Experience on 3D Silicon Sensors for ATLAS IBL
3D硅传感器，其中等离子体微加工用于在硅衬底中蚀刻深窄孔以形成PIN结的电极，代表了高能物理实验中跟踪探测器的内部像素层的可能解决方案。这种类型的传感器已被开发为可插入B层（IBL），一个额外的像素层，已安装在ATLAS在目前关闭的大型强子对撞机在欧洲核子研究中心。本文介绍了在设计、测试和鉴定用于装备IBL部分的传感器和探测器模块方面的经验。基于ATLAS IBL三维硅传感器的经验，我们讨论了在高光度LHC（HL-LHC）上升级ATLAS和CMS的可能的新发展。
2014-12-19 physics.ins-det
ATLAS IBL Pixel Upgrade
ATLAS探测器的升级将经历向超级LHC升级的不同阶段。像素探测器的第一次升级将包括建造一个新的像素层，该层将在LHC机器第一次关闭期间安装（LHC第一阶段升级）。新的探测器称为可插入B层（IBL），将插入现有的像素探测器和半径为3.3 cm的新（较小半径）射束管之间。IBL将需要开发几种新技术，以应对辐射或像素占用的增加，并通过减少像素尺寸和材料预算来提高物理性能。三种不同的有前途的传感器技术（平面硅，三维硅和金刚石）目前正在研究的像素检测器。本文介绍了该项目的概况，特别强调了像素模块。
2011-04-11 physics.ins-det
Achievements of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
为了扩展LHC的物理范围，计划对加速器进行升级，将积分亮度提高到3000 fb^-1以上，并将每个束流交叉的堆积提高5到10倍。为了应对不断增加的占用和辐射损伤，ATLAS实验计划在HL-LHC升级中引入全硅内部跟踪器。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS升级平面像素传感器研发项目（PPS）由19个研究所和80多名科学家组成。主要的研究领域是性能评估的平面像素传感器与不同的设计和基板厚度高达HL-LHC的注量，实现超薄或主动边缘，以提供低几何效率，而无需叠瓦的模块和探索的可能性，降低成本，使仪器的大面积。本文概述了该研发项目的最新成果和正在进行的工作。
2013-10-21 physics.ins-det
Development of a time-to-digital converter ASIC for the upgrade of the ATLAS Monitored Drift Tube detector
ATLAS μ子光谱仪的升级为高亮度LHC需要新的触发器和读出电子的各种元素的检测器。我们提出了一个时间-数字转换器（TDC）ASIC原型的ATLAS超导漂移管（MDT）探测器的设计。该芯片采用GlobalFoundries 130 nm CMOS技术制造。研究表明，其时序和功耗特性满足设计要求，48个通道的时序变化为40 ps，每个通道的功耗约为6.5 mW。
2017-08-11 physics.ins-det
Novel Silicon n-in-p Pixel Sensors for the future ATLAS Upgrades
鉴于LHC升级到HL-LHC的阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。n-in-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这要归功于它的辐射硬度和成本效益，这允许扩大像素探测器的面积。我们提出了新的n-in-p平面像素传感器的特性和性能，由CiS（德国）通过凸点键合连接到ATLAS读出芯片FE-I3。这些结果是在10^16 1-MeV n_eq/cm ^2能量密度辐照前后获得的，证明了这种传感器在HL-LHC像素系统所预见的恶劣辐射环境中的可操作性。我们还概述了新的像素生产，这是正在进行的CiS的传感器兼容新的ATLAS读出芯片FE-I4。
2012-05-23 physics.ins-det
Development of a Depleted Monolithic CMOS Sensor in a 150 nm CMOS Technology for the ATLAS Inner Tracker Upgrade
最近的研发重点是在耗尽区收集电荷的CMOS传感器，为CMOS传感器作为快速和辐射硬像素器件开辟了新的前景。这些传感器被标记为耗尽CMOS传感器（DMAPS），已经显示出有希望的性能，作为ATLAS内部跟踪器（ITk）升级的可行候选者，可能取代当前的无源传感器。开发DMAPS潜力的另一个步骤是研究在ATLAS ITk升级的外层配备全单片CMOS传感器的适用性。本文介绍了一个耗尽单片CMOS像素传感器的LFoundry 150 nm CMOS工艺设计的发展，重点是设计细节和模拟结果。
2016-11-03 physics.ins-det
ATLAS IBL: a challenging first step for ATLAS Upgrade at the sLHC
随着LHC在7 TeV收集数据，计划已经推进了一系列升级，最终导致大约10年后的高亮度LHC（HL-LHC）项目中LHC设计亮度的五倍。ATLAS探测器的升级将为HL-LHC做准备。像素探测器的第一次升级将是建造一个新的像素层，该层将在2013-14年LHC机器首次关闭期间安装。新的探测器称为可插入B层（IBL），将安装在现有的像素探测器和半径为3.2厘米的新的更小半径的光束管之间。IBL将需要开发几种新技术，以应对增加的辐射和像素占用，并通过减少像素尺寸和更严格的材料预算来提高物理性能。两种不同的和有前途的硅传感器技术（平面n-in-n和3D）目前正在调查的IBL。IBL模块的设计和这些传感器技术的资格的概述在此过程中。本文还总结了HL-LHC对ATLAS探测器的改进。
