИЛИ 84 и85, первую и вторую группы выходов86-88 и 89, 90 устройства соответственно.Схема для вычисления определителя второго порядка деЬ(фиг. 2)состоит из схемы 91 умножения двух 15элементов схемы 92 возведения элеУмента в квадрат, группы сумматоров93-96 по модулю два, логического,элемента И 97, логического выхода, 98 и нагрузочного сопротивления 99, 20Схема для вычисления определите, ля третьего порядка де Ьэ (фиг.3 ), состоит из программируемых постоянных запоминающих ус",р йств (ППЗУ)100-104, сумматоров 105-108 по модулю два, схемы ИЛИ 109, логическоговыхода 110 и нагрузочного резистора111,чРабота предлагаемого устроистваоснована на методе синдромного кодирования, Суть метода заключается вследующем, На передающей стороне имеется п датчиков. Причем одновременносигналы поступают от 10-15 датчиков.Число одновременно сработавших датчиков обозначим через С. В качестведатчиков в физическом экспериментемогут служить, например, проволочкив газонаполненных камерах. Если небыло события, то получается нулевоеслово, а появление сигналов в результате взаимодействия заряженныхчастиц с веществом детектора от некоторых датчиков рассматривается какпоявление ошибочных символов. Далеес помощью схем проверки на четностьвычисляется синдром кодового словаи на выходах групп схем проверки начетность формируется код, число разрядов которого равно: 3 = 11 о и,Очевидно, что обработка более короткого слова занимает меньше времении требует меньше аппаратурных затрат.В предлагаемом устройстве входыусилителей-формирователей 16-30 подключены к выходам многоканальногодетектора ядерных частиц(тип детектора не имеет значения, поэтому нафиг, 1 он не показан). Усилители формирователи являются стандартными, 1(аждая группа усилителей-формирователей имеет по 4 входа и 4 выхода которые подключены соответственно к первой группе входов групп схем 31- 75 умножения, на вторую группу входов которых подаются уровни напряжения логической единицы и логического нуля в зависимости от значения элемента паля Галуа в двоичном представлении. Так, в поле Галуа .СЕ (2 ) имеются 15 элементов(2 ф - 1=15); а = 1000, а = 0100 а = - 0010; аэ = 0001; аф = 1100, а01 10; а = 0011, а= 1101; аф1010; а = 01010, а " = 1110; а " =0111, а .= 1110, а э = 1011 а "=1001.Исходя из этого на входы схемы 31 подаются один уровень логической единицы и три уровня логического нуля, так как а = 1000, и т,д. При этом нужно учитывать цикличность поля. В нашем примере цикл равен 2 - 1 = 15.а 1, а .а а Любые два элемента А и В в поле Галуа СР (2 ) представляются в виде полиномов (т - 1) -й степени, при т = 4 имеем А=А +,а Аа+Аа9 и В = В а + В а + В а + Ваэ, где А 0 - Аэ и В-В э могут принимать значения 0 или 1 в зависимости от значения конкретного элемента. Прямое умножение даетАВ = Рса + Ра" + Ра + Рэагде Рс = АоВо + А Вз + А В + АэВ Р, = А,В, + А,В, + А,В + АВг ++ АзВэЗнак + обозначает сумму по модулю два. Схемы для параллельного умножения двух элементов поля Галуа СР (2 ) известны. Они состоят из логических элементов И и сумматоров по модулю два. Выходы схем умножения подключены соответственно к входам групп сумматоров по модулю два, на выходах которых формирун тся сиюет2893 6чены к входам группы элементов ИЛИ84 и 85 и логических элементов Н 82и 83. На выходах 86-88 формируются 5логические сигналы Т1, й2 и йЭ 3,а на выходах 89 и 90 - строгие равенстваи 1. 2. Допустим,что кластерные события имели местона позицияхи 3, т.