Fig. 3.9 – Segmentation en ”strips X” et ”strips Y” d’un quart de plan de la station MT1. Le reste du plan se d´eduit par sym´etrie.
3.4 L’´electronique de ”Front-End”
Les ”strips” sont connect´es `a une terminaison r´esistive (”Front-End Adaptator”) `a une extr´emit´e, afin de limiter la r´eflexion du signal (cf. §4.2.2), et `a une carte FEB (”Front-End Board”) [80] de l’autre. Les cartes FEB ont pour objectifs la discrimination et la num´erisation du signal analogique induit au niveau des strips par le passage d’une particule charg´ee. Les cartes FEB ont ´et´e d´evelopp´ees de mani`ere `a respecter les exigences temporelles des signaux fournis par les RPC (en avalanche et streamer) et celles du fonctionnement dans l’environnement du LHC, `a savoir :
– une r´esolution temporelle de quelques nanosecondes ;
– un signal de sortie d’une largeur temporelle inf´erieure `a 25 ns, correspondant `a la p´eriode de croisement des faisceaux en collisions p-p, pour pouvoir ainsi associer chaque signal `a un croisement.
Afin de permettre un test de toutes les voies de lecture du MUON TRG, un syst`eme de test, le FET (Front-End Test)[81], a ´egalement ´et´e d´evelopp´e. Une partie des fonctionnalit´es du FET est implant´e sur les cartes FEB.
78 CHAPITRE 3. Le syst`eme de d´eclenchement du spectrom`etre `a muons
3.4.1 Les cartes FEB
La r´esolution temporelle est un des points faibles du mode streamer. L’utilisation d’une ´electronique d´edi´ee permet d’am´eliorer cette r´esolution temporelle en tirant partie de la forme du signal en mode streamer. En effet, comme mentionn´e au §3.2.2.3, ce signal pr´esente deux composantes : une premi`ere de faible amplitude, le ”pr´ecurseur avalanche”, et une seconde de forte amplitude, le streamer lui-mˆeme. A l’inverse du streamer, le ”pr´ecurseur” pr´esente une faible dispersion temporelle.
Les cartes FEB int`egrent ainsi un syst`eme de discrimination `a double seuil : ADULT (A DUaL Threshold) [82]. Le premier seuil, dit bas, permet de d´eclencher sur le ”pr´ecurseur avalanche” et fournit la r´ef´erence temporelle. Le second seuil, dit haut, permet, dans une fenˆetre en temps d’une largeur de 15 ns, de confirmer la formation d’un streamer associ´e au passage d’une particule dans la RPC. Notons qu’un syst`eme de verrouillage permet de bloquer chaque voie d’´electronique pendant un temps d’environ 100 ns suivant la d´etection d’un signal de streamer. Ce syst`eme ´evite l’empilement des signaux (”after pulses”).
Les seuils ont ´et´e fix´es par d´efaut `a 10 et 80 mV (”seuils internes” adapt´es au mode streamer). Notons qu’il est possible, en configuration ”seuils externes” (par exemple pour le mode avalanche), de modifier les seuils `a distance et de fournir un jeu de seuils sp´ecifique pour chaque cot´e du d´etecteur. Un syst`eme permettant une segmentation par RPC est pr´evu pour Janvier 2011.
Fig. 3.10 – Spectre en temps en mode streamer obtenu avec le syst`eme ADULT et pour une tension de fonctionnement de 9.2 kV . Le jeu de seuils a ´et´e fix´e `a (10, 80) mV .
Les performances des RPC, en mode streamer, coupl´ees `a l’´electronique de ”Front-End”, ont ´et´e ´evalu´ees `a partir de tests effectu´es en 2003 aupr`es de l’acc´el´erateur PS du CERN [82]. A titre d’exemple, la figure 3.10 pr´esente un spectre en temps obtenu, en mode streamer,
3.4. L’´electronique de ”Front-End” 79 avec le syst`eme ADULT pour un jeu de seuil fix´e `a (10, 80) mV . Elle met en ´evidence un pic ´etroit, d’´ecart type σ = 1 ns, contenant ∼ 97% des ´ev´enements, suivi d’une queue de distribution peupl´ee par les ´ev´enements pour lesquels le ”pr´ecurseur avalanche” n’a pas ´et´e d´etect´e.
