Magnetic Field Test at KEK
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
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)
| NR0 | NR1 | NR2 | NR3 |
Right | 0.304V | 0.446V | now repair | 0.406V |
Left | 0.298V | 0.445V | now repair | 0.403V |
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
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
今走らせている無限(とみなせる)ループの終了
プログラムを強制終了して、ステージがモータに近いところで、コンセントを抜いてください
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
- 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
- COMポートを選択 (右側のUSBポートならCOM4、左側ならCOM5)
- 原点だしを実行
- 各種パラメータを設定
- RUNで実行
手動制御
- 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
ステージの使い方(Tera Term編)
原点出しと繰返し駆動
- Tera Termを起動
- シリアル通信選択し、COMポートを選ぶ
- ENTERを一回押すと 0> と表示される(ここからコマンドの入力が可能になる)
- 「RUN 1」と入力し、原点出しをする
- 「RUN 11」でループが実行される
コマンドの編集
- 「EDIT 番号」で変更したいプログラムが編集できる
- 「A 列番号」で、ある列のコマンドを書き換えられる
- 「I 列番号」で、ある列にコマンドを追加できる
- 「D 列番号」で、ある列のコマンドを削除できる
シーケンスプログラム1の内容
- OFS -100 原点オフセットを100パルス分とる
- H + 回転方向をモータ側に設定
- SEN 2 リミットセンサの数を指定
- ACTL 1 0 0 0 1 センサモード(常時開or閉)を指定
- VS 500 初速を500パルス/secに
- V 800 駆動速度を800パルス/secに
- T 30 加速度を30パルス/sec^2に
- MHOME 原点出しを実行 ※GUIでの原点出しは実際のところ、RUN 1を送り、このシーケンスプログラムを実行している
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 & beforeTCのtuning & source scan結果→
KEK101-104_1.pptx
KEK101にバンプオープン有り。
Run Summary
run number |
Purpose |
Magnetic strength |
start time |
end time |
coment |
run1 |
magnetic stress |
1.6T |
2015/10/15 18:30 |
|
number of loop : infinity, speed : 25mm/sec |
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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)
run |
latency |
LV1 peak |
comment |
source scan number |
default |
210 |
10 |
|
|
1 |
60 |
no peak |
|
|
2 |
160 |
no peak |
|
|
3 |
206 |
14 |
|
source scan5 |
4 |
218 |
2,10 |
peak2<peak10 |
source scan6 |
5 |
214 |
0,6,14 |
peak0<peak6<peak14 |
source scan7 |
6 |
226 |
2,12 |
peak2>peak12 |
source scan8 |
7 |
236 |
3,15 |
peak3<peak14 |
source scan9 |
8 |
218 |
no peak |
after digital mask, empty |
source scan10 |
9 |
210 |
4 |
only peak |
source scan11 |
10 |
210 |
5 |
long run over night (~11000 trigger) |
source scan12 |
run |
latency |
LV1 peak |
comment |
source scan number |
11 |
210 |
5 |
restarted to check run10 data =start : 17th Oct 11:50 end 12:10 (300trigger) |
source scan13 |
12 |
210 |
5 |
To understand low ToT value, changed bias voltage to 300V =start: 12:14 end 12:23 (129trigger) ... no drastic improvement of ToT.. peak at 0 and tail to 6 ToT |
source scan14 |
13 |
210 |
|
keep taking data with 300V = start:12:25 end |
source scan 15 |
14 |
|
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|
15 |
|
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16 |
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17 |
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18 |
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19 |
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20 |
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21 |
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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?
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Koji Nakamura - 2015-10-10