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Logbook des test de la carte PICMIC

La carte Liroc+PicoTdc

Historique

Avec la carte test du Liroc et celle du PicoTDC nous utilisions la configuration suivante

{"asics": [{"address": "0.0.0.1", "dif": 1, "num": 1, "slc": 
{"CLPS_bsize": 4, 
"Ctest": [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
"DAC_local": [49, 56, 45, 41, 48, 49, 29, 37, 43, 41, 46, 40, 47, 59, 47, 62, 53, 64, 64, 62, 53, 56, 50, 59, 45, 66, 57, 43, 52, 48, 56, 56, 72, 86, 72, 64, 76, 88, 71, 79, 75, 89, 82, 66, 78, 79, 78, 58, 64, 77, 75, 76, 82, 99, 66, 83, 73, 88, 83, 73, 75, 85, 87, 76], 
"DAC_threshold": 472, 
"DC_pa": [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
"EN_10bDAC": 1, 
"EN_7b": 1, 
"EN_bg": 1, 
"EN_differential": 1, 
"EN_disc": 1, 
"EN_pa": 1, 
"EN_pre_emphasis": 0, 
"EN_probe": 1, 
"Forced_ValEvt": 0, 
"Hysteresys": 0, 
"Ibi_probe": 2, 
"Ibo_probe": 32, 
"Mask": [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], 
"MillerComp": 4, 
"PA_gain": 15, 
"PP_10bDAC": 0, 
"PP_7b": 0, 
"PP_bg": 0, 
"PP_differential": 0, 
"PP_disc": 0, 
"PP_pa": 0, 
"PP_probe": 0, 
"Polarity": 0, 
"Pre_emphasis_delay": 0}}], 
"state": "LIBOARD_TEST", "version": 22}

Le piédestal était vers 520 et la DAC_threshold à 540 pour une calibration à 50 fC environ. A priori l'injection était négative avec une terminaison 50 + 100 nF en série

Par contre il n'y avait pas de capacité en série avant le LIROC:

Schéma d'injection

Et la calibration donnait pour un temps de montée de 2ns

Calibration de la carte test

Software

La base du software est le driver en python développé par Loup. Il est sur gitlab et peut être installé par

git clone https://gitlab.in2p3.fr/picmic/liroc-picotdc/liroc_picotdc_daq.git

Le software se trouve dans le répertoire software et l'accès au driver python peut se faire par modification du python PATH

export PYTHONPATH=/home/ilc/acqilc/liroc_picotdc_daq/software/:$PYTHONPATH

Plusieurs procédure d'alignement des piédestaux ou de test se trouve dans les répertoires software et software/test

En parallèle, j'ai développé des procédures de calibration analogues à celle écrites pour le FEBV2. Ce software est distribué avec pmdaq dans le répertoire picmic . Il est basé sur les procédures de Loup avec une utilisation de la base de donnée pour le stockage des paramètres et des résultats.

Base de donnée

La configuration de la carte se fait à partir d'un fichier CSV: liroc_picotdc_daq/software/febconfig/example_config.csv

Il contient deux parties, une pour les paramètres du LIROC, l'autre pour ceux du PICOTDC. Dans ma version j'ai séparé 2 fichiers d'exemples

  • default_liroc.csv: les paramètres sur lesquels on a agi sont
  • DC_PA_ch[i] Le niveau DC d'entrée du canal i (laissé à 0 par défaut)
  • DAC_local_ch[i] Le DAC pour le canal i avant le discriminateur
  • Ctest_ch[i] Le switch d'injection sur le canal i
  • PA_gain toujours a 10
  • dac_threshold_m/lsb Le seuil par ASIC
  • EN-CLPS Mis à 15
"Parameter","Value"
"LIROC","LIROC"
"DC_PA_ch0",0
"Ctest_ch0",0
"Mask_ch0",0
"DAC_local_ch0",64
"DC_PA_ch1",0
"Ctest_ch1",0
"Mask_ch1",0
"DAC_local_ch1",64
"DC_PA_ch2",0
"Ctest_ch2",0
"Mask_ch2",0
"DAC_local_ch2",64

"EN_pa",1
"PP_pa",0
"PA_gain",10
"EN_7b",1
"PP_7b",0
"PA_comp",2
"EN_disc",1
"PP_disc",0
"Polarity",0
"Cmd_hysteresis",0
"EN_bg",1
"PP_bg",0
"EN_10bDAC",1
"PP_10bDAC",0
"dac_threshold_msb","0b10"
"dac_threshold_lsb","0b110000"
"EN-CLPS",0xf
"EN-pE",0
"PE-delay",0
"EN_Rx",1
"PP_Rx",0
"Forced_ValEvt",0
"EN_NOR64",0
"EN_probe",0
"PP_probe",0
"MillerComp",4
"Ibi_probe","0b10"
"Ibo_probe","0b100000"