En sortie, les cartes FEB d´elivrent un signal logique au format LVDS d’environ 23 ns de largeur temporelle. Ce signal est ensuite envoy´e `a l’´electronique de trigger de niveau Local (cf. §3.5.1). Les cartes Trigger Local ´etant synchronis´ees avec l’horloge du LHC, les signaux des 20 992 voies de lecture doivent pr´esenter une dispersion temporelle la plus faible possible. La distribution du temps de r´eponse pour l’ensemble des voies de ”Front-End” est repr´esent´ee sur la figure 3.11 extraite de l’HDR de P. ROSNET [8]. Elle montre notamment que l’ensemble des voies se trouvent dans une fenˆetre en temps d’une largeur de 4 ns, en sortie des cartes FEB.
Fig. 3.11 – Temps de r´eponse mesur´e sur banc de test pour l’ensemble des 20992 voies des cartes de ”Front-End” [8].
Un retard, ajustable par pas de 7.5 ns par un syst`eme de cavaliers, a ´egalement ´et´e im-plant´e au niveau de l’´electronique de ”Front-End” afin de prendre en compte les diff´erentes longueurs de cˆables entre les cartes FEB et l’´electronique de trigger Local. Les cartes FEB composant la premi`ere station int`egrent ´egalement un retard de 3 ns qui permet de com-penser le temps de vol des particules entre les 2 stations. Les ajustements du syst`eme sont ainsi optimis´es pour des particules provenant du point d’interaction. Une ´etude portant sur la dispersion temporelle des signaux de ”Front-End” au niveau des cartes Trigger Local a ´et´e effectu´ee. Les r´esultats seront pr´esent´es au §4.2.4.1.
Les cartes FEB s’articulent autour d’un ASIC `a 8 canaux [80] d´evelopp´e au LPC. Chaque carte traite les signaux provenant de 8 ou 16 ”strips” via 1 ou 2 ASIC. Le MUON TRG pr´esente ainsi un total de 2384 cartes FEB r´eparties entre les quatre plans de d´etection.
3.4.2 Le FET (Front-End Test)
Le MUON TRG int`egre ´egalement un syst`eme de test de l’´electronique de ”Front-End” : le FET. Le g´en´erateur du FET, coupl´e `a un syst`eme de distribution, injecte, de mani`ere synchrone, des impulsions ”de type RPC” sur toutes les entr´ees des ASIC afin de v´erifier le
80 CHAPITRE 3. Le syst`eme de d´eclenchement du spectrom`etre `a muons bon fonctionnement de chacune des 20 992 voies de lecture. Le FET pr´esente deux modes de fonctionnement :
– le mode interne, utilis´e `a des fins de tests en laboratoire, o`u les signaux sont inject´es `a une fr´equence fixe, interne au g´en´erateur FET lui-mˆeme, qu’il est possible de contrˆoler `a distance ;
– le mode externe, utilis´e in-situ o`u les signaux sont inject´es d`es l’instant o`u le g´en´erateur FET re¸coit un signal appel´e ”pre-pulse” en provenance du CTP. Ce ”pre-pulse” est envoy´e dans le cadre des s´equences de type CALIBRATION (cf. §2.2.4.1).
Le FET autorise ainsi le test de l’´electronique de ”Front-End” (y compris cˆables et con-necteurs) mais ´egalement du ”mapping” des cartes d’acquisition des donn´ees (en combinaison avec un jeu de ”masques” sp´ecifique appliqu´e au niveau des cartes Trigger Local, cf. §3.5.1). Il permet ´egalement la mesure de la dispersion temporelle des 20 992 voies de lecture dont il sera question au §4.2.4.1.