2011-09-15 physics.ins-det
Measurements and TCAD simulation of novel ATLAS planar pixel detector structures for the HL-LHC upgrade
LHC加速器复合体将在2020-2022年之间升级为高亮度LHC，以大大增加各种物理分析的统计数据。为了在这些具有挑战性的新条件下运行，并保持在轨道重建和顶点定位方面的出色性能，ATLAS像素检测器必须进行大幅升级，并预计将进行全面更换。通过在洁净室中对测试结构进行表征以及使用技术计算机辅助设计（TCAD）进行模拟，优化了新型像素设计的处理技术。讨论了一种研究通过像素器件的非垂直轨迹的方法。比较TCAD模拟与二次离子质谱（SIMS）测量，以调查结构的掺杂分布和验证模拟过程。
2015-04-08 physics.ins-det
Mass Production of a Trigger Data Serializer ASIC for the Upgrade of the Muon Spectrometer at the ATLAS Experiment
触发数据串行器（TDS）是一个定制的ASIC设计用于升级的端盖ATLAS μ子谱仪的最里面的站。它是一款具有两种工作模式的混合信号芯片，可处理多达128个检测器通道。总共生产了6，000个TDS ASIC用于探测器操作。本文讨论了一个定制的自动测试平台，我们开发的TDS ASIC提供质量控制。我们介绍的设计，测试程序，并从这个TDS测试平台获得的结果。
2019-04-18 physics.ins-det
The Clock and Control System for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Phase-I Upgrade
正在开发液氩触发数字化板（LTDB），以升级ATLAS液氩量热计第一阶段触发电子设备。位于前端的LTDB需要从后端获取时钟信号并进行远程配置和监控。一个时钟和控制系统正在开发的LTDB和系统的主要功能进行了评估。本文介绍了时钟和控制系统的设计和评估。
2020-09-18 physics.ins-det
Update on the high speed serializer ASIC development for ATLAS Liquid Argon calorimeter upgrade
基于商用0.25 μm蓝宝石上硅（SOS）CMOS工艺，我们一直在开发一种串行化专用集成电路（ASIC），用于ATLAS液氩量热计前端电子系统的升级。第一个原型，一个5 Gbps的16：1串行器已设计，制造，并在实验室环境中进行测试，并在200 MeV的质子束。试验结果表明，第一台样机达到了设计目标。第二个原型，双通道，每通道8 Gbps串行器正在开发中。布局后的模拟表明，8 Gbps是可以实现的。在本文中，我们提出的第一个原型的设计和测试结果和第二个原型的设计和状态。
2022-02-10 physics.ins-det
LOCx2, a Low-latency, Low-overhead, 2 x 5.12-Gbps Transmitter ASIC for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Trigger Upgrade
本文介绍了ATLAS液氩量热仪触发器升级的发射机专用集成电路LOCx 2的设计和测试结果。LOCx 2由两个通道组成，每个通道编码ADC数据的开销为14.3%，并以5.12 Gbps的速率传输串行数据，延迟小于27.2 ns。LOCx 2采用商用0.25 μ m硅/蓝宝石CMOS技术制造，采用100引脚QFN封装。LOCx 2的功耗约为843 mW。
2020-09-18 physics.ins-det
The Latency Validation of the Optical Link for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Phase-I Trigger Upgrade
两个光数据链数据传输专用集成电路（ASIC），基线和备份，已被设计用于ATLAS液氩（LAr）量热计第一阶段触发升级。每个ASIC的延迟以及在后端现场可编程门阵列（FPGA）中实现的其对应接收器的延迟是关键规格。在本文中，我们提出了延迟测量和模拟两个ASIC。测试结果表明，两种ASIC均达到了设计目标，并满足延迟规格。仿真和测量之间的一致性验证了ASIC延迟特性。
2020-09-14 physics.ins-det
Development of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC的高亮度阶段（HL-LHC）升级，ATLAS实验计划用全硅系统取代内部探测器。n-in-p块体技术代表了大多数层的模块的有效解决方案，考虑到该选项的显著抗辐射性和降低的成本。仪表外层所需的大面积将需要平铺传感器，每个传感器边界处的低效区域需要减小到最小尺寸的解决方案。本文报道了ATLAS LPNHE巴黎集团和FBK Trento的一个联合研发项目，该项目基于FTK提供的深沟槽工艺，设计了一种新型的n-in-p无边平面像素。
2013-10-21 physics.ins-det