  • default_pico.csv: Pour le PICOTDC les paramètres importants sont ceux liés

  • au filtrage des signaux d'entrée

  "hrx_top_delay",0xf
  "hrx_top_bias","0xf"
  "hrx_top_filter_trailing",1
  "hrx_top_filter_leading",1
  "hrx_top_en_r",1
  "hrx_top_en",1
  "hrx_bot_delay",0xf
  "hrx_bot_bias","0xf"
  "hrx_bot_filter_trailing",1
  "hrx_bot_filter_leading",1
  "hrx_bot_en_r",1
  "hrx_bot_en",1
  • à la polarité des fronts 
  "falling_en",0
  • à la résolution , coarse par exemple
    "tg_bot_nen_fine",1
    "tg_bot_nen_coarse",0
    "tg_top_nen_fine",1
    "tg_top_nen_coarse",0
    "highres_en",0

Le code de création de setup et de modification est identique à celui des FEBs

    import picmic_register_access as pr
    s=pr.instance()
    s.create_setup("TOTO")
    pr=pr.picmic_registers(f_id=12)
    pr.load_defaults(fnp="../etc/default_pico.csv",fnl="../etc/default_liroc.csv")
    s.setup.add_picmic(pr)
    s.upload_changes("un test de creation")

On peut aussi avoir la liste des setups et en télécharger un

    python3
    Python 3.11.2 (main, Apr 28 2025, 14:11:48) [GCC 12.2.0] on linux
    Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
    >>> import picmic_register_access as pr
    >>> s=pr.instance()
    >>> s.list_setups()
    TEST_PIC_DB / 1 | Essai d'insertion | Previous  0
    TEST1_PIC_DB / 1 | Essai d'insertion | Previous  0
    TEST2_PIC_DB / 1 | Essai d'insertion | Previous  0
    TEST3_PIC_DB / 1 | Essai d'insertion | Previous  0
    TEST3_PIC_DB / 2 | Alignment | Previous  1
    TEST3_PIC_DB / 3 | Alignment 2nd pass | Previous  2
    TEST3_PIC_DB / 4 | all on all aligned | Previous  3
    TEST3_PIC_DB / 5 | Un nouvel essai d alignement | Previous  1
    TEST3_PIC_DB / 6 | 2eme pass nouvel essai d alignement | Previous  5
    PICMIC_TEST_JUNE / 1 | First version in June | Previous  0
    PICMIC_TEST_JUNE / 2 | un test | Previous  1
    TOTO / 1 | un test de creation | Previous  0
    >>> s.download_setup("TOTO",1)
    >>> s.to_csv_files()

On crée ainsi le fichier /dev/shm/board_csv/TOTO_1_f_12_config_picmic.csv

On peut évidemment modifié n'importe quel paramètre avec:

    target=800
    filtering=True
    tlsb=target&0xFF
    tmsb=(target>>8)&0xFF
    s.setup.boards[0].picmic.set("dac_threshold_lsb",tlsb)
    s.setup.boards[0].picmic.set("dac_threshold_msb",tmsb)
    #Maximal filtering
    if (filtering):
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_top_delay",0xF)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_top_bias",0xF)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_top_filter_trailing",1)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_top_filter_leading",1)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_bot_delay",0xF)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_bot_bias",0xF)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_bot_filter_trailing",1)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_bot_filter_leading",1)
    else:
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_top_filter_leading",0)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_bot_filter_leading",0)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_top_filter_trailing",0)
        s.setup.boards[0].picmic.set("hrx_bot_filter_trailing",0)
    # Falling ?
    s.setup.boards[0].picmic.set("falling_en",0)
    # ValEvt
    s.setup.boards[0].picmic.set("Forced_ValEvt",0)
    # Polarity
    s.setup.boards[0].picmic.set("Polarity",0)
    # DC_PA
    for ch in range(64):
        if (dc_pa!=0):
            self.setup.boards[0].picmic.set('DC_PA_ch',dc_pa,ch)
    # creation d'une version temporaire 998
    s.setup.version=998
    s.to_csv_files()

On crée ainsi le fichier /dev/shm/board_csv/TOTO_998_f_12_config_picmic.csv avec les paramètres modifiés

On peut également faire un appel à upload_changes pour créer la version 2 de TOTO

Procédures de piédestaux

Les piedestaux ne sont alignés qu'en jounat sur le DAC_local_ch[i] et en scannant le seuil global dac_threshold_m/lsb. La procédure réalise un scan grossier des S-Curves calcule la médiane et ajuste la valuer du DAC local avec

où est la valeur à mi-hauteur de la S-Curve du canal i (Turn on)

Deux approches sont possibles:

  • liroc_picotdc_daq/software/align_pedestal.py : Iterations jusqu'à ce que les corrections soient nulles.
  • pmdaq/picmic/bin/scurve_one_shot : scan autour de la valeur estimée de la correction () et choix de la valeur la plus proche de la médiane.

C'est cette dernière mèthode qui a été utilisée pour les études suivantes.

