[論文レビュー] A DAQ System for Linear Collider TPC Prototypes based on the ALEPH TPC Electronics

M. Ball, N. Ghodbane+2 more|ArXiv.org|Jul 22, 2004

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文では、CERNのLEP実験におけるリユースされたALEPH TPCエレクトロニクスを基にした低コストでプロトタイプのDAQシステムを提示する。FASTBUSおよびVMEベースのハードウェアを用い、12.5 MHzでFADCデジタイゼーションを実行し、最大512タイムスライス（41 μsの深さ）のイベント記憶が可能であり、TCPを介したデータ転送によりLCIO準拠のデータライタに送信し、Linear Collider I/Oフォーマットで永続的保存が可能である。本システムは、TPCプロトタイプの途中段階のR&Dテストを、最小限の開発負荷で可能にする。

ABSTRACT

Within the international studies of a high energy linear electron positron collider, several groups are developing and testing prototypes for a Linear Collider TPC. This detector is planned to be used as a central part in the tracking system of a detector at such a machine. In this note we describe a DAQ system, which has been developed for the use in tests of TPC prototypes. It is based on electronics used at the ALEPH experiment at CERN.

研究の動機と目的

• Linear ColliderのR&D段階におけるTPCプロトタイプのテストに適したコスト効率が高く、機能的なDAQシステムを開発すること。
• 既存で実証済みのALEPH TPCエレクトロニクスハードウェアを活用し、R&Dの負荷とコストを最小限に抑えること。
• 中程度の性能要件を満たすTPCプロトタイプの信頼性の高いデータ取得と保存を可能にすること。
• 将来のコライダー実験における標準化されたデータ処理を可能にするために、LCIOデータモデルとの統合を支援すること。

提案手法

• 制御およびデータ取得にFIC 8234というVMEベースのCPUを備えた改造済みFASTBUSクリアスタジオを用いる。
• TPCパッドからの信号は、2 μsの時間定数を持つ電荷積分回路でプリアンプされ、その後ガウスパルスに整形されてデジタイゼーションされる。
• 8ビットFADCが12.5 MHzで信号をサンプリングし、メモリバンクに最大4件のイベント（各512タイムスライス）を格納する。
• TCPベースのプロトコルにより、DAQからクライアントへデータを転送し、制御文字との競合を避けるために7ビットペイロードのMSBを1に設定する。
• 独自開発のLCIOクライアントが、TPCHitImplおよびTPCPulseクラスを用いてFADCパルススペクトルをLCIOフォーマットでディスクに書き込む。
• 走行パラメータ（例：カソード電圧、磁場）はLCIO走行ヘッダに格納され、ファイルは1000件ごとに分割され、日付およびシリアル番号を含む名前が付けられる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のALEPH TPCエレクトロニクスは、Linear Collider TPCプロトタイプのR&Dに効果的に再利用可能か？
• RQ2 リユースされたLEP時代のエレクトロニクスで、中間段階のTPCテストに適した性能はどの程度達成可能か？
• RQ3 FADCベースのTPC読み出しからのデータを、将来のコライダー実験用に標準フォーマットで信頼性高く転送・保存するにはどうすればよいか？
• RQ4 本システムは、完全なパルススペクトルとイベント境界を含む、柔軟なデータ記録をどの程度サポートするか？

主な発見

• DAQシステムは12.5 MHzのサンプリングレートと8ビットの分解能を達成しており、TPCシステムのプロトタイピングおよび中間段階のテストに十分である。
• イベントメモリの深さは512タイムスライス（約41 μs）に制限されており、TESLA TDRの要件である1 msには満たない。
• LCIOフォーマットでTPCPulseクラスを用いることで、FADCパルススペクトルを正常に格納し、時間および電荷サンプリングデータへの完全なアクセスが可能である。
• MSBを1に設定した7ビットTCPプロトコルにより、制御文字との競合を回避し、'a'と'e'を用いてイベントの開始および終了をマークする。
• 1000件ごとに動的ファイル分割が可能であり、ファイル名はプレフィックス.YYYYMMDD.XXX.slcioの形式をとる。ここでXXXはシリアル番号である。
• 本システムは、低速な取得速度、高消費電力、低パッケージング密度のため、最終的なLC TPC展開には不適切であるが、R&Dプロトタイプとしては非常に適している。