Космические мюоны считают STM32F411: SiPM → TIA → discriminator → coincidence → аппаратный timer
Сформированные импульсы космических мюонов в установке TIFR считает периферия STM32F411CEU6: ядро Cortex-M4 исключено из быстрого тракта. Трёх- и четырёхкратные совпадения собираются дискретной логикой после аналогового фронтенда на SiPM, а микроконтроллер получает уже готовый поток событий. Архитектура показывает границу, на которой таймер МК заменяет специализированный счётчик.
Tata Institute of Fundamental Research представил на ICHEP 2026 компактную систему тестирования и формирования триггера для регистрации космических мюонов. В ней STM32F411CEU6 используется как аппаратный счётчик событий: входные импульсы заведены на таймеры микроконтроллера, работающие в режиме внешнего counter. Процессорное ядро не участвует в захвате каждого фронта, поэтому задержки обработчиков прерываний, загрузка шины и выполнение прошивки не вносят потерь в поток уже сформированных импульсов.
Световой модуль построен на экструдированном пластиковом сцинтилляторе с wavelength-shifting волокном. Свет с волокна принимает кремниевый фотоумножитель Hamamatsu S13360-2050VE. Такой датчик даёт короткий токовый импульс с амплитудой, зависящей от перенапряжения, температуры и оптической связи между волокном и фоточувствительной площадкой. Поэтому электроника установки разделена на быстрый аналоговый фронтенд, логику совпадений и медленную часть счёта с мониторингом.
Первый каскад представляет собой трансимпедансный усилитель с заявленным коэффициентом преобразования 909 V/A. Он преобразует ток SiPM в напряжение, пригодное для дальнейшей обработки. Затем сигнал проходит усилительные и буферные каскады, дискриминатор и формирователь. Дискриминатор превращает аналоговый импульс в логический, а формирователь задаёт длительность, удобную для дальнейшей логики. Совпадения трёх или четырёх каналов определяются отдельными аппаратными узлами. На вход STM32 поступает итоговый trigger pulse, уже очищенный от одиночных срабатываний каналов.
Такое разбиение тракта имеет прямое практическое следствие. Таймер STM32 выполняет функцию scaler с детерминированным аппаратным учётом фронтов, тогда как аналоговые уровни, пороги и временное окно совпадения остаются в специализированной электронике. МК подходит для накопления показаний, обмена с управляющей системой и контроля состояния, однако временная селекция мюонных событий определяется до него. Для подобной задачи FPGA требуется лишь при расширении логики: большем числе каналов, программируемых окнах, time-to-digital conversion или сложной маршрутизации триггеров.
Питание SiPM вынесено в две независимые регулируемые линии для тестовых и триггерных каналов. Диапазон выходного напряжения составляет 50–58 В, цифровой контур обеспечивает установку и мониторинг режима, заявленные пульсации составляют менее ±10 мВ peak-to-peak. Стабильность bias здесь влияет на gain SiPM и положение эффективного порога дискриминатора; отдельные линии позволяют менять режим испытаний, сохраняя trigger-ветвь в заданной рабочей точке.
Авторы сообщают об эффективности выше 99% для первых 82 собранных сцинтилляторно-SiPM модулей на собственном стенде. Эта величина характеризует протестированные сборки и не является измерением эффективности полной мюонной veto-системы. Публичные материалы по той же архитектуре появлялись на TIPP 2026, а статья заявлена для ноябрьского выпуска Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Технически наиболее полезный результат работы состоит в чётком распределении функций между фотодетектором, аналоговой формировкой, логикой совпадений и таймерной периферией серийного MCU.