Alignement

On obtient pour les piédestaux sur la première carte:

Zoom Pedestal scan carte 1

en zoomant on voit que l'alignement est contenu dans moins de 2 coups de DAC

Pedestal scan carte 1

Calibration des TDCs

Pour l'instant nous n'avons pas encore mis en place de procédures pour mesurer précisément la résolution intrinsèque du picoTDC (injection décalée du même signal sur des canaux digitaux)

Résolution fine

Résolution grossière

Tests d'injection

Setup

On utilise le générateur Agilent 81160 en injectant soit directement sur CTEST avec un pont diviseur de 2, soit à travers une Capacité de 10 pF précédée d'un atténuateur de 20 dB.

Premiers tests avec injection sur une C=10 pF

On compare la réponse sur le même canal pour 3 temps de montée différents et 2 charges 50 fC et 150 fC.

Temps de montée 1ns, 50 mV

Q=50 fC, Canal 30

Injection 50 fC 1ns sur canal 30

Temps de montée 1ns, 150 mV

Q=150 fC, Canal 30

Injection 150 fC 1ns sur canal 30

Temps de montée 2ns, 50 mV

Q=50 fC, Canal 30

Injection 50 fC 2ns sur canal 30

Temps de montée 2ns, 150 mV

Q=150 fC, Canal 30

Injection 150 fC 2ns sur canal 30

Temps de montée 3ns, 50 mV

Q=50 fC, Canal 30

Injection 50 fC 3ns sur canal 30

Temps de montée 3ns, 150 mV

Q=150 fC, Canal 30

Injection 150 fC 3ns sur canal 30

Calibration

Pour calibrer on utilise l'entrée CTEST qui est suivi d'une résistance de 50 Ohm série qui divise par 2 le signal injecté Sauf sur le canal 48 où la terminaison a été retirée=> Ne Pas dépasser 1.2 V

On a noté une diaphonie de l'injection lorsque l'on dépasse 0.6 V (30 fC)

On scanne 20 points de 50 mV à 600 mV (2.5-30 fC). Dans tous les cas, seul le canal injecté est actif et seul sa capacité CTEST est activée.

Temps de montée 1 ns

Calibrations 1ns

On obtient l'intercepte et la pente de chaque canal Intercept et pente 1ns

que l'on peut analyser en fonction des canaux Intercept et pente vs channels 1ns

Temps de montée 2 ns

Calibrations 2ns

On obtient l'intercepte et la pente de chaque canal Intercept et pente 2ns

que l'on peut analyser en fonction des canaux Intercept et pente vs channels 2ns

Remarques importantes

  • Le piédestal ainsi déterminé est 20 coups de DAC plus bas que celui déterminé avec les Scurves. Cela indique clairement une non linéarité à basse charge. Il faut répéter cette mesures sur des canaux en injectant de 50 à 500 fC directement sur les entrées et calculer l'intercepte.
  • La réponse n'est pas uniforme par canal, spécialement sur les 30 premiers canaux. Vu que l'on ne peut pas adapter le gain par canal, il serait raisonnable d'aligner les Scurves sur une injection (50 fC?) avec CTEST pour pouvoir appliquer un seuil commun à tous les canaux
  • Une des possibilités pour expliquer cette dépendance est l'atténuation de la charge injectée en fonction du canal. Ceci semble être confirmé par les études suivantes.

Résolution temporelle

Dans cette première étude on mesure la réponse en temps des canaux avec une injection sur CTEST de 1.2 V (60 fC).

Le délai du pulse par rapport au déclenchement est de 85 ns. Le seuil est fixé à DAC=610 pour un piédestal à 564 (Scurves) ou 547 (injection) soit un seuil

Piédestal ns ns
Scurves
CTEST

Vu la variation du seuil selon le temps de montée et suivant que l'on considère l'un ou l'autre des piédestaux mesurés on s'attend à de gros effets de timewalk ce que l'on note sur les 2 tests suivants où on remarque également que la charge injectée décroît avec le numéro de canal.

Temps de montée ns, Charge injectée Q=60 fC

Q 60 fC tau 1ns Q 60 fC tau 1ns ves channels

Temps de montée ns, Charge injectée Q=50 fC

Q 50 fC tau 1ns Q 50 fC tau 1ns ves channels

Dépendance au seuil

A partir des mesures suivantes l'injection ne se fait que sur une seule piste (LIROC canal 45) et à travers la capacité de 10 pF et l'atténuateur de 20 dB

On fait une injection de 1V (Q= 1pC) pour 3 temps de montée: 1, 1.5 et 2 ns. On note a la fois un effet de timewalk attendu mais aussi une détérioration de la résolution si le seuil est trop bas...

