Projet à terme: 1 km 2

Après une première phase terminée de R&D (qui comprenait l’évaluation des sites et l’étude du déploiement, de la connexion et du positionnemnet d’une ligne prototype), puis une deuxième phase en cours, qui correspond à la production d’un télescope de pre-mière génération (∼ 1000 photomultiplicateurs pour un détecteur de l’ordre de 0.1 km2), l’ambition de la collaboration Antares à plus long terme est de construire et exploiter un télescope de deuxième génération (∼ 10 000 photomultiplicateurs pour un détecteur de l’ordre du km²).

Chapitre 4

L’électronique de lecture

La collaboration Antares a opté pour une électronique embarquée, dédiée au traite-ment des signaux des photomultiplicateurs. Cette électronique de lecture est chargée de mémoriser les données et de les numériser avant de les transmettre au système d’acqui-sition, lorsque les événements sont sélectionnés. De manière à réduire le flot de données, il a été décidé de ne transmettre que les deux mesures essentielles, à savoir le temps et la charge des signaux simples des photomultiplicateurs (PM). Néanmoins, dans le cas de si-gnaux complexes (par exemple un empilement d’impulsions rapprochées), seule la forme d’onde peut nous permettre de remonter aux temps et amplitudes de toutes les impulsions. Dans ces cas rares, il est donc nécessaire d’échantillonner et de numériser toute la forme d’onde.

Afin d’optimiser la fiabilité du détecteur, la collaboration Antares, a développé un cir-cuit intégré spécifique, chargé d’exécuter toutes ces fonctions: l’ARS¹[113]. L’ARS joue donc un rôle clef dans les performances du détecteur, nous devons étudier son comporte-ment sur des événecomporte-ments physiques pour juger de l’efficacité du traitecomporte-ment des signaux.

L’électronique de lecture comprend également le sytème de déclenchement (voir cha-pitre 3.2.3), qui est relié à chaque ARS, et qui sélectionne les événements à transmettre à la côte.

4.1 Présentation de l’ARS

L’ARS a été conçu pour répondre aux besoins du détecteur Antares, en tant que pre-mier étage de l’électronique en sortie du photomultiplicateur [113]. Son rôle est de fournir la charge et le temps des signaux simples (SPE2), de faire la discrimination entre im-pulsions simples et imim-pulsions complexes et d’échantillonner les formes d’onde (WF³). Les données sont ensuite transférées dans une mémoire tampon (pipeline) en quelques centaines de nanosecondes. De manière à réduire le temps mort dû à cette phase d’écri-ture, chaque PM est relié à deux ARS: lorsque l’un est en écrid’écri-ture, le second peut traiter

1. Analogue Ring Sampler 2. Single Photo-Electron 3. WaveForm

l’impulsion suivante. Quand les données sont sélectionnées par le système de déclenche-ment, l’ARS effectue leur numérisation avant de les transmettre au système d’acquisition (DAQ), qui les enverra à la station terrestre.

La figure 4.1 présente la structure générale du traitement des signaux: le signal de sortie du photomultiplicateur est envoyé en parallèle à l’intégrateur, au discriminateur SPE/WF (PSD)⁴, à l’échantillonneur et au comparateur qui réalise le déclenchement de niveau 0 (L0)5. Une base de temps réalisée par une horloge de référence est à la fois échantillonnée et fournie au convertisseur temps tension (TVC) ainsi qu’à l’étiquetage en temps (Time Stamp). La mesure du temps de l’impulsion se fait en comptant le nombre de période de l’horloge (Time Stamp) et en mesurant le temps d’arrivée de l’impulsion, à l’intérieur de la période courante, par le convertisseur temps-tension.

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. 4.1 – Description générale du traitement des signaux.

Dès qu’une impulsion passe le seuil de déclenchement du comparateur, pendant qu’elle est échantillonnée et intégrée, le PSD analyse sa forme et le temps de passage du seuil est mesuré et enregistré. A la fin de la fenêtre d’intégration, le PSD retourne un résultat bi-naire indiquant si l’impulsion est du type WF ou SPE. Dans les deux cas, cette information est inscrite dans une cellule mémoire du pipeline avec la charge et le temps de l’impul-sion. En outre, si une impulsion est du type WF, son échantillonnage se poursuit sur une profondeur de 128 cellules afin d’être mémorisé6.

4. Pulse Shape Discriminator

5. Le signal L0 est ensuite envoyé au système de déclenchement

6. L’échantillonnage reste indisponible pendant tout le temps qu’une impulsion WF réside dans le pipe-line

4.1 Présentation de l’ARS 67

L’ARS est relié au photomultiplicateur par un couplage capacitif, ce qui induit une variation de la ligne de base du signal en fonction du taux de comptage du PM. Afin de s’en affranchir, le comparateur prend comme référence cette ligne de base, qui est mesurée grâce à un filtre passe-bas.

Lorsqu’un événement est validé par le système de déclenchement, les données sont numérisées par 2 ADC 8 bits, avant d’être envoyées au système d’acquisition (DAQ). Compte tenu des contraintes techniques, les spécification requéraient 7 bits effectifs. Les tests récents ont mis en évidence une imperfection des ADC qui rend le septième bit inutilisable, et en réalité les ADC ne possèdent que 6 bits effectifs.

L’ARS doit être adapté aux caractéristiques des photomultiplicateurs. Au moment de la conception de la carte, le choix du photomultiplicateur n’avait pas encore été fait, c’est pourquoi l’ARS comprend un grand nombre de paramètres réglables, possédant une large gamme.