ATLAS Pixel Detector: Operational Experience and Run-1 to Run-2 Transition
ATLAS实验的像素探测器在LHC的整个运行期间表现出了优异的性能。利用长时间关闭的优势，探测器从实验中取出并带到地面，为其配备新的服务区面板，修复模块并简化新的最内层，即可插入B层（IBL）的安装。概述了运行经验，像素探测器和IBL项目的翻新，以及在其建设，集成和调试的经验。
2015-05-20 hep-ex physics.ins-det
BDAQ53, a versatile pixel detector readout and test system for the ATLAS and CMS HL-LHC upgrades
BDAQ53是RD53系列混合像素探测器读出芯片的读出系统和验证框架。这些芯片是为ATLAS和CMS实验的内部跟踪探测器升级而设计的。BDAQ 53用于需要多功能性和快速定制的应用中，例如实验室测试环境，测试光束活动和质量控制测量的永久设置。它由定制和商业硬件、基于Python的软件框架和FPGA固件组成。BDAQ 53是作为开源软件开发的，软件和固件都托管在公共存储库中。
2020-10-05 physics.ins-det
Design and testing of an sTGC ASIC interface board for the ATLAS New Small Wheel upgrade
ATLAS实验将用新的小轮探测器（NSW）取代目前的小轮探测器，旨在提高高亮度LHC端盖区域的μ子触发和精确跟踪性能。小条带薄间隙室（sTGC）是此次升级中使用的两种新探测器技术之一。sTGC检测器需要一些定制设计的ASIC。我们设计了一个sTGC ASIC接口板来测试ASIC到ASIC的通信，并验证整个系统的功能。搭建了具有最终读出系统的测试平台，并首次展示了整个sTGC读出链。在读出链中的关键参数进行了讨论，并显示结果。
2021-10-24 physics.ins-det
Development of 3D-DDTC pixel detectors for the ATLAS upgrade
我们报告的n-对-p，三维双面双列（3D-DDTC）像素探测器的发展FBK-irst（特伦托，意大利）制造和面向ATLAS升级。所考虑的制造技术比具有主动边缘的全3D探测器所需的制造技术更简单，但是探测器效率和辐射硬度关键地取决于柱状电极重叠，并且应该仔细评估。这些传感器（每像素2、3或4列）与ATLAS FEI 3读出芯片的第一批组件已在实验室中进行了测试。选择的结果与放射源的电气和功能特性进行了讨论。
2009-10-19 physics.ins-det
Two low-power optical data transmission ASICs for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter readout upgrade
ATLAS液氩量热计第一阶段升级中，前端光学数据传输需要串行化ASIC和VCSEL驱动ASIC。基准ASIC是串行器LOCx 2和VCSEL驱动器LOCld，采用0.25 μm硅蓝宝石（SoS）CMOS技术设计，功耗分别为843 mW和320 mW。基于130 nm CMOS工艺，我们设计了两个引脚到引脚兼容的备份ASIC，LOCx 2 -130和LOCld-130。它们的功耗比同类产品低得多，而其他性能，如延迟，数据速率和辐射耐受性，满足第一阶段升级的要求。我们提出了LOCx 2 -130和LOCld-130的设计。最后给出了LOCx 2 -130的测试结果。
2020-09-14 physics.ins-det
A prototype optical link board with redundancy design for the ATLAS liquid argon calorimeter Phase-2 upgrade
为ATLAS液氩量热计第2阶段升级研制了一个原型光链路板。该板由24个lpGBT芯片和8个VTRx+模块组成，展示了未来前端板的全光链路设计。该板具有22个单工光链路，用于将探测器数据传输到探测器外电子设备，这些数据在FPGA中仿真并通过6个FMC连接器注入。该板实现了2个双工光纤链路，用于时钟、控制和监控，并采用冗余设计，以提高系统可靠性。数据传输和所有冗余设计均已验证。一种光纤路由方案已经原型化，其中2或3个VTRx+模块通过MPO连接器重新连接到前面板。
2022-03-11 physics.ins-det
Development and test of a mini-Data Acquisition system for the High-Luminosity LHC upgrade of the ATLAS Monitored Drift Tube detector
包括ASIC和FPGA板在内的新的前端电子设备正在为ATLAS的漂移管（MDT）探测器开发，以处理高亮度LHC运行中预期的大数据速率和恶劣环境。一个移动数据采集（miniDAQ）系统的设计，以执行这些前端电子集成测试。此外，它还将用于96个小半径MDT（sMDT）室的地面调试，并用于在现有ATLAS MDT室上集成和调试新的前端电子设备。本文详细介绍了miniDAQ硬件和固件。miniDAQ系统也被用来读出新的前端电子sMDT原型室使用宇宙μ子和获得的结果显示。
2022-05-26 physics.ins-det
Characterization of the ATLAS Liquid Argon Front-End ASIC ALFE2 for the HL-LHC upgrade