=1 ns

Q 1 pC tau 1ns vs THR

=1.5 ns

Q 1 pC tau 1.5ns vs THR

=2 ns

Q 1 pC tau 2ns vs THR

Dépendance en charge

Pour un temps de montée de =1 ns, nous avons essayé d'adapter le seuil à la charge injectée et fait varier cette injection entre 50 fC et 1 pC. On réduit ainsi le timewalk et on retrouve une dépendance de la résolution attendue. Celle-ci est plus mauvaise que celle clamée pour le LIROC et provient principalement de la gigue du signal de déclenchement du générateur. Cet effet est supprimé dans l´étude suivante.

Scan en charge 50-1000 fC 1ns

Suppression de la gigue du déclenchement

Pour éliminer la gigue de l'injection, on mesure la différence entre une injection numérique sur le canal 0 directement reliée au picoTDC et une injection sur le canal Liroc 45.

On a répété 3 fois le balayage de 0.2 V à 2.5 V (soit 200 fC à 2.5 pC) avec un seuil fixe à 650 et un temps de montée ns

  • Premier balayage 20000 événements , pause de 30 minute
  • Second balayage 80000 événements
  • Troisième balayage 240 000 événements

La résolution optimale se stabilise vers 11 ps, pour une charge Q=1 pC injectée.

Time scan timing_vscan_f45_l45_v2.5_t650_d130000_r1000un_lun

timing_vscan_f45_l45_v2.5_t650_d130000_r1000un_lun

V inj (V) Channel T (ps)
0.2 45 55.857 51.79
0.315 45 55.823 36.34
0.43 45 55.868 27.79
0.545 45 55.885 23.43
0.66 45 55.905 19.91
0.775 45 55.891 17.61
0.89 45 55.872 15.49
1.005 45 55.860 19.22
1.12 45 55.852 22.11
1.235 45 55.846 22.65
1.35 45 55.870 21.83
1.465 45 55.871 15.51
1.58 45 55.856 13.25
1.695 45 55.827 13.27
1.81 45 55.800 14.70
1.925 45 55.774 15.13
2.04 45 55.750 14.45
2.155 45 55.730 13.39
2.27 45 55.711 12.61
2.385 45 55.694 12.25
2.5 45 55.679 12.01

S vs Q

Time scan timing_vscan_f45_l45_v2.5_t650_d130000_r1000deux_lun_80k

timing_vscan_f45_l45_v2.5_t650_d130000_r1000deux_lun_80k

V inj (V) Channel T (ps)
0.2 45 55.972 43.07
0.315 45 55.899 27.32
0.43 45 55.923 21.86
0.545 45 55.925 18.52
0.66 45 55.937 15.75
0.775 45 55.914 13.87
0.89 45 55.890 12.71
1.005 45 55.871 11.90
1.12 45 55.861 11.38
1.235 45 55.853 11.01
1.35 45 55.876 11.07
1.465 45 55.874 10.98
1.58 45 55.859 10.88
1.695 45 55.829 11.21
1.81 45 55.802 12.68
1.925 45 55.775 13.21
2.04 45 55.751 12.37
2.155 45 55.730 11.51
2.27 45 55.712 11.07
2.385 45 55.695 10.95
2.5 45 55.680 10.83

S vs Q

Time scan timing_vscan_f45_l45_v2.5_t650_d130000_r1000trois_lun_240k

timing_vscan_f45_l45_v2.5_t650_d130000_r1000trois_lun_240k

V inj (V) Channel T (ps)
0.2 45 55.980 42.64
0.315 45 55.904 27.01
0.43 45 55.924 21.78
0.545 45 55.927 18.49
0.66 45 55.937 15.78
0.775 45 55.914 13.95
0.89 45 55.890 12.81
1.005 45 55.872 11.99
1.12 45 55.861 11.43
1.235 45 55.854 11.16
1.35 45 55.876 11.27
1.465 45 55.875 11.20
1.58 45 55.860 11.05
1.695 45 55.831 11.45
1.81 45 55.802 13.16
1.925 45 55.775 13.47
2.04 45 55.752 12.70
2.155 45 55.731 11.86
2.27 45 55.713 11.38
2.385 45 55.696 11.28
2.5 45 55.681 11.10

S vs Q

Nouvelles mesures Fin Octobre 2025 avec la nouvelle carte d'alimentation

Carte numéro 2

La deuxieme carte a été montée avec seule l'entrée dig2 et le canal 48 connecté.

L'alimentation se fait désormais en 4 et 2 V à travers la carte de Christophe.

Piedestaux

Pour les peiedestaux on observe une grosse différence entre le picoTDC en mode coarse ou fine. On doit étudier ce qu'il se passe au niveaux des alimentations.

