TPC Large Prototype: Vers les 7 modules Micromegas

1. RD51 TPC Large Prototype:Vers les 7 modules Micromegas SOCLE 2009 D. Attié, P. Baron, D. Calvet, P. Colas, C. Coquelet, E. Delagnes, M. Dixit, A. Le Coguie, R. Joannes, S. Lhénoret, I. Mandjavidze, M. Riallot, S. Turnbull, Yun-Ha Shin, W. Wang, E. Zonca • But : équiper les 7 places de l’endplate avec des modules µM • conserver la puce AFTER • faire l’intégration complète • utiliser la feuille résistive optimale • Production semi-industrielles • Développement du soft en //

2. ILC-TPC Continuous 3D tracking in a large gaseous volume with O(100) space points. ILC-TPC (ILD concept) Large prototype under test at DESY P. Colas - Micromegas 7 modules

3. Micromegas module 5 modules différents ont été fabriqués et testés (ou vont l’être bientôt): 1 standard, 1 encre résistive, deux kapton au carbon, un routage différent. Résultats très satisfaisants (voir présentation de D. Attié) Choix de la meilleure technique. Puis construction d’une petite série (9 modules), avec le banc test T2K au CERN pour le suivi de la production. Technologie ‘Bulk’ (CERN-Saclay) avec anode résistive (Carleton) P. Colas - Micromegas 7 modules

4. Routage du PCB On garde la même géométrie de pads. On refait le routage pour s’adapter à des nouveaux connecteurs 300 point. (On s’attend à diviser le bruit par 2: 1500 e- -> 800 e- par pad) Le but est d’avoir l’électronique à plat derrière les modules Routage à 4 couches (CERN) et à 6 couches (Saclay) 24x72 pads, 2.7-3.2 mm x 7 mm P. Colas - Micromegas 7 modules

5. Front End Card Similaires à celles de T2K (4 puces AFTER, 4x72 channels) mais dans beaucoup moins de place. Dans T2K, les FECs sont perpendiculaires au plan des pads. Beaucoup d’espace est pris par la protection (doubles diodes, capa de découplage et résistances série) : évitable pour ILC, la feuille résistive protège. Tests en cours pour optimiser ces protections. Aussi beaucoup d’espace pris par le packaging (le silicium fait 7x7mm au lieu de 20x20 for the packaging). Les ADC (un pour 4 puces) peuvent aller sur la FEM (un pour les 24 puces) Connector to the FEM Connectors to the detector P. Colas - Micromegas 7 modules

6. Front End Cards P. Colas - Micromegas 7 modules

7. Front End Cards Gagner de la place: retirer les protections, utiliser les puces nues « wire-bondées » sur les FEC, transférer la régulation d’alimentation et l’ADC à la carte Mezzanine Module. P. Colas - Micromegas 7 modules

8. Front End Card 1 wafer AFTER a été acheté (300 bonnes puces) Fabrication de 60 cartes (36 bonnes nécessaires) Envoyés en ‘debugging’ et dicing dès que le prestataire est choisi. Bond chips (de-bonding possible). Les puces ne peuvent être testées que sur carte. On réparera les cartes avec une puce morte. P. Colas - Micromegas 7 modules

9. Une par module, 1728 channels. Rassemble les signaux de 6 FECs et les envoie au Back End par lien optique Front End Mezzanine 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector SRAM ADC Xilinx Prom FPGA Xilinx V5 Optical connector Test Pulser 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector 30 pins connector P. Colas - Micromegas 7 modules

10. Front End Mezzanine P. Colas - Micromegas 7 modules

11. P. Colas - Micromegas 7 modules

12. Back End • Fonctionalités • Reçoit les signaux de clock, de trigger et de contrôle du flux de données et les distribue aux FEMs (jusqu’à 12) • Concentre les données de 12 FEMs et les envoie à la DAQ • Interfaces • 12 liens optiques 2 Gbit/s • Lien ethernet DAQ – Slow Control 1Gbit/s • Lien rapide Trigger – Clock • whatever standard P. Colas - Micromegas 7 modules

13. Back End Hardware • ML523 development kit from Xilinx • vc5vfx100t FPGA from Virtex-5 device family • Embedded PowerPC • 16 Multi Gigabit Transceivers • Embedded Ethernet MAC • 128 Mbyte DDR2 memory • RS232 interface • Up to 3 4-channel SMA-SFP interface cards • 2 Gbit/s optical transceivers for FE links • RJ45 Ethernet transceiver for the DAQ link • Trigger – Clock – Fast Control link mezzanine card • To be developed according to the link specifications P. Colas - Micromegas 7 modules

14. Software • Effort spécial dès le début: • -Suppression de zéro plus évoluée • Intégration dans la DAQ EUDET (EUDAQ), format LCIO • Display 7 modules (Carleton?) • Alignement • Intégration dans le cadre LC-TPC (MARLIN) • Analyse optimisée pour feuille résistive (Carleton, Saclay) P. Colas - Micromegas 7 modules

15. Status and plans PCB routing : started, no show-stopper, 3-4 weeks FEC routing : concept adopted, details being studied AFTER Wafer : purchased, choice of company to dice, “de-bug” and bond in progress. Mechanical model : to test new connectors, wire bonding, etc…mechanical model (PCB+FECs+FEM) in November FEM routing : concept adopted, work under progress, 3 months FEM prototype operational : March 2010 P. Colas - Micromegas 7 modules

16. Status and plans ML523 development kit from Xilinx - Purchased Embedded PowerPC-based SoC design underway SFP RJ45 Ethernet link operational 12 2 Gbit/s FE Transceivers up & under tests DDR2 memory to be debugged 4-channel SMA-SFP interface cards : Schematics done, placement and routing underway Trigger – Clock – Fast Control link mezzanine card Specifications – to be done Backend overall mechanical structure to be done (Enclosure, power supplies, cooling, connectors) Significant support from Canada P. Colas - Micromegas 7 modules

17. CONCLUSION Après le succès des runs à 1module, un grand effort est en cours pour un système TPC intégré à 7 modules Micromegas. De nouveaux concepts : connecteurs plats haute densité, zero-force d’extraction, puces nues sur cartes, et améliorations à la lecture T2K: nouveaux ADC et FPGA, nouvelle suppression de zéros Ce sera aussi une production semi-industrielle et une preuve de faisabilité, aux spécifications de la LOI. P. Colas - Micromegas 7 modules