Michael Weber - Server der Fachgruppe Physik der RWTH Aachen

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 

4.3. - 9.3. 2005 Berlin 

Worldwide Study of 

the Physics and Detectors 

for Future Linear 

+ e e Colliders 

_ 

Michael Weber Ausleseelektronik zum Betrieb einer TPC mit GEMs 1

TPC Prototyp 

Ø = 260 mm 

pitch = 2.8 mm 

R = 4.7 MΩ (SMD) 

Umax = 26 kV 

ℓdrift = 26 cm 

Emax = 1000 V/cm 


Die bisherige Ausleseelektronik: Padebene 

� 448 Pads 

� Padgröße: 2,4x6,4 mm 2 

� Einzeln mit je einem 

Vorverstärkerkanal verlötet 


Die bisherige Ausleseelektronik: Vorverstärker 

� ALEPH Vorverstärker (für Drähte) 

� 16 Kanäle 

� diskret aufgebaut 

� bipolares Signal 


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 


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 


Testpadebene 

� Ein Vorverstärker 

� 32 Pads in 2 Reihen 

� Padgrösse: 1,27 x 7 mm 2 

(1,27 mm = 1/20 Inch 

= Pitch des Steckers) 


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. 


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. 


Vorverstärker Linearität 

Peakhöhe des Signals (+) [mV] 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

Daten 

Fit [50:130] 

0 50 100 150 200 250 300 

Spannungshub des Pulsers (−) [mv] 


Messungen mit 55 Fe 

ADC Counts 

� Messungen mit Testpadebene 

und alten Kabeltreibern 

� 50 MHz 8 Bit VME ADCs (20 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

Kanäle) 

Data 

55 Fe Puls 

0 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 

time [x20 ns] 

16000 

14000 

12000 

10000 

8000 

6000 

4000 

2000 

55 Fe Spektrum 

htemp 

Entries 247179 

Mean 666.8 

RMS 214.4 

0 

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 


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 


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 



ADCs aus Kanada (KOPIO) 

� VME Ansteuerung und Auslese 

� 10 Bit 

� 40 MHz 


� 1 kSample Speichertiefe 



ADCs vom DESY (H1) 

� VME Ansteuerung und Auslese 

� 8 Bit mit nichtlinearer Kennlinie (∼10 Bit effektiv) 

� 100 MHz 


� 4 kSamples Speichertiefe 


Neue Padebene 

� 2240 Pads, die in 

verschiedenen Anordnungen 

instrumentiert werden können. 

� Padgröße: 1,27 x 7 mm 2 

� Vorverstärker sind versetzt an- 

geordnet, um Platz zu sparen. 


Zusammenfassung 

� Preshape 32 als Vorverstärker ausgewählt 

� Preshape mit 55 Fe getestet 

� Neuer Kabeltreiber entworfen 

� Prototyp der neuen Kabeltreiber getestet 

� Kabeltreiber mit TPDs betrieben 


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 - Server der Fachgruppe Physik der RWTH Aachen

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