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Auslesekette eines hochauflösenden SiPM-Hadronkalorimeters für den Linear Collider

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Auslesekette eines hochauflösenden SiPM-Hadronkalorimeters für den Linear Collider - PowerPoint PPT Presentation


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André Welker Bruno Bauss , Volker Büscher, Reinhold Degele , Sascha Krause, Yong Liu, Lucia Masetti, Chau Phi, Uli Schäfer, Rouven Spreckels , Stefan Tapprogge , Rainer Wanke. Auslesekette eines hochauflösenden SiPM-Hadronkalorimeters für den Linear Collider.

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Presentation Transcript
auslesekette eines hochaufl senden sipm hadronkalorimeters f r den linear collider

André Welker

Bruno Bauss, Volker Büscher, Reinhold Degele, Sascha Krause, Yong Liu, Lucia Masetti, Chau Phi,

Uli Schäfer, Rouven Spreckels, Stefan Tapprogge, Rainer Wanke

Auslesekette eines hochauflösenden SiPM-Hadronkalorimeters für den Linear Collider

77. DPG Frühjahrstagung

TU Dresden, Mrz. 04, 2013

i nternational l inear c ollider ilc

International Linear Collider (ILC)

Kavität

Strahl

Strahl

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

2

i nternational l arge d etector ild

HCAL

Eisen-Joch

Spule

ECAL

International Large Detector (ILD)

LDA

TPC

Strahl

15m(Größenverhältnis wie CMS)

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

3

i nternational l arge d etector ild1

HCAL

Eisen-Joch

Spule

ECAL

International Large Detector (ILD)

LDA

TPC

Strahl

15m(Größenverhältnis wie CMS)

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

3

i nternational l arge d etector ild2

HCAL

Eisen-Joch

Spule

ECAL

International Large Detector (ILD)

LDA

TPC

Strahl

15m(Größenverhältnis wie CMS)

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

3

auslesekette

Übersicht:

Auslesekette

DIF: Detektor Interface

LDA: Datenaggregator

ODR: Datenschreiber

Takt- und Kontrollkarte

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

4

die takt und kontrollkarte ccc

Funktion:

  • HoheTaktstabilitätimgesamtenDetektor
  • Konfigurationsinterfaceüber Ethernet
    • ZurEinstellungunterschiedlicher Running-Modi
    • Für Feedback-Funktionen

Die Takt- und Kontrollkarte (CCC)

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

5

altes ccc version am tb

FPGA-Kontrolliertes CCC-Board:

Hier neues CCC einfügen

CCC am Testbeam (Front):

Altes CCC-Version am TB

CCC am Testbeam (Draufsicht):

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

6

das ccc

6U-VME Fan-Out Board:

1. CCC-Board:

Das CCC

SYNC

ASYNC

USER

TTL IN

ETH

TTL OUT

Zedboard

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

7

fan out

6U-VME Fan-Out Board:

2. Fan-Out Boardlayout:

Fan-Out Board am Testbeam:

Fan-Out

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

8

betriebs zust nde

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

42

62

Test-mode

ILC-mode

Testbeam-mode

Test-mode

U

Betriebs-Zustände

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

9

betriebs zust nde1

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

42

62

ILC-mode (TB Datenkontrolle)

TB-Modus: Konfig. Auslesezeit

TB-Modus: Konfig. Datenrate

Test-Modus

U

Betriebs-Zustände

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

9

betriebs zust nde2

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

42

62

ILC-mode (TB Datenkontrolle)

TB-Modus: Konfig. Auslesezeit

TB-Modus: Konfig. Datenrate

Test-Modus

U

Betriebs-Zustände

Starte, bei fallender Spill-Flanke

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

9

betriebs zust nde3

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

42

62

ILC-mode (TB Datenkontrolle)

