Entwicklung eines strahlenharten Controllers für das Kontrollsystem des ATLAS-Pixeldetektors am HL-LHC / von Jennifer Boek. 2012
Inhalt
- Einleitung
- Die Luminositätssteigerung des LHC
- Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik
- Das Higgs-Boson
- Physikalische Messungen am HL-LHC
- Das Upgrade des LHC zum HL-LHC
- Der ATLAS-Detektor für den HL-LHC
- Der ATLAS-Pixeldetektor für den HL-LHC
- Das Kontrollsystem für den zukünftigen ATLAS-Pixeldetektor
- Anforderungen an das Detektorkontrollsystem
- Aufbau des zukünftigen DCS
- Der DCS-Controller-Chip
- Vergleich der Leitungsanzahl des momentanen und des zukünftigen DCS
- Strahlenschäden in digitalen integrierten Schaltungen
- Aufbau einer digitalen integrierten Schaltung
- Schädigung durch Teilchenstrahlen
- Erwartete Strahlungsumgebung für den HL-LHC
- Betrachtung von Schädigungen durch Einzelfehlereffekte
- Ionisationseffekte in CMOS-Komponenten
- Abschätzung der Strahlentoleranz des 130nm Prozesses
- Die Suche nach einer geeigneten DCS-Kommunikation
- Casting
- Das I2C-HC-Protokoll
- Die Grundlagen des CAN-Protokolls
- Die bitweise Arbitrierung
- Die Synchronisation der CAN-Bus-Teilnehmer
- Fehlererkennungsmechanismen im CAN-Protokoll
- Die erwartete Fehlerrate für die DCS-Kommunikation
- Digitales Chipdesign für das Detektorkontrollsystem
- Der digitale Entwurfsprozess
- Struktur der entwickelten Programme für den DCS-Controller
- Der erste Prototyp-Chip für den DCS-Controller
- Entwicklung eines weiteren Prototypen für den DCS-Controller
- Überarbeitung der Kommunikationsprotokolle
- Neue Befehlsstruktur und zusätzliche Funktionen
- Funktionstests
- Laufzeitsimulationen des Designs für den DCS-Controller
- Absicherung der Datenspeicherung gegen SEU
- Submission zweier Designs für SEU-Studien
- Übersicht der Prototypen im 130nm Prozess für das DCS
- Aufbau des Control und Feedback Pfades
- Der zweite Prototyp des DCS-Controllers
- Leistungsverbrauch des DCS-Controllers
- Die Reichweite der I2C-HC-Kommunikation
- Aufbau eines DCS-Netzwerks aus den vorhandenen Prototypen
- Zusammenfassung
- Messung der SEU-Fehlerrate des DCS-Chips
- Das Bestrahlungsprogramm
- Wirkungsquerschnitt für SEU des DCS-Chips
- Verhalten der TMR-abgesicherten I2C-HC-Kommunikation im Strahl
- Leistungsverbrauch des DCS Chips
- Zusammenfassung
- Validierung der Kommunikation zum Detektor unter Bestrahlung
- Das Bestrahlungsprogramm
- Bestimmung des SEU-Wirkungsquerschnitts
- Bestimmung der Strahlenhärte der CAN-Kommunikation
- Dosiseffekte am Beispiel des DCS-Controller-Prototypen
- Zusammenfassung
- Ergebnisse und Ausblick
- Quellenverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis