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

Glossaire 1/2 TDCs TDC-V4: TDC version Virtex 4 1ère 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 l’inégalité des pas de codage Résolution : qualifie la précision (largeur d’un pic, chiffré par l’écart type) Double hit resolution : temps minimum entre deux hits codés (temps mort de codage, différent du temps d’acquisition)   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 d’interface permettant l’entrée des signaux Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Standards de signaux logiques : Glossaire 2/2 TDCs 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 l’applicatif IP: Intellectual Property, bloc logiciel (sous forme de fichier) réutilisable, dans notre cas d’une voie de TDC, prêt à être intégré dans une configuration FPGA Xilinx Virtex propre à l’utilisateur 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 d’ancienne génération, développé par l’IPNO SMA: standard de connecteur HF coaxial Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

La démarche FPGA TDCs Notre architecture : utilisation d’un composant programmable FPGA (Xilinx Virtex 4) plutôt qu’un Asic Investissement moins couteux Développement moins contraignant Disponibilité Flexibilité: permet de s’adapter aux besoins particuliers de chaque équipe Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Cibles TDCs Voies de TDC  2 cibles Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Bloc IP TDCs IP (Intellectual Property): bloc logiciel réutilisable d’une voie de TDC, prêt à être intégré dans le design FPGA Xilinx Virtex de l’utilisateur Livré IP en Virtex 4 (pas 250 ps) à Orsay Physics IP en Virtex 5 (pas 284 ps) au laboratoire APC En cours IP en Virtex 6: discussion avec l’IPN Envisagé Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Fabrication TDCs 2 cartes de pré-série Compact PCI dont 1 pour Soleil 1ère série de 8 cartes PCI pour INMC, ISMO, … 8 racks d’interface 19 pouces (ISIBox) Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Performances TDCs Pas de codage: 120 ps DNL: +/- 3% Sans lissage de la DNL: log TOF σ = 0,47 pas Pas de codage: 120 ps Plage de codage: 26 bits (8 ms) INL: → 0 2,35 ns Double hit resolution: < 2,5 ns log +/- 1,5% DNL DNL améliorée mais résolution légèrement dégradée (σ = 0,48 pas) lin Avec lissage de la DNL: En cours de caractérisation: pas 60 ps, résolution: 35 ps Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Fonctionnalités disponibles TDCs Actuellement : 16 voies Stops + 1 voie Start Fenêtre d’analyse de 160 ns à 8 ms Mécanisme de lissage de la DNL au détriment d’une moins bonne résolution Codage des Stops arrivant avant le Start (dans une fenêtre définie par l’utilisateur) Modes d’acquisition: Event by Event ou Accumulation ou Acknowledge Host Débits: 650 Kevent/s avec 1 stop /event Fonctionnalités futures: Mode distribué (amélioration temps mort) Plage de codage étendue (> 8 ms) Codage fronts descendants, marquage d’évènement Voie de codage additionnelle Voies de service: débitmètre, échelle, extension d’adresse Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Prix et disponibilité TDCs 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 DTPI 19/06/2012

Discriminateurs Principe Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Discriminateurs But et contexte 2-1 pallier l’obsolescence des DGM0 et DGM1 (discriminateur rapide / autonome / du type Constant Fraction) 2-2 répondre aux besoins de mesure de rafales brèves et très rapides (viser le GHz) 2-3 abandonner progressivement les standards « négatifs » (NIM ; NECL) en faveur de standards « positifs » (LVDS ; PECL) 2-4 proposer des solutions compactes et autonomes de façon à pouvoir s’approcher au plus près du détecteur 2-5 proposer un environnement homogène, du discriminateur au TDC (alim, commande seuil ou durée, regroupement, mécanique) Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012

Discriminateurs Programme LEADING EDGE DISCRIMINATORS nombre de voies 1 2 4/5 8/9 16/18 sortie NIM sortie LVDS 07/2012 fin 2012 entrées : connecteur compact entrées : SMA 09/2012 CONSTANT FRACTION DISCRIMINATORS nombre de voies 1 2 4/5 8/9 16/18 sortie NIM sortie LVDS fin 2012 ? entrées : connecteur compact entrées : SMA Journée Fédération LUMAT – La DTPI 19/06/2012