Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 1 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Production Readiness Review LHCb – Calorimètre,

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1 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 1 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Production Readiness Review LHCb – Calorimètre, Orsay Jeudi 29 novembre 2001 I. Les performances : a. Faisceau test (CERN) b. Banc test (LAL) II. Les irradiations : CPO, GANIL

2 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 2 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France I. Les Performances

3 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 3 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Les perfomances : Faisceau Test (CERN) Mesures effectuées dans la zone d’expérience X7 du CERN : Electrons, Pions et Muons à des énergies jusqu’à 100 GeV Cellules du ECAL / HCAL instrumentées en faisceau Acquisition des particules en coïncidence (5ns) avec horloge à 40MHz Position en temps des particules dans la fenêtre de 5ns (TDC) Fibre – PM (signal) ADC Lecroy Carte Front-End Deux mesures simultanées de l’ énergie : Comparaison

4 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 4 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Comparaison Front-End vs ADC Lecroy

5 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 5 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Mesure de la pente Mesure de la pente ECAL / HCAL : sur le plateau pour différents types de fibres 1 ns Variations inférieures à 1% pour ECAL et HCAL sur quelques ns Les trois types de fibres donnent des résultats compatibles

6 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 6 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Lecroy ADC RMS des mesures : ECAL On observe une dispersion des mesures de l’ordre de 0.5%

7 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 7 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Lecroy ADC RMS des mesures : HCAL Dispersion de l’ordre de 1 à 2% > RMS (ECAL) nombre de photoélectrons

8 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 8 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Lecroy ADC Non linéarités : ECAL ADC Lecroy Fast Electronics ~ 1.5%

9 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 9 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Lecroy ADC Non linéarité : HCAL Lecroy ADC Fast Electronics ~ 2%

10 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 10 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, FranceConclusions La pente est stable pour différents intervalles en temps (1%) Mesures de RMS ECAL/HCAL : OK (0.5% / 1-2%) Non-linéarités observées : Forme du signal en fonction de l’amplitude non-linéarité de l’ADC Lecroy Utilisation de la courbe de calibration de l’ADC  correction négligeable non-linéarité de l’ampli Non-linéarité de l’électronique rapide

11 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 11 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Les performances : Banc Test (LAL) Générateur (signaux) 8x « Timer » Générateur de Portes Horloge Trigger (retard) coïncidence Acquisition (MacIntosh) 10 échantillons successifs à 40MHz 4 voies en « spy » Atténuateur

12 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 12 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Mesures de linéarité <1% Saturation Aucune non-linéarité observée Dernier point un peu haut : dû à la saturation de l’ADC 12 bits

13 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 13 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, FranceDiaphonie Difficulté de ces mesures à 40MHz: front montant et descendant du signal très proche diaphonie très faible et liée à la mesure entre les deux fronts

14 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 14 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Mesures de bruit

15 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 15 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Mesures de bruit Utilisation des 10 échantillons successifs enregistrés à 40MHz Aucun signal n’est injecté Premier échantillon sert de piedestal (soustrait) Bruit mesuré après 25, 50, …, 225 ns Bruit incohérent (  2  t)  2 (t) = 0.60 + 0.02 x t ADC 2 Bruit cohérent (  t)  (t) = 0.08 + 0.5 x 10 -2 x t ADC Extrapolation à un cluster 3 x 3 : Bruit incohérent : 3.5 ADC Bruit cohérent : 2.4 ADC bruit de l’ADC

16 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 16 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Corrélation entre voies Voie i Voie j 1 16 corrélation 25 ns 100 ns 50 ns 200 ns Corrélation Anti-corrélation Analyse des corrélations sur 16 échantillons successifs 160 échantillons 10

17 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 17 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, FranceConclusions La non-linéarité ne provient pas de l’électronique saturation de l’ampli (  ADC Lecroy) forme du signal Estimation des bruits cohérent et incohérent : 3.5 (incohérent) et 2.4 (cohérent) ADC pour un cluster 3x3 Origine du bruit cohérent : Identifiable avec 160 échantillons (10 actuellement) ?

