L’acquisition de donn´ees est r´ealis´ee au niveau de chaque module optique. La sortie analogique de chaque photomultiplicateur est lue par deux circuits int´egr´es nomm´es Ana-logue Ring Sampler (ARS) qui ´echantillonnent le signal du photomultiplicateur si celui-ci d´eclenche un trigger. Le signal num´eris´e est alors envoy´e au DAQ Board qui permet l’ac-quisition des donn´ees (Data AcQuisition). Les donn´ees num´eris´ees sont ainsi collect´ees par des processeurs et envoy´ees `a l’Institut Michel Pacha par l’interm´ediaire d’un r´eseau Ethernet et d’un syst`eme de multiplexage en longueur d’onde qui sera d´ecrit plus en d´etail par la suite. Les LED Beacons n’ont qu’une seule carte ARS pour l’acquisition de leur mini-photomultiplicateur.
2.3.1 Acquisition du signal analogique issu du
photomultiplica-teur
Le sch´ema fonctionnel d’un ARS est pr´esent´e sur la figure 2.7 ([40], [41]). Le signal issu de l’anode du photomultiplicateur est envoy´e simultan´ement `a l’´echantillonneur, au discriminateur de forme et au comparateur pour le trigger de niveau 0 (L0). Lorsque la tension satisfait `a la condition de seuil du trigger L0 (0.3 photo-´electron) pendant le temps d’int´egration du signal soit 25 ns, le discriminateur de forme compare la forme de l’impulsion (soumise en entr´ee) `a un gabarit et r´ealise une int´egration de charge qui est directement li´ee au nombre de photo-´electrons incidents. Si cette charge exc`ede un seuil en amplitude d´efini c’est-`a-dire si l’impulsion sort de la zone blanche (li´ee `a la largeur de
2.3. ACQUISITION ET TRANSMISSION DES DONN ´EES 49 l’impulsion au-dessus du seuil L0 ou Time over Threshold : ToT) sur la figure 2.8, le mode WaveForm est d´eclench´e. Si l’impulsion ”reste” dans la zone blanche, l’ARS fonctionne en mode Single Photo Electron (SPE).
C Trigger L0 Moniteur du taux de comptage Horloge de référence 20 MHz RTS DAQ PM Dynode Anode ECHANTILLONNEUR PSD L0 SELECTION ADC 2 x 8 bits TVC Time Stamp
FORMATAGE DES DONNEES
PIPELINE mémoire déclenchement Comparateur de niveau 0 Intégrateur
Fig. 2.7 – Sch´ema ´electronique d’un Analogue Ring Sampler
Dans un but de limite de bande passante, tous les signaux ne peuvent pas ˆetre ´echantillonn´es dans le mode WaveForm d’o`u la mise en place de cette discrimination de signal suivant l’amplitude.
Acquisition en mode SPE La mesure de la charge est faite par parties grˆace `a trois condensateurs commut´es effectuant des cycles de p´eriode d´efinie. A chaque cycle, l’un des condensateurs int`egre le signal d’anode, un autre garde en m´emoire la charge du cycle pr´ec´edent et le dernier est effac´e pour un nouveau cycle. Lorsque le seuil de niveau 0 est franchi, la fenˆetre d’int´egration est augment´ee et la sommation est effectu´ee sur les deux premiers condensateurs (respectivement en phases d’int´egration et de m´emorisation). En sortie d’ARS, la charge totale et le signal analogique de datation de croisement du seuil sont num´eris´es sur 2 fois 8 bits par deux Analogue to Digital Converter (ADC).
Acquisition en mode WaveForm Si l’impulsion est de type WaveForm, une num´erisa-tion du signal `a la fr´equence variable entre 0.3 et 1 GHz sur 128 ´echantillons est r´ealis´ee grˆace `a 128 condensateurs en s´erie associ´es `a des interrupteurs (cellules). L’instant d’´echan-tillonnage est d´efini par l’ouverture d’un interrupteur qui d´econnecte le condensateur.
Fig. 2.8 – Sch´ema de discrimation du signal analogique par un Analogue Ring Sampler : le discriminateur (PSD) retourne l’information binaire qui diff´erencie les signaux simples (SPE) des signaux complexes (WF).