Mode coarse

Piedestaux mode coarse

Piédestal à 537

Mode fine

Piedestaux mode fine

Piédestal à 507 , 5-6 canaux non alignés

Calibrations

On injecte en 2 et 15 mV (0.2 à 0.5 V 40 dB) sur une Capa de 11 pF sur le canal 48. Le mode est coarse et on fait varier le rise time de 1 à 4 ns

=1ns

Canal 48 \tau 1ns

=1.5ns

Canal 48 \tau 1.5ns

=2ns

Canal 48 \tau 2ns

=4ns

Canal 48 \tau 4ns

Pour une coupure à 20 DAC au-dessus du piedestal on obtient une charge minimal:

(ns) Slope (DAC/fC)
1 1.302 15.4
1.5 1.031 19.4
2 0.775 25.8
4 0.341 58.7

Mesures de Juin 2026

En Juin 2026 nous avons relancé les mesures pour évaluer les réponses suivant les 2 polarités possible (signal négatif sur une RPC et positif sur les MCP). Nous avons d'abord recalculé les piedestaux dans les 2 polarités.

Piedestaux

Bien que l'on est du modifier les valeurs des DAC selon la polarité, les piedestaux sont dispersés autour de la même valeur centrale dans les 2 cas

Polarité négative (PICMIC_TEST_JUNE / 11)

Canaux individuels

Scurves single Polarité 0

Turn on single Polarité 0

Tous les canaux ON

Scurves all-on Polarité 0

Turn on all-on Polarité 0

Polarité positive (PICMIC_TEST_JUNE / 14)

Canaux individuels

Scurves single Polarité 1

Turn on single Polarité 1

Tous les canaux ON

Scurves all-on Polarité 1

Turn on all-on Polarité 1

Injection

On a injecté un signal en tension aprés une atténuation de 30 dB (/32) pour le pulse négatif et 40 dB(100) pour le positif à travers une capacité de 11 pF.

Le pulse a un temps de montée variant de 1 à 3 ns, une largeur de 100 ns et un temps de descente de 1 micros. On est donc sensible à travers la capacité qu'au premier front.

On a également fait varier le seuil des canaux du Liroc de 20 à 200 fC suivant les cas.

Durant un run on fait varier également l'injection de 0.1 à 5 V (60 ou 80 points par seuil, temps de montée et polarité)

L'injection se fait en paralelle sur le canal 0 (digital) et sur le canal 13 (analogique LIROC 46), on mesure:

  • Le nombre de fois où le signal est vu sur les 2 voies (Efficacité)
  • La position absolue (Time-walk)
  • La dispersion sur (Résolution)

En clair le nombre d'entrée,la moyenne et la dispersion du plot suivant: Run 1213 V=1925

On obtient pour chaque run les courbes suivantes (run 1213 Polarité 0, =2.0 ns,DAC>13 )

Run 1213 Eff

Run 1213 Mean

Run 1213 Res

Vérification des piedestaux et de la calibration

Pour chaque temps de montée, on obtient la charge du turn-on de l'efficacité pour un seuil donné, on peut ainsi reconstruire la courbe DAC vs charge, l'ajuster linéairement et obtenir le piedestal (l'intercept à Q=0) et la calibration (la pente).

On obtient pour l'injection négative:

(ns) Slope (fC/DAC) Piedestal Plots
1 1.62 501.7 Pol 0 1 ns
2 2.82 503.7 Pol 0 2 ns
2.5 3.52 503.6 Pol 0 2.5 ns
3 4.38 503.8 Pol 0 3 ns

Et pour le pulse positif

(ns) Slope (fC/DAC) Piedestal Plots
1 1.78 504.8 Pol 1 1 ns
1.5 2.13 504.4 Pol 1 1.5 ns
2 2.91 503.1 Pol 1 2 ns
2.5 3.63 503.3 Pol 1 2.5 ns

Comme on le voit les valeurs de calibration et de piedestaux sont compatibles dans les 2 polarités.

Parametres temporels

On peut mesurer la difference de delai moyen suivant l'injection, cela nous donne une idee du timewalk. On regarde l'ecart maximum entre les delais aux differentes injections qui evidemment dependent du seuil du Liroc.

On peut egalement regarder la resolution minimale atteinte lors du scan et la charge injectee pour atteindre ce minimum

On obtient pour l'injection négative:

(ns) TimeWalk Minimal res Corresponding injection
1 TW RES Qmin
2 TW RES Qmin
2.5 TW RES Qmin
3 TW RES Qmin

Et pour l'injection positive:

(ns) TimeWalk Minimal res Corresponding injection
1 TW RES Qmin
1.5 TW RES Qmin
2 TW RES Qmin
2.5 TW RES Qmin

Liste des runs

Pulse positif
run Rise Threshold Plots
1028 2.0 490 Efficiency
1028 2.0 490 Timewalk
1028 2.0 490 Resolution
1029 2.0 480 Efficiency
1029 2.0 480 Timewalk
1029 2.0 480 Resolution
1030 2.0 470 Efficiency
1030 2.0 470 Timewalk
1030 2.0 470 Resolution
1031 2.0 460 Efficiency
1031 2.0 460 Timewalk
1031 2.0 460 Resolution
1032 2.0 450 Efficiency
1032 2.0 450 Timewalk
1032 2.0 450 Resolution
1033 1.0 450 Efficiency
1033 1.0 450 Timewalk
1033 1.0 450 Resolution
1034 1.0 460 Efficiency
1034 1.0 460 Timewalk
1034 1.0 460 Resolution
1035 1.0 470 Efficiency
1035 1.0 470 Timewalk
1035 1.0 470 Resolution
1036 1.0 480 Efficiency
1036 1.0 480 Timewalk
1036 1.0 480 Resolution
1037 1.0 490 Efficiency
1037 1.0 490 Timewalk
1037 1.0 490 Resolution
1047 2.5 490 Efficiency
1047 2.5 490 Timewalk
1047 2.5 490 Resolution
1049 2.5 485 Efficiency
1049 2.5 485 Timewalk
1049 2.5 485 Resolution
1050 2.5 480 Efficiency
1050 2.5 480 Timewalk
1050 2.5 480 Resolution
1051 2.5 470 Efficiency
1051 2.5 470 Timewalk
1051 2.5 470 Resolution
1052 2.5 460 Efficiency
1052 2.5 460 Timewalk
1052 2.5 460 Resolution
1053 2.5 450 Efficiency
1053 2.5 450 Timewalk
1053 2.5 450 Resolution
1054 1.5 450 Efficiency
1054 1.5 450 Timewalk
1054 1.5 450 Resolution
1055 1.5 460 Efficiency
1055 1.5 460 Timewalk
1055 1.5 460 Resolution
1056 1.5 470 Efficiency
1056 1.5 470 Timewalk
1056 1.5 470 Resolution
1057 1.5 480 Efficiency
1057 1.5 480 Timewalk
1057 1.5 480 Resolution
1058 1.5 485 Efficiency
1058 1.5 485 Timewalk
1058 1.5 485 Resolution
1059 1.0 485 Efficiency
1059 1.0 485 Timewalk
1059 1.0 485 Resolution
Pulse negatif
run Rise Threshold Plots
1212 2.0 517 Efficiency
1212 2.0 517 Timewalk
1212 2.0 517 Resolution
1213 2.0 520 Efficiency
1213 2.0 520 Timewalk
1213 2.0 520 Resolution
1214 2.0 530 Efficiency
1214 2.0 530 Timewalk
1214 2.0 530 Resolution
1215 2.0 540 Efficiency
1215 2.0 540 Timewalk
1215 2.0 540 Resolution
1216 2.0 550 Efficiency
1216 2.0 550 Timewalk
1216 2.0 550 Resolution
1217 2.0 560 Efficiency
1217 2.0 560 Timewalk
1217 2.0 560 Resolution
1218 1.0 560 Efficiency
1218 1.0 560 Timewalk
1218 1.0 560 Resolution
1219 1.0 550 Efficiency
1219 1.0 550 Timewalk
1219 1.0 550 Resolution
1220 1.0 540 Efficiency
1220 1.0 540 Timewalk
1220 1.0 540 Resolution
1221 1.0 530 Efficiency
1221 1.0 530 Timewalk
1221 1.0 530 Resolution
1222 1.0 520 Efficiency
1222 1.0 520 Timewalk
1222 1.0 520 Resolution
1223 1.0 517 Efficiency
1223 1.0 517 Timewalk
1223 1.0 517 Resolution
1224 1.0 550 Efficiency
1224 1.0 550 Timewalk
1224 1.0 550 Resolution
1225 3.0 550 Efficiency
1225 3.0 550 Timewalk
1225 3.0 550 Resolution
1226 3.0 560 Efficiency
1226 3.0 560 Timewalk
1226 3.0 560 Resolution
1227 3.0 540 Efficiency
1227 3.0 540 Timewalk
1227 3.0 540 Resolution
1228 3.0 530 Efficiency
1228 3.0 530 Timewalk
1228 3.0 530 Resolution
1229 3.0 520 Efficiency
1229 3.0 520 Timewalk
1229 3.0 520 Resolution
1230 3.0 517 Efficiency
1230 3.0 517 Timewalk
1230 3.0 517 Resolution
1231 2.5 517 Efficiency
1231 2.5 517 Timewalk
1231 2.5 517 Resolution
1232 2.5 520 Efficiency
1232 2.5 520 Timewalk
1232 2.5 520 Resolution
1233 2.5 530 Efficiency
1233 2.5 530 Timewalk
1233 2.5 530 Resolution
1234 2.5 540 Efficiency
1234 2.5 540 Timewalk
1234 2.5 540 Resolution
1235 2.5 550 Efficiency
1235 2.5 550 Timewalk
1235 2.5 550 Resolution
1236 2.5 560 Efficiency
1236 2.5 560 Timewalk
1236 2.5 560 Resolution

Mesures avec les ampli MCPs

Pour simuler les performances attendues lors de la lecture des plans de bias des MCPs, nous avons utilisé la boite d'amplis et connecté la capacité de 11 pF à l'entrée 4. Avec le gain actuel la bande passante est infèrieure au GHz et le temps de montée mesuré sur le signal de sortie, pour un front injecté de 1 ns, se situe entre 2 et 2.5 ns.