TB-Modus: Konfig. Auslesezeit

TB-Modus: Konfig. Datenrate

Test-Modus

U

Betriebs-Zustände

Starte, bei fallender Spill-Flanke

Stoppe, bei steigender Spill-Flanke

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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betriebs zust nde4

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

NurBusy:

42

62

ILC-mode (TB Datenkontrolle)

TB-Modus: Konfig. Auslesezeit

TB-Modus: Konfig. Datenrate

Test-Modus

U

Betriebs-Zustände

Starte, bei fallender Spill-Flanke

Stoppe, bei steigender Spill-Flanke

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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betriebs zust nde5

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

Nur Busy:

NurBusy-Änderung:

42

62

ILC-mode (TB Datenkontrolle)

TB-Modus: Konfig. Auslesezeit

TB-Modus: Konfig. Datenrate

Test-Modus

U

Betriebs-Zustände

Starte, bei fallender Spill-Flanke

Stoppe, bei steigender Spill-Flanke

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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betriebs zust nde6

VierHaupt-Modi und 13 Befehle:

(z.B. Status, manueller Trigger, fallendeFlanke, Reset)

Nur Spill:

Nur Busy:

Nur Busy-Änderung:

Spill und busy:

42

62

ILC-mode (TB Datenkontrolle)

TB-Modus: Konfig. Auslesezeit

TB-Modus: Konfig. Datenrate

Test-Modus

U

Betriebs-Zustände

Starte, bei fallender Spill-Flanke

Stoppe, bei steigender Spill-Flanke

62

42

42

62

62

x

42

62

62

42

t

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

9

messungen

HierTaktmessungen des CCC mit FAN-OUT alle 8 Kanäle

Messungen

Keine Vorhanden….

CCC ist in Frankreich…

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda

HCAL

ILD und das LDA

LDA

15m(Größenverhältnis wie CMS)

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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auslesekette1

Übersicht:

Auslesekette

DIF: Detektor Interface

LDA: Datenaggregator

ODR: Datenschreiber

Takt- und Kontrollkarte

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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auslesekette2

Übersicht:

Auslesekette

DIF: Detektor Interface

LDA: Datenaggregator

ODR: Datenschreiber

Datenaggregator

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda1

32Segmente(16inφ,2inz)

ILD und das LDA

  • Kalorimeter im Magneten
  • 48Lagen pro halben Oktant
  • 6*3 PCBsproLage, 2592 Kanäle
  • →8 Millionen Kanäle im AHCAL

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda2

ILD barrel :

ILD und das LDA

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda3

ILD barrel :

ILD und das LDA

  • Auslesen von 2 HCAL Segmenten
    • 96 Lagen müssen
    • ausgelesen werden

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda4

HCAL Kabelkanal mit Kühlrohren

ILD barrel :

ILD und das LDA

  • Auslesen von 2 HCAL Segmenten
    • 96 Lagen müssen
    • ausgelesen werden

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda5

HCAL Kabelkanal mit Kühlrohren und TPC-Kabel

ECAL Kabelkanal

ILD barrel :

ILD und das LDA

  • Auslesen von 2 HCAL Segmenten
    • 96 Lagen müssen
    • ausgelesen werden

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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ild und das lda6

HCAL Kabelkanal mit Kühlrohren und TPC-Kabel

ECAL Kabelkanal

ILD barrel :

ILD und das LDA

  • Auslesen von 2 HCAL Segmenten
    • 96 Lagen müssen
    • ausgelesen werden

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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position des ldas

LDA integriert in den Kabelkanal:

Hier aktuelles LDA einbinden

Position des LDAs

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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aktiv und passiv

Bestehendaus 4 Teilen:

  • Dreipassive PCBs:
      • Die 96 HDMI-Konnektorenbefindensich auf diesen PCBs.
  • EineaktivePCB:
  • für Tests und schnelleReparaturenist der aktiveTeilalsTochtermodulgehalten.