е. на позицияхоа и а . Причем значения кластеровсоответственно равны а " и а " . Тог-да при 1 " 1 и при условии, чтокластер а" поступил на позицию 3,имеем Б аа аэ Б а11 Эа и Б" а" а" а . Тогдазначения определителей равны: де Ь 4 "Б, Ф О, дейЬ 0 и деЬу О.При, 2 полагйем, что кластер ные события У, = а 1 н Уа" имели место на позициях 1 и 3, т,е. а 4и а . Тогда имеем Б,а; Бафп, э БэБэБ БЯ Б 1 В соответствии с теорией кодирования свойства определителя Ь такос аы, .что если, например, на входах устройства появилось два символа (сигналы были в двух группах), то определители первого де 1 Ь, и второго дееЬ порядков не равны нулю, но зато определитель третьего порядка деТ Ь э = О, а тем более дейЬ Ф дееЬ О.ФНа таком свойстве определителя иФ основана работа предлагаемого уст ройства. При С = 3 Бэ 2 3 4Бэ Б 4 Я 5 5 153рические функции Б Б, и Бэ в соответствии с кодом Рида-Соломона. Вобщем виде матрица проверочных соотношений для кода Рида-Соломона приш = 4 имеет вид таблицы.ВеличиныБ, = . Х; а , Б ";Е Х;(а ),щ 1 ОБ =хх;(а,)4,Выходы группы сумматоров 76 помодулю два подключены к входам группыарифметических блоков 77-79, с помощью которых параллельно вычисляютсяопределители 1-го, 2-гой то по"рядков: де 1 Ь 1= Б, .деЬ= Я,Б. + Бде- ЬЗ Я 1 Б ЗБ 5+ Б 1 Я 4 + Б 1 Бэ + БэК поле Галуа СР (2 ) операции сложения и вычитания равносильны и выпол- няются по модулю два, Поэтому приведение подобных членов выполняется поправилу; четное число одинаковых членов равно нулю, и нечетное числоодному члену, Например, Б, + Б0 но Я+Б +БВ нашем примере блок .77 являетсятривиальным, так как дей Ь,Я,.Число шин на входах блока 77 равно 4,Число входных шин у блоков 78 и 79равно 8 и 12 соответственно. Выходыблоков 77 и 79, каждый из которыхимеет по одной выходной шине, подклюБ а, Б 4 а. и Б а . При этих значениях деС ЬБа01 де Ь 1= а0; дес Ь эО.Таким образом, на выходах группы схем проверки на четность вырабатываются сигналы, соответствующие Я , Б 2 и БЗ ( схемы Для выработки Я 4 и Б на фиг. 1 не показаны).Все элементы схемы для вычисления определителя второго порядка де 1 Ь. (фиг.2) известны и легко реализуются на базе комбинационных схем. На выходах сумматоров 93-96 по модулю два получается значение определителя второго порядка дег Ь" Я 1 Б э + Я которое может быть использовано для расширения функциональных возможностей устройства, например для регистрации координат кластеров, В схеме для вычисления определителя третьего порядка дес Ь э (фиг,3) используется табличный метод реализации выражений с помощью ППЗУ, так как выполнение операции умножения трех элементов требует много комбинационных схем. В начале с помощью ППЗУ 100 выполняется умножение двух элементов Б, Б э, а с помощью ППЗУ 101 получается произведение ЯБ Б Поскольку поле Галуа является конечным полем, то в результате любых преобразований получается один из элементов поля. Этот факт положен в основу построения схемы умножения с помощью ППЗУ. Устройство для одновременного умножения двух элементов поля Галуа один из которых находится под сте 1532893й енью известны. Кроме того, такие Операции также могут быть выполнены с помощью ППЗУ. Например а (а )1 19 11О1Другими словами, по сложности реали 5 вации схемы умножения двух элементовполе Галуа и схемы умножения со тепенью равносильны, Поэтому с помоью ППЗУ 102 выполняется одновреенное умножение с возведением в вадрат, т.е. вычисление члена Б,Б.2помощью ППЗУ.103 вычисляется член Б . И, наконец, с помощью ППЗУ 04 выполняется возведение элементао), .. 