Ausleseelektronik für die Large- Prototype-TPC des ILC mit Zeit/Digitalwandlern von Oliver Schäfer Vortrag zur DPG Frühjahrstagung (05. bis 09. März 2006,

Ausleseelektronik für die Large-Prototype-TPC des ILC mit

Zeit/Digitalwandlern

von Oliver Schäfer

Vortrag zur DPG Frühjahrstagung (05. bis 09. März 2006, Heidelberg), Sitzung T509

Universität RostockDESY Hamburg EUDET Projekt

2

Überblick

• Large-Prototype-TPC• Ausleseelektronik mit Zeit/Digitalwandlern• Test-Equipment

3

Setup der Large-Prototype-TPC

1.2 Tesla-Magnet Feldkäfig

Endplatte mit Padebene

Ausleseelektronik I

Ausleseelektronik II

LCIODateien

4

Zeitprojektionskammer (TPC)

• Padposition x, y• Driftzeit z-Koordinate• Ladung Verbesserung x, y sowie zur Teilchenidentifikation

5

Ausleseprinzipien für TPCs

• Zwei Grundprinzipien für TPC-Ausleseelektronik:– Flash ADC: digitalisiert Kurvenform

– Ladungs-Zeit-Wandlung: liefert Q und tStart

• Ziel: Q und tStart

• Analoge Ladungsmessung

• Q-t-Wandlung bei TPCs zum ersten Mal bei DESY*

* A. Kaukher: „A study of readout electronics based on TDC for the international linear collider TPC detector“, IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 (2006) p. 749

6

Unser Aufbau I (Allgemeines)

• Etwa 1000 Kanäle für LP-TPC• LP-TPC-Padgröße: 1 mm × 4…6 mm• Möglichst steckkompatibel mit FADCs der

Universität Lund Zweiteiliges System für Ladungsmessung

und Digitalisierung

7

Unser Aufbau II (ASDQs)

• Verstärker, Shaper, Diskriminator und Q-t-Wandlung

• Ladungsmessung liefert Rechteckpuls entsprechender Dauer

• 8 Kanäle pro Chip• 12 mm × 12 mm• Nominell 0.3 fC … 120

fC mit ca. 10 % Genauigkeit

8

Unser Aufbau III (HPTDCs)

• High Performance Zeit/Digitalwandler

• TDC ist prinzipiell „Stoppuhr“

• Vielzweck-TDC vom CERN• 32 Kanäle• 27 mm × 27 mm • Zeitmessung 105 µs mit

781 ps• Kommerzielle Module

erhältlich Foto: CAEN

Bild: CERN Electronics Group

9

Unser Aufbau IV (Konzept)

• „klassischer“ VME-Ansatz

• Vorverstärkerplatinen• Signale über Kabel zum

VME-TDC• Erfahrungen

vorhanden, aber viele Kabel

10

Unser Aufbau V (Platine)

• Platinen direkt auf Endplatte gesteckt

• Kurze Leitungen, aber Scherkräfte an Steckern

• 32 Kanäle Breitenbeschränkung: 32 mm (bei 1 mm Padbreite)

• Dicke 4…6 mm, Länge „frei“

11

Weiterentwicklung

• Zukünftiger Ansatz:• Vorverstärker- und

TDC-Chips auf einer Leiterplatte

• Spart kritische Kabel• Birgt mehr Risiken in

der Entwicklung • Mischung analoger und

digitaler Signale• Entwicklung geplant ab

Ende 2007

12

Test-Equipment

• Nach Fertigstellung muss Elektronik getestet werden:

• Pulsgenerator für rein elektronische Tests• Testkammer für praxisnahe Signale:

– Funktionstests– Störsignalverhalten– Bedienung und „Handling“

13

Die UNIMOCS*-Testkammer

• Material: Aluminium• Abmessungen:

– soll in 5 T- Magnet (28 cm ø) passen– Vorerst kein Feldkäfig: etwa 3 cm Driftstrecke für 10 cm GEMs

• Modulares Design, um Änderungen zu vereinfachen• Design umfasst größeren Betriebsparameter-Raum

(Druck, Spannung), um flexibel einsetzbar zu sein• Auswechselbare Pad-Ebenen für verschiedene Elektronik • Besonderes Augenmerk liegt auch auf Dichtung, um

Gaseigenschaften kontrolliert untersuchen zu können

*) UNIversal MOdular Chamber-System

Einige Eindrücke …

15Gesamtansicht

16Innenansicht

17Detail Kathode

18Innenansicht

19Schild & GEMs

20Ausleseturm

21

Zusammenfassung und Ausblick

• Ziel: 800-1000 Kanäle Ende des Jahres• Höher integrierter Aufbau erfolgt danach• UNIMOCS-Testkammer wird derzeit

gefertigt• Kabel werden auf Eignung getestet• Momentan liegen wir im Zeitplan

Vielen Dank!