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IEC 61690:2000 — 核仪器 — CAMAC系统
CAMAC（计算机自动测量与控制）是核物理领域中使用最持久的模块化仪器标准之一。IEC 61690:2000规范了使CAMAC系统能够在全球实验室中持续运行超过五十年的电气和机械规格。
引言
IEC 61690:2000《核仪器——CAMAC——插入单元的尺寸和类型》规定了用于核物理和粒子物理数据采集系统的CAMAC模块化仪器单元的物理尺寸、连接器分配和机械接口要求。CAMAC最初由ESONE委员会在20世纪60年代末开发，成为首个用于核数据采集的标准化模块化仪器系统，比VME、VXI和PXI早了数十年。
尽管年代久远，CAMAC仍在全球许多核研究设施、粒子加速器和聚变能实验中积极使用。其长寿归功于数据路背板的稳健设计、机箱控制器架构的简单性以及涵盖ADC、TDC、定标器、符合逻辑和直方图功能的大量现有模块库。
虽然CAMAC被认为是传统技术，但许多高价值核实验仍然依赖它。理解IEC 61690对于维护、升级或将这些系统接口连接到现代数据采集网络至关重要。
范围与物理规格
IEC 61690:2000定义了CAMAC插入单元的两种标准尺寸——单宽（17.2 mm）和双宽（34.4 mm）——并规定了机械尺寸、导轨系统、前面板布局和连接器引脚分配。该标准还定义了容纳多达25个单宽站位的CAMAC机箱（机架安装式机箱）的安装要求。
| 参数 | 单宽单元 | 双宽单元 | 机箱 |
|---|---|---|---|
| 宽度 | 17.2 mm | 34.4 mm | 482.6 mm（19英寸机架） |
| 高度（前面板） | 221.5 mm | 221.5 mm | 265.9 mm（6U） |
| 深度（PCB+前面板） | 最大305 mm | 最大305 mm | — |
| 站位数 | 1 | 2 | 最多25 |
| 数据路连接器 | 86芯（两排43芯） | 86芯 | 86芯背板 |
| 重量限制 | 2.5 kg | 5.0 kg | — |
86芯数据路连接器是CAMAC系统的核心。它承载24条数据线（读写）、5条地址线（站位选择）、4条功能码、3条时序选通脉冲以及电源分配——全部使用无源背板上的TTL电平信号。
数据路操作与协议
命令-响应架构
CAMAC数据路采用主从协议运行，机箱控制器（主机）向占用特定站位的单个模块（从机）发出命令。每个命令由站号（N）、子地址（A0-A4）和功能码（F0-F4）组成。标准的24位读写数据线支持并行数据传输。
时序与握手
数据路操作由三个选通信号同步：S1（选通1，命令模块执行）、S2（选通2，命令数据传输）和LAM（注意我）中断线。标准规定了时序要求：S1必须在地址/功能稳定后100 ns内发生，S2在S1之后400-600 ns，模块必须在标称1 μs周期时间内响应。
忙和响应线
每个模块通过响应（Q）线和忙（B）线向机箱控制器传达状态。Q线通常携带模块特定状态（如数据就绪、溢出、转换完成）。B线被任何模块置位时，将阻止进一步的数据路操作，直至条件清除。
| 功能码（F） | 操作 | 典型应用 |
|---|---|---|
| F(0) | 读取寄存器 | 读取ADC转换结果 |
| F(1) | 读取并清除寄存器 | 读取定标器，然后复位 |
| F(8) | 测试LAM | 检查LAM状态 |
| F(9) | 清除寄存器 | 将模块复位到已知状态 |
| F(16) | 写入寄存器 | 设置阈值或DAC值 |
| F(24) | 禁用中断 | 屏蔽LAM生成 |
| F(25) | 启用中断 | 使能LAM生成 |
| F(26) | 执行 | 开始转换，启动采集 |
设计CAMAC模块时，必须特别注意数据路驱动器的特性。忙线和LAM线使用集电极开路驱动器（线或配置），而读取数据线使用三态驱动器。不正确的驱动器选择可能导致总线竞争，对模块和机箱控制器造成永久性损坏。
系统集成工程见解
1. 机箱控制器选择。机箱控制器是CAMAC系统中最重要的组件。兼容IEC 61690的控制器范围从简单的并行接口（用于直接连接到计算机I/O总线）到具有嵌入式处理器、内存和以太网或USB连接的智能控制器。对于现代集成，推荐使用具有USB 2.0或千兆以太网接口的控制器，支持在数据路上实现1-2 MB/s的持续数据速率。
2. 接地与抗噪声。核环境中的CAMAC系统必须应对来自粒子加速器、脉冲电源和探测器的强电磁干扰。标准通过数据路接地层设计和屏蔽前面板确保抗干扰性。实际实施应包括：使用独立的模拟和数字地回路的专用电源分配、所有外部电缆连接上的铁氧体扼流圈、以及超过10米的机箱到计算机链路的光学隔离。
3. 向现代系统的迁移路径。虽然CAMAC模块仍可运行，但备件和新模块日益稀缺。实用的迁移策略涉及使用CAMAC-to-VME或CAMAC-to-PCI机箱控制器，允许传统模块与现代DAQ软件（LabVIEW、EPICS、MIDAS）接口。IEC 61690的机械规格与许多可同时容纳CAMAC和NIM模块的现代机箱兼容。
4. 电源分配管理。CAMAC机箱电源必须通过数据路背板为所有站位提供+6 V、-6 V、+24 V、-24 V和+12 V（可选）。总功率容量通常为100 W至300 W。在装填机箱时，工程师必须计算所有模块的功率需求之和，并确保既不超出单个电压轨也不超出总功率预算。超过每个单宽站位15 W的模块需要强制风冷。
常见问题
1. CAMAC与VME和PXI在核仪器方面相比如何？
CAMAC的数据路速度较慢（1 μs周期对VME的100-200 ns），数据吞吐量较低（1-2 MB/s对VME的40-80 MB/s）。然而，CAMAC的优势包括由于保守的TTL逻辑电平而具有更好的抗噪性、更简单的编程模型，以及大量无需大量开发工作就难以找到直接现代等效产品的专用核仪器模块（ADC、TDC、鉴别器）安装基础。
2. CAMAC系统中最多可以连接多少个机箱？
并行分支总线（IEEE 596）允许多机箱系统连接最多7个机箱，而串行总线（IEEE 595）支持最多62个机箱。IEC 61690专注于单个机箱和插入单元规格，而配套标准（IEC 60516、IEC 60771）涉及多机箱互连。
3. CAMAC模块能否热插拔？
IEC 61690不支持真正的热插拔。插入过程中数据路电源引脚先于信号引脚接触，但不建议在通电状态下插入或拔出模块，这可能导致数据路总线竞争、电压瞬变或模块背板接口驱动器损坏。在安装或拆卸模块前务必关闭机箱电源。
4. CAMAC设备的预期使用寿命是多少？
20世纪70年代和80年代建造的CAMAC系统由于IEC 61690中规定的保守设计裕度而继续可靠运行。无源背板没有有源元件，使用寿命基本无限。模块的寿命取决于电解电容老化（典型20-30年寿命）、连接器腐蚀和备件IC的可用性。许多设施维护备用模块和组件库存以维持运行。
