Brazilian contribution to the ALICE detector upgrade: The SAMPA chip

Informações
Apresentador: 
Atividade: 
Instrumentação
Conferência: 
XXXVIII Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos
Data da Conferência: 
terça-feira, 19 Setembro, 2017

Resumo: A experiência ALICE no Large Hadron Collider (LHC) passará por uma grande atualização durante o LHC Long Shutdown 2 (LS2). O objetivo de tal atualização é permitir que a experiência ALICE funcione a uma velocidade para realizar medições de alta precisão que exigem uma quantidade considerável de estatísticas. A taxa máxima de leitura da configuração atual do detector ALICE está limitada a 500 Hz de eventos Pb-Pb. Após o upgrade, espera-se que a experiência funcione com taxas de colisão de 50kHz. Um dos principais subsistemas da experiência ALICE é a Câmara de Projeção de Tempo (TPC) que funciona com Câmaras Proporcionais de MultiFios (MWPC) e um sistema de portões para evitar a deriva de íons positivos de volta para a região sensível do detector. Este esquema causa grandes tempos mortos que limitam a taxa máxima de colisões que a experiência pode operar. Portanto, os detectores de leitura continuamente sensíveis usando GEMs irão substituir as atuais câmaras de fios. A electrônica de leitura do TPC deve seguir esta tendência e fornecer operação sem gatilhos. Isto implica a atualização do ASIC de front-end do TPC existente para um novo ASIC de leitura, o SAMPA ASIC, projeto sob a maior responsabilidade dos grupos brasileiros na colaboração ALICE. O SAMPA ASIC é composto por 32 canais e suporta leitura contínua e disparada. Ele contém Amplificadores Sensíveis à Carga (CSA) de polaridade positiva/negativa, que transformam o sinal de carga em uma sinal de tensão diferencial semi-Gaussiana que é digitalizado por um ADC de 10-bit até 20 Msamples/s. Um Processador de Sinal Digital (DSP) elimina as perturbações do sinal, distorção da forma do pulso e desvio e variação do sinal devido a flutuações de temperatura. A primeira versão do chip completo já foi produzida e testada com sucesso. Uma segunda versão melhorando o desempenho do SAMPA ASIC está pronta para ser submetido. Uma visão geral e o status atual do projeto será apresentado.

Abstract: The ALICE experiment at the Large Hadron Collider (LHC) will go through a major upgrade during the LHC Long Shutdown 2 (LS2). The goal of such upgrade is to allow the ALICE experiment to operate at higher rate in order to perform high precision measurements that demand a considerable amount of statistics. The maximum read-out rate of the current ALICE detector configuration is limited to 500 Hz of Pb-Pb events. After the upgrade, it is expected that the experiment will operate with collision rates of 50kHz. One of the main subsystems of the ALICE experiment is the Time Projection Chamber (TPC) that works with Multi Wire Proportional Chambers (MWPC) and a gating system in order to avoid the drift of positive ions back to the sensitive region of the detector. This scheme causes large dead times that limit the maximum rate of collisions that the experiment can operate. Therefore, continuously sensitive read-out detectors using GEMs will replace the current wire chambers. The TPC read-out electronics must follow this trend and provide triggerless operation. This implies the upgrade of the existing TPC front-end ASICs to a new read-out ASIC, the SAMPA ASIC, project under major responsibility of the Brazilian groups in the ALICE collaboration. The SAMPA ASIC is composed of 32 channels and support continuous and triggered read-out. It contains positive/negative polarity Charge Sensitive Amplifiers (CSA), which transform the charge signal into a differential semi-Gaussian voltage signal that is digitized by a 10-bit up to 20 Msamples/s ADC. A Digital Signal Processor (DSP) eliminates signal perturbations, distortion of the pulse shape, and offset and signal variation due to temperature fluctuations. A first version of the complete chip has been already produced and successfully tested. A second version improving the performance of the SAMPA ASIC is ready to be submitted. An overview and the current status of the project will be presented.