3.4.1 Description du banc de test
Une image du banc de test en opération est montrée sur la figure 3.6. Celui ci est composé de 7 éléments principaux (voir la figure pour la numérotation) :
• La boite noire contenant le tiroir (PMs + électronique) d’un coté ainsi qu’une source lumineuse (LED) à l’autre extrémité (1).
• Un générateur de pulse Agilent 81160A (2), utilisé pour mimer le signal d’un PM.
• Un oscilloscope (3) pour contrôler la forme des signaux à différents endroits du circuit électronique.
• Une unité principale de contrôle (4).
• Un générateur de pulses électriques (5) relié à une LED située dans la boite noire envoyant des signaux lumineux à 337 nm sur des périodes de 2,5 ns. Il est aussi relié directement au générateur de pulse pour synchroniser le déclenchement.
3.4 Les tests de performances
Figure3.6:Photo du banc de test utilisé à DESY Zeuthen pour contrôler la qualité des cartes électroniques. Le banc de test est composé d’une boite noire (1) renfermant un tiroir (PMs+cartes), un générateur Agilent de pulses électroniques (2), un oscilloscope (3), un ordinateur (4), un générateur de pulses lumineux (5) et une source de haute tension (6).
• Un générateur de haute tension alimentant les PMs (6).
• Un atténuateur manuel de signal (non présent sur la figure 3.6).
Le générateur de pulses électriques envoie un signal de 6 ns (3 ns de monté et 3 ns de des-cente), l’ensemble du système permet de simuler au mieux les conditions d’utilisation des cartes analogiques. Le tiroir est maintenu dans le noir grâce à la boite pour éviter toute contamination de la lumière ambiante. Ainsi grâce au générateur de pulse lumineux (LED) on peut déclencher l’électronique pour tester la réponse à un p.e. unique comme nous le verrons par la suite.
3.4.2 Mesure des piédestaux électroniques
La position du piédestal est définie comme la valeur moyenne d’ADC enregistrée en l’ab-sence de signal (c.a.d de lumière Cherenkov). Dans le noir le bruit électronique se distribue de façon gaussienne autour de la position du piédestal qui est obtenu simplement en ajustant la distribution par une gaussienne. La position du piédestal peut dépendre de la température dans la caméra (entre 20 C et 40 C selon le temps et la saison) cependant pendant la durée d’une acquisition (28 minutes) la température ne varie pas de plus d’un degrés. Pendant les observations les pixels sont illuminés par le bruit de fond du ciel, ce qui a pour effet d’augmen-ter la largeur des piédestaux. Il y a au moins 1 p.e. de NSB par fenêtre de lecture lors d’un déroulement normal des opérations où le taux de NSB est d’environ 100 MHz. La position du piédestal sert de référence 0 dans H.E.S.S. pour le nombre de p.e. reçu.
Pour connaître les caractéristiques des piédestaux (position et largeur) des mesures ont été effectuées dans une boite noire (voir section précédente) pour s’affranchir du bruit de fond créé par la lumière ambiante. Le système de déclenchement est activé par logiciel de façon aléatoire dans le temps pour permettre de tester toute les cellules de mémoire de la puce. Ainsi le signal
3. La modernisation des caméras de H.E.S.S. I
Figure 3.7: Distribution des piédestaux dans le haut gain, ajusté par une gaussienne (ligne rouge), pour un tiroir test de 16 voies. La largeur à 1 des piédestaux est toujours inférieure 17 coups d’ADC.
récupéré n’est autre que le piédestal électronique correspondant au bruit électronique des PMs et des cartes analogiques. La largeur du piédestal en mode charge (c’est à dire après avoir sommé sur lesNf échantillons sélectionnés contenant le signal) ne dois pas dépasser 16 coups d’ADC qui est la valeur mesurée pour H.E.S.S. 1 [25]. La figure 3.7 montre la distribution des piédestaux dans le canal de haut gain dans les 16 pixels d’un tiroir testé. La largeur de ces piédestaux est en dessous de 16 coups d’ADC et malgrès quelques évènements en queue de distribution (la voie 0 et la voie 7 par exemple), l’étalonnage est satisfaisant. Cette mesure est effectuée dans le canal de bas gain. L’amplification étant moins élevée on s’attend à une largeur de piédestal plus faible, comme nous pouvons le voir sur la figure 3.8.
La figure 3.9 représente la distribution des valeurs de piédestaux dans les canaux de haut et bas gain pour 50 mesures dans les différentes voies d’acquisitions correspondant au 8 pixels reliés à une carte de lecture. On remarque que les voie 4 à 7 sont systématiquement plus bruyantes que les autres à cause de leur position en retrait sur la carte. Ce défaut est dû à la conception des cartes est ne peut plus être modifié. L’impact est cependant faible puisque les largeurs des
3.4 Les tests de performances
Figure 3.8: Distribution des piédestaux dans le bas gain, ajusté par une gaussienne (ligne rouge), pour un tiroir test de 16 voies. La largeur des piédestaux est toujours < 16 coups d’ADC.
distributions restent en dessous de 20 coups d’ADC au maximum.
3.4.3 Facteur de conversion entre coups ADC et charge du signal
Le signal du PM, VPM, est mesuré à travers une résistance et amplifié dans un canal de haut gainGHGet de bas gainLLG. Le signal amplifié est ensuite converti en signal digital avec une fréquence d’échantillonnage de 1 GHz et sommé dans la fenêtre de lecture comprenant les Nf échantillons. Le facteur de conversion de l’ADC est deVADC = 0.49 mV/Count, on définit le nombre de coup d’ADC équivalent à un p.e. par l’équation :
ADC
e,i = Gi
⌧VADC
Z 1 0
VPM,s.p.e(t)dt (3.3)
Avec l’indice ireprésentant le canal considéré etVPM,s.p.e la forme du pulse du photoélectron unique. Le gain du pixel définit le facteur de conversion, il inclut le gain du PM, le signal d’amplification dans les deux canaux et l’intégration du signal dans la puce NECTAr.