Aktiv und Passiv

Lösung:

LDA mit Star-Flex-Kabel:

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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aktiv und passiv1

Bestehendaus 4 Teilen:

  • Drei passive PCBs:
      • Die 96 HDMI-Konnektorenbefindensich auf diesen PCBs.
  • Eineaktive PCB:
  • für Tests und schnelleReparaturenist der aktiveTeilalsTochtermodulgehalten.

Aktiv und Passiv

Lösung:

LDA mit Star-Flex-Kabel:

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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slide31

Aktiv und Passiv

  • Bestehendaus 4 Teilen:
  • Drei passive PCBs:
      • Die 96 HDMI-Konnektorenbefindensich auf diesen PCBs.
  • Eineaktive PCB:
  • für Tests und schnelleReparaturenist der aktiveTeilalsTochtermodulgehalten.

Lösung:

LDA mit Star-Flex-Kabel:

Mittel-Modul

linker Flügel

rechter Flügel

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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Neue Leiterplatte hier hinein?

PassivePCBs:

1. Flügelmit 18 HDMI-Konnektoren:

LDA

450mm

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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slide33

LDA

PassivePCBs:

2. Mittel-Modulmit 12 HDMI-Konnektoren:

DATA/BUSY

DATA/BUSY

TRIG/CLK/DATA

TRIG/CLK/DATA

400mm

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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slide34

LDA

Neue Leiterplatte hier hinein?

Passive PCBs:

3. FPGA Mezzanine:

Mars-ZX3

Zync

110mm

  • Erste Tests mitdemneuenZynqProzessor auf dem Mars-ZX3 PCB:
    • New Xilinx FPGA/processor (108 I/Os), needed 490

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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lda hardware
LDA-Hardware
  • Tochter-Modul

FPGA

FPGA

FPGA

FPGA

RJ45

80mm

MARS

SD

HDMI-CCC

280mm

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

9

lda hardware1
LDA-Hardware
  • Mittel-Modul

30 HDMI-Connector

99mm

390mm

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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anfallende datenmenge

Daten:

1 SPIROC max. 18696bits (8bits ID, 256bits Zeitstempel, 9216bits TDC, 9216bits Daten)

Anfallende Datenmenge

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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anfallende datenmenge1

Daten:

1 SPIROC max. 18696bits (8bits ID, 256bits Zeitstempel, 9216bits TDC, 9216bits Daten)

Pro Reihe max. 24 SPIROCs

Anfallende Datenmenge

Strahlstruktur:

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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anfallende datenmenge2

Daten:

1 SPIROC max. 18696bits (8bits ID, 256bits Zeitstempel, 9216bits TDC, 9216bits Daten)

Pro Reihe max. 24 SPIROCs

Max. 3 Reihen  72 SPIROCs pro DIF  1346112 bits (pro 200ms)

 829,9kB/s

 96 x 829,9 kB/s max. 100MB/s mit 1GBit Ethernet

 77,03MB/s maximal anfallende Datenmenge

Anfallende Datenmenge

Strahlstruktur:

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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HBU 2013 Mai TB (DESY)

DAQ HCAL (Ethernet)

Strahl

Strahl-Stop

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zusammenfassung

Struktur:

  • CCC: Die Takt- und Kontrollkarte sichert
    • den Kalorimetern einen stabilen, verzögerungsfreien Takt im gesamten Detektor zu
    • die Steuerung der Auslesekette über verschiedene Befehle?
  • LDA: Der Datenaggregator sichert
    • die verzögerungsfreie Taktweitergabe an die einzelnen Kalorimeterlagen
    • die parallele Auslese der 96 Hadronkalorimeterlagen pro Oktant, sowie die Übertragung der Daten über einen Gigabit-Uplink an den Datenspeicher.

Zusammenfassung

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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slide42

GibtesFragen?

IchbedankemichfürIhreAufmerksamkeit!

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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backup

Backup

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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backup1

Backup

André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013

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