Stefan Rieke, Johannes Gutenberg-Universität, [email protected] ATLAS Level 1 Trigger, Jet/Energiesummen-Module LHC, ATLAS-Detektor Triggersystem Jet/Energiesummen-Modul

Stefan Rieke, Johannes Gutenberg-Universität, [email protected]

ATLAS Level 1 Trigger, Jet/Energiesummen-Module

LHC, ATLAS-Detektor

Triggersystem

Jet/Energiesummen-Modul (JEM)

Testmessungen

Zusammenfassung

Stefan Rieke Maria Laach September 2004 2

Schwerpunktsenergie:

Umfang Beschleuniger :

Luminosität :

Strahlkollisionsrate :

TeV14

km26,6

cm²s13410

40MHz

Proton-Proton Speicherring am CERN/Genf

Large Hadron Collider(LHC)


ATLAS-DetektorMuon Detectors

Solenoidal Magnet

Inner DetectorElectromagnetic Calorimeters

Hadronic Calorimeters

Toroidal Magnets

Technische Daten:•Länge: 42m•Höhe: 22m•Gewicht: 7000t•Auslesekanäle: 108


Wirkungsquerschnitte am LHC

Bunch crossing rate: 40 MHz Physikalisch interessante

Ereignisse im Vergleich zu Untergrund extrem klein: weniger als eines in 108 Ereignissen


ATLAS-Triggersystem Level-1 (Hardware-Stufe) aufgeteilt in

Myon- und Kalorimeter Trigger

Eingangsdaten Kalorimeter Trigger: Analoge Energiesummen aus den Kalorimetern in × = 0.1 × 0.1

Triggerentscheidung innerhalb von maximal 2 µs Hardware-Implementation

Ereignisrate muss von 40 MHz auf 75 kHz Triggerrate reduziert werden

Generierung des Level-1 Triggers (L1-Accept) mit Hilfe von physikalischen Signaturen (Cluster, Jets, Energie usw.) aus einem Ereignis

Koordinaten der jeweiligen Signaturen werden als „Region of Interest“ (ROI) an das Level-2 Trigger System weitergegeben

Level-2/3 (Software-Stufen), Rechnerfarmen

Daten-Speicherung1,5 MByte/Ereignis

~300 MB/s

<10

kH

z


Kalorimeter-Trigger-Übersicht


Jet/Energiesummen Prozessor

CPU1CPU2 JE

MJEMJEMJEMJEMJEMJEMJEMJEM

JEMJEM JEMJEMJEMJEM

JEM

CMM

TCM

CMM

Energy-sum Jet

JEP 2 Crates

16xJEMs, 2xCMM, 1xTCM, 1xCPU CMM Common Merger Modul:

Sammelt die Daten von den 16 JEMs und leitet sie komprimiert weiter. TCM Timing Control Modul:

Steuert den zeitlichen Ablauf der Module im Crate und sendet Kommandos zu den Modulen im Crate (z.B.: L1A).


Zuordnung der Eingangskanäle

HCALECAL

ZW

HG

FE

DC

BA

V

1 2 3 4

Prozessierter Datenbereich:

11 × 7 ( × )

Kerngröße: 8 × 4 ( × )

Vom PPr duplizierte Bereiche

Duplizierte Bereiche von benachbarten JEMs

HCALECAL


Jet/Energiesummen-Modul (JEM)

Eingangs-Module

Backplane(2mm

CompactPCI, 576 Pins)

Jet-Prozessor

Sum-Prozessor

TTCdec

G-Link-Modul

CanControllerFlash Card


JEM, Datenpfad

88 LVDS Verbindung vom PPM

Eingangs-Prozessoren

Jet-Prozessor

Sum-Prozessor

RoI LVL2

DAQ

G-Link-Modul

Daten zum linken und rechtem JEM (165 Signale)

Daten von benachbarten

JEMs


Tests Standalone Tests in Mainz

Werden die Daten einwandfrei auf dem Modul verarbeitet?

Funktioniert die Kommunikation auf dem Modul zwischen den einzelnen Prozessoren?

Werden die prozessierten Daten richtig weitergeleitet (L2, TDAQ)?

Integrationstest am RAL Funktioniert die Kommunikation der verschiedenen

Module untereinander? Läuft das JEM synchron zu den anderen Modulen Werden die prozessierten Daten zu den anderen Modulen

richtig weitergesendet? Teststrahlmessungen am CERN

Wie verhält sich die Kalorimeter-L1-Triggerstufe unter realitätsnahen Bedingungen?


Ansteuerung des JEM via HDMC

Jeder FPGA kann einzeln programmiert werden.

Statusanzeige aller FPGAs

Status JEM

Laden verschiedener Konfigurationsdateien


Steuerung des JEM, ATLAS Online Software

Offizielle ATLAS Online Software (TDAQ).

Aufgaben der Online Software: Konfigurieren Kontrollieren Überwachen von Sub-

Komponenten Über die Online Software laufen

keine echten Physik-Daten. Wir (Mainz) müssen ein

Software Modul zur Verfügung stellen, mit dem auf das JEM zugegriffen werden kann.


Online Software


Mainz Teststand

JEM

CPU

Crate

Rack

TCM


Tests in Mainz

Daten können auf zwei Wege in das JEM gelangen:1. Playback Memory2. DSS Module (DataSinkSource)

Mit dem zweiten DSS-Module (links) wird die Stabilität der G-Link Verbindungen überprüft.

JEM

Playback filled via VME

DSSDSS


Tests am RAL

Test des JEMs mit anderen Komponenten vom L1-Trigger. Hier zwei Merger Module (CMM), die die Information

der gefundenen Jets und der deponierten Energie im Kalorimeter sammeln.

CMM 2xJEM CMM


Teststrahlmessung Idee der Teststrahlmessung:

Erfahrungen für die Inbetriebnahme des ATLAS-Detektors sammeln.

Testen und Verifizieren der Prototypen unter realitätsnahen Bedingungen.

Gemeinsame Auslese aller Subdetektorkomponenten.

Das erste und einzige Mal, das die L1-Kalorimeter-Triggerstufe im Teststrahl mit 40 MHz Ereignissrate getestet wird.

Erst am Ende der Teststrahlmessung wird die Massenproduktion der L1-Kalorimeter-Trigger Komponenten gestartet.


TeststrahlmessungTilcealmodules

Muon chambers

LAr CryostatTRTPixels & SCT


Teststrahlmessaufbau


Zusammenfassung

Das JEM ist eine sehr wichtige Komponente des ATLAS Experimentes mit vollgender Aufgabe: Auffinden von Jets Bestimmung von ET

Eigenschaften des JEMs: Analysieren der Daten ohne Totzeit Die Daten werden rein Digital verarbeitet.

Aufwendige Tests während der Entwicklung sind nötig, um eine einwandfreie Integration des JEMs in den L1-Kalorimeter-Trigger zu gewährleisten.

Wenn die Teststrahlmessungen im Sept. Okt. Erfolgreich sind: Vergleich der gemessenen Daten mit Monte-Carlo-Studien.

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