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mesures_initiales

Summary of FEB measurement with 1.2 mm thick PCBs

Mesure avec la maquette à l'IPNL

Cette première série de mesure a été réalisée sans latch sur les sorties des discriminateurs. Le PCB est glissé entre 2 plaque de 5mm de contreplaqué surmontées de 2 plans de cuivre.

Run 736999

pedestal strip connected

Old ped=28,26,32,22,32,34,41,36,31,31,31,31,31,31,31,31, 31,31,31,31,31,31,31,31,36,25,34,22,20,39,36, 21

Run 737003

Pedestal after correction

[28,25,31,24,32,34,38,36,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,31,36,25,34,22,20,39,36, 21 ],

Scan en injection

La mesure du piedestal après injection est faite à l'oeuil.

Run Injection Cote Piedestal Seuil 3 Seuil 7
737004 300 7 350 395 450
737006 200 7 350 370 415
737007 400 7 350 421 485
737008 500 7 350 448 525
737009 600 7 350 472 558
737026 200 3 350 408 370
737028 300 3 350 448 400
737030 400 3 350 485 428
737031 500 3 350 530 440
737032 600 3 350 465 556
Peuplier 3mm
737034 200 3 350 372 408
737035 300 3 350 445 400
737036 400 3 350 482 400 ?

Avec le peuplier de 3 mm on obtient les mêmes resultats qu'avec le contreplaqué de 5 mm

On obtient deux comportements similaire (figure figure 1, figure 2) indépendamment du coté sur lequel l'injection est faite. Le signal transmis semble 40 % plus faible.

Fig. 1: valeur moyenne de Vth min pour differentes injection du coté interne

Fig. 2: valeur moyenne de Vth min pour differentes injection du coté externe

Mesures additionnelles

Run 737050

Nouveau piedestaux

Run 737053

Piedestaux corrige

dac=dac0+(med-ped)/2.97

Run 737055

Calibration 100 mV sur la strip 2

Efficace sur cote injection (tdc 3) pas sur 7

canal 3 ⇒

Full eff pour Vth=370

piedestal 335

Soit 35 Vth⇒ 100mV Ok

canal 7 ⇒

Full eff Vth=351

Soit 16

Run 737056

150 mV injecte

Canal 3 ⇒ 393-335 ⇒ 58 (170 mV attendu)

Canal 7⇒ 361-335 ⇒ 26 ( On se serait attendu a mieux, mais on est a limite du bruit a 370…)

Run 737058

200 mV injecte

Canal 3 ⇒ 419-335⇒ 84

Canal 7 ⇒ 371-335 ⇒ 36

Run 737059

200 mV injecte Seuil a 375 , tous les autres canaux masques

Run 737060

225 mV injecte Seuil a 375 , tous les autres canaux masques

Run 737061

225 mV injecte Seuil a 380 , tous les autres canaux masques

Run 737062

le meme mais j'active TDC 1 et 5⇒ le bruit diverge 225 mV injecte Seuil a 380 , tous les autres canaux masques

Mesures au CERN PCB 1.2 mm

Run piedestaux

Les runs 737192/193 et 737200, sont pris en mode piedestal sans latcher la sortie des discriminateurs. Les autres acquisitions sont faites en mode latché.

Cablage

Les tableaux suivants donne les correspondances entre les cables, les pistes, le PETIROC et le TDC.

int lemo2pr[32]={14,13,12,11,10,9,8,7,6,4,2,0,1,3,5,24,
                 26,28,30,31,29,27,25,23,22,21,20,19,18,17,16,15};
 
int pr2lemo[32]={11,12,10,13,9,14,8,7,6,5,4,3,2,1,0,31,
                 30,29,28,27,26,25,24,23,15,22,16,21,17,20,18,19};
 
 
int pr2tdc[32]={1,3,5,7,9,11,13,15,
                -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,
                -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,
                14,12,10,8,6,4,2,0};
 
 
 int tdc2pr[32]={31,0,30,1,29,2,28,3,27,4,26,5,25,6,24,7,
                 -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,};
 
 
int lemo2strip[32]={86,85,84,83,82,81,80,79,78,77,76,75,74,73,72,71,
                    71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86};

Run d'injections

Conditions

La fenêtre d'acquisition est de 500 clocks, le seuil est fixé à 390. L'injection se fait sur la piste 76, TDC 5 et 8 sur 1pF, terminé par 50 Ohm.

