Magnetic Field Test at KEK

写真: Photo

目的

　Ni/In バンプボンディングの磁場耐性の確認

クオリティーの安定性に少し不安のあるSnAg bump-bondingの代わりとして、Ni/In bump-bondingを開発中。

Ni/Inはクオリティーが安定していて温度サイクルにも強いが、Niが強磁性体であることを考えると、ATLASの磁場中にインストールした際にバンプが剥がれることが考えらえる。

そこで、バンプの磁場耐性試験を行う。

　Pixel 検出器の磁場中での性能評価

磁場中で安定して動作するかを検出効率やローレンツ角の測定を行い評価する。

　Muon 崩壊の観測

準備 ( log)

　　マグネットについて

使用申請と低温セミナー

　　　MRIマグネット

シンチレータとMPPCを用いたトリガーシステム

磁場中での使用を考慮し、光電子増倍管を使わないMPPC+Scintillatorのトリガーシステムを作成（by 原先生）

トリガーシステムの大きさ、回路については MPPCtrigger.pptxを参照

回路部変更点

トリガー信号の幅が狭くてMulti I/O boardで信号を受け取ってくれなかったため、回路を変更(UA733 3-12→4-11　赤文字部)

この部分を変更することで、信号が大きくなり、Thresholdを設定したときに広い信号を出力できる。

Threshold設定電圧

Thresholdの設定電圧まとめ。オシロスコープで信号を見ながら、noiseを拾わないぐらいの電圧を設定した。

Scintillatorを上にしたときの左をLeft、右をRightにしている

（MPPCのところを見れる時があったら測定しなおしてアップデートお願いしますm(__)m by kazuyukis）

Trigger Logic Unit の開発

• TLU_setup
  

  

• I/O board
  • I/O lines
    • Output : LEMO(LVCMOS33) : Trigger0-3
      • Trigger1 とTrigger3につながるSpartan3の足が故障 -> Pin Out 3,4 を代わりに使用
    • Input : LEMO(LVCMOS33) : Busy0-3
    • Pin Out : GND 4pin + Pin 3-10
      • Pin 3,4 はTrigger outに使用
      • Pin 5-6はFree -> trigger と　Busy をout して Osiloscope のprobeで信号を確認
      • Pin 7-10 はVirtex 7 とのinterface に使用
• Spartan 3
  • Schematic document : FPGA_SEMINAR_090921.pdf
  • Software ISE 14.7
  • I/O lines
    • Input : LEMO(NIM) : NIMin0-3
    • Input/Output : 20pin connector (LVCMOS33)
  • Cosmic test : 上下の二組のMPPCのORのコインシデンス。USBpix のBusy はORでVeto。
    • Trigger = (MPPC0 | MPPC2) & (MPPC1 | MPPC1) & ~(Busy0 | Busy1 | Busy2 | Busy3)
  • Spartan3のverilogコード→ TLU_Cosmic.v Pin assign : TLU_Cosmic.ucf
  • Firmware binary file : TLU_Cosmic.bit
• Virtex 7
  • Not in use

磁場耐性試験用の架台とスキャナーステージの開発

スキャナステージの操作用ソフトとして、GUIのものとバックアップ用としてTera Term（フリーフェア）を用意。

後者のソフトの場合、ある文字列（コマンド）を送信すると、コントロラーがそれを認知しドライバがモータに信号を送る。

コントローラの仕様の詳細は　　　 コマンド例　　 EMP-400

ステージの基本

• 台形ねじのリード　　　1.25mm　　（1回転で進む距離）
• モータのステップ角　　0.72°　　（1パルスで回転する角度）
• モーター駆動　　　　　ハーフステップ　0.36°

ステージの使い方（GUI編）

自動制御

1. デスクトップの「自動制御.exe」のショートカットを選択しアプリケーションを開く
2. COMポートを選択　（右側のUSBポートならCOM4、左側ならCOM5）
3. 原点だしを実行
4. 各種パラメータを設定
5. RUNで実行

手動制御

1. 繰り返し回数の代わりに移動量を指定する。これ以外はすべて同じ。

トラブルと対策

• リミットセンサに触れた
  →原点だしを実行してください
  →原点（モータ側）から遠い場合は以下のとおり
  
  1、原点だしを実行
  2、センサから離脱したらコンセントを抜く
  3、手動制御プログラムを実行
  4、原点だしを行わず、「回転方向逆」、「速度5mm/sec以上」、「初速、加速度　1mm/sec (mm/sec^2)」、「移動量　150mm」でRUN
  5、原点センサに触れるまで、繰り返す
  6、原点だしを実行
  
  
• 変な音が出る 　　　　コンセントを抜いてください

注意事項

• 必ず原点出しを先に行う
• 必ず「初速度＜速度」とする
• 何か異常があったらコンセントを抜く
• プログラムを走らせ終わったら、プログラムの再起動とコントローラのリセット（コンセントを抜いて挿す）を行う方が良い

本実験

Stress Test

Ni/In バンプのReal 4-chip-cards

2015/10/9に届いた4chip module×4のbefore-parylene & beforeTCのtuning & source scan結果→ KEK101-104.pptx

どのモジュールもバンプオープンはなかった。

before-parylene & afterTCのtuning & source scan結果→ KEK101-104_1.pptx

KEK101にバンプオープン有り。

before-parylene & afterTC & afterMTのtuning & source scan結果→ KEK101-104_afterMT.pptx

KEK101：RJ2にもバンプオープン、RJ3のバンプオープンがひどくなる、RJ4 no response.

Run Summary

cosmicセットアップ

検出器のセットアップは上から順番に

MPPC0 / MPPC 2 / KEK102 / KEK103 / KEK104 / MPPC1 / MPPC3

Latency Scan

データ取得用のセットアップ→SCC(KEK80)を使って、MPPC triggerの動作確認→順調に動いてそう（富士B2でのセットアップ復元）

磁場耐性試験については順調に動作中（月曜日の朝までこのままの予定）

latency checkを行った、defaultではlatencyが大きすぎたため。（Spartanでの処理の時間のためだと思われる）

SOURCE SCAN/Basic Par`s/latencyの所の値を変更→小さくすると後ろにいく

latency単位：クロック数(1クロック=25nsec)

Pre-analysis

KEK102,KEk103を重ねて、trigger信号として upper trigger system & lower trigger system & ~(module busy or)でデータ取得を行った。

4chip moduleでの解析方法とext.triggerがちゃんと動作しているかの確認を行った。

解析について

• triggerIDがずれているのは見られなかった。
• しかし、moduleのrowファイルを見たところ、trigger数が違っていた
• rawファイルの中に「CHANNEL」があるが、どのCHANNELがどのchipに対応しているかはっきり分からなかった→Source Scanを行った時のrawファイルがあれば、どれがどれに対応しているか確認可能
• hitmap、ToTmap、lv1mapは作成可能→詳しくは Pre-analysis.pptx
• correlationが見えるかと思っていたが、cosmic muonはいろいろな方向から飛来しているからcorrelationは見られないのではないか？？？
• clusteringをするとき、今は重心系をとった→qmean algorithmを考えた方がいいか？

Cosmic Test

Magnetic field : B=0 T

Magnetic field : B=0.5 T

Magnetic field : B=1 T

Magnetic field : B=1.6 T

Koji Nakamura - 2015-10-10