ALFE2是为HL-LHC升级设计的ATLAS液氩量能器前端ASIC，具有四通道、可调阻抗和16位动态范围，经FETB测试表明其在增益、噪声、线性、均匀性和辐射耐受性方面均满足或大幅超越所有规格。
2024-02-14 physics.ins-det
SLID-ICV Vertical Integration Technology for the ATLAS Pixel Upgrades
我们提出的75 μ m厚的n-in-p传感器和ATLAS FE-I3芯片，与SLID（固液互扩散）技术互连的像素模块的表征的结果。这种技术，在Fraunhofer-EMFT开发，探索作为一种替代的凸点焊接工艺。这些模块的设计是为了证明一个非常紧凑的探测器的可行性，将在未来的ATLAS像素升级，利用垂直集成技术。此模块概念还设想芯片间通孔（ICV）以从芯片的背侧提取信号，从而相对于本像素模块设计实现更高比例的有效面积。在演示模块的情况下，ICV被蚀刻在FE-I3芯片的原始引线键合焊盘上。在具有ICV的模块中，FE-I3芯片将减薄至50 μ m。介绍了ICV制备的状态。
2012-02-29 physics.ins-det
Design of a Time-to-Digital Converter ASIC and a mini-DAQ system for the Phase-2 Upgrade of the ATLAS Monitored Drift Tube detector
我们提出了第二个原型的时间-数字（TDC）ASIC的升级ATLAS卫星漂移管（MDT）探测器的高亮度LHC操作。与第一个原型相比，三重模块冗余已实现的配置和流控制逻辑。在实现相同的时间分辨率和通道均匀性的同时，总功耗增加不到10 mW。一个小型数据采集系统已经建立，以验证前端电子链与新的原型与其他ASIC和板在触发模式。小直径MDT电离室的宇宙线测试表明，读出电路的结构和数据传输性能良好。预计该原型设计将用于最终生产。
2020-11-23 physics.ins-det
The Clock Distribution System for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Phase-I Upgrade Demonstrator
针对ATLAS液氩量能器Phase-I升级演示器的时钟需求，研发基于商用器件的时钟分配系统，完成设计、性能评估及辐射耐受性验证。
2024-01-28 physics.ins-det
Rad-hard vertical JFET switch for the HV-MUX system of the ATLAS upgrade Inner Tracker
这项工作提出了一种新的硅垂直JFET（V-JFET）器件，沟槽的3D探测器技术的基础上开发的IMB-CNM，被用作开关的ATLAS升级内部跟踪器的高压供电计划。通过2D和3D TCAD模拟来执行器件特性的优化。为了满足系统的具体要求，特别注意了导通电阻、关断电压和击穿电压。此外，一组参数值已被提取的模拟曲线，以实现SPICE模型的建议V-JFET晶体管。由于这些器件在整个实验寿命期间都将在非常高的辐射条件下工作，因此在论文的最后还介绍了辐射损伤效应和预期的器件性能退化的研究。
2015-11-02 physics.ins-det
A Programmable Time Alignment Scheme for Detector Signals from the Upgraded muon Spectrometer at the ATLAS Experiment
我们提出了一个可编程的时间对准方案中使用的ASIC的ATLAS前向μ子触发器的发展。该方案利用再生时钟与可编程的相位，以补偿不同的检测器走线长度引入的定时偏移。设计中使用的每个ASIC具有104个输入通道，延迟补偿电路为每个通道提供约3 ns的步长和25 ns的全范围。该计划包括多数逻辑抑制单粒子效应的详细实施。该方案是灵活的，完全综合。该方法适用于具有类似相移要求的其他应用。此外，该设计是资源有效的，并且适合于具有大量通道的成本有效的数字实现。
2017-08-07 physics.ins-det
Beam Test Studies of 3D Pixel Sensors Irradiated Non-Uniformly for the ATLAS Forward Physics Detector
具有穿透硅衬底的圆柱形电极的像素检测器（所谓的3D检测器）在辐射硬度方面提供优于标准平面传感器的优点，因为电极距离与体厚度解耦。近年来，3D传感器的开发取得了重大进展，最终在CNM（西班牙巴塞罗那）和FBK（意大利特伦托）进行的ATLAS可插入B层（IBL）升级的传感器生产达到了高潮。基于这一成功，ATLAS Forward Physics（AFP）实验选择了3D像素传感器技术作为跟踪探测器。AFP项目提出了一个新的挑战，因为需要减少与IBL有关的死区，以及传感器中辐射剂量分布的不均匀性。本文介绍了第一个AFP原型的电气特性和3D像素器件非均匀辐照的束流测试研究。
2015-04-21 physics.ins-det
Prototype ATLAS IBL Modules using the FE-I4A Front-End Readout Chip
ATLAS合作将升级其半导体像素跟踪探测器，在现有的像素探测器和大型强子对撞机的真空管之间安装一个新的可插入B层（IBL）。该位置的极端工作条件需要开发新的辐射硬像素传感器技术和新的前端读出芯片FE-I4。平面像素传感器和3D像素传感器已被研究，以装备这种新的像素层，并使用FE-I4 A原型模块已被制造和表征，使用120 GeV的π介子在欧洲核子研究中心SPS和4 GeV的正电子在DESY，模块照射前后。给出了束流测试结果，包括电荷收集效率、跟踪效率和电荷共享。
2012-09-10 hep-ex physics.ins-det
Design and performance of a TDC ASIC for the upgrade of the ATLAS Monitored Drift Tube detector
我们提出了一个时间-数字（TDC）ASIC的原型的ATLAS超导漂移管（MDT）探测器的高亮度LHC操作的升级。该ASIC基于先前提交的用于时序性能评估的演示ASIC，包括各种操作模式所需的所有功能，以及迁移到TSMC 130 nm CMOS技术。我们提出了TDC的设计，重点增加的功能和性能优化。时序性能测试表明，该ASIC满足设计要求。TDC具有约780 ps的仓大小，并且对于具有前沿和后沿数字化的所有24个通道，定时仓变化在40 ps内，而功耗被限制为250 mW，对应于每个边沿测量约5.2 mW的功耗。
2019-05-24 physics.ins-det
Depleted fully monolithic CMOS pixel detectors using a column based readout architecture for the ATLAS Inner Tracker upgrade
耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）利用现代CMOS技术的高电压和/或高电阻率附加来实现感测体积中的实质性耗尽，已被证明在高亮度LHC时代对ATLAS的要求具有高辐射耐受性。具有快速读出架构的耗尽全单片CMOS像素目前正在开发，作为未来ATLAS内部跟踪器的外部像素层的有希望的候选者，该内部跟踪器将在2025年左右的ATLAS第二阶段升级期间安装。在这项工作中，两个DMAPS原型设计，命名为LF-MonoPix和TJ-MonoPix，提出。LF-MonoPix采用LFoundry 150 nm CMOS工艺设计和制作，TJ-MonoPix采用TowerJazz 180 nm CMOS工艺设计。两个芯片采用相同的读出架构，即列漏极架构，而追求不同的传感器实现概念。将描述两个原型的设计。还将显示LF-MonoPix的首次测量结果。
2017-09-29 physics.ins-det
Characterization and Performance of Silicon n-in-p Pixel Detectors for the ATLAS Upgrades
现有的ATLAS跟踪器将在粒子注量为10^15 neq/cm ^2（LHC）的情况下达到其功能极限。因此，对于像计划中的可插入B层（IBL）和增加LHC亮度（超级LHC）的情况下更小半径的升级，需要开发新的结构和材料，以应对由此产生的粒子注量。N-in-P硅器件是用于跟踪探测器以实现这些目标的有希望的候选者，因为它们是抗辐射的，成本有效的，并且在辐射后不反转类型。介绍了由CiS公司（德国Erdom）在300 μm厚浮区材料上进行的基于MPP/HLL设计的n-in-p像素生产的特点，并给出了传感器和单片机模块（SCM）的电学性能，包括噪声、电荷收集效率以及用MIP和241 Am源进行的测量。SCM内置传感器，连接到ATLAS读出芯片FE-I3的电流。的表征已进行与ATLAS像素读出系统，照射前和照射后的24 GeV/c质子。此外，初步测试束的跟踪效率和电荷收集，获得与SCM的结果进行了讨论。
2011-04-17 physics.ins-det
Quality control tests of the front-end optical link components for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Phase-1 upgrade
我们目前的ATLAS液氩量热仪第一阶段升级的前端光链路组件的质量控制测试的程序和结果。这些组件包括垂直腔面发射激光器（VCSEL）驱动器ASIC LOCld、定制光发射器/收发器模块MTx/MTRx和发射器ASIC LOCx 2。LOCld、MTx和LOCx 2各自包含具有相同结构的两个信道，而MTRx具有发射器信道和接收器信道。每个通道均以5.12 Gbps进行测试。共有5341个LOCld芯片、3275个MTx模块、797个MTRx模块和3198个LOCx 2芯片合格。LOCld、LOCx 2、MTx和MTRx的产率分别为73.9%、98.0%、98.4%和61.9%。
2021-08-09 physics.ins-det
An sTGC Prototype Readout System for ATLAS New-Small-Wheel Upgrade
本文介绍了一种用于ATLAS新小轮升级的主要探测器技术之一的小条薄间隙室（sTGC）样机的读出系统。这个读出系统的目的是测试一个全尺寸的sTGC四联体与宇宙μ子触发。
2018-06-23 hep-ex physics.ins-det
A radiation-hard dual-channel 12-bit 40 MS/s ADC prototype for the ATLAS liquid argon calorimeter readout electronics upgrade at the CERN LHC