Nous avons néanmoins répéter les mesures pour différents temps de montée du pulse en courant. On obtient les résultas suivants:

Calibration

(ns) Slope (fC/DAC) Piedestal Plots
1 0.31 478 Pulse V 1 ns
2 0.39 488 Pulse V 2 ns
2.5 0.46 486 Pulse V 2.5 ns
3.0 0.54 485 Pulse V 3 ns

La variation du piedestal par rapport aux mesures précédentes est de l'ordre de 15 DAC, ce qui est explicable par le piedestal de l'ampli différent de celui du Liroc.

Le changement de pente est plus significatif, il est de l'ordre de 5 à 6 fois plus faible que pour les mesures précédentes. Cela est cohérent avec le gain de l'ampli et sa bande passante.

Pour 1 ns de temps de montée, le temps de montée du signal de sortie est de 2.0 ns. On s'attendrait donc pour un gain G=1 à une pente de 2.91 fC/DAC, on estime donc le gain . Il faudrait mesurer au scope précisemment les temps de montée du signal de sortie pour les différents temps de montée du pulse injecté et répéter les mesures avec ces valeurs sans les amplis MCP pour confirmer cette estimation.

J'ai répété la mesure de SCurve avec l'ampli MCP branché, comme on peut le voir sur la figure suivante: SCurve avec ampli MCP ON

Le canal TDC 13 , LIROC 46 a clairement un gain au moins 5 fois plus élevé que les autres canaux. Le déplacement du front peut également être expliqué par le déplacement du piedestal estimé par l'intercept de 15 DAC par rapport aux mesures précédentes, le bruit des pulses d'injection étant dilaté par le même facteur que le bruit hors injection.

Paramètres temporels

On a répété les mesures de timewalk et de résolution minimale pour les différents temps de montée du pulse injecté. On obtient les résultats suivants. La mesure à 1 ns est compatible avec la mesure à 2ns sans les amplis, ce qui est cohérent avec le fait que le temps de montée du signal de sortie est de 2 ns pour un front injecté de 1 ns.

(ns) TimeWalk Minimal res Corresponding injection
1 TW RES Qmin
2 TW RES Qmin
2.5 TW RES Qmin
3.0 TW RES Qmin

Liste des runs

run Rise Threshold Plots
1068 1.0 450 eff
1068 1.0 450 tw
1068 1.0 450 res
1069 1.0 400 eff
1069 1.0 400 tw
1069 1.0 400 res
1070 1.0 350 eff
1070 1.0 350 tw
1070 1.0 350 res
1071 1.0 300 eff
1071 1.0 300 tw
1071 1.0 300 res
1072 1.0 250 eff
1072 1.0 250 tw
1072 1.0 250 res
1073 1.0 200 eff
1073 1.0 200 tw
1073 1.0 200 res
1074 1.0 150 eff
1074 1.0 150 tw
1074 1.0 150 res
1075 1.0 100 eff
1075 1.0 100 tw
1075 1.0 100 res
1076 1.0 50 eff
1076 1.0 50 tw
1076 1.0 50 res
1077 2.0 50 eff
1077 2.0 50 tw
1077 2.0 50 res
1078 2.0 100 eff
1078 2.0 100 tw
1078 2.0 100 res
1079 2.0 150 eff
1079 2.0 150 tw
1079 2.0 150 res
1080 2.0 200 eff
1080 2.0 200 tw
1080 2.0 200 res
1081 2.0 250 eff
1081 2.0 250 tw
1081 2.0 250 res
1082 2.0 300 eff
1082 2.0 300 tw
1082 2.0 300 res
1083 2.0 350 eff
1083 2.0 350 tw
1083 2.0 350 res
1084 2.0 400 eff
1084 2.0 400 tw
1084 2.0 400 res
1085 2.0 450 eff
1085 2.0 450 tw
1085 2.0 450 res
1086 3.0 450 eff
1086 3.0 450 tw
1086 3.0 450 res
1087 3.0 400 eff
1087 3.0 400 tw
1087 3.0 400 res
1088 3.0 350 eff
1088 3.0 350 tw
1088 3.0 350 res
1089 3.0 300 eff
1089 3.0 300 tw
1089 3.0 300 res
1090 3.0 250 eff
1090 3.0 250 tw
1090 3.0 250 res
1091 3.0 200 eff
1091 3.0 200 tw
1091 3.0 200 res
1092 3.0 150 eff
1092 3.0 150 tw
1092 3.0 150 res
1093 3.0 100 eff
1093 3.0 100 tw
1093 3.0 100 res
1094 3.0 50 eff
1094 3.0 50 tw
1094 3.0 50 res
1095 2.5 50 eff
1095 2.5 50 tw
1095 2.5 50 res
1096 2.5 100 eff
1096 2.5 100 tw
1096 2.5 100 res
1097 2.5 150 eff
1097 2.5 150 tw
1097 2.5 150 res
1098 2.5 200 eff
1098 2.5 200 tw
1098 2.5 200 res
1099 2.5 250 eff
1099 2.5 250 tw
1099 2.5 250 res
1100 2.5 300 eff
1100 2.5 300 tw
1100 2.5 300 res
1101 2.5 350 eff
1101 2.5 350 tw
1101 2.5 350 res
1102 2.5 400 eff
1102 2.5 400 tw
1102 2.5 400 res
1103 2.5 450 eff
1103 2.5 450 tw
1103 2.5 450 res