On calcule l'efficacité comme le rapport du nombre de fois où la piste injectée et vu sur le nombre d'injections. Ce rapport peut être supérieru à 100 % si la piste est bruitée. L'efficacité en Y est donnée par le nombre de fois où une mesure de $\Delta T$ est possible sur le nombre d'injection.

run Threshold (DAC)Injection(fC) Ntrg Eff Eff Xy
737232 390 180 8311 101.6 4.1
737233 390 200 7555 103.0 9.3
737234 390 230 8698 100.9 23.1
737235 390 250 9860 100.1 51.0
737236 390 280 9922 100.1 94.0
737237 390 300 9890 100.1 99.1
737238 390 350 10828 100.2 100.0
737239 390 400 8860 100.4 99.8
737240 390 500 8401 100.7 100.0
737241 395 300 9978 100.5 92.5
737242 400 300 9832 100.1 65.6
737243 400 400 9596 99.8 99.7
737244 400 500 11124 100.4 99.8

En référence le run 737231 n'a pas d'injection. La figure 3 donne ces deux courbes d'efficacité. Le point de fonctionnement minimal avec le détecteur est de 300 fC. La figure 4 montre la différence en temps entre les deux extrémités de la piste 76 pour 500 fC d'injection et un seuil à 400. La résolution est de l'ordre de 100 ps (~1.1 cm). Elle se dégrade jusqu'à ~ 250 ps lorsque l'on se rapproche du seuil de détection (300 fC).

Fig. 3: Efficacité en fonction de l'injection (mv ou fC) du coté de l'injection (bleu) et à l'autre bout de la piste

Fig. 4: Distribution $\Delta T$ sur la piste 76 pour le run 7373244

Calibration à l'IPNL

Setup

On utilise un PCB glissé entre deux feuilles de peupliers de 3 mm et 2 plans de cuivre.

Les corrections proposées par Nathalie sont appliquées sur le FEB:

  • 100 k $\Omega $ et 100 nF sur la pate IBxxxxtime
  • Vh 2.5 V

De plus on utilise un cable ethernet blinde (Class 6). Ces différentes corrections ont pratiquement supprimés les redéclenchements obervés précédemment. Le gain du PETIROC est par ailleurs divisé par plus de deux avec la résistance de 100 k$\Omega$. On se propose de mesurer les injections minimales pour voir un signal sur une piste et pour mesurer une position le long de la piste (signal vu des 2 cotés de la piste)

Principe

On injecte une charge donnee et l'on répète la procédure de mesure des piedestaux, i.e, on ajuste la courbe d'efficacité sur chaque piste avec une fonction

$
 f(x)  &= a \times erfc(\frac{(x-b)}{c}) \\
$

Dans l'acquisition, on collecte 120 fenêtres de 4 $\mu$s pour chaque valeur de seuils et l'on regarde pour chaque canal s'il a été vu au moins une fois. Sur la figure 5 aucune injection n'est faite et l'on mesure le piedestal

Fig. 5: Piedestal canal 2 (737291)

Par contre, si une injection de 450 fC est faite près du canal 11, le bout de la piste étant lu par le canal 6, on observe les signaux sur les figures suivantes

La valeur du paramètre b de la fonction f est le piedestal sans injection, ou la valeur moyenne du signal vu après injection.

L'artefact proche de la valeur du piedestal de la piste 6 est à comprendre.

Pedestal Runs (737265 / 737270)

On commence par mesurer les piedestaux, i.e aucune injection n'est connectée . Apres correction des DAC6B on repete la mesure sur le run 736270 et l'on obtient:

channel a b c
0 59.1524.0 2.47
1 58.9527.5 0.89
2 59.0527.6 0.89
3 58.8527.5 0.86
4 42.0527.5 0.88
5 59.1527.6 1.01
6 58.7526.5 1.55
7 58.5526.9 1.09
8 58.8527.5 0.12
9 58.6527.4 0.92
10 58.7527.4 1.06
11 59.1527.6 0.94
12 58.8526.2 1.58
13 59.1527.8 1.23
14 59.1527.6 0.94

Fig. 6: Moyenne des pidestaux run 737270

L'ensemble des canaux sont donc alignés (figure 6) avec une valeur moyenne a 527 a.u (VthTime)

Performances

Les resultats pour une injection de 100 à 500 fC sont dans l'appendice [#sec-appendice-a]. Un résumé est donné dans la section [#sec-rsum].