欧洲核子研究中心大型强子对撞机ATLAS液氩量热计的读出电子升级需要抗辐射ADC。介绍了一种抗辐射双通道12位40 MS/s流水线ADC的设计。该设计包括两个流水线A/D通道，每个通道有四个乘法数模转换器，后面是8位逐次逼近寄存器模数转换器。该定制设计采用商用130 nm CMOS工艺制造，在10 MHz下，单通道40 MS/s时的SNDR性能为67.9 dB，延迟为87.5 ns（到第一位读出），而总功耗为50 mW/通道。该芯片使用两种电源电压：1.2和2.5 V。测量并确定辐照期间对单粒子效应的灵敏度，以满足系统要求。
2017-06-05 physics.ins-det
Design of a Trigger Data Serializer ASIC for the Upgrade of the ATLAS Forward Muon Spectrometer
在ATLAS前向μ子谱仪的升级中，小带薄隙室（sTGC）将用于触发和精确跟踪目的。sTGC焊盘和条形探测器均由触发路径中的触发数据串行器（TDS）ASIC读出。该ASIC有两种操作模式，分别从焊盘和条形探测器准备触发数据。焊盘模式（焊盘TDS）从一个探测器层收集多达104个焊盘的发射状态，并每25 ns以4.8 Gbps的速率将数据传输到焊盘触发提取器。焊盘触发提取器从八个探测器层收集焊盘TDS数据，并沿着μ子候选者的路径定义感兴趣的区域。在条带模式（条带TDS）中，来自多达128个条带的沉积电荷被缓冲、加时间戳，并且执行触发匹配程序以读出感兴趣区域下方的条带。条带TDS输出也以4.8 Gbps传输到以下FPGA处理电路。本文详细介绍了ASIC的设计和测试结果。
2017-07-18 physics.ins-det
Component Prototypes towards a Low-Latency, Small-form-factor Optical Link for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Phase-I Trigger Upgrade
本文介绍了几个组件原型的ATLAS液氩量热计第一阶段触发升级设计的低延迟，小形状因子的光链路。一个定制的双通道光发射器模块的原型，微型光发射器（MTx），与单独的发射器光学子组件（TOSA）已被证明在数据速率高达8 Gbps的每通道。一个垂直腔面发射激光器（VCSEL）驱动器ASIC已经开发出来，并用于目前的MTx原型。一个串行器ASIC原型，工作在每通道高达8 Gbps，已被设计和测试。一个低延迟，低开销的编码器ASIC原型的设计和测试。整个链路的延迟，包括发送器延迟和接收器延迟，但不包括光纤的延迟，估计小于57.9 ns。MTx的尺寸为45 mm x 15 mm x 6 mm。
2022-02-09 physics.ins-det
Characterization of a depleted monolithic pixel sensors in 150 nm CMOS technology for the ATLAS Inner Tracker upgrade
介绍了一种采用LFoundry 150 nm CMOS工艺制造的耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）原型。DMAPS利用现代CMOS技术的高电压和/或高电阻率内含物来实现感测体积中的实质耗尽。所描述的设备名为LF-Monopix，旨在证明一个完全单片传感器的概念，该传感器能够在2025年为高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）升级的ATLAS内部跟踪器的外层环境中运行。与目前使用的混合设计相比，这种类型的装置具有较低的生产成本和较低的材料预算。在这项工作中，芯片架构将被描述之后的不同的前置放大器和前置放大器的风味与外部注入信号和铁源（5.9keV的X射线）的特性。
2018-06-12 physics.ins-det
Recent results of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
ATLAS探测器必须在本十年结束时进行重大更新，以承受大型强子对撞机高亮度升级所产生的占用率增加和辐射损害。在本报告中，我们概述了ATLAS内部探测器升级的平面像素传感器的最新研发成果。
2012-01-27 hep-ex physics.ins-det
Simulations of 3D-Si sensors for the innermost layer of the ATLAS pixel upgrade
LHC的亮度预计将达到3000 fb-1，ATLAS升级计划的最内层将应对更高的占用率并减小像素尺寸。3D-Si传感器是ATLAS像素升级最内层的良好候选者，因为它们在高通量下表现出良好的性能，并且新设计将具有更小的像素尺寸以满足电子预期。本文报道了在IMB-CNM设计的3D-Si传感器的TCAD模拟，该传感器具有为ATLAS像素升级的下一个最内层制造的非通过柱，显示了照射前后的电荷收集响应，以及位于大$η$角度的3D-Si传感器的响应。
2016-06-28 hep-ex physics.ins-det
Characterization of a gigabit transceiver for the ATLAS inner tracker pixel detector readout upgrade