Ampli MCP avec un gain 1

On a modifié le gain (G=1) des canaux 7 et 8 de la boite et branché la voie 8 sur le canal 46 du Liroc (TDC13). On a répété les mesures précédentes et obtenu les résultas suivants.

Scurves

On ne distingue plus la voie 46 des autres lors dún scan en seuil:

Scurves par canal Ampli MCP Gain 1

Calibration

(ns) Slope (fC/DAC) Piedestal Plots
1 1.31 508 Pulse V 1 ns
1.5 1.70 507 Pulse V 2 ns
2 2.18 506 Pulse V 2 ns
2.5 2.74 506 Pulse V 2.5 ns
3.0 3.42 506 Pulse V 3 ns

Paramètres temporels

On a répété les mesures de timewalk et de résolution minimale pour les différents temps de montée du pulse injecté. On obtient les résultats suivants. La mesure à 1 ns est compatible avec la mesure à 2ns sans les amplis, ce qui est cohérent avec le fait que le temps de montée du signal de sortie est de 2 ns pour un front injecté de 1 ns.

(ns) TimeWalk Minimal res Corresponding injection
1 TW RES Qmin
1.5 TW RES Qmin
2 TW RES Qmin
2.5 TW RES Qmin
3.0 TW RES Qmin

Nouvel Ampli MCP avec un gain 1

On a branché le nouvel ampli (G=1) et répéter l'étude sur le mêm canal 46 du Liroc (TDC13)

Scurves

Encore une fois,on ne distingue plus la voie 46le canal connecté lors du scan en seuil:

Scurves par canal Nouvel Ampli MCP Gain 1

Calibration

(ns) Slope (fC/DAC) Piedestal Plots
1 1.28 509 Pulse V 1 ns
1.5 1.63 507 Pulse V 2 ns
2 2.11 508 Pulse V 2 ns
2.5 2.72 507 Pulse V 2.5 ns
3.0 3.46 506 Pulse V 3 ns

Paramètres temporels

On a répété les mesures de timewalk et de résolution minimale pour les différents temps de montée du pulse injecté. On obtient les résultats suivants. La résolution obtenue pour un seuil à 100 fC et une injection > 500 fC s'améliore un peu ( ~ 1 ps) pour ns et reste comparable à celle obtenue par injection directe pou un temps de montée légérement altéré.

(ns) TimeWalk Minimal res Corresponding injection
1 TW RES Qmin
1.5 TW RES Qmin
2 TW RES Qmin
2.5 TW RES Qmin
3.0 TW RES Qmin

Même mesures avec une charge jusqu'à 3 pC

Calibration

(ns) Slope (fC/DAC) Piedestal Plots
1 2.34 485 Pulse V 1 ns
1.5 1.78 515 Pulse V 2 ns
2 2.29 514 Pulse V 2 ns
2.5 2.89 514 Pulse V 2.5 ns
3.0 3.71 512 Pulse V 3 ns

La valeur pour ns est biasée car le turn_on de l'efficacité manque de points.

Paramètres temporels

(ns) TimeWalk Minimal res Corresponding injection
1 TW RES Qmin
1.5 TW RES Qmin
2 TW RES Qmin
2.5 TW RES Qmin
3.0 TW RES Qmin

Perspectives

La carte Liroc-PicoTDC permet de detecter des signaux à partir de 30 fC et d'atteindre une résolution temporelle de l'ordre de 15 ps (incluant le jitter de 7 ps du générateur d'impulsion). Néanmoins elle ne permet pas d'atteindre ces 2 limites simultanément, il faut une impulsion (>500 fC) et un seuil (>100fC) pour atteindre cette précison temporelle.

Nous avons validé ces performances à la fois sur une injection directe dans la carte mais aussi à travers les amplis de la voie temps utiliser actuellement ou dans les futurs montage.

Les prochaines étapes sont:

  • Utilisation de la carte IDROGEN

  • Achat et installation d'une carte 10 Gb dans un PC Dell Precision 5820 (lyoilc07)

    • DeLock Carte réseau PCI Express avec SFP+ 10 Gigabits , Ok ?

  • Adaptation du soft de DAQ au driver IDROGEN développé par Loup

  • Répéter les mesures (Piedestaux+Injection) sur ce setup

  • Vérifier les performances avec 1 double MCP, 1 source et un signal de collecte.

  • disponibilité des pompes et d'une alim HV

  • Climatisation ?