ATLAS Semi Conductor Tracker Opera5on and Performance Dave - PowerPoint PPT Presentation

ATLAS ¡Semi ¡Conductor ¡Tracker ¡ Opera5on ¡and ¡Performance ¡ Dave ¡Robinson ¡ Cavendish ¡Laboratory, ¡Cambridge, ¡UK ¡ on ¡behalf ¡of ¡the ¡SCT ¡Collabora<on ¡

The ¡ATLAS ¡Detector ¡ ATLAS ¡was ¡fully ¡commissioned ¡in ¡ ¡ 2008 ¡and ¡has ¡been ¡fully ¡exploi<ng ¡ ¡the ¡physics ¡poten<al ¡of ¡the ¡LHC ¡since ¡ the ¡first ¡7TeV ¡pp ¡collisions ¡in ¡2009 ¡ Tracking ¡: ¡The ¡Inner ¡Detector ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡ 2 ¡

The ¡Semi ¡Conductor ¡Tracker ¡(SCT) ¡ • ¡61 ¡m 2 ¡of ¡silicon ¡with ¡6.2 ¡million ¡readout ¡channels ¡ • ¡4088 ¡silicon ¡modules ¡in ¡4 ¡Barrels ¡and ¡18 ¡Disks ¡(9 ¡each ¡end) ¡ • ¡Barrels ¡: ¡| η | ¡< ¡1.1 ¡to ¡1.4, ¡End-­‑caps ¡: ¡1.1 ¡to ¡1.4 ¡<| η | ¡< ¡2.5 ¡ • ¡30cm ¡< ¡R ¡< ¡52cm, ¡space ¡point ¡resolu<on ¡r φ ¡~16 µ m ¡/ ¡R~580 µ m ¡ m 4 . 1 5.6m • ¡C 3 F 8 ¡Cooling ¡(-­‑7 o C ¡to ¡+4.5 o C ¡silicon) ¡to ¡limit ¡radia<on ¡damage ¡ • ¡Radia<on ¡hard: ¡tested ¡to ¡2x10 14 ¡1-­‑MeV ¡neutron ¡equivalent/cm 2 ¡ ¡ • ¡Lightweight: ¡3% ¡X0 ¡per ¡layer ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡ 3 ¡

The ¡SCT ¡Sensors ¡ • ¡Single ¡sided ¡p-­‑on-­‑n ¡ • ¡<111> ¡substrate, ¡285 µ m ¡thick ¡ • ¡768+2 ¡AC-­‑coupled ¡strips ¡ • ¡Polysilicon ¡(1.5M Ω ) ¡Bias ¡ • ¡Strips ¡reach-­‑through ¡protec<on ¡5-­‑10 µ m ¡ • ¡Strip ¡metal/implant ¡widths ¡22/16 µ m ¡ • ¡8448 ¡barrel ¡sensors ¡ • ¡64.0 ¡x ¡63.6mm ¡ • ¡80 µ m ¡strip ¡pitch ¡ • ¡all ¡supplied ¡by ¡Hamamatsu ¡ • ¡6944 ¡wedge ¡sensors ¡ • ¡56.9-­‑90.4 µ m ¡strip ¡pitch ¡ • ¡5 ¡flavours ¡ • ¡82.8% ¡Hamamatsu ¡ • ¡17.2% ¡CiS ¡(some ¡oxygenated) ¡

The ¡SCT ¡Modules ¡ • ¡Back-­‑to-­‑back ¡sensors, ¡glued ¡to ¡highly ¡thermally ¡ conduc<ve ¡substrates ¡for ¡mech/thermal ¡stability, ¡ wire-­‑bonded ¡to ¡form ¡~12cm ¡long ¡strips ¡ • ¡40mrad ¡stereo ¡angle ¡between ¡strips ¡on ¡ ¡opposite ¡sides ¡ • ¡1536 ¡channels ¡(768 ¡on ¡each ¡side) ¡ • ¡5.6W/module ¡(rising ¡to ¡~10W ¡aher ¡10 ¡yrs ¡LHC) ¡ • ¡up ¡to ¡500V ¡sensor ¡bias ¡(nominal ¡150V) ¡ • ¡2112 ¡barrel ¡modules ¡ • ¡one ¡shape ¡ • ¡1976 ¡end-­‑cap ¡modules ¡ • ¡3 ¡shapes ¡ 5 ¡

The ¡ASICs ¡(ABCD ¡Chips) ¡ • ¡128 ¡channel ¡ASIC ¡with ¡binary ¡architecture ¡ • ¡Radia<on-­‑hard ¡DMILL ¡technology ¡ • ¡12 ¡chips ¡per ¡module ¡(6 ¡each ¡side) ¡ • ¡glued ¡to ¡hybrid ¡(Cu/polyimide ¡flex ¡circuit) ¡ • ¡40MHz ¡(25ns) ¡clock ¡ • ¡20ns ¡front ¡end ¡shaping ¡<me ¡ Data Compression PreAmp+Shaper Readout Buffer Circuit Comparator Edge-Detect circuit Binary Pipeline (132 deep) Test-Input DAC • ¡3 ¡pipeline ¡bins ¡read ¡out, ¡ Threshold Voltage v centred ¡on ¡L1A ¡trigger ¡ “Shaped” input pulse to • ¡Hits ¡contained ¡in ¡1 ¡or ¡2 ¡bins ¡ Comparator t • ¡Timing ¡op<mised ¡using ¡ “Logic” output of pajern ¡of ¡hits ¡in ¡the ¡3 ¡<me ¡ comparator t bins ¡ 6 ¡