我们提出了一个千兆收发器原型专用集成电路（ASIC），GBCR，ATLAS内部跟踪器（ITk）像素检测器读出升级。GBCR采用65 nm CMOS技术设计，由四个上行接收器通道、一个下行发射器通道和一个内部集成电路（I2C）从机组成。上行通道通过5米34美国线规（AWG）双轴（Twinax）电缆以5.12 Gbps的速率接收数据，对其进行均衡，使用恢复的时钟对其重新计时，然后驱动光发射机。下行通道以2.56 Gbps的速率从光接收器接收数据，并与上行通道一样驱动电缆。当时钟数据恢复（CDR）模块打开时，上行信道输出的抖动被测量为35 ps（峰-峰），并且在电缆之后下行信道输出的抖动为138 ps（峰-峰）。当CDR模块开启时，每个上行通道的功耗为72 mW，下行通道的功耗为27 mW。GBCR在200 kGy的总电离剂量下存活。
2020-08-22 physics.ins-det
Characterization and quality control test of a gigabit cable receiver ASIC (GBCR2) for the ATLAS Inner Tracker Detector upgrade
我们提出了一个千兆电缆接收器ASIC原型，GBCR 2，ATLAS内部跟踪器像素检测器升级的表征和质量控制测试。GBCR 2通过6 m Twinax AWG 34电缆对从RD 53 B到lpGBT的上行链路电信号进行均衡和重新定时。GBCR 2还通过从lpGBT到RD 53 B的相同电连接预加重下行链路命令信号。GBCR 2有七个上行链路信道，每个信道的速率为1.28 Gbps，两个下行链路信道，每个信道的速率为160 Mbps。原型是在65 nm CMOS工艺制造。GBCR 2的特性已经被证明，输出信号的总抖动在非重定时模式下为129.1 ps（峰-峰），在重定时模式下为79.3 ps（峰-峰），并且满足lpGBT的要求。所有上行链路信道的总功耗在非重定时模式下为87.0 mW，在重定时模式下为101.4 mW，低于174 mW的规范。两个下行链路信道的功耗小于53 mW。提出了一种质量控制测试程序，并对169个原型芯片进行了测试。产率约为97.0%。
2021-08-06 physics.ins-det
Planar n-in-n quad module prototypes for the ATLAS ITk upgrade at HL-LHC
为了满足高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的要求，有必要更换ATLAS实验的现有跟踪器。因此，正在开发一种新的全硅跟踪探测器，即所谓的内部跟踪器（ITk）。四芯片模块的使用旨在其像素区域。这些模块由一个硅传感器和四个读出芯片组成。当前的ATLAS像素检测器由平面n-in-n硅像素传感器组成。类似的传感器和四个FE-I4读出芯片被组装成平面n-in-n四模块的第一个原型。这些模块的研究的主要焦点是读出芯片之间的区域，特别是所有四个读出芯片之间的中心区域。传感器上放置了特殊的像素单元，覆盖了读出芯片之间的间隙。这方面的贡献集中在非辐照设备的特性，包括重要的传感器特性，电荷收集确定与放射源以及命中效率测量，在实验室和在testbeams。此外，辐照装置的第一实验室结果。
2017-12-18 physics.ins-det
Thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将对跟踪系统进行重大升级，因为预计LHC（HL-LHC）的高亮度阶段将于2025年左右开始。薄的平面像素模块是有希望的候选人，仪器新的像素系统，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。新的设计的像素单元，具有优化的偏置结构，已实现在n-in-p平面像素生产与传感器厚度为270微米。使用束流测试，在命中效率的增益作为接收到的辐照注量的函数进行了研究。未来的薄平面像素传感器的生产前景将进行讨论，重点是薄传感器的厚度为100和150 μ m和一种新的设计与优化的偏置结构和小像素单元（50 μ m × 50 μ m和25 μ m × 100 μ m）。这些尺寸是预见到的新的ATLAS读出芯片在65纳米CMOS技术和精细分割将代表在HL-LHC的像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了预测50 μ m × 50 μ m像素在高eta下的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中，在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
2016-05-02 physics.ins-det
Investigation of modified ATLAS pixel implantations after irradiation with neutrons
ATLAS实验跟踪探测器的最里面部分主要由平面n $^+$ -in-n硅像素传感器组成。在0期升级期间，可插入B层（IBL）安装在最靠近束流管的位置。其像素以具有矩形形状的n个$^+$注入的$250\,μ$ m $\,\times\,50\,μ$ m的间距布置。基于这种设计，多特蒙德开发了改进的像素设计。这些新像素设计中的六个被布置在十列的结构中，并且被放置在一个传感器上的具有标准设计的结构旁边。由于特殊的保护环设计，每个结构都可以单独供电和研究。这些传感器中的几个被凸块键合到FE-I4读出芯片。其中一个模块用反应堆中子辐照，通量高达$5 \times 10^{15} \, n_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$。这一贡献提出了重要的传感器特性，电荷收集确定与放射源和命中效率的测量，在实验室和测试束，这个辐照设备。结果表明，新的修改后的设计执行类似或更好的IBL标准设计的电荷收集和跟踪效率方面，在一个稍微增加的漏电流的成本。
