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Journée fédération LUMAT La plateforme DTPI Présentation des réalisations: 19/06/2012 Les TDCs:David HEURTEAU Les discriminateurs:Robert SELLEM.

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1 Journée fédération LUMAT La plateforme DTPI Présentation des réalisations: 19/06/2012 Les TDCs:David HEURTEAU Les discriminateurs:Robert SELLEM

2 Glossaire 1/2 1 ère partie : TDCs Un TDC (Time to Digital Converter) est un appareil de mesure du temps multi- voies et multi-stops, défini par les caractéristiques suivantes : Pas de codage Plage de codage (en nb de bits ou durée maximale entre Start et Stop) INL : Integral NonLinearity, qualifie la justesse de la mesure DNL : Differential NonLinearity, traduit linégalité des pas de codage Résolution : qualifie la précision (largeur dun pic, chiffré par lécart type) Double hit resolution : temps minimum entre deux hits codés (temps mort de codage, différent du temps dacquisition) TDC-V4 : TDC version Virtex 4 Xilinx : constructeur du FPGA utilisé dans le TDC-V4 Virtex : famille de FPGAs hautes performances de Xilinx FPGA : Field Programmable Grid Array, composant numérique programmable ASIC : Application Specific Integrated Circuit, composant dédié à une application spécifique, non programmable TOF : Time Of Flight, durée Stop - Start ISIBox : rack 19 pouces dinterface permettant lentrée des signaux Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs

3 Glossaire 2/2 SCSI : bus informatique externe, standard utilisé pour le câble reliant le TDC-V4 au rack ISIBox DLL : Dynamic Link Library, fichier contenant les bibliothèques de fonctions permettant le dialogue entre la carte et lapplicatif IP : Intellectual Property, bloc logiciel (sous forme de fichier) réutilisable, dans notre cas dune voie de TDC, prêt à être intégré dans une configuration FPGA Xilinx Virtex propre à lutilisateur PCI : bus informatique parallèle interne, présent dans la plupart des PC Compact PCI : électriquement identique au PCI, diffère seulement mécaniquement 2ème partie : Discriminateur LED : Leading Edge Discriminator, type de discriminateur non compensé en fonction de la température CFD : Constant Fraction Discriminator, type de discriminateur compensé en fonction de la température Standards de signaux logiques : - NIM : non différentiels (0V, -0,8V)- LVDS : différentiels (1V, 1,4V) - NECL : différentiels (-0,8V, -1,6V)- PECL : différentiels (1,7V, 2,5V) DGM : discriminateur type CFD dancienne génération, développé par lIPNO SMA : standard de connecteur HF coaxial Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs

4 La démarche FPGA Notre architecture : utilisation dun composant programmable FPGA (Xilinx Virtex 4) plutôt quun Asic Investissement moins couteux Développement moins contraignant Disponibilité Flexibilité : permet de sadapter aux besoins particuliers de chaque équipe Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs

5 Cibles 5 TDCs Voies de TDC 2 cibles

6 Bloc IP IP (Intellectual Property): bloc logiciel réutilisable dune voie de TDC, prêt à être intégré dans le design FPGA Xilinx Virtex de lutilisateur Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs IP en Virtex 5 (pas 284 ps) au laboratoire APC En cours Livré IP en Virtex 4 (pas 250 ps) à Orsay Physics IP en Virtex 6: discussion avec lIPN Envisagé

7 Fabrication 2 cartes de pré-série Compact PCI dont 1 pour Soleil 1ère série de 8 cartes PCI pour INMC, ISMO, … Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs 8 racks dinterface 19 pouces (ISIBox)

8 Performances Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs +/- 1,5% DNL DNL améliorée mais résolution légèrement dégradée (σ = 0,48 pas) lin Avec lissage de la DNL: DNL: +/- 3%Sans lissage de la DNL: log TOFσ = 0,47 pas 2,35 ns Double hit resolution: < 2,5 ns log Pas de codage: 120 ps Plage de codage: 26 bits (8 ms ) INL: 0 En cours de caractérisation: pas 60 ps, résolution: 35 ps

9 Fonctionnalités disponibles Actuellement : 16 voies Stops + 1 voie Start Fenêtre danalyse de 160 ns à 8 ms Mécanisme de lissage de la DNL au détriment dune moins bonne résolution Codage des Stops arrivant avant le Start (dans une fenêtre définie par lutilisateur) Modes dacquisition: Event by Event ou Accumulation ou Acknowledge Host Débits: 650 Kevent/s avec 1 stop /event Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs Fonctionnalités futures: Mode distribué (amélioration temps mort) Plage de codage étendue (> 8 ms) Codage fronts descendants, marquage dévènement Voie de codage additionnelle Voies de service: débitmètre, échelle, extension dadresse

10 Prix et disponibilité Prix: TDC-V4 : 1370 TDC-V4 + rack ISIBox + câble SCSI: 2500 Fourni avec: Pilote DLL Programme LabVIEW de configuration et de test Manuels utilisateurs Disponibilité: 6 cartes TDC-V4 (dont 1 compact PCI) et 5 racks ISIBox Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ TDCs

11 Principe Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ Discriminateurs

12 But et contexte Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/ pallier lobsolescence des DGM0 et DGM1 (discriminateur rapide / autonome / du type Constant Fraction) 2-2répondre aux besoins de mesure de rafales brèves et très rapides (viser le GHz) 2-3abandonner progressivement les standards « négatifs » (NIM ; NECL) en faveur de standards « positifs » (LVDS ; PECL) 2-4proposer des solutions compactes et autonomes de façon à pouvoir sapprocher au plus près du détecteur 2-5proposer un environnement homogène, du discriminateur au TDC (alim, commande seuil ou durée, regroupement, mécanique) Discriminateurs

13 CONSTANT FRACTION DISCRIMINATORS nombre de voies124/58/916/18 sortie NIM sortie LVDS Programme 13 LEADING EDGE DISCRIMINATORS nombre de voies124/58/916/18 sortie NIM sortie LVDS 07/ /2012 fin 2012 entrées : connecteur compact entrées : SMA fin 2012 ? ? entrées : connecteur compact entrées : SMA Discriminateurs Journée Fédération LUMAT – La DTPI19/06/2012


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