Capitulo 5
O padrão NIM
versão 2008.2
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 Instrument 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.
.
85
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
86
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
87
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.
Lógica 1
Lógica 0
A saída de enviar
De + 4 à + 12 V
De + 1 à – 2V
A entrada deve aceitar
De + 3 V à + 12 V
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 fastnegative 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
88
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.
Lógica 1
Lógica 0
A saída de enviar
De – 14 mA à - 18 mA
De – 1 mA à + 1 mA
A entrada deve aceitar
De – 12 mA à - 36 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.
Lógica 1
Lógica 0
TTL
2-5 V
0-0,8 V
ECL
-1,75 V
- 0,90 V
Tabela IV
89
Fig. 3- Conector NIM (como se olhando para o BIN)
Pratica
Meça 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.
90