Rychlé výběrové obvody pro časový detektor částic

Ing. Jan ZICH

Doctoral thesis

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá architekturou, funkcí a realizací rychlých výběrových obvodů pro časové detektory částic. Samotná částicová fyzika je velmi dynamicky se rozvíjející obor a mezi hlavní předměty jejího zkoumání patří povaha částic tvořících hmotu a radiaci. Práce si klade za cíl přinést komplexní přehled výběrových obvodů používaných v částicových detektorech a vytvořit zcela nový systém výběru událostí pro časový detektor v oblasti fyziky elastického či difrakčního rozptylu v rámci projektu ToF AFP. Podstatou kvalitativního zlepšení vybudovaného trigger systému je vysoká flexibilita rekonfigurace vyhodnocovacích funkcí, sofistikované řízení systému pro sběr dat z detekčního řetězce a také pokročilé možnosti monitorování a řízení samotného trigger modulu. Krom toho má nový trigger systém za úkol přinést kvantitativní zlepšení ve formě snížení latence nezbytné pro rozhodnutí o akceptování či blokování detekované události. Mezi vědecké metody použité pro dosažení vytyčených cílů patří především analýza požadovaných funkcí a parametrů systému následovaná syntézou architektury a obvodového zapojení. Po fázi návrhu a sestavení prototypu byly provedeny laboratorní experimenty, měření vybraných parametrů, a komparace výsledků. Ze zjištěných skutečností plyne, že byly všechny vytyčené cíle naplněny a zkonstruovaný trigger systém bude nasazen na urychlovači LHC v CERNu v rámci provozní periody Run 3.

Abstract:

This thesis is devoted to the architecture, function and realization of the fast selection circuits for timing particle detectors. The particle physics itself is a dynamically evolving branch of the physics and the main search subjects are the particles that constitute the matter and radiation. The work aims to provide a comprehensive overview of selection circuits used in particle detectors and to create a completely new event selection system for a time detector in the field of physics elastic or diffractive scattering for the ToF AFP project. The essence of the qualitative improvement of the built trigger system is the high flexibility of reconfiguration of signal processing functions, sophisticated control of the system for data collection from the detection chain and also advanced possibilities of monitoring and control of the trigger unit itself. In addition, the new trigger system aims to bring quantitative improvements in the form of reducing the latency necessary to decide whether to accept or block a detected event. The scientific methods used to achieve the set goals include, in particular, the analysis of the required functions and parameters of the system, followed by a synthesis of architecture and circuitry. After the design and assembly phase of the prototype the laboratory experiments, measurements of selected parameters and comparison of results were performed. The findings show that all set targets have been met and the constructed trigger system will be installed at the LHC accelerator at CERN within the Run 3 period.

Keywords

AFP, ATLAS, CERN, částicová fyzika, Čerenkovův detektor, DAQ, dopředná fyzika, FPGA, nukleární instrumentace, Time-of-Flight, trigger, urychlovač částic, ultrarychlé zpracování signálu s nízkou spotřebou, výběrový obvod

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Dr. Ing. Vjačeslav Georgiev

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics