ELPH Testbeam Log 2022

Article text.


-- Sayuka Kita - 2022-05-06

2022.5.6 TLU動作確認 by北

KC705とアダプターボード(かにボード)を準備
  • KC705のLPCコネクタにかにボード接続
  • 電源をコンセントに接続:KC705の電源
  • USB-typebをpc24に接続:firmware焼く用
  • RJ45をpc24に接続:通信用
  • かに4pinmolexをLV電源に接続:かにボード電源用
KC705をpc24が認識するようにする
  • USB-Ethaをさして

2022.06.08 atlaspc26 pixel用ファームウェア準備(倉持)

yarr-fwのコンパイル

atlaspc26にpixel読み出し用のファームウェアを焼く。ファームウェアをgitからDL

=git clone -b devel https://gitlab.cern.ch/YARR/YARR-FW.git==

作成したディレクトリの位置 work/ITkPixel/yarrdaq/yarr-fw-newadapter->work/ELPHtestbeam202206/ITkPixel/yarr-fw-devel/
ファームウェアをインストールするために hdlmake を有効にする必要がある

source /opt/Xilinx/Vivado/2021.1/settings64.sh

Vivadoのバージョンが異なるとコンパイルできないので注意
yarr-fw-newadapter/syn/kintex7上で make hdl
ファームウェアのコンパイル

make rd53_dual_16x1_640Mbps_ext

読み出すchipの数 x ポートの数_読み出す速度_TLUの有無

KC705のファームウェアの書き換え

RJ45にohio cardを接続してトリガーテスト

LVDS信号がみられず対処中→PINのアサインが間違っていたので修正(AJ21->AH25)
#LPC_LA07_N
setproperty PACKAGE_PIN AH25 [get_ports {LVDSort[1]}]

KC705のRJ45_0からトリガー信号が出た!
あとはモジュールのトリガーテストをしよう、できるかな、できるよね

2022.06.16 冷却テスト・読み出しテスト・荷造り(倉持)

前日15(木)に日付過ぎるくらいまで冷却テスト、ITk-pixの読み出しテスト、荷造りを行った。
冷却はボックス内は冷えるが電源をつけたITk-pixは20度目標のところ43度付近をキープしており、冷却ができなかった。パワーがより強いファンを用いてELPH内で冷却テスト予定。
ITk-pixの読み出しテストは本番で用いるものと同じくPreproQ03を使い無事4chipコミュニケーションおよびstd_digitalscanは行うことができた。yarrの仕様によりstd_analogscanにはchipの上の部分に電力供給が足りていないときに見られるポツポツがみられた。この修正はELPHで行う。

pixelモジュールの熱接触を良くするために押さえつけるG-10を作成したが基板カッターおよび3Dプリンターが故障しており手作業で作成した。

2022.06.17 ELPH到着・作業開始(倉持)

14時半到着
15時から講習。事前にweb講習を受けていないとすぐに認証カードがもらえないのでELPH到着前に受講するのが望ましい。

講習終了後、1.35 GeV 電子シンクロトロン見学
加速器の写真等はphoto pageを参照。
電力契約の関係上、ビームは7-10sのリズムで出る。なおこの値は電力の逼迫事情により変動する。

見学後荷物を照射室に運搬。本日の作業はこれで終了

xyステージを移動する方法:
xypc.local.lns.tohoku.ac.jp内のxyコントロールのソフトを立ち上げる。(ヒント:杜の都の三神峯公園)
移動する距離を入力する。
移動限界になると止まり、アラートがでるが、アラートが出た後に移動させると移動限界を超えて動く。
移動限界を超えて動くとギアから外れてしまうので気を付ける。

ガンマ線のコンバーターを真鍮 0.6X0に変更した。設置済み

2022.06.18 機器類敷設,配線接続,読み出しテスト(比江森,北)

各端末のIPをアサインした:
外部へ<-- pc23(LGAD IV):192.168.7.23
kekrasp05:192.168.7.26 (--> このラズパイは現在稼働していない(2022/06/18 21:19現在)。詳細は2022/06/18のログを参照せよ。)
外部へ<--atlaspc24: 192.168.7.24 (192.168.10.10) <--> TLU(192.168.10.16)
外部へ<--atlaspc26: 192.168.7.126 (192.168.1.77) <--> HSIO2(192.168.1.10)
LeCroy: 192.168.7.3
thinkPad X1: 192.168.7.30
中村:192.168.7.52
五屋:192.168.7.58
北:192.168.7.33
比江森:192.168.7.21
倉持:192.168.7.25

〜午前中まで

機器類(主に電源やレコフレーム,ペルチェクーリングシステム)の設置と,それらに対するケーブルの接続,またパソコン(ラズパイ含む)のネットワーク接続作業を行った。様子はフォトログに記載(フォトログのURLは現時点では関係者のみ認知)。