Résumé

La figure 7 nous donne les valeurs minimal d'injection pour un seuil à 530:

  • Canal 11, du coté de l'injection, le signal est vu des 100 fC
  • canal 6, à l'autre bout de la piste, il faut au minimum injecter 250 fC.

Fig. 7: Valeur moyenne du signal sur les canaux 11 (bleu) et 6 (orange) en fonction de l'injection (mV sur 1 pF)

Reponse temporelle du système

Principe

Après les différentes mesures on remarque une atténuation relativement élevée le long de la piste. Nous voulons vérifier si cet effet est lié à la forme du pulse d'injection. Pour ce faire nous avons utilisé un générateur PICOPULSE délivrant des fronts avec un temps de montée (20%-80%) maximum de 240 ps. Pour faire varier ce temps de montée nous avons ajouté en série de cables BNC 50 Ohm de 10 m.

Pour évaluer l'impact sur l'efficacité, on fixe le seuil VthTime a 535, puis on varie l'injection du generateur jusqu'a que les canaux 11 et 6 soient efficaces.

On note cette injection Vi et on mesure au scope la valeur du temps de montee Tm (20%-80%) et l'amplitude du pulse Vm

Resultats

Si on calcule dV/dt on voit que le courant minimal pour voir un signal se stabilise au dessus de 1 ns de temps de montee

L Vi 11 Vi 6 Vm 11 Tm 11 Vm 6 Tm 6 Vm11/Tm11 V6m/Tm6 Ratio i11/i6
0 28 179 27 0.24 165 0.24 112.5 687.5 6.11
10 63 225 55 0.4 192 0.4 137.5 480 3.5
20 90 283 78 1.2 251 1.3 65 193.1 3.0
30 113 357 94 2 301 2.2 47 136.8 2.9
40 159 449 126 2.8 370 3.1 45 119.3 2.7
50 200 565 152 3.6 449 3.7 42.2 121.35 2.9

On note également que le rapport transmis/injection reste faible et stable (~3)

Remark

On a mesuré le temps de montée avec le générateur Agilent utilisé dans tous les autres tests

  • Réglage: 2.5 ns 285 mV

On mesure:

  • Fall 2.32 ns
  • (20%-80%) 1.60 ns

On est donc dans une bande de fréquence stabilisée du PETIROC

Mesure Directe des pulses d'injection

Cette mesure avit été tentée lors des essais d'adaptation mais un bruit piqué sur les circuits de résistance variable a empéché une mesure précise. Sur le setup courant on a pu réaliser cette mesure proprement.

Injection

On injecte 5V sur 1 pF sur une piste non connectée au FEB.

On mesure d'abord au scope le pulse de charge en direct sur 50 Ohm (comme sur le FEB) On retrouve 2.5 ns de temps de montee (Fall) et l'on mesure une charge intégrée de 5 pC comme attendu.

Mesures

Cable 50 Ohm terminaison 50 Ohm sur le scope

On est dans les conditions d'injection sur le PETIROC.

Fig. 8: 50 Ohm adaptation

On mesure (figure 8):

  • Coté injection
    • (80-20) 1.43 ns
    • Amplitude -51 mV
    • Area = -127 a.u
  • Coté opposé
    • (80-20) 2.46 ns
    • Amplitude -33 mV
    • Area = -105 a.u
  • Rebond
  • Délai: 18 ns (=2x L)
  • Amplitude 10 mV
  • Mesure du temps de propagation
    • Distance transmis: 8.90 ns
    • Distance Rebond: 18.30 ns

Calcul de l'impedance de la ligne

a=Vr/Vi=10./-51.=-0.196

Z0=Zt*(1-a)/(1+a)

Z0=50(scope)*(1-a)/(1+a)=74 Ohm ?

