Problema que resolvemos: Uno de los elementos críticos de cualquier instalación científica, especialmente en aceleradores de partículas e instalaciones de ignición láser, es el sistema de temporización.

Los sistemas de temporización se utilizan para proporcionar una sincronización precisa y un tiempo común a todos los elementos de la instalación, así como para generar eventos de disparo discretos y señales periódicas requeridas por los distintos componentes. También pueden emplearse para la diseminación de radiofrecuencia en toda la instalación.

Esta arquitectura de sistema de temporización está actualmente en desarrollo por parte de Safran para la distribución de disparos sincronizados. El sistema permite una flexibilidad total al configurar los disparos en cuanto a dirección, número de pulsos, frecuencia de pulsos, período de pulso y retardo.

Por qué es importante: Las instalaciones demandan cada vez un mayor rendimiento. El sistema de temporización de Safran está diseñado para lograr disparos de alta precisión con resoluciones del orden de 5 ps.

Cómo lo solucionamos: Nuestro sistema de temporización se basa en los siguientes elementos principales:

1. Oscilador maestro de bajo ruido de fase con posibilidad de integración con receptores GNSS para la alineación con escalas UTC(k) y opciones de resiliencia para sistemas de alta disponibilidad.
2. Transferencia de tiempo y diseminación de frecuencia de bajo ruido de fase basada en conmutadores White-Rabbit. Gracias al uso de tecnología Ethernet, la misma red de temporización puede utilizarse para cualquier tipo de distribución de datos empleando la misma red White-Rabbit. La solución es escalable hasta miles de nodos a lo largo de muchos kilómetros.
3. Nodos finales que incluyen múltiples interfaces para una mejor interoperabilidad.

Resultados de las pruebas / rendimiento:

Precisión en el rango de los picosegundos

Se pueden generar señales de alta precisión con un retardo de 3 a 15 picosegundos hasta 1,8 nanosegundos en comparación con una señal PPS de referencia. Las imágenes siguientes muestran una señal de referencia (azul) y otra señal retardada una cantidad de picosegundos (amarilla).

CONFIGURACIÓN

Sincronización subnanosegundo

El sistema de temporización integra nuestro núcleo IP HATI, que permite una sincronización subnanosegundo entre un dispositivo maestro (WR-ZEN) y varios dispositivos esclavos.

El retardo entre las señales PPS que se muestra en la imagen se mantiene a lo largo del tiempo y puede calibrarse para compensar los retardos debidos a los cables.

La captura es continua para garantizar que la fluctuación de fase (jitter) de las señales sea visible si resulta significativa.

Por qué elegirnos: Nuestro sistema de temporización se basa en White-Rabbit / IEEE-1588. Ya existen en el mercado otras soluciones que aportan sincronización y temporización precisas, pero la mayoría tienen limitaciones en cuanto a rendimiento o flexibilidad, o bien utilizan elementos ad-hoc complejos con escaso soporte o disponibilidad. Creemos que el protocolo White Rabbit es la mejor inversión a largo plazo gracias a las siguientes características:

• Los dispositivos WR funcionan con FPGAs, por lo que su hardware puede reprogramarse fácilmente para mantenerse actualizado.
• El protocolo WR fue concebido por el CERN, una de las mejores instituciones científicas en el ámbito de la investigación, y colabora activamente en el diseño de los productos OHWR que fabricamos.
• Todos los elementos de la solución White Rabbit están diseñados para ser lo más modulares posible, con el fin de reducir los costes de mantenimiento y actualización.
• Permite una red híbrida: el conmutador WR puede utilizarse como un conmutador normal para conectarse directamente a su PC y así integrarse rápidamente en la red. Si no necesita las características específicas del protocolo WR, no es necesario utilizar una tarjeta de red específica. También puede utilizar únicamente las funciones PTP de los dispositivos WR si solo necesita una precisión del orden de microsegundos.
• Los dispositivos WR cumplen con el perfil de alta precisión IEEE-1588-2019. Mediante una simple actualización del firmware, puede disponer de un dispositivo totalmente estandarizado, lo que evita problemas de interoperabilidad y garantiza actualizaciones futuras.
• Safran ofrece un ecosistema de producto completo, que incluye dispositivos modulares basados en la familia ZEN y equipos de bajo coste como LEN. Dispositivos de control y diagnóstico como LLRF y BPM pueden integrarse fácilmente. Gracias a nuestro equipo de ingeniería y a nuestras capacidades de soporte, podemos ayudarle a desplegar y personalizar la red, logrando el mejor sistema de temporización para su instalación.