レコフレームにアライメントを合わせて乗せた
結構4pinmolexが短くてつらい。そしてイーサも短くてつらい。
長いのがもうちょっとあった方がいいかもしれない。

(byきた)

〜ここまで午前中の内容

〜ここから午後の内容

General

コントロールルームと地下をつなぐイーサケーブルをさした
コントロールルーム:Bのさし口
地下:地面からのびている長イーサ2本セットのうち"B"と書かれたイーサ
※Aのイーサは断線?通信ができなかった

(byきた)

温度モニタを行うラズパイを新たに設定した。ローカルIPは192.168.7.27とした。

ITkピクセル:

ITkpixelを冷却治具に取り付けて,冷却試験を実施した。ペルチェによるPID制御で設定した温度はモジュール温度20℃とした。結果,冷却治具による冷却効果はほとんど見られず,数分オーダーの時定数で40℃前後,あるいはそれを超過する温度までモジュール温度が上昇する結果となった。モジュールやデータ,パワーボードを設置しているアルミ治具と,ボックス内底の床とを固定するためのL字治具との熱的接触が不十分であり,発熱の拡散が十分に進まなかったと考えられる。今後の方針として,熱の拡散を進めるため,原先生が調達くださったそこそこ強力なファン(12V 0.15A)を用いて,明日再度ボックス内部の気流循環を促した上での冷却試験を実施する算段とした。

読み出し作業に関しては,まずYARR SW v1.3.1による読み出しをまず実施した。KEKのときから見られていたanalog scanでチップ上部に応答のないピクセルがバラバラと見られる問題が再発したが,YARR SWスクリプトの中身においてチップのconfigを行う際に初期化の命令を行う部分をコメントアウトすることで解消した。そのほか,v1.3.1における細かなバグを修正した結果,全チップコミュニケーションを含め正確に読み出しを行うことができた。しかしながら,チップ4右上に,アナログ回路の応答の無いピクセルが集中的に存在していることに気づいた。KEKで過去に読み出しを行った時点ではこのような様子は見られていなかったため,KEKに保管している最中か,ELPHに向けた準備の最中にダメージを与えてしまった可能性が考えられる。しかしながら,前述したように応答のないピクセルの集団が分布する領域はquadモジュールの中心から離れた角側にあるため,本テストビームにおいて問題はないものと考えられる。

さらにdevel branchをcloneして,マルチチップ読み出しを試験した。devel branch からはチップコンフィグのchipnameに謎の16進数をチップごとに入力しておかないとエラーを吐いてスキャンを実行してくれない仕様がある問題に直面したが,YARR の吐くメッセージをもとに解決に成功した。tune なしでのthreshold scanの実行まで全チップ読み出しに成功し,それぞれの結果も正常であった。備忘録として,各チップのchipnameを書き残しておく:

chip1 0x1300b
chip2 0x1382a
chip3 0x13027
chip4 0x13028

TLU, ROI, FEI4その他もろもろのテスト byきた

TLUの動作確認
シンチにSr90を貼り付け→TLUでTrigBeamを出す
どちらのシンチも見えた:OK
あとはビームが出てきたら2シンチのテストをしたい。

HSIO2の動作確認
HV:itkpixに6517をとられた…Takasagoでかけることにした

かけてみたけどかかったのかよくわからない。明日がんばることにした。

LV:ROIはboxに近づけすぎるとうまくかからない。ちょっとだけ離したらうまくかかる。なんでだろう
FEI4の読みだし、Tel0とTel3のconfigが通らない。明日がんばることにした。

ROIの信号の確認
線源をROIに貼り付けて直接信号を確認:出てこない…明日がんばることにした

2022.06.19 テレスコープセットアップ(比江森,北)

午前のTODO

1 Telescopeとして用いているFEI4のConfigが通らない問題をなんとかする

  1. FEI4 144スタメンを要復帰させたい・・・
2 ROIの状態確認
  -->OK

3  LGADの信号を見る
  -->OK

4  ITkpixにDUTを交換して,冷却テスト(with POWER ON telescope & 1.8W fan)
-->冷えないことがよくわかった。モジュール温度45℃でも稼働できる(w/o HV)ことを確認することはできた。午後は暗幕をかけてHVをかけてみたい。

5  DUTをLGADに戻して,ITkpixを外において,TrigEnumetorでクロックトリガーを出し続ける(for external trigger test)
-->DUTをLGADに戻した。ITkpixも外においた。後半は午後に行うことにする。
-->ITk-pixelのASICにかかっているLVを測定するマルチプレクサの読み出しをフラットなeithernet cableで読み出すことができた。


