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Auslesekette eines hochauflösenden SiPM-Hadronkalorimeters für 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.

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Auslesekette eines hochauflösenden SiPM-Hadronkalorimeters für den Linear Collider

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. International Linear Collider (ILC) Kavität Strahl Strahl André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 2

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. Übersicht: Auslesekette DIF: Detektor Interface LDA: Datenaggregator ODR: Datenschreiber Takt- und Kontrollkarte André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 4

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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 9

  15. 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 9

  16. 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 9

  17. 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

  18. 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 10

  19. HCAL ILD und das LDA LDA 15m(Größenverhältnis wie CMS) André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 11

  20. Übersicht: Auslesekette DIF: Detektor Interface LDA: Datenaggregator ODR: Datenschreiber Takt- und Kontrollkarte André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 12

  21. Übersicht: Auslesekette DIF: Detektor Interface LDA: Datenaggregator ODR: Datenschreiber Datenaggregator André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 12

  22. 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 13

  23. ILD barrel : ILD und das LDA André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 14

  24. 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 14

  25. 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 14

  26. 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 14

  27. 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 14

  28. LDA integriert in den Kabelkanal: Hier aktuelles LDA einbinden Position des LDAs André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 15

  29. 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 16

  30. 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 16

  31. 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 16

  32. Neue Leiterplatte hier hinein? PassivePCBs: 1. Flügelmit 18 HDMI-Konnektoren: LDA 450mm André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 7

  33. 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 8

  34. 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 9

  35. 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

  36. LDA-Hardware • Mittel-Modul 30 HDMI-Connector 99mm 390mm André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 9

  37. Daten: 1 SPIROC max. 18696bits (8bits ID, 256bits Zeitstempel, 9216bits TDC, 9216bits Daten) Anfallende Datenmenge André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 10

  38. 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 10

  39. 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 10

  40. HBU 2013 Mai TB (DESY) DAQ HCAL (Ethernet) Strahl Strahl-Stop André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 11

  41. 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 12

  42. GibtesFragen? IchbedankemichfürIhreAufmerksamkeit! André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 12

  43. Backup André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 12

  44. Backup André Welker, 77. DPG-Frühjahrstagung, Dresden, Mrz. 04, 2013 12

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