Op<cal ¡Link ¡Redundancy ¡Schemes ¡ Link0 ¡Data ¡ VCSEL ¡ VCSEL ¡ Link1 ¡Data ¡ All ¡chips, ¡VCSELs ¡and ¡fibres ¡ok ¡ TTC ¡ P-­‑I-­‑N ¡ Link0 ¡Data ¡ VCSEL ¡ ¡bypassed ¡ VCSEL ¡ Link1 ¡Data ¡ All ¡fibres ¡ok ¡ P-­‑I-­‑N ¡ TTC ¡ VCSEL ¡ Link0 ¡Data ¡ VCSEL ¡ Link1 ¡Data ¡ (for ¡barrels, ¡lose ¡master ¡chip ¡of ¡lost ¡link) ¡ P-­‑I-­‑N ¡ TTC ¡ VCSEL ¡ Link0 ¡Data ¡ VCSEL ¡ Link1 ¡Data ¡ P-­‑I-­‑N ¡ TTC ¡ Clock ¡and ¡control ¡from ¡neighbouring ¡ VCSEL ¡ Link0 ¡Data ¡ module ¡ VCSEL ¡ Link1 ¡Data ¡ P-­‑I-­‑N ¡ TTC ¡ Typical ¡snapshot ¡in ¡SCT ¡ 7 ¡

The ¡SCT ¡Timeline ¡ Prototyping ¡& ¡Produc<on ¡ ¡ to ¡LHC ¡Physics ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡ 8 ¡

Prototyping ¡and ¡Produc<on ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 9 ¡

Assembly ¡of ¡Barrels ¡and ¡End-­‑Caps ¡ • ¡mount ¡services ¡ ¡ ¡-­‑ ¡cooling ¡pipes ¡ Barrel ¡modules ¡ajached ¡by ¡ ¡ ¡ ¡-­‑ ¡powering ¡& ¡op<cal ¡ ¡ robot ¡at ¡Oxford ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡harnesses ¡ • ¡mount ¡modules ¡ • ¡connect ¡to ¡services ¡ Cool, ¡power ¡and ¡test ¡all ¡modules ¡aher ¡assembly ¡ Endcap ¡modules ¡ajached ¡ and ¡compare ¡with ¡pre-­‑assembly ¡data ¡ manually ¡at ¡NIKHEF ¡and ¡Liverpool ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 10 ¡

Recep<on ¡Tests ¡& ¡Assembly ¡at ¡CERN ¡ • ¡Stability ¡& ¡uniformity ¡of ¡cooling ¡and ¡module ¡temperatures ¡ • ¡Stability ¡of ¡power ¡supplies ¡and ¡op<cal ¡communica<on ¡ • ¡Digital ¡func<onality, ¡response ¡and ¡noise ¡from ¡all ¡modules ¡ • ¡Assembly ¡of ¡all ¡4 ¡barrels ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 11 ¡

Integra<on ¡with ¡TRT ¡and ¡combined ¡tests ¡ Inser<on ¡of ¡SCT ¡barrels ¡within ¡the ¡TRT ¡ First ¡cosmic ¡rays ¡recorded ¡through ¡SCT ¡and ¡TRT ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 12 ¡

Installa<on ¡and ¡Commissioning ¡in ¡ATLAS ¡cavern ¡ Connec<vity ¡tests ¡ SCT+TRT ¡Barrel ¡installa<on ¡ SCT+TRT ¡End-­‑cap ¡installa<on ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 13 ¡

Single ¡Beam ¡: ¡“Beam ¡Splash” ¡Events ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 14 ¡

First ¡Collisions ¡at ¡450 ¡GeV ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 15 ¡

First ¡Collisions ¡at ¡7 ¡TeV ¡ ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 16 ¡

Rou<ne ¡pp ¡Data ¡Taking ¡at ¡7TeV ¡and ¡1380 ¡bunches ¡ Typical ¡event ¡with ¡11 ¡ver<ces ¡ (Smallest ¡separa<on ¡here ¡3.2mm) ¡ ≤2003 ¡ 2004 ¡ 2005 ¡ 2006 ¡ 2007 ¡ 2008 ¡ 2009 ¡ 2010 ¡ 2011 ¡ 17 ¡

SCT ¡Performance ¡ Data ¡Quality ¡and ¡Data ¡taking ¡efficiency ¡ Data ¡Acquisi<on ¡ Timing ¡ Hit ¡Efficiency ¡ Lorentz ¡Angle ¡ Alignment ¡ Opera<onal ¡Issues ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡ 18 ¡

Data ¡Quality ¡& ¡Opera<onal ¡Efficiency ¡ 2011 ¡ 2010 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡ 19 ¡

Typical ¡SCT ¡Configura<on ¡Status ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡ 20 ¡

Data ¡Taking ¡ Several ¡enhancements ¡to ¡ DAQ ¡during ¡2010/11 ¡to ¡ maximise ¡data ¡taking ¡ efficiency: ¡  ¡“Stopless” ¡ reconfigura<on ¡and ¡re-­‑ integra<on ¡of ¡RODs ¡in ¡case ¡ of ¡(rare) ¡BUSY ¡  ¡Auto ¡reconfigura<on ¡& ¡ recovery ¡of ¡modules ¡which ¡ have ¡non-­‑zero ¡errors ¡  ¡Auto ¡reconfigura<on ¡of ¡ en<re ¡SCT ¡to ¡counter ¡SEUs ¡ Typical ¡data ¡link ¡error ¡rate ¡ 21 ¡