Ausleseelektronik für die Large-Prototype-TPC des ILC mit
Zeit/Digitalwandlern
von Oliver Schäfer
Vortrag zur DPG Frühjahrstagung (05. bis 09. März 2006, Heidelberg), Sitzung T509
Universität RostockDESY Hamburg EUDET Projekt
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Überblick
• Large-Prototype-TPC• Ausleseelektronik mit Zeit/Digitalwandlern• Test-Equipment
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Setup der Large-Prototype-TPC
1.2 Tesla-Magnet Feldkäfig
Endplatte mit Padebene
Ausleseelektronik I
Ausleseelektronik II
LCIODateien
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Zeitprojektionskammer (TPC)
• Padposition x, y• Driftzeit z-Koordinate• Ladung Verbesserung x, y sowie zur Teilchenidentifikation
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Ausleseprinzipien für TPCs
• Zwei Grundprinzipien für TPC-Ausleseelektronik:– Flash ADC: digitalisiert Kurvenform
– Ladungs-Zeit-Wandlung: liefert Q und tStart
• Ziel: Q und tStart
• Analoge Ladungsmessung
• Q-t-Wandlung bei TPCs zum ersten Mal bei DESY*
* A. Kaukher: „A study of readout electronics based on TDC for the international linear collider TPC detector“, IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 (2006) p. 749
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Unser Aufbau I (Allgemeines)
• Etwa 1000 Kanäle für LP-TPC• LP-TPC-Padgröße: 1 mm × 4…6 mm• Möglichst steckkompatibel mit FADCs der
Universität Lund Zweiteiliges System für Ladungsmessung
und Digitalisierung
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Unser Aufbau II (ASDQs)
• Verstärker, Shaper, Diskriminator und Q-t-Wandlung
• Ladungsmessung liefert Rechteckpuls entsprechender Dauer
• 8 Kanäle pro Chip• 12 mm × 12 mm• Nominell 0.3 fC … 120
fC mit ca. 10 % Genauigkeit
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Unser Aufbau III (HPTDCs)
• High Performance Zeit/Digitalwandler
• TDC ist prinzipiell „Stoppuhr“
• Vielzweck-TDC vom CERN• 32 Kanäle• 27 mm × 27 mm • Zeitmessung 105 µs mit
781 ps• Kommerzielle Module
erhältlich Foto: CAEN
Bild: CERN Electronics Group
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Unser Aufbau IV (Konzept)
• „klassischer“ VME-Ansatz
• Vorverstärkerplatinen• Signale über Kabel zum
VME-TDC• Erfahrungen
vorhanden, aber viele Kabel
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Unser Aufbau V (Platine)
• Platinen direkt auf Endplatte gesteckt
• Kurze Leitungen, aber Scherkräfte an Steckern
• 32 Kanäle Breitenbeschränkung: 32 mm (bei 1 mm Padbreite)
• Dicke 4…6 mm, Länge „frei“
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Weiterentwicklung
• Zukünftiger Ansatz:• Vorverstärker- und
TDC-Chips auf einer Leiterplatte
• Spart kritische Kabel• Birgt mehr Risiken in
der Entwicklung • Mischung analoger und
digitaler Signale• Entwicklung geplant ab
Ende 2007
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Test-Equipment
• Nach Fertigstellung muss Elektronik getestet werden:
• Pulsgenerator für rein elektronische Tests• Testkammer für praxisnahe Signale:
– Funktionstests– Störsignalverhalten– Bedienung und „Handling“
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Die UNIMOCS*-Testkammer
• Material: Aluminium• Abmessungen:
– soll in 5 T- Magnet (28 cm ø) passen– Vorerst kein Feldkäfig: etwa 3 cm Driftstrecke für 10 cm GEMs
• Modulares Design, um Änderungen zu vereinfachen• Design umfasst größeren Betriebsparameter-Raum
(Druck, Spannung), um flexibel einsetzbar zu sein• Auswechselbare Pad-Ebenen für verschiedene Elektronik • Besonderes Augenmerk liegt auch auf Dichtung, um
Gaseigenschaften kontrolliert untersuchen zu können
*) UNIversal MOdular Chamber-System
Einige Eindrücke …
15Gesamtansicht
16Innenansicht
17Detail Kathode
18Innenansicht
19Schild & GEMs
20Ausleseturm
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Zusammenfassung und Ausblick
• Ziel: 800-1000 Kanäle Ende des Jahres• Höher integrierter Aufbau erfolgt danach• UNIMOCS-Testkammer wird derzeit
gefertigt• Kabel werden auf Eignung getestet• Momentan liegen wir im Zeitplan
Vielen Dank!