R&D sur les Hautes Tensions frontales  Rappels essentiels et critiques  Cahiers des charges  Travaux et collaboration(s) envisageable(s)?  Planning,

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1 R&D sur les Hautes Tensions frontales  Rappels essentiels et critiques  Cahiers des charges  Travaux et collaboration(s) envisageable(s)?  Planning, moyens requis et requête à la CSP 1 Discussion avec Services Electronique/Microélectronique 28 avril 2009 François Vazeille

2 Rappels essentiels et critiques  2 choix possibles pour l’électronique HT, mais 3 options au total Choix 1: HT frontales (logées dans les Tiroirs)  forcément nouvelle en raison des nouveaux choix de l’électronique Tilecal, avec 2 options: - Option 1: composants du commerce à majorité discrets. - Option 2: réalisation d’un ASIC couvrant une partie des besoins. Choix 2 (Option 3): HT ramenées dans la salle d’électronique (USA15).  recyclage possible de l’électronique actuelle (avec modifications DCS) mais routage de 10 000 câbles (en torons de 48 câbles?).  Comparaison rapide des 3 options Dans tous les cas: DCS via fibres GBT OptionsEncombrementBruitSensibilité Radiations CoûtsCommentaires 1DiscretMoyenMinimumForte~ ATLASChangements notables/ATLAS 2 ASICMinimum InférieureInférieur?Changements encore plus marqués 3USA15MaximumSupérieurAucuneLe plus basChangements moins importants 2

3 From DAC From HV Source HV out Opto coupler  Régulation in-situ  Un chip Optocoupler/voie  HT externe (commune à 48 voies) localisée dans USA15  Boucle marchant en stand-alone, une fois la valeur DAC fixée par l’opérateur via the DCS (… même si le DCS est perdu ou si HV Micro est morte).  Rappels sur le système ATLAS actuel  Elément de base: la boucle de régulation 3 2 transistors pour compenser effets des radiations

4 External HV Opto Internal HV Opto HV Micro LVCAN PC HV PC LVCAN HV Source fLVPS Daisy chain USA15 Internal HV Bus External HV bus Flex Bus HV Distributors of Super-Drawer (6 cards/Super-Drawer)  2 elements principaux: - Source HV Source (USA15) - Distributeurs HV (UX15) + Eléments associés elements et connexions: - CANbus et LVCAN PS (and LVCAN PC) - DCS: HV PC + interfaces CAN - BT (fLVPS) Patch P  Set-up général 4

5 270 Cartes Bus Rigides Internes 270 Cartes Bus Flexibles 270 Cartes Bus Rigides Internes 540 Cartes HT Opto + spares 270 cartes HT Micro + spares Banc Test HT Micro Banc Test HT Opto Alimentations CANbus 4 châssis, 64 modules + spares  Eléments du système frontal 90x1310 mm 2 110x600 mm 2 100x170 mm 2 5 (Pour HT et 2 autres systèmes Tilecal)

6  Les critiques et améliorations possibles Remarques: - Les améliorations possibles ne sont pas toutes liées aux critiques, elles peuvent provenir de la nouvelle conception des Tiroirs et/ou des progrès technologiques. - Toutes ne sont pas utiles selon les options.  Sensibilité aux radiations de certains composants En particulier: Optocoupleurs  Résolu partiellement avec transistors d’appoint. Vrai? … peut-être pas!  Besoin des premières mesures réelles de radiation dans ATLAS afin de juger de la qualité des facteurs de sécurité actuels.  La qualité de certains composants En particulier: résistances HT Problème résolu avec composants plus chers … ou nouveaux?  Plus généralement, la qualité de la fabrication des cartes produites: il y aurait beaucoup à dire! Exemples: Problèmes de lavage, de soudures… mais problème résolu … en choisissant de meilleurs fournisseurs.   Noise Killers  placés sur des mini-cartes spéciales et pas partout. 6

7  Certains choix technologiques: - Les cartes HV Bus flexibles ou les dimensions inhabituelles des HV Bus rigides. - Le nombre de cartes différentes associées en série, avec interconnexions… Problème résolu en retenant le nouveau concept de Tiroirs indépendants fonctionnant en parallèle.  Meilleure optimisation des circuits - Sensibilité à l’humidité. - Meilleure conception de la répartition des masses.  Sensibilité à l’environnement et aux manipulations: humidité (ci-dessus), poussières, débris, transport… Problème mieux résolu avec rajout d’un capot protecteur (Envisagé, puis abandonné).  Mise hors-circuit de 12 voies à la fois et non pas individuelles. C’était déjà pas mal … mais on pourrait mieux faire: Plus cher, consommation accrue  modifications Source HT.  Dépendance vis à des Basses Tensions. Améliorations: - Moins de BTs, bien que 3 n’étaient pas prohibitifs. - Régulation locale: préconisée dans le nouveau concept de l’électronique. 7

8  Utilisation du CANbus et d’un protocole maison pour le DCS, et non pas d’un software standard (Il n’était pas possible de faire autrement). Améliorations: Utilisation préconisée de fibres GBT dans la nouvelle électronique.  L’absence de liaisons directes entre système HT et Système BT. Amélioration: conception plus globale préconisée par sATLAS.  Stockage dans le Hardware (EEPROM) des constantes de calibration. Améliorations: Tirer partie des progrès (voir plus loin). 8

