Post on 11-Jan-2016
description
Γενικά περί ΜιονίωνΓενικά περί Μιονίων
• Τα πλέον ενεργητικά σωματίδια στο επίπεδο της θάλασσας• Μικρή αλληλεπίδραση με ιονισμό
Εύκολα φτάνουν στο επίπεδο της θάλασσας
3
2
g Μ
Αλληλεπίδ
ήκος Αλλη
ρ(g/cm ) μή
λεπίδρασης
κρασ
cm
η ος(cm)
2Ρυθμός απώλειας ενέργειας :
Κατακόρυφα μιόνια χάνουν κατά μέσο όρο στην
ατμόσφαιρα και φτάνουν στο επ
2MeV
ίπεδ
2Ge
ο θ
ανά
αλάσ
g/
σης
V
cm
με :
2Μέση Ενέργεια Μέσο ΡυθμE 4 1 μιόνιο όκαι rate αν cm miά ά nαν GeV
Διάσπαση ΜιονίουΔιάσπαση Μιονίου
0Χρόνος Ημιζωής (half-life): 2.2 t s 22 2 2
2
2
Κινητική Ενέργεια :
1
m cK m c m c m c
c
της ατμοσφαιρικής μάζας μέχρι 99.9% 108Km
Για μέση ενέργεια 4 και 0.1K GeV m GeV
41
0 Στο εργαστήριο 41 2.2 90 : t t s s
Εμβέλεια χΕμβέλεια χ 83.0 10 /c m s
8 6(3.0 10 / ) (90 10 ) 27m s s Km
Ανίχνευση ΜιονίωνΑνίχνευση Μιονίων
Σπινθηριστής Φωτοπολλαπλασιστής
Ενισχυτής
Επεξεργασία σήματος
Ζώνη αγωγιμότηταςΖώνη αγωγιμότητας
Ζώνη σθένουςΖώνη σθένους
Διέ
γερ
ση
Διέ
γερ
ση
ΠαγίδεςΠαγίδες
gE
Σπινθηρισμός
(200 - 600 )nm
οπήοπή
ηλεκτρόνιοηλεκτρόνιο
ImpuritiesImpurities
1
5 10r
fwhm
t ns
t ns
t
/dN dt
Φωτοπολλαπλασιαστής Φωτοπολλαπλασιαστής
Αρχή : Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο : E h ++
Πολλαπλασιασμός ηλεκτρονίωνΠολλαπλασιασμός ηλεκτρονίων
Ο Φωτοπολλαπλασιαστής λειτουργεί ως πηγή ρεύματος με :
: Κέρδος φωτο/στή, #φωτοηλεκτρονίων από την κάθοδο
χρόνος αποδιέγερσης σπινθηριστή
s
s
t
s
GNeI e
G N
R C
Ισοδύναμο κύκλωμαΙσοδύναμο κύκλωμα
ΦωτοπολλαπλασιαστήΦωτοπολλαπλασιαστή
V
( )V dV
I t CR dt
( ) ,
,
s
s
t t
s
st
ss
GNeRe e
V t
GNeRte
610 , 100, 10 , 10sG N ns C pF
1 , 100ns R 10 , 1ns R k
30 , 3ns R k
100 , 10ns R k
10 , 1s R
( )V t
t
TDC: Time to Digital ConverterTDC: Time to Digital Converter 1 1
•TDC TDC χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαστημάτων χρόνου με μεγάλη ακρίβειαχρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαστημάτων χρόνου με μεγάλη ακρίβειαΜετρά χρόνους μεταξύ δύο γεγονότων (start σήμα – stop σήμα)Μετρά μικρά χρονικά διαστήματα με μεγάλη ακρίβειαΌπως ένα χρονόμετρο που μετρά χρόνους αθλητών
startstart
stopstop
•Χρονική αναφοράΧρονική αναφοράΧρόνοι αναφορικά με ένα ρολόι ακριβείας (π.χ GPS)Σχετικοί χρόνοι γεγονότων που ακολουθούν το ένα το άλλοσαν να μετράμε ώρες χωρίς να έχει το ρολόι μας αναφορά στο 12 ωρο ή 24 ωρο
•Ειδικές ανάγκες στον τομέα της φυσικής υψηλών ενεργειώνΕιδικές ανάγκες στον τομέα της φυσικής υψηλών ενεργειώνΠολλές χιλιάδες κανάλιαΠολύ υψηλοί ρυθμοί σωματιδίων Πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα
•Άλλες εφαρμογές Άλλες εφαρμογές laser/radar (π.χ. μέτρηση αποστάσεων, ταχύτητας αυτοκινήτων)
TDCTDC 2 2Βασικές αρχές λειτουργίαςΒασικές αρχές λειτουργίας
CounterClock
RegisterHit
Reset
Time tagging type
CounterClock
Start Stop
Start-stop type
Register
Start
Stop
Delay chain with non-inverting gates
Register
PhaseClock
Hit
Delay Locked Loop
Cable delay chain
R
C
R
C
R
C
R
C
V
t
RC delay chain
• Καταμετρητές – Πλεονεκτήματα
• Απλός• Ψηφιακός• Μεγάλη δυναμική περιοχή• Εύκολο να ολοκληρώσουμε πολλά κανάλια
– Μειονεκτήματα• Περιορισμένη διακριτική ικανότητα (1ns in modern CMOS
technology)• Μετασταθείς καταστάσεις ( use of Gray code counter)
• Τύπου Γραμμής Καθυστέρησης – Αλυσίδα καθυστέρησης καλωδίων (κατανεμημένο L-C)
• Πολύ καλή διακριτική ικανότητα ( 5ps mm)• Δύσκολη ολοκλήρωση σε VLSI κυκλώματα
– Απλή αλυσίδα καθυστέρησης με χρήση ενεργών “πυλών”• Καλή διακριτική ικανότητα ( ~100ps στις σύγχρονες τεχνολογίες
0.18nm )• Περιορισμένη δυναμική περιοχή (μακρές γραμμές καθυστέρησης
και καταχωρητές)• Μόνο start-stop τύπου• Μεγάλες διακυμάνσεις μεταξύ chips με τη θερμοκρασία και την
τάση τροφοδοσίας– Delay locked loop
• Self calibrating using external frequency reference (clock)• Allows combination with counter (see later)• Delicate feedback loop design (jitter)
– R-C αλυσίδα καθυστέρησης • Πολύ καλή διακριτική ικανότητα• Αλυσίδες καθυστέρηση με απώλειες: μικρές αλυσίδες• Μεγάλη ευαισθησία στις παραμέτρους επεξεργασίας και την
θερμοκρασία
Και διάφορες άλλες τοπολογίες
HPTDC architecture
PLL
320MHz
160MHz
40MHz
Mux
DLL
Coarse counter
Hit register 0
Hit register 1
Hit register 2
Hit register 3
Hitcont.
R-C
R-C
X 8
Channelarbitration
EncodingOffset adjust
L1 buffer 256
Reject counterTrigger matching
Match window
X 4
Bunch count
Event count
Trigger interface
Trigger FIFO
Trigger matchingcontrol
16
Readout FIFO
Round Robin
JTAG:Boundary scanProgrammingMonitoringStatusProduction test
Error monitoring:MemoriesState machinesMeasurementsProgrammingJTAG
Readout interface
Parallel Byte Serial
256
Clock(40MHz)
Hit[31:0]
Trigger
Resets
JTAG
Token-in Token-outReadout
32 15 bit
TDCTDC 2 2High Performance TDCHigh Performance TDC
0.25 μm CMOS Τεχνολογία
1 εκατομμύριο τρανζίστορς
225 ball grid array package
Διαστάσεις 6.5 x 6.5 mm
Κανάλια 32
High resolution: 98ps
Very high resolution: 24ps (8 channels)
Επεξεργασία Σήματος 2 Επεξεργασία Σήματος 2
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
Ax10Ax10
DiscriDiscri
DACDAC
FPGAFPGA
Coincidence logiceither before TDCor in FPGA depending on the trigger logic GPS
Sync
TDC Control
MicrocontrollerMicrocontroller++
USB 2.0 I/FUSB 2.0 I/F
PCPC
High Performance
TDCTDC8 channels8 channels
(~20ps (~20ps rmsrms resolution)resolution)