3. La modernisation des caméras de H.E.S.S. I
Figure3.9: Distribution de 50 mesures des piédestaux pour les 8 pixels d’une carte test dans le canal de haut gain (à droite) et le canal de bas gain (à gauche).
Pour déterminer le facteur de conversion une source de lumière est placée à l’extrémité op-posée des PMs dans la boite noire. Un filtre1est placé devant la source pour atténuer la lumière et permettre l’illumination minimale des pixels pour déterminer la forme de la distribution du SPE. Le signal ainsi envoyé sert à déclencher l’acquisition avec un certain retard lui permettant d’arriver centré sur la fenêtre de lecture.
Le gain du pixel peut être extrait des données en prenant une illumination de p.e. unique et en ajustant la distribution des coups d’ADC pour chaque pixel. Les conditions de travail pour pouvoir ajuster la distribution des coups d’ADC sont les suivantes :
. Le nombre de p.e., attendu dans la fenêtre de lecture, suit une distribution Poissonienne . Le bruit électronique est bien plus faible que la largeur du pic du SPE.
. La distribution du SPE est décrite par une distribution Gaussienne
On détermine ensuite le piédestal électronique en l’ajustant par une Gaussienne de déviation standard Pet une position nominale P. La distribution de lumière pour un un signal donné du niemep.e. est ajusté par une Gaussienne de déviation standardpn et une position nominale en P+n eADC, eADCétant le facteur de conversion entre le nombre de coups d’ADC et le nombre de p.e. et e est la RMS de la charge induite par le SPE. La distribution du signal attendu est donné par : oùµest l’intensité lumineuse par pixel. Les autres paramètres sont définis précédemment. Pour
1. ND 2.000 NEWPORT FSR-0D200, 25.4mm
3.4 Les tests de performances
Figure3.10: Distribution des évènements lors de l’illumination dans les conditions d’un SPE en bleu. L’ajustement par la fonction donnée par l’équation (3.4) est représenté par la courbe en rouge. Les gaussiennes individuelles utilisées pour l’ajustement sont tracées en pointillées noirs et les trois premiers maximums de la distribution (piédestal électronique, premier p.e., deuxième p.e.) indiqués par les triangles rouges.
chaque pixel le signal est ajusté par la fonction donnée par l’équation (3.4), le seul paramètre fixé est N, qui est égal au nombre total d’événements déclenchés durant l’acquisition.
La figure 3.10 montre la distribution des évènements en coups d’ADC lors des mesures du SPE. On distingue clairement le piédestal électronique du pic à 1 p.e., amenant à un gain ADCe ⇡ 84 permettant de clairement distinguer les deux premiers pics. Le gain est volontairement supérieur à 50 coups d’ADC sur cette image pour une meilleure distinction entre les pics. La distribution est ajustée en rouge par la fonction définie dans l’équation (3.4).
3.4.4 Couplage entre les différents canaux
Lorsque l’on utilise une carte analogique comportant 8 voies recueillant le signal des PMs elles même divisées en 2 entre canaux, le haut et le bas gain, il est important de contrôler les effets de couplage entre les différentes voies. Pour cela on injecte un signal dans une voie donnée et on mesure le signal reçu dans la voie adjacente. Le pourcentage de signal électrique passant d’une voie à une autre doit être négligeable pour que l’information lue dans une voie soit fiable.
3. La modernisation des caméras de H.E.S.S. I
Voltage
0.0010.002 0.01 0.02 0.1 0.2 1 2 3
Couplage (%)
-0.5 0 0.5 1 1.5
Bas gain
Haut gain
Figure 3.11: Couplage entre les voies 10 et 11 en haut et bas gain. Le signal est envoyé dans la voie 11 et est représenté ici le pourcentage de ce signal reçu dans la voie 10.
La figure 3.11 montre le pourcentage de signal reçu dans la voie 10 (en haut gain et bas gain) avec un signal injecté dans la voie 11. Ce pourcentage reste de l’ordre de grandeur du pour cent dans le haut et bas gain en dessous de 1 V ce qui satisfait les spécifications.
3.4.5 Banc de test pour 4 tiroirs et installation sur site
La seconde phase consiste à faire passer tous les tiroirs produits sur le banc de test. Pour tester la gestion de plusieurs tiroirs simultanément, une boîte noire pouvant contenir 4 tiroirs a été conçue (figure 3.12). Les tests de fonctionnement rassemblent les mesures des piédestaux, de la linéarité du couplage entre les voies et du signal en créneau à la sortie de la voie de déclenchement. Une fois les 60 tiroirs vérifiés ils sont placés à l’intérieur d’une copie de l’une des caméra de H.E.S.S. I appelé « COPY CAM ». En plus des tiroirs on y place tous les nouveaux composants, la nouvelle électronique, les câbles, la ventilation et le DIB. On peut ainsi vérifier l’aménagement spatial à l’intérieur et le poids de la nouvelle caméra qui doit être d’environ 960 kg.
Avant d’installer le matériel sur le site, il faut tester au préalable la bonne intégration du nouveau système dans le réseau H.E.S.S.. Outre les tests du systèmes de sécurité et du contrôle des cartes analogiques il faut aussi vérifier que le système de déclenchement local de la