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datestamp: 2018-01-12 09:06:49
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status_changed: 2018-01-12 09:06:49
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Kirchgessner, Manfred
title: Control, Readout and Commissioning of the Ultra-High Speed 1 Megapixel DSSC X-Ray Camera for the European XFEL
title_de: Steuerung, Auslese und Inbetriebnahme der Ultra-Hochgeschwindigkeits-, 1-Megapixel, DSSC Röntgenkamera für den European XFEL
subjects: ddc-000
subjects: ddc-004
subjects: ddc-530
divisions: i-130001
divisions: i-720000
adv_faculty: af-13
keywords: DDR3-1600 Memory, Microblaze, QSFP
cterms_swd: Datenverarbeitung
cterms_swd: Field programmable gate array
cterms_swd: Eingebettetes System
cterms_swd: 10 Gigabit Ethernet
abstract: The goal of this thesis was to develop the software and firmware basis to control and
read out the 1-Megapixel DEPFET Sensor with Signal Compression (DSSC) detector,
which is being built for the European XFEL (EuXFEL). The DSSC detector proposes
single photon resolution at 0.5 keV photon energy, high dynamic range of 10000
photons at a very high frame rate of 4.5 MHz.
During this thesis, the readout chain has been implemented, which receives the average
data rate of 134 GBit/s from the detector and transfers sorted image data via four
QSFP+ fiber cables to the DAQ system. Additional control software and firmware has
been developed for commissioning of the first 1/16th megapixel prototypes. A multifunctional
measurement and data analysis framework has been created which is used
for characterization of the detector, particularly of properties of the complex readout
ASICs. Additional parameter trimming routines to automatically adapt gain and offset
parameters of a large pixel matrix have been developed in order to generate suitable
configurations which have been applied during two measurement campaigns at the Petra
III synchrotron. For integration into the new Karabo framework, which is provided
by XFEL for beamline control, several software devices have been implemented.
abstract_translated_text: Ziel dieser Arbeit war es, die Software- und Firmwarebasis zur Steuerung und Auslese
des 1 Megapixel DEPFET Sensor with Signal Compression (DSSC) Detektors zu entwickeln,
der für den European XFEL (EuXFEL) gebaut wird. Der DSSC Detektor
verspricht Einzelphotonenauflösung bei 0,5 keV Photonenenergie, einem hohen Dynamikbereich
von 10000 Photonen bei einer sehr hohen Bildrate von 4,5 MHz.
Während dieser Arbeit wurde die Auslesekette implementiert, welche die Bilddaten
mit einer durchschnittlichen Datenrate von 134 GBit/s vom DSSC-Detektor empfängt,
bildweise sortiert und über vier QSFP+ Glasfaserkabel zum DAQ-System überträgt.
Des weiteren wurde für die Inbetriebnahme der ersten 1/16-Megapixel-Prototypen
Steuerungssoftware und -firmware entwickelt. Ein multifunktionales Mess- und
Datenanalyse-Framework wurde erstellt, das zur Charakterisierung des Detektors,
insbesondere der Eigenschaften des komplexen Auslese-ASICs, verwendet wird.
Zusätzlich wurden Parameter-Trimmroutinen für die automatische Anpassung der
Verstärkungs- und Offsetparameter aller Pixel einer großen Pixelmatrix entwickelt,
um geeignete Konfigurationen zu erzeugen, die bei zwei Messkampagnen am Petra
III-Synchrotron eingesetzt wurden. Außerdem wurden innerhalb dieser Arbeit, für die
Integration in das neue Karabo-Framework, welches von XFEL für die Steuerung der
Beamline-Umgebung entwickelt wurde, mehrere Software-Devices implementiert.
abstract_translated_lang: ger
date: 2018
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00023870
ppn_swb: 1659211263
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-238702
date_accepted: 2017-12-05
advisor: HASH(0x55d997bf1930)
language: eng
bibsort: KIRCHGESSNCONTROLREA2018
full_text_status: public
citation:   Kirchgessner, Manfred  (2018) Control, Readout and Commissioning of the Ultra-High Speed 1 Megapixel DSSC X-Ray Camera for the European XFEL.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/23870/1/Dissertation_MKirchgessner.pdf