R´esultats

Pendant les tests, nous avons observ´e ∼4 000 SEU pour les 3 cartes irradi´ees. `A l’t´erieur du transmetteur optique, le laser pilote poss`ede 12 canaux digitaux contrˆol´es in-d´ependamment. Lorsqu’un SEU se produit, l’intensit´e de la lumi`ere ´emise par ce laser passe en dessous du seuil de d´etection et nous observons une perte de signal en r´eception. La perte du signal s’accompagne d’une perte de synchronisation. Le temps pour revenir `a une situation normale est d’environ 79 ns avec un RMS de 48 ns, comme indiqu´e sur la figure 2.23.

Le nombre de SEU observ´e ne d´epend pas du num´ero de lien optique, comme indiqu´e sur la figure 2.23. Lorsqu’un lien tombe, les 11 autres continuent `a fonctionner correcte-ment.

Le taux de SEU en fonction de la fluence est plat, comme indiqu´e sur la figure 2.24. Le composant fonctionne jusqu’`a une fluence de ∼ 2.5 × 1011p/ cm2, c’est-`a-dire une dose totale de 150 Gy. Au-del`a de cette dose, le transmetteur ne fonctionne plus. Notons qu’un composant mort peut ˆetre remplac´e car il est mont´e sur un r´eceptacle amovible.

2.2 Trigger `a muons 59

Fig. 2.23 – Pour les 3 cartes irradi´ees : dur´ee d’un SEU, pour les 12 liens optiques (`a gauche) ; nombre de SEU observ´es sur chaque lien (`a droite).

Flux de hadrons>20 MeV Nb de SEU par Nb de liens optiques Nombre de SEU

(part/ cm2) lien optique par station par station

M1 1.9 × 1010 0.9 384 346

M2 1.9 × 1010 0.9 240 216

M3 7.9 × 109 0.36 240 86

M4 5.3 × 109 0.23 192 44

M5 4.5 × 108 0.23 192 44

Tab.2.4 – Niveau de radiation et nombre de SEU attendus dans chaque station `a muons apr`es une ann´ee de fonctionnement.

Le nombre de SEU par lien optique, moyenn´e sur les 3 cartes est de 113±6. La fluence moyenne accumul´ee sur chaque composant ´etant de 2.5×1011p/ cm2, nous concluons que la section efficace de SEU est de (4.5 ± 0.1) × 10−10cm2 par lien optique du transmetteur Agilent.

En utilisant le tableau2.4, nous pouvons calculer le nombre moyen de SEU par an, pour tous les liens optiques du trigger `a muons. Le flux maximum de hadrons avec une ´energie au dessus de 20 MeV au niveau des cartes ODE est donn´e dans la premi`ere colonne, pour chaque station `a muons et pour une ann´ee de fonctionnement de LHCb. En multipliant ces flux par la section efficace de SEU calcul´ee ci-dessus, nous obtenons le nombre moyen de SEU par lien optique en une ann´ee, comme indiqu´e dans la colonne 2. Le nombre de liens optiques par station est donn´e dans la colonne 3. En multipliant les colonnes 2 et 3, nous obtenons, en colonne 4, le nombre de SEU attendu par station `a muons. En sommant ces 5 lignes, le nombre moyen de SEU pour l’ensemble du syst`eme `a muons est de 736. En

Fig. 2.24 – La surface de chaque carr´e est proportionnelle au nombre de SEU observ´es pour le lien optique correspondant en ordonn´ee et la fluence indiqu´ee en abscisse. L’arte-fact autour d’une fluence de 2.5×1011p/ cm2 est un effet de binning. Les composants ne fonctionnent plus au-del`a de 2.5 `a 2.6×1011p/ cm2.

supposant qu’une ann´ee de LHC dure 107s, un lien optique sur 1248 se d´esynchronisera toutes les ∼3 h 40 min.

En moyenne, un lien est aveugle durant un cycle LHC, c’est-`a-dire 3564×24 ns = 89 µs. En effet, `a la fin de chaque cycle du LHC, chaque lien est automatiquement resynchronis´e.

`

A partir de ces chiffres, nous calculons l’inefficacit´e du trigger due aux SEU sur la partie optique ´emettrice du trigger situ´ee dans l’ODE des muons. En plus des transmetteurs Agilent, cette partie contient un circuit QPLL5, 12 GOL6 et un circuit pour distribuer l’horloge. La section efficace de SEU du GOL est de ∼3.2×10−13cm2 [69], bien inf´erieure `a celle du transmetteur Agilent. Les circuits QPLL et de distribution d’horloge sont, comme le GOL, con¸cus pour r´esister aux radiations. Par cons´equent, nous n´egligeons leur effet dans les estimations suivantes.

Lorsqu’un lien ne fonctionne pas, la PU associ´ee est inefficace car un lien transporte les donn´ees en provenance d’une station et l’algorithme du trigger exige une co¨ıncidence entre les 5 stations pour trouver un candidat muon.

En supposant que le LHC fonctionne 20 heures par jour, le nombre de cycles LHC par jour est 20 h×3 600 s/(3 564×25 × 10−9) s = 8 × 108, et le nombre de PU mortes par jour est ∼5.3. Ainsi, l’inefficacit´e du trigger est donn´e par (1/192)×(5.3/8×108) = 3.5×10−11,

5Quartz crystal Phase-Locked Loop. Il s’agit d’un circuit int´egr´e bas´e sur un VCXO (Voltage Control-led Quartz Crystal Oscillator), r´ealis´e en technologie CMOS 0.25 µm.

6Gigabit Optical Link. Il s’agit d’un transmetteur multi-protocole et haute vitesse, r´ealis´e en techno-logie CMOS 0.25 µm.

2.2 Trigger `a muons 61

o`u 192 est le nombre total de PU dans le trigger `a muons. Ce chiffre est compl`etement n´egligeable compar´e aux 10% d’inefficacit´e de l’algorithme de trigger pour s´electionner, par exemple, des ´ev´enements B0

s→ J/ψφ [70].

En conclusion le transmetteur optique Agilent HFBR-772BP remplit les conditions de r´esistance aux radiations requises. Il fournit une solution tr`es compacte pour transporter une grande quantit´e de donn´ees tout en utilisant une petite surface du circuit imprim´e. Nous l’avons par cons´equent adopt´e dans l’interface du trigger implant´ee dans l’´electro-nique frontale du syst`eme `a muons.