3. а 2)э, а ( з) э - а. у)э а) = а" = а, (а) = а , (а)а; (аф)э = а 1 (аз) 3 а", (а" ) аэ= а, (а "э) = аээ= аз, (а+)а 1Микросхема 109,представляет собой лемент ИЛИ, у которого выходы объинены для Формирования логического 25 игнала. Аналогично вычисляются оп-. еделители и более в:.;соких порядков. роме того, как это известно из алебраической теории кодироваНия, код индрома ББ , Бэ и т.д. несет в 30 ебе информацию не только а количесте символов, в которых имеется инфорация, но и об их позициях,что позво" яет отнести предлагаемое устройствоновому типу устройств, предназначен х для обработки данных при регистации множественности заряженных часиц, Этот код получается на арифметических блоках (Фиг.3 и 2).40 Формула из обретения Устройство для определения множественности при регистрации ядерных частиц, содержащее и усилителей-Фор мирователей, разделенных на и/ш групп по ш усилителей-формирователей 1-1 элементов ИЛИ, 2 Сгрупп сумматоров по модулю два, 1 арифметических блоков для вычисления определителей от 1-го до -го порядков в поле Галуа, причем выходы групп сумматоров по модулю два подключены соответствечн. квходам арифметических блоков, выходпервого арифметического блока подключен к входам элементов ИЛИ, выход К-гоарифметического блока (1К ( й) соединен с входами групп элементов ИЛИ,начиная с первой по К-ю группу, выход 1-го,арифметического блока является й-м выходом устройства, о т л ичающееся тем, что сцельюрасширения функциональных возможностей путем регистрации кластерныхсобытий и точного определения числазарегистрированных кластеров в детек"торе, в устройство введены (2-1)(2 -1) схем параллельного умножения двух элементов поля Галуа СР (2 ),группа элементов НЕ и группа элементовИ, причем выходы групп. усилителейформирователей подключены соответственно к входам первой группы входовсхем умножения двух элементов в полеГалуа СР (2)а их выходы подключены к входам соответствующих им сумматоров по модулю два, вторая группавходов групп схем параллельного умножения двух элементов в поле ГалуаСР (2 ) подключена к источникам сигналов логической единицы и логического нуля, соответствующих кодама Фа 1 (а)" (а ) (а )(а ), являющимся элементами поляГалуа СР (2"), выходы групп сумматоров по модулю два подключены к входам арифметических блоков, выходК-го (1К ( ) арифметического блокасоединен с соответствующими входомК-го элемента И, а выход -го арифметического блока является выходомустройства, кроме того, выход М-го(1 (ИС) арифметического блока соединен с входом (И)-го элементаиз группы элементов НЕ, выходы которых соединены с соответствующим входом (И"1)-го элемента из группы элементов И и образуют группу выходовустройства, причем арифметическиеблоки представляют собой устройства для параллельного вычисления определителей от гервого по 1-й порядок в поле Галуа СР (2 ),9 532893г о2 3 4 5 6 В групп П р н м е ч а н и е. Цифрами и степенями элементов поля Галуа обозначеныномера групп входов устройства, Х - входнаяпеременная (Х - элемент поля а - а 4).о ча 2 а 3 а 4 аЗ 5 аф 6 аэ 7 ас 8 а 9 аЬ О афа 14 2 а" 3 а 1 ь 4 а 1 э14 Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха 1 Э Ха 4 ХаХаХаХаХаЬХа 1ха Ь14ХаХаЭХаЭХаХаЬХаХа Ха Ха Ха Хао Ха ХаЭ Ха Ха 9 ХаХа Ха Ха Ха ХаХаХа1ХаХаХа 4ХаХаХаХаХаХа"Ха 4аЭХаэХа Ха. ХаХ Хао Ха Ха Ха 14 Ха Ха Хаф Ха Ха Ха 14 Ха Ха Ха ХаХаКа ЬХа44Хат 4ХаХа фХа 1 есХа" ф1 С1 ЭЬХа1532893 Составитель О. Кулешоведактор О. Спесивых Техред И.Дидык Корректор О.Ципл ия я. на Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго Гагарина,Зак ВНИИ 8097/52Государствен113 Тираж 484го комитета по изобрет5, Иосква, Ж, Раушс писноеткрытиям прп ГКНТ ССС д. 4/5