L’´echantillonnage en continu est assur´e en propageant l’ordre d’ouverture de l’interrup-teur d’une cellule `a l’autre en rebouclant la derni`ere cellule sur la premi`ere (structure en anneau repr´esent´ee sur la figure 2.9). La valeur de chaque cellule est ensuite num´eris´ee par l’un des deux Analogue to Digital Converter (ADC). Un signal acquis en mode WF est cod´e sur 48 bits.
2.3. ACQUISITION ET TRANSMISSION DES DONN ´EES 51
2.3.2 Acquisition des donn´ees temporelles
Un convertisseur temps-tension (TVC) donne un signal analogique proportionnel au temps de d´eclenchement de niveau 0 dans une p´eriode d’horloge. Le timestamp est fourni par une horloge locale de r´ef´erence (carte clock du LCM) et est bas´e sur un compteur de p´eriodes d’horloge (Figure 2.10). En effet, la tension TVC fournie par un g´en´erateur de rampes TVC est proportionnelle au temps ´ecoul´e depuis le dernier signal de remise `a z´ero ou Reset Time Stamp (RTS) et ce, `a partir du moment o`u le seuil de trigger L0 est franchi. La r´esolution temporelle maximale est alors de : 20M Hz∗2561 = 0.2 ns avec 20 MHz, la fr´equence d’horloge et 256, la gamme dynamique de la rampe TVC.
Générateur de rampes
Horloge de référence
Valeur du TVC Seuil L0 Anode
Fig. 2.10 – Syst`eme d’acquisition des donn´ees temporelles interne `a l’ARS
La proc´edure d’´ecriture des donn´ees dans une m´emoire tampon (pipeline) entraine un temps mort de 250 ns pour l’ARS. L’association de deux ARS par module optique, qui num´erisent les signaux analogiques successivement, permet de s’affranchir de ce probl`eme de temps mort.
Les donn´ees sortent sous format binaire dont la taille varie suivant le mode d’acqui-sition (SPE ou WF) et sont ensuite transmises `a un Field Programmable Gate Array (FPGA) embarqu´e au niveau de chaque LCM.
2.3.3 Transmission des donn´ees
Dans la configuration standard, chaque MLCM, reli´e au SCM, multiplexe les signaux des LCM de son secteur en une seule longueur d’onde transmise par fibre optique. Chaque secteur comporte donc deux fibres optiques unidirectionnelles (une pour l’aller et une pour le retour), toutes transmettant un signal de longueur d’onde diff´erente. La transmission de la majorit´e des signaux se fait par fibre optique except´e la tension d’alimentation qui est transmise par cˆable ´electrique d’o`u la pr´esence de cˆables ´electro-optiques entre les secteurs ainsi qu’entre l’Institut Pacha et le site du t´elescope. Le cˆable ´electro-m´ecanique, qui relie
les ´etages, contient neuf conducteurs ´electriques pour l’alimentation et 21 fibres optiques de 900 µm de diam`etre. Le cˆable qui relie chaque ligne `a la boˆıte de jonction est constitu´e de quatre fibres optiques (2 pour la DAQ, 2 pour l’horloge). Enfin, le cˆable reliant la boˆıte de jonction `a La Seyne sur Mer est compos´e d’un cˆable ´electrique pour transmettre la tension et de 48 fibres optiques (2 pour l’acquisition/liaison Ethernet pour chaque ligne, 2 pour l’horloge et 2 de test, le reste pour contrˆoler et lire la boˆıte de jonction).
Le BSS de chaque ligne transmet les signaux par l’interm´ediaire d’un r´eseau Ethernet 100 Mbit/s alors que les ´etages sup´erieurs utilisent pour la transmission de leurs signaux un r´eseau 1 Gbit/s.
Fig. 2.11 – Acquisition de donn´ees et multiplexage
Distribution du signal d’horloge La distribution des signaux d’horloge dont la fr´equence est de 20 MHz se fait grˆace `a une horloge maˆıtresse contrˆol´ee par un ordi-nateur d´edi´e `a terre, un r´eseau de fibres optiques (d´ecrit pr´ec´edemment) et une horloge esclave situ´ee dans chaque LCM. Lors de sa distribution, un signal d’horloge subit de nombreux retards :
– lors de sa propagation le long de la fibre optique entre la station terrestre et la boˆıte de jonction
2.4. TRAITEMENT DE DONN ´EES `A TERRE 53