1. Nombre del Proyecto: CONTROLADOR VERSÁTIL PARA CCD’s VERSIÓN 2.0

2. Responsables del Proyecto: Enrique Colorado, S. Zazueta. 3. Breve descripción del Proyecto: Diseño de un controlador versátil para cámaras basadas en CCD con las siguientes características: • Diseño modular. • Interfaz Ethernet (protocolo de comunicación TCP/IP) • Resolución del convertidor 16 bits con ruido de lectura menor que una

cuenta del convertidor, tarjeta de bajo ruido (300 KHz). La tarjeta de lectura de alta velocidad (3 MHz) presenta un ruido de lectura de 5 cuentas. Si se lee el detector a menor velocidad, disminuye el ruido de lectura.

• Secuencia de relojes y de lectura definida por programación. • Expandible hasta 24 fases de reloj. • Frecuencia máxima de muestreo programable. • Voltajes máximos de las fases de reloj +/- 15 volts. • Posibilidad de manejar EM-CCD, fase de alto voltaje programable hasta 50

volts. • Control de la temperatura del detector. 4. Importancia del proyecto: El departamento de instrumentación sede Ensenada tiene la encomienda de desarrollar y coordinar la construcción de detectores bidimensionales lo cual esta explícitamente plasmado en el Manual de Organización del Instituto de Astronomía. Desarrollar nuestras propias cámaras tiene varias ventajas, entre ellas:

• Adaptación a las necesidades específicas de nuestros instrumentos. • Facilidad de diagnóstico y reparación en sitio. • Limitar la dependencia de tecnología extranjera. • Eliminar gastos de importación al comprar o reparar una cámara

extranjera. • Eliminar el tiempo muerto al mandar a reparar una cámara comercial a

su fábrica. La cámara fabricada será utilizada con fines científicos en el OAN-SPM, aumentando la disponibilidad de cámaras con sistema de ciclo cerrado.

5. Avances en el 2018: Mecánicamente el diseño y construcción ha terminado excepto por la ultima base que soportara al CCD. Se realizaron pruebas de vacío a la botella y no detectamos fuga alguna, también ya utilizamos el sistema de enfriamiento criogénico con la botella y pudimos llevar sin problemas a la temperatura de -110 C° que ocupamos para enfriar al detector. El banco de pruebas también ya está construido y en operación ver las figuras siguientes:

Ilustración 1.- Banco de pruebas móvil con controlador Cryo-Tiger en la parte inferior, además se muestra la botella

criogénica pegada al banco óptico.

Ilustración 2.- Vista Superior de la botella con ventana y conectores electricos.

Por parte de la electrónica, el diseño modular del controlador permite ir actualizando diferentes detectores de acuerdo a los avances de la tecnología. Actualmente estamos usando la tarjeta MicroZed para el control del CCD ya que consta de un FPGA Xilinx programable donde se ha programado ya las secuencias de lectura del CCD y las transferencias de los datos vía DMA al micro-controlador y posteriormente se transmite a la PC vía red. También ya se tiene una tarjeta de fases y una de video la cual se rediseñara ya que tiene 3 cuentas de ruido del ADC y se quiere tener de ruido solo una cuenta del convertidor. Debido a una falla de la cámara del guiador del tel. 84, se utilizó parte de lo aquí desarrollado para hacer la cámara de repuesto del guiador, ya se tiene adquiriendo imagen con un detector comercial kodak, estamos en fase de calibración. Asimismo, resolver el problema del guiador quito tiempo a este proyecto. 6. Participantes del proyecto durante el 2018: Salvador Zazueta (30%), Francisco Murillo (20%), Fernando Quiroz (10%), Enrique Colorado (5%), Jorge Valdez (40%) 7. Financiamiento interno empleado en el 2018:

Circuitos impresos $8,000 Aluminio $15,000 INVAR $4,000 Cortadores y herramienta $20,000 Baleros, origs, llantas nivelables, maneral, barra roscada, $15,000 Convertidor A/D, amplificadores, potenciómetro y circuitos integrados $25,000 Disipadores, cajas electrónica, conectores militares $13,000 Total=$100,000 MN 8. Calendario de trabajo propuesto para el 2019: Académico % trabajo Descripción

Salvador Zazueta 30 Desarrollo de la programación de los FPGA, software de bajo nivel, integración y calibración.

