1PMm² CL 13/12/07 R. Hermel PMm² PhotoMultiplicateurs Mètre carré Electronique innovante pour photodétecteurs distribués en physique des particules et astroparticule LAL, IPNO, LAPP, Photonis Projet financé par l’ANR ( )

2PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Motivation du projet Futures expériences neutrinos utilisant un grand nombre de PMs (  ) Čerenkov à eau MEMPHYS (Fréjus) HyperK (Japon) UNO (USA) Scintillateurs liquides GLACIER, LENA Minimiser le nombre de câbles

3PMm² CL 13/12/07 R. Hermel © Jean-Eric Campagne (LAL)

4PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Architecture du démonstrateur Unité de base à construire et à tester sous l’eau  1 m 2 Electronique en boitier étanche Alimentations et données sur le même câble Utilisation de PMs Photonis 12" 1 seul câble entre la surface et un bloc de 12 PMs

5PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Partenaires du projet © Jean-Eric Campagne (LAL) : Electronique front-end : Bancs de test, assemblage global : Mise en réseau : Développement et fourniture des PMs

6PMm² CL 13/12/07 R. Hermel © Jean-Eric Campagne (LAL) Financement ANR

7PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Engagement du LAPP Mise en réseau des alimentations et de la lecture des PMs Choix de la technologie Courants porteurs, (WiFi), RF, … Choix du câble et de la connectique Intégration avec l’électronique front-end Implantation sur le démonstrateur Participation aux tests globaux Equipe LAPP : Nicolas Dumont-Dayot (40%), Dominique Duchesneau (10%), Jean Favier, Richard Hermel (25%), Jean Tassan (10%)

8PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Planning Tâche 1 : Etude du chip front-end (LAL) Tâche 2 : Etude de l’industrialisation des PMs (Photonis) Maquette mécanique avec PMs et distribution des signaux (IPNO) Tâche 3 : Caractérisation des PMs (IPNO, Photonis) Tâche 4 : Développement de la mise en réseau (LAPP) Tâche 5 : Assemblage, intégration, tests (LAL, IPNO, LAPP)

9PMm² CL 13/12/07 R. Hermel AnnéesTâchesRemarques t0t0 -Test et validation des solutions commerciales de type Ethernet -Conception des alimentations -Etude et choix d’une connectique étanche Utilisation des moyens de tests sous pression de l’IPNO (à développer) t Etude d’une électronique spécifique permettant la superposition de tous les signaux sur un câble coaxial -Conception et réalisation de l’interface avec l’électronique front-end intégrée -Intégration du démonstrateur - poste indispensable si une connectique Ethernet standard étanche s’avère inutilisable (coût) t Tests et mise au point Contrat d’objectifs Moyens humains Physiciens : Dominique Duchesneau et Jean Favier. Techniciens : Nicolas Dumont-Dayot : 40 % Richard Hermel : 25 % Jean Tassan : contribution à partir du second semestre 2007 : 20 % Ruddy Mouniama : stagiaire en fin d’études d’ingénieur pour 6 mois à partir de début mars 2007.

10PMm² CL 13/12/07 R. Hermel déjà fait / en cours Validation protocole Mesures jitter Horloge / synchro Banc de mesure qualification câble Recherches câbles connecteurs

11PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Mise en réseau et puissance Réseau : Utilisation d’Ethernet 100Mb/s Solution standard et peu coûteuse 5Mbits/s de données attendus par module Puissance (~25W): Power Over Ethernet Solution standard Données et puissance sur même paires diff. Nouvelle norme : at = 30W (disponible) Nicolas Dumont-Dayot

12PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Synchronisation (1) Acquisition sans déclenchement On envoie tout Nécessité d’horodater les événements La référence sera le GPS (horloge + PPS) Horodatage = TDC + compteur grossier (10MHz) Horloge de référence (2 possibilités) Locale et est asservie par GPS (VIRGO) Externe et encodée avec données (étude actuelle) Nicolas Dumont-Dayot

13PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Synchronisation (2) Etude du standard différentielle RS485 (sur Cat5) Adapté à une longueur de câble de 100 m Développement de carte Tx et Rx FPGA Histo ∆t=Rx – Rx pour le transport d’horloge Freq. (MHz) σ (ps) Range (ps) Nicolas Dumont-Dayot

14PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Synchronisation (3) Nécessité d’encodage data et horloge Codage Manchester (comme Ethernet 10M) Développement de cartes Rx et Tx Tests en cours avec câble Cat5 Prochaine étape Mesure avec câble et connectique sous marine Nicolas Dumont-Dayot

15PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Synoptique envisagé RS485 Tx Codeur/Décodeur Manchester RS485 Rx FPGA Coté surfaceCoté sous marin DC/DC48V/3.3V μC Ethernet RS485 Tx Codeur/Décodeur Manchester RS485 Rx FPGA MAROC3 Utilisation de 2 paires différentielles (Tx + Rx) Puissance + données + synchronisation Protocole série « maison » entre module et surface Nicolas Dumont-Dayot

16PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Recherche d’un cordon sous-marin pour PMm² PMM2 a besoin d’un lien économique avec la surface 500Km de câble, connecteurs Pression environ 10bars Durée mini 10 ans, maintenance non envisagée Sens descendant : Alimentation de l’électronique et des PM : 30W Transmission de trames de synchronisation (jitter <= 1ns) Sens montant : Données des 16 PM, environ 10Mbps On espère passer tout ca sur 2 paires torsadées (100Base-TX) Jean Tassan

17PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Habia : cat5E, blindage tressé, armé d’aramide : 10 euros/m, mini 500m Mac Artney : ‘4STP data cable ’, 7.25 euros/m (testé au LAPP) Hydrocable Systems : 4.63 euros/m (3 paires), devis pour 2 paires en attente LAPP Kabel : Câble industriel cat5 à surmouler : mini 1000m Nexans : Possibilité de surmoulage sur cable industriel, mini 10000m Etc. Faire un cable sur mesure implique un coût dû qui sera défini en fonction de la quantité commandée. Surmouler un câble standard avec du polyurethane aura aussi un coût, et il faudra tester le vieillissement dans l’eau. D’autre part, il ne contient pas de ‘water-blocking compound’, donc s’il se perce il se remplit d’eau. Différents câbles sur le marché (prix pour m) : Jean Tassan

18PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Différentes solutions pour traverser une cloison de manière étanche Presse-étoupe : Les meilleurs sont étanches à 10m, et pas pendant 10 ans Connecteur moulé : procédé spécial, pas de blocage, doutes sur la durée Pénétrateur : avis partagés chez les spécialistes quant à la durée Connecteur à coque métal: se visse, garanti 30 ans, recommandé par IFREMER Connecteur verre-métal : $$$ Connecteur hybride électrique/optique : prix prohibitif Jean Tassan Prix croissant

19PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Candidats actuels : Mac Artney : 4 paires torsadées 1mm² (prix 100m) connecteur Jupiter métallique 12 points (M+F) Total pour 1 cordon de 100m euros Hydrocable Systems : 3 paires torsadées 0.34mm² (prix 10000m) connecteur Jupiter métallique 7 points (M+F) Total pour 1 cordon de 100m euros Ces prix devraient descendre avec la quantité et avec le 2 paires Hydrocable Nous avons également demandé le prix d’un câble coaxial, bien que le mode de transmission soit beaucoup plus compliqué : Elmeridge : Coax x1 (prix 10000m) Connecteur coaxial Jupiter (M+F) Total pour un cordon de 100m euros Il semble difficile d’utiliser un seul coax, donc prix 1100€ / 100m Jean Tassan

20PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Essais réalisés sur le câble Mac Artney 4588 Jean Tassan Réflexions Pertes d’insertion Diaphonie Mesure Spécification cat. 5

21PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Points à éclaircir Nous n’avons pas encore obtenu d’infos sur une éventuelle pollution de l’eau par le polyuréthane On pourrait faire surmouler un câble industriel, mais ca demande un Investissement (longueur mini), et après, qui et comment réalise-t-on les tests de vieillissement ? Confirmer le choix paire torsadée / coax. Jean Tassan

22PMm² CL 13/12/07 R. Hermel Ce qui reste à faire Choix final câble et connectique Etude de l’influence de l’eau déionisée Electronique de compensation du câble Tests de la chaîne complète Validation transmission / synchro sur architecture finale