1Jan Knopf / Dirk Wiedner

Entwicklung eines Auslesesystems für das äußere Spurkammersystem des LHCb-

Detektors

2Jan Knopf / Dirk Wiedner

LHCbRICHES: PID K, Separation

Kalorimeter:PID: e,, 0

Myon System

VELO:• primär + sekundärVertex• Stoßparameter

Trigger Tracker:p für Trigger

Spurstationen:p für geladene Teilchen

Teilchenidentifizierung:

Spursystem:

3Jan Knopf / Dirk Wiedner

Äusseres Spurkammersystem

4Jan Knopf / Dirk Wiedner

Anforderungen

40 MHz Kollisionsrate

Takt-Referenz

Im Mittel eine Wechselwirkung in 25 ns

1.1 MHz Ausleserate

B-Hadron Produktionsrate ca. 75 kHz

Strahlenhart 10 kRad

Auflösung δp/p = 0.4% 200 m bzw. 1 ns

5Jan Knopf / Dirk Wiedner

OT Auslese Elektronik

VorverstärkerVorverstärker

TDC

VorverstärkerVorverstärker

TDC

VorverstärkerVorverstärker

TDC

VorverstärkerVorverstärker

TDC

optische Sendekart

e

Frontendbox

Auslese-karteoptische

Empfängerkarte

Verteiler

PC PC PC PC PC

optischeEmpfängerkart

e

Dri

ftka

mm

erm

odul

128

Kan

äle

6Jan Knopf / Dirk Wiedner

Vorverstärker

ASDBLR (ATLAS DEMILL)

Vorverstärker mit ca. 12 ns Integrationszeit

2x 8 Kanäle pro Karte

7Jan Knopf / Dirk Wiedner

Auslesefenster

TDC (OTIS)

TDC = Time to Digital Converter

Takt (40 MHz)

Vorverstärkersignal

T Kodierung als 2+6 Bit Wert

Auslese von 32 Kanälen Ein Zeitbin (= 8 Bit Wert) entspricht 25 ns / 64 ≈ 390 ps Zeitmessung immer in Relation zur steigenden TaktflankeAuslesefenster: 75 ns

8Jan Knopf / Dirk Wiedner

Linearitätsmessung

Hit Delay [ns]

Dri

ftti

me

[bin

ary]

9Jan Knopf / Dirk Wiedner

optische Senderkarte

1.6 Gbit/s Ausgang

1 Glasfaser pro Modulende

Verteilung von Fast- und Slow Control

Taktfilter (≤7ps RMS)

Niederspannungsregler

10Jan Knopf / Dirk Wiedner

Frontendbox

optische Senderkarte

TDC Karten

Vorverstärker

WasserkühlungLeistungaufnahme

20W

11Jan Knopf / Dirk Wiedner

optische Empfängerkarte

12 optische Eingänge

19,2 Gbit/s

Teil der LHCb Ausgabekarte (TELL1)

288 parallele elektrische Ausgänge

Bit Fehlerrate < 10-15

12Jan Knopf / Dirk Wiedner

Auslesekarte/L1-Buffer

Daten von 24 Halbmodulen

LHCb-weiter Standard

Aufgaben:

Deserialisierung

Synchronisation

Prozessierung

Speicher (60 ms = 65k Ereignisse)

Ethernet Datenausgabe zu L1-Trigger und DAQ

13Jan Knopf / Dirk Wiedner

Tes

tstr

ahl

14Jan Knopf / Dirk Wiedner

Schema

optischeEmpfänger-

karte

PC

Stratix

TTC

Szin

till

ator

Mod

ul 4

I²C + Laptop

Szin

till

ator

Mod

ul 3

Mod

ul 2

Mod

ul 1

FE-Box

FE-Box

Si-Teleskop

15Jan Knopf / Dirk Wiedner

Strahlprofil

Elektronenstrahl 7GeV

Strahlbreite 5cm

8 Lagen je 64 Straws ausgelesen

Triggerrate 1kHz

Rauschen <0.3 %

Kanal

16Jan Knopf / Dirk Wiedner

Erste Teststrahlergebnisse

Driftzeiten maximal 50 ns

Effizienz >94%

(ohne Akzeptanzkorrektur)

Auflösung besser 250 µm (vorläufig)

Auslesekette funktioniert von Straw bis PC ns

17Jan Knopf / Dirk Wiedner

Zusammenfassung und Ausblick

bisher:

Design der Straw Ausleseelektronik abgeschlossen

Erfolgreicher Test am Elektronenstrahl am DESY

Verifikation der Ausleseelektronik

nächste Schritte:

Produktion von 500 Ausleseeinheiten

Einbau und Inbetriebnahme am CERN