午後のノルマ

1 Triger EmulatorでDAQしてみる(みんな)->Done!

  • データを読み出すときHSIO2->LeCroy->ADC->KC705の順でsetup
    1. HSIO2にloginしてHSIO2のセットアップをする
      root@rce0
      calibserver
      cosmicGui -i 192.168.1.20
      ここでアクセスしたいIPアドレスを記入
      cosmicGuiはHSIO2の制御のためのGUI、仕様はcalibserverに近い
    2. 別のターミナルを立ち上げ、picoscopeを起動。busy信号とKC705(カニボード)の信号の様子を確認する。
    3. LeCroy のセットアップ
      cd LeCroyScope
      ./bin/startrun.sh
    4. ADCも同様にセットアップ
      cd DT5742
      ./bin/startrun.sh
    5. CosmicGui に戻り、Runningを押す。このときencordingのチェックを入れる
    6. TLU(KC705)を起動してトリガー信号を出す。
      source scripts/setup_kc705TLU_Software
      ./bin/startrun.sh
    7. 止める時はTLUから止める。TLUのみ./bin/stoprun.shを走らせて信号をとめる。
2 OnlineMonitor にADCを組み込む(北)

3 ITkpixのトリガー受信のためのFW開発(比江森)->あした
  

4 Geant(五屋)

5 L字からの距離を調べる(LGAD

6 FEI4 144のalignment スタメン復帰も視野に()

7 ITkpixのデコーダー(プログラム)開発(倉持)->あさって
yarr-devel内のrd53bDecodeTool.cppを読みこんで使えるようにする

8 TLU FWを引数でトリガーを受け取れるようにする(中村)

9 ITkpix Online Monitor化(ATLAS)->しあさって


いよいよ明日からビームが供給されるので,DUT priorityとdetailed scheduleを定めた。

Priority

LGAD

  1. Pad 1Ch E600 Stack(LeC) HV scan
  2. Strip E600(ADC)
  3. Strip Poly E-b(ADC)
  4. Pad 4Ch + Pad 1Ch(LeC) HV scan
  5. Pixel 100 um (ADC)
  6. Pixel 50 um(ADC)
  7. Pad 1Ch C600 stack(LeC) HV scan
  8. Pad 1Ch + Strip(LeC) HV scan
ATLAS
  1. Prep Q03 efficiency HV scan
  2. Inter ASIC run

Run Schedule
20日:AM alignment ROI, PM LGAD①
21日:AM LGAD②,PM LGAD③
22日:AM LGAD④,PM LGAD⑤
23日:AM LGAD⑥,PM LGAD⑦
          PM 1800 ~ ATLAS①(HV scan)
24日:AM ATLAS①続き(HV scan),PM ATLAS②

GeV γ室の照明を落とした上で,IV/CV GUI in atlaspc23 を用いてITkpixのHV試験を実施した。チップLV供給は行わず,モジュール温度~19.5±0.5℃としてIV測定を行った。HVがきちんと印加できていると思われる結果は得られたが,KEKでの測定でも見られたようにresistiveにcurrentが上昇していく傾向が見られた。

テレスコープ+ROI+シンチレータを含む全体のalignmentの認識合わせを行い,ホワイトボードに筆記した。最終的な調整はビームを用いて行うことになる。現時点(2022/06/19 22:47)時点でのホワイトボードはフォトログに記載。

明日以降に向けたTODO:

  • Online Monitor にADCを組み込む
  • ITkpix trigger 送受信
  • Geant
  • L字からの距離測定(LGAD
  • KEK126のスタメン復帰
  • ITkpix Decoder
  • TLU FW 引数でtriggger 選びたい
  • ITkpixを Online Monitor に組み込む

2022.06.20 テストビーム1日目(倉持,比江森,)

8時半前に到着。ビームパイプの蓋を外しテストビーム待機。上で各々の作業。

9時ごろ,20日,21日,23日のビームタイムは他のビームラインとも共同で使うことになるため,duty cycle が10 s/34 sになると連絡があった。どうして直前になって… お詫びにビームタイムをもう少し遅くまで出してくれるらしい。
--> 26 s cycleになった!(12:00)

測定サンプル(LGAD day1)

アライメント

ビームが出たのでアライメントを合わせた(12:00~20:00)

  1. ビームを当てた時の各telescopeのhit mapをcosmicGuiで確認+Online monitorでコリレーション を確認して位置を調整した
  2. Qmagnetでビームを絞ってからその様子をROIのself trigger scanで確認
  3. 全telescope,ROI,シンチレータであてたい場所にビームが来るように調整を重ねた…
  4. LGADを入れて信号を確認して位置を調整
  5. LGADとROIのコリレーションからROIのmaskを作った
<途中で気づいたこと>
  • ビームを当ててなくてもLVかけるとビリビリしてた
  • Pad1chE600 (Amp No1)から信号が見れなくなった…
    • LVがかかっていることは確認
    • HVがかかるのでセンサーが外れているわけではなさそう…→Pad1chC600stackの測定をすることにした

2022.06.21 テストビーム2日目

測定サンプル(LGAD day2)
  • stripE600(8chずつADC,LeCroyで読み出し)
    • ROI mask [chip4]: col(30~55), row(0~336)
  • stripE-bpoly両極読み出し
    • ROI mask [chip4]: col(15~40), row(0~336)
+ADCのデコード
備忘録
  • Pad1chC600 でノイズが大きい(average 20mV,最大40mVくらいのノイズがのっている)
    • 確認したこと
      • LGAD,telescopeのHV,LVを1つずつ抜いてみた
      • LVだけLGADにかけた状態でcooling boxの外に出すとノイズが小さくなる
        • ただし、telescopeのHV protection bordの側や上流のtelescope0の側ではノイズは大きいままだった
      • cooling boxにグランド線を繋いでみてもダメだった
      • Qmagnetの電源を消してもダメだった
      • とりあえずサンプルを次のstripE600につなぐとノイズはそこまで大きくなかった(average 10mVくらい)
        • LeCroy のch8は他のchに比べてビリビリしていた(ch8はDCリングに近いch)
        • ⇨Pad1chでノイズが大きかったのはDCリングに近いせいか?
        • ⇨そうなら、pixel100umは綺麗に見えるのでは?
    • 今回のELPHはPad1chE600が信号が見えなくなったり、Pad1chC600のノイズが大きかったり…測りたいことができなさそうな予感
      • 測りたいサンプルを必要なだけ持ってきたから、ELPHに来てから測りたいことを思いついても実行できなかった…
      • 時間的に測れなさそうでももっとサンプル持ってきてもいいかもと思った

  • ADCのch5のMCXの先が割れていた…
    • GND部分だから問題ない?と思った+スペアがなかったのでそのまま使った
    • SMA,MCXは必要な分しか持ってきてなかった…→スペアが必要になるかもしれないから持ってくるべし

2022.06.22 テストビーム3日目

  • ITkpix-v1のデコーダーをrd53aのデコード部分を一部改変して作成した。データファイルの指定がうまくいってないのでデコードできてるかは不明。現在ファイル指定の部分を調査中。
  • triggerの受け取りは木曜夜以降になる見通し
測定サンプル(LGAD day3)
  • Pad4chE600 (LeCroy)
    • ROI mask[chip4]: col(30~55),row(196~236)
    • ちょっとノイズが大きい…やっぱり電極サイズが大きいとダメなのかもしれない
  • Pixel 100um(ADC)
    • ROI mask[chip4]: col(30~55),row(196~296)
    • IVがbreakdownの前にある程度上がっていた…Pad1chE600の時みたいな感じ
備忘録
  • 17:30ごろLGADの交換に行ったときに、scinti0が傾いているのを発見
    • ROIのmaskが小さいから問題なくデータは取れてるとは思う
  • preprodQ03のselftriggerscanを行った。事前測定を行なっていなかったので次回に生かすこと。

2022.06.23 テストビーム4日目

測定サンプル(LGAD day4+ITk pixel 準備)
  • stripE600 + pixel100um stack(LeCroy +ADC)
    • ROI mask[chip4] : col(), row()
    • ノイズサイズはやっぱりstripの方が大きかった…
  • pixel50um(ADC)
    • ROI mask[chip4] : col(), row()

ITkpixel準備

Timonさんへの相談は金曜日朝以降になった。

LGADの測定後、DUTをITkPixelモジュールに入れ替え
1日目のアライメントの際,全体の高さを調整したのでPixelのフレームの高さも下げた。
モジュールを取り付けている500umのアルミ板を折り曲げ、L字フレームのネジ穴が通るようにドリルのやすりで削った。

備忘録
  • LGAD-LGADのコリレーションが見えるようになった!by北さん

2022/06/24 (金) ITkpixv1 テストビーム(倉持)

朝ビームが出る前にKC705からLVDS信号が出ていることを確認。
TLU側の異常は見られなかった。
Timonさんに相談しながらFirmwareを構築。
17時ごろトリガーを受け取れるようになった。

オンラインモニターの構築とselftriggerscanでのデータ収集も並列して行った。

ITkpixel側の測定手順は以下の通り

  1. Yarrのfnal_triggerを回す
  2. Cosmic GUIをstart runしてbusy信号をoffにする
  3. KC705のstartrunをしてトリガーを出す
  4. これでyarrがトリガーを受け取りヒット情報を読み取れるはず
  5. runwatchを走らせ、バイナリデータは格納されているdata.rawのデータ量が20MBになるまでscanを走らせる。
  6. 終わる時は逆の手順でスクリプトを止める。KC705は./bin/stoprun で止める。
ROIのノイジーなチップの影響かHSIO2が落ちてしまったため、runno.107以降ROIのenable chipをビームの当たっている1枚のみにして測定。
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