Cable et terminaison sur le scope de 75 Ohm

On répéte la mesure avec des cables de 75 Ohm et une terminaison de 75 $\omega$ sur le scope (figure 9)

Fig. 9: 75 Ohm adaptation

Resultats:

  • Injection -58 mV
  • Opposé -43 mV
  • Rebond +7.6 mV

L'amélioration est faible et l'on a toujours des pertes dans la ligne (dispersive ?)

Cable de 75 Ohm pas de terminaison (> 1 MOhm)

Enfin en supprimant les bouchons de terminaison sur le scope on obtient les signaux observés sur la figure 10.

Fig. 10: No adaptation

Résultats

  • Injection 90 mV
  • Oppose 70 mV
  • Rebond 7.6

On améliore le rapport Transmis/Direct.

On observe de nombreux rebonds comme attendu, néanmoins si la charge des RPC est faible leur amplitude est suffisamment faible pour qu'ils ne soient pas détectés.

La mesure sur un detecteur (OFF et avec des cosmiques) est donc indispensable.

Backup

Mesure de la resolution a l'IPN

Piedestal

On mesure le piedestal , run 737318 sans injection.

Mean $\simeq$ 530 (+3 par rapport à la dernière mesure ?)

$ c \simeq  1.7 \Rightarrow \sigma \simeq 1.2 \Rightarrow V_{th} = <V_{Mean}> + 5 \times \sigma = 536 $

Injection Piste 73 (TDC 7 et 2)

On observe une pleine efficacité sur le coté de l'injection seulement pour 200 mV (grosse dispersion du piedestal). Cela est peur etre dû à une mauvaise connection à la piste ou à la masse de mon injection. Le tableau suivant donne l'efficacité de mesure des deux coordonnées et la précision en temps observée ($\Delta T, \sigma_T$) en fonction de la charge injectée.

run Injection (mV) $\epsilon$ (%) $ \sigma_T$ (ps) $\Delta T$ (ns)
737349200 50 326 -6.38
329 210 65 390 -6.49
330 220 77 420 -6.56
331 230 87.5 420 -6.65
332 240 94.6 400 -6.67
333 250 97.8 373 -6.67
334 260 99.3 342 -6.64
335 270 99.8 315 -6.62
336 280 99.9 290 -6.6
337 290 99.9 269 -6.58
338 300 100 254 -6.56
339 310 99.9 242 -6.54
340 320 100 234 -6.52
341 330 100 223 -6.51
342 340 100 211 -6.5
343 350 100 206 -6.49
344 360 100 197 -6.47
345 370 100 191 -6.47
346 380 100 183 -6.46
347 390 100 177 -6.46
348 400 100 171 -6.45
350 450 99.9 156 -6.44
351 500 99.8 140 -6.4
352 550 99.6 129 -6.37
353 600 99.3 119 -6.34
354 650 99.7 111 -6.31
355 700 98.7 104 -6.29
356 750 97.5 105 -6.27
357 800 98.3 109 -6.26
358 850 94 111 -6.25
359 900 91.7 105 -6.25

La figure 11 montre l'evolution de la resolution et l'efficacité en fonction de l'injection. Les fluctuations au delà de 600 fC sont dû à de la diaphonie sur des pistes proches (le seuil est resté inchangé a 536).

La figure 12 montre le biais sur la position à basse injection.

Fig. 11: Evolution de l'efficacite et de la resolution en temps sur la piste 73

Fig. 12: Evolution de la position en temps sur la piste 73

Si l'on remonte le seuil à 550 on obtient

run Injection (mV) $\epsilon$ (%) $ \sigma_T$ (ps) $\Delta T$ (ns)
737360900 100 95 -6.45
361 1100 99.9 81 -6.37
362 1300 100 84 -6.29
363 1500 100 65 -6.28
364 1700 100 61 -6.26
365 1900 100 57 -6.22

On a donc une pleine efficacité et une résolution s'améliorant avec la charge injectée. La mesure complète est à répéter avec une seuil à 540.

mesures_initiales.txt · Dernière modification: 2017/11/27 12:15 par mirabito