18 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 18 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France II. Les Irradiations

19 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 19 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Les problèmes potentiels Problèmes liés à la dose accumulée: Création de pairs « électron-trou » Déplacement des atomes du réseau Le flux de neutrons est important au niveau des racks : Problèmes liés au passage d’une particule : SEL : un court-circuit peut détruire le composant Particules (cm -2.an -1 ) Zone de l’électronique environ 100 rad/an au niveau des racks Composant standard supporte des krads Z=12,3m

20 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 20 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Flux de particules Flux estimé dans la région de l’électronique: A partir d’un échantillon MC Autour du point de plus haut flux dans cette région Pour une forte luminosité L=5x10 32 cm -2.s -1 MeV -1.cm -2 Energy Cinétique (MeV) Origine : Calorimètre Origine : Pt d’interaction

21 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 21 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Test du 29 juin Energie déposée par les protons sur leur trajet Le Centre de Proton Thérapie d’Orsay: E c =200MeV Flux = 10 8 protons.cm -2.s -1 Profil du faisceau Extrapolation CPO  LHCb: Dose : Proton (200 MeV)  4 MeV.g -1.cm -2  6.5 rad.s -1 SEL : 1 année LHCb  70 secondes au CPO ø=4cm Résistance de l’intégrateur : Dose et SEL

22 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 22 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Le système Carte montée sur une extension (faisceau à 20 cm du crate) 2 collimateurs du CPO à  20 cm devant la carte 1 collimateur lié au crate afin de protéger les composants situés près des intégrateurs Acquisition : runs de Piedestal (pas de signal) runs de calibration (signal généré sur la carte même) courants d’alimentation des intégrateurs mesurés … dans une autre pièce à 35 mètres : Dans la zone d’irradiation: CPO Coll ø=4cm Coll ø=3cm Carte SVCC trigger clock (35m) Acquisition (MacIntosh) (35m) Mesure des courants Alim. Crate 9cm 3.3cm

23 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 23 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, FranceRésultats ComposantDurée de l’Irradiation (sec)Dose (krad)SEL Equiv LHCb (années) #1 3479 (  1h) 22.649.7 #2 1643 (  ½h) 10.723.5 #3 1896 (  ½h) 12.327.1 #4 1800 (  ½h) 11.725.7 1.Pas de variation significative du courant 2.Pas de variation du bruit 3.Bonnes mesures du signal (runs de calibration) 4.Les quatres composants sont utilisés depuis Aucun problème rencontré avec les intégrateurs Forte irradiation mais petite statistique : Il est nécessaire de faire d’autres tests avec plus de composants irradiés (Ø=10.cm) Dose / SEL Intégrateurs Un total de 125 années testées sans Latchup (SEL)

24 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 24 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Comportement de l’acquisition Intégrateur FPGA RAM Spy OK! Faux ! Résolu après rechargement des RAMs / FPGAs Aucun dommage pour la carte/les chips L’électronique d’acquisition n’était pas l’objet du test était éloignée de 10 cm à 50 cm du faisceau nous a causé beaucoup de problèmes Diagnostiques: Messages d’erreurs (acquisition) Mauvaises mesures (sortie RAM) Le problème n’est pas dû à l’intégrateur (Spy OK) :

25 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 25 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Prochain test au CPO L’intégrateur : …  10 cm Mesure du courant débité Efficacité relative de ce test Fragment ionisant : SEL Probabilité faible ! proton Si Test au Ganil (ions lourds) : on envoie directement le fragment ionisant

26 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 26 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Le Ganil Deux périodes de faisceau prévues en décembre 2001 Test SEL : ions lourds doivent traverser le plastique qui recouvre le silicium déposer un LET au moins égal à 13-15 MeV.mg -1.cm -2 de l’ordre de 15-20 MeV.mg -1.cm -2 Le Krypton à 60MeV/A remplit ces conditions Flux de 10 4 à 10 5 (ajustable) Energie (Kr) 60MeV/A 3h + 5h20 de faisceau cumulé en deux périodes 1ère période : test des ASIC (LAL+Clemont-Ferrand) 2nd période : RAM, FPGA(Xilinx, Actel), Sérialiseurs

27 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 27 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, FranceLET Plastique Silicium

28 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 28 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, France Dispositif envisagé faisceau Absorbeur Vérin Support vérin Porte échantillon Baguette (vissée) carte connecteur Plaque Support vérin <27cm ! 3cm Tube à vide Porte échantillon Connecteur Carte (2 composants) 15.8 cm

29 Orsay, le 29 novembre 2001Frédéric Machefert 29 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (IN2P3-CNRS) Orsay, FranceConclusion Test CPO : L’intégrateur s’est bien comporté pendant le test SEL mais les tests SEL souffrent du manque de statistique (intérêt des faisceaux d’ions lourds) Prochains tests : Intégrateur (plus de statistique) RAMs/FPGAs Test des protections SEU/SET Le système d’acquisition du test a eu des vapeurs Fonctionnement normal de l’acquisition du test à 40MHz  Définition d’une géométrie adaptée. Test GANIL : Irradiation (Krypton) des ASIC et des composants digitaux.