Enrique Colorado 10 Interfaz de usuario, pruebas finales.

Fernando Quiroz 20 Diseño de circuitos impresos y amplificadores de bajo ruido.

Francisco Murillo 20 Diseño de electrónica digital y construcción de la electrónica

Jorge Valdez 15 Base y dedo frio para detector

9. Infraestructura: Será necesario el uso de los talleres de electrónica, mecánica y laboratorio de detectores. 10. Financiamiento solicitado al Instituto de Astronomía para el 2019: Ninguno 11. Resumen del calendario de trabajo pasado y futuro: Basados en el CV-CCD se han desarrollado y actualizado los siguientes prototipos de cámara:

4 cámaras EM-CCD (diferente detector) para la Marina.

Se ha “actualizado” la cámara CCD SiTE4 (1kx1k). Sistema híbrido de nuestro CV-CCD y el adquirido de Photometrics antes Site1. También se actualizó el anterior Site3 estamos en espera de que el detector nos sea regresado de CICESE (se le despegó una conexión). Los niveles de ruido de estos detectores son 13e (pozo de 300,000) a 40 KHz para el Site4 y 52e a 250 KHz para el Site5. Los detectores SITE utilizados son los que estaban en las cámaras adquiridas a Pixelvision que se encontraban sin usar debido a muchos problemas de operación y fallas del “software”, además el fabricante ha desaparecido con lo que se perdió el soporte.

Cámara para el laboratorio de óptica 1300x1000. El nivel de ruido es de 13e (pozo de 80,000e) a temperatura ambiente y velocidad de lectura de 350 KHz.

Cámara criogénica basada en el CCD97 (528x512) con ganancia programable 1:1000. La velocidad de lectura es de 2 MHz

A continuación se presenta una serie de fotografías de las cámaras construidas y en proceso.

Controlador híbrido CVCCD Site4

Otra vista del CVCCD Site4

Cámara CCD97 para la marina con controlador CVCCD

CVCCD E2V CCD97 controlador completo (velocidad de lectura de pixel 2 MHz)

CVCCD Cámara KAF1402, el detector está contenido en la base

cuadrada en primer plano, al fondo se ve el controlador.

Tarjeta secuenciadora basada en FPGA (tamaño 3.5x3.5 pulgadas)

CVCCD CÁMARA KAF 1402 toma del controlador, la caja de encima es el control del obturador.

En el 2016: Básicamente fijamos el sistema de control a la tarjeta SoC (System on a Chip) MicroZed el cual cuenta con un FPGA Xilix donde ya lo programamos para que sea la máquina de estado de control de todas las señales necesarias para leer el detector.

Vista superior del controlador MicroZed

Al usar este nuevo controlador MicroZed tenemos varias ventajas sobre los diseños anteriores, ya que antes usábamos un BeagleBone más otro sistema que contuviera un FPGA, en la arquitectura actual en una sola tarjeta ya tenemos un micro-controlador y un FPGA todo de manera optimizada tanto como en tamaño como en la forma de programar el FPGA, acceso a los puertos IO y memoria donde se almacena las imágenes para luego transmitirlas vía red. Compras: Compras de un CCD científico E2V CCD42-40 grado 0 de 2kx2k pixeles ($19,000 dlls) y un sistema criogénico Cryo Tiger ($20,400 dlls) a través de Laboratorios nacionales En el 2017: -Se diseño la botella criogénica. -Llego el sistema de ciclo cerrado -Llego CCD científico. -Se avanzo en pruebas de circuitos de generación de fases y adquisición de datos. Compras: Ventanas para el dewar, varias medidas ($11,500), componentes electrónicos ($1,500), sistema de desarrollo con FPGA ($15,500), Circuitos impresos de 4 caras ($3,000), CCD guiador ($800 dlls) En el 2018: -Se construyo una botella criogénica basada en enfriamiento de ciclo cerrado con cryo-tiger.

-Se construyo banco/carro de prueba.

-Por emergencia, se fabricó cámara basada en CCD K-8300 para el guiador del 84

Compras:

Circuitos impresos $8,000 Aluminio $15,000 INVAR $4,000 Cortadores y herramienta $20,000 Baleros, origs, llantas nivelables, maneral, barra roscada, $15,000 Convertidor A/D, amplificadores, potenciómetro y circuitos integrados $25,000 Disipadores, cajas electrónica, conectores militares $13,000