Entwicklung einer Ausleseelektronik zum Betrieb einer

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1 Entwicklung einer Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs Michael Weber Sabine Blatt Manuel Giffels Gordon Kaussen Martin Killenberg Sven Lotze Joachim Mnich Astrid Münnich Stefan Roth Adrian Vogel III. Physikalisches Institut B DPG Frühjahrstagung Berlin Worldwide Study of the Physics and Detectors for Future Linear + e e _ Colliders Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 1

2 TPC Prototyp Ø = 260 mm pitch = 2.8 mm R = 4.7 MΩ (SMD) U max = 26 kv l drift = 26 cm E max = 1000 V/cm Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 2

3 Die bisherige Ausleseelektronik: Padebene 448 Pads Padgröße: 2,4x6,4 mm 2 Einzeln mit je einem Vorverstärkerkanal verlötet Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 3

4 Die bisherige Ausleseelektronik: Vorverstärker ALEPH Vorverstärker (für Drähte) 16 Kanäle diskret aufgebaut bipolares Signal Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 4

5 Die bisherige Ausleseelektronik: ADCs ALEPH TPDs (für Drähte) 8 Bit Auflösung 12,5 MHz Samplegeschwindigkeit 512 Byte Sampletiefe Fastbus Technologie Auslese mit einem Mac Auslesefrequenz: 0.3 Hz Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 5

6 Anforderungen an die neue Elektronik Ziel sind 512 Kanäle Schnelle Vorverstärker um die Zeitauflösung zu studieren (Signalbreiten bis hinunter zu 50 ns erwartet Kleine Vorverstärker um kleine Pads realisieren zu können Schnelle ADCs um die schnellen Signale auflösen zu können ( 40 MHz) Schnelle Auslese um mit hohen Triggerraten z.b. in Testbeams arbeiten zu können Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 6

7 Testpadebene Ein Vorverstärker 32 Pads in 2 Reihen Padgrösse: 1,27 x 7 mm 2 (1,27 mm = 1/20 Inch = Pitch des Steckers) Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 7

8 Vorverstärker Preshape 32 Vorgänger von Premux & APV Integrierter 32 Kanal Vorverstärker/Shaper Nominelle Anstiegszeit: 45ns Unipolarer Ausgang Benötigt Kabeltreiber um das Signal zu den ADCs zu bringen Der Chip ist auf eine kleine Testplatine gebonded. Verkleinerung für kleinere Pads wäre möglich. Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 8

9 Kabeltreiber Alte 8 Kanal Kabeltreiber zu groß zu heiß unipolar nur wenige verfügbar Neues Design mit 32 Kanälen und Bipolarem Ausgang Prototyp mit einem Kanal wurde getestet, Modell mit 32 Kanälen in Produktion. Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 9

10 Vorverstärker Linearität 500 Peakhöhe des Signals (+) [mv] Daten Fit [50:130] Spannungshub des Pulsers ( ) [mv] Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 10

11 Messungen mit 55 Fe Messungen mit Testpadebene und alten Kabeltreibern 50 MHz 8 Bit VME ADCs (20 Kanäle) 55 Fe Puls Fe Spektrum htemp Entries Mean RMS ADC Counts Data time [x20 ns] Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 11

12 ADCs Einige Kandidaten, die aber noch getestet werden müssen Schrittweises Vorgehen: Zuerst die neuen Vorverstärker mit den vorhandenen ALEPH TPDs benutzen (448 Kanäle) Je ein Exemplar der ADC Kandidaten in dieses Setup integrieren So können die Kandidaten mit den TPDs und untereinander verglichen werden Auswahl des besten Kandidaten für ein komplettes Readout Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 12

13 ADC Kandidaten ADCs vom MPI München (Crystal Ball) VME zur Ansteuerung, Auslese über Lichtleiter 10 Bit 40 MHz 32 Kanäle pro Modul 1 ksample Speichertiefe Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 13

14 ADC Kandidaten ADCs aus Kanada (KOPIO) VME Ansteuerung und Auslese 10 Bit 40 MHz 48 Kanäle pro Modul 1 ksample Speichertiefe Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 14

15 ADC Kandidaten ADCs vom DESY (H1) VME Ansteuerung und Auslese 8 Bit mit nichtlinearer Kennlinie ( 10 Bit effektiv) 100 MHz 16 Kanäle pro Modul 4 ksamples Speichertiefe Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 15

16 Neue Padebene 2240 Pads, die in verschiedenen Anordnungen instrumentiert werden können. Padgröße: 1,27 x 7 mm 2 Vorverstärker sind versetzt angeordnet, um Platz zu sparen. Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 16

17 Zusammenfassung Preshape 32 als Vorverstärker ausgewählt Preshape mit 55 Fe getestet Neuer Kabeltreiber entworfen Prototyp der neuen Kabeltreiber getestet Kabeltreiber mit TPDs betrieben Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 17

18 Ausblick Produktion von ausreichend 32 Kanal Kabeltreibern (Material bestellt) Produktion von ausreichend Vorverstärkerplatinen Produktion der neuen Padebene Benutzung der Vorverstärker mit den TPDs Erste Spuren Test von neuen ADCs Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 18

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