9 Cahiers des charges  Spécifications générales communes à toutes les options.  Autres spécifications détaillées selon les options, mais application des nouveaux concepts sur l’électronique: Tiroirs indépendants, moins de cartes, régulations in-situ, DCS via GBT…  Dans l’Option 2, mettre dans l’ASIC le maximum de fonctionnalités, mais seront exclus tous les éléments HT (Optocoupleurs, résistances HT…). 9

10 Spécifications générales ATLASsATLAS PolaritéNégativeIdem HT Moyenne et Gamme de régulation 680 V ~550-900 V Idem Stabilité régulation  (HV) < 0.5 V Obtenu: ~quelques 0.1% Idem Bruit sur partie ReadoutMinimum (non spécifié), mais minimisé car proche du PMT Obtenu: la moitié du bruit électronique total. Idem Sauf solution USA15 probablement plus bruyante. Consommation/canal~300 mAFonction de la R&D Ponts Diviseurs Nombre de canaux/ Super-Tiroir 48 maxDépendant du concept des Tiroirs Nombre total de canauxLB: 45 x 64 x 2 = 5760 EBA + EBC: 32 x 64 x 2 = 4096 Total: 9856 + spares Idem RadiationsVoir Tableaux dans autres documents et règles pour 10 ans à L= 10 34 cm -2 s -1 10 fois plus Champ magnétique résiduelVoir Tableaux dans autres documentsIdem HT SourceLocalisée dans USA15 et délivrant 2 valeurs: - 830 V, -950 V Idem ou améliorées Sondes de températureSur toutes les cartes HT + Tiroirs + 1PMT Block/Tiroir + 1 Readout Idem ServicesEn série pour 2 tiroirsEn parallèle ou à revoir pour Option 3 DCSPartie prenante du DCS Tilecal Accessible via USA15 et au-dessus Idem 10

11 SpécificationsOption 1 (Discret)Option 2 (ASIC)Option 3 (USA15) Implantation régulationTiroirsIdemNouveaux Racks USA15 (2?) Système de régulationBoucle Opto mais sans MxIdem, ce qui n’est pas ASICRecyclage max ATLAS Test de radiationOui Aucun Composants fragiles Résistances HT, DAC… Nouveau choixIdem, ce qui n’est pas ASICIdem et remplacement Cartes fragiles Lavage, soudures... Nouveau choix CieIdemRénovation quand nécessaire Cartes HV Bus RigidesSuppriméesIdemRemplacées par nouvelles cartes de dimensions inférieures placées dans les Tiroirs avec des composants passifs? Cartes Bus FlexiblesSuppriméesIdem Noise killersSur chaque voie et implantés sur HV OptoIdemQuel est le meilleur emplacement? Nouvelles cartes HV Bus avec seulement composants passifs sauf sondes  ? Cartes HV Opto Résistances HT DAC et ADC 1/boucle (au lieu de 2) 1 de chaque/boucle (au lieu de 2) Microcontrôleur implanté sur HT Opto Idem, ce qui n’est pas ASICInchangées, sauf qq composants Cartes HV MicroSuppriméeIdemInchangées, sauf qq composants Optimisation des circuits: - Humidité - Masses A réaliser (Air sec)IdemInchangée Mais air sec dans Racks Protection environnementCapot de protectionIdemProtection facile dans Racks Coupure HVPar canal mais impact sur HT Source IdemInchangées: 12 voies. Basses Tensions2 externes + régulations localesIdemInchangées Mais nouvelles BTs USA15 (Commerce?) DCSFibres GBTIdem Interlock direct HT-BTOuiIdemInchangées ou sur nouvelles cartes BUS Constantes calibrationAutres solutionsIdemInchangées ou autre solution HT SourceA revoirIdemInchangées ou améliorées 11

12 Commentaires: autre(s) solution (s) pour les Constantes de calibration - Paramètres dans Data Base DCS. - Paramètres dans mémoires FLASH du µC (Sauf Option 3). - Mémoires FLASH dédiées sur les cartes (Sauf Option 3). 12

13 Travaux et collaboration(s) envisageable(s)?  Sur quelles parties? Proposition: examiner les 3 options, sachant que BT et HT Sources sont exclues de nos travaux, ou uniquement Options 2 et 3.  Avec les Laboratoires travaillant sur BT (Prague + USA) + et HT Source (Prague) + le CERN.  Etat des contacts:  Prochaines actions? Pas encore de contacts  Discussions présentes au LPC. - Faire nos choix. - Contacter d’autres laboratoires. - En aviser la Collaboration. 13

14 Planning, moyens requis et requête à la CSP  A discuter aujourd’hui, avant de solliciter la CSP du laboratoire.  Planning à affinerCelui du Tilecal … mais respectant: LoI et IMoU ATLAS en 2010, TP en 2011-2012 et début de la production en 2012-2013. 14  Moyens financiers pour 2009 et 2010?  Moyens humains pour 2009 et 2010? ?  Date de soumission à la CSP?