2018-08-20 physics.ins-det
Cosmic test of sTGC detector prototype made in China for ATLAS experiment upgrade
随着希格斯粒子的发现，大型强子对撞机复合体将分几个阶段升级，使光度增加到$7 \times 10^{34}cm^{-2}s^{-1}$。为了使ATLAS探测器在升级后适应更高光度的环境，ATLAS μ子端盖系统的一部分--小轮将被新小轮取代。新的小轮包括两种类型的探测器：小条薄间隙室和Micromegas。作为ATLAS合作项目的一部分，山东大学参与了ATLAS新小轮的建设，开发、生产和测试了部分小条薄间隙室的性能。本文介绍了山东大学小条形薄间隙电离室的建造和宇宙线测试。
2018-08-29 hep-ex physics.ins-det
A gigabit transceiver for the ATLAS inner tracker pixel detector readout upgrade
本文介绍了一个千兆收发器专用集成电路（ASIC）称为GBCR的ATLAS内部跟踪器（ITk）像素检测器读出升级的设计和仿真结果。GBCR具有四个上行接收器通道和一个下行发射器通道。每个上行信道以5.12 Gbps运行，而下行信道以2.56 Gbps运行。在每个上行通道中，GBCR均衡通过5米34美国线规（AWG）双轴电缆接收的信号，用恢复的时钟对数据重新定时，并驱动光发射机。在下行通道中，GBCR从光接收器接收数据，并驱动与上行通道相同类型的电缆。上行信道的输出抖动是26.5ps，并且在电缆之后的下行信道的抖动是33.5ps。每个上行通道消耗78 mW，每个下行通道消耗27 mW。上行测试信道的仿真结果表明，除了基线信道的线性均衡之外，还可以通过使用前馈均衡器（FFE）+判决反馈均衡（DFE）来以最小的功耗增加来实现显著的抖动减小。GBCR采用65 nm CMOS工艺设计。
2020-09-14 physics.ins-det
The RPC-based proposal for the ATLAS forward muon trigger upgrade in view of super-LHC
目前的ATLAS前向μ子探测器的最里面的站需要升级为超级LHC。我们提出了一种替代方案，用一个三明治探测器组成的几层小半径的连续漂移管室（sMDT）的精确跟踪测量和两个站的多间隙电阻板室（mRPC）的触发目的。我们描述了升级后的探测器的布局和触发策略。为了满足超级LHC的要求，需要对ATLAS桶区使用的RPC进行一些修改。已经对所提出的mRPC定时分辨率、空间分辨率和速率能力进行了各种研究。
2012-10-25 hep-ex physics.ins-det
Expected performance of the upgrade ATLAS experiment for HL-LHC
大型强子对撞机（LHC）已经成功地提供了前所未有的质心能量为13 TeV的质子-质子碰撞数据。计划进行一次升级，以提高大型强子对撞机提供的瞬时光度，即所谓的HL-LHC，旨在每次实验提供总计3000 fb $^{-1}$至4000 fb $^{-1}$的数据。为了应对预期的数据采集条件，ATLAS计划对探测器进行升级。ATLAS协作组制作了六份技术设计报告（TDR）。在这些TDR的物理动机和这种升级的好处一起讨论的升级项目本身的细节。在这篇文章中，我们回顾了升级后的ATLAS探测器的预期性能和物理测量的预期范围，以及预计在HL-LHC数据采集结束时发现新物理的潜力。将显示在预期堆积条件下的对象重建的性能，包括完全重新优化的$b$标记算法。重要的基准物理预测，包括二-希格斯玻色子玻色子生产的敏感性将被讨论。
2018-09-06 hep-ex physics.ins-det
Performance of CMOS pixel sensor prototypes in ams H35 and aH18 technology for the ATLAS ITk upgrade
基于商用高压CMOS工艺的像素传感器是一项令人兴奋的技术，被认为是高亮度LHC ATLAS内部跟踪器升级外层的一种选择。在这里，带电粒子检测使用深n阱作为传感器二极管与耗尽区延伸到硅体。可以添加模拟和数字读出电子器件，以实现不同级别的集成，直至完全单片传感器。使用艾迈斯半导体CMOS技术的小规模原型先前已证明，它可以实现所需的$10^{15}~\text{n}_\text{eq}/\text{cm}^2$辐射容限和高于$99.5~\%$的检测效率。最近，已生产出尺寸与完整传感器相当的大面积原型，包括最终设计所需的大多数功能：采用艾迈斯半导体H35技术生产的H35演示原型，支持外部和集成读出，以及采用艾迈斯半导体aH18技术生产的单片ATLASPix 1预生产设计。这两种芯片都基于大填充因子像素设计，但读出结构不同。H35DEMO与电容耦合外部读出和单片ATLASPix1的第一个结果的性能结果。
2020-06-08 physics.ins-det
The Pixel Detector of the ATLAS experiment for the Run2 at the Large Hadron Collider
ATLAS实验的像素探测器在LHC的整个运行期间表现出了优异的性能。利用长时间关闭的优势，探测器从实验中取出并带到地面，为它配备新的服务区面板，修复模块并简化可插入B层（IBL）的安装。IBL是像素探测器的第四层，已于2014年5月安装在现有像素探测器和半径为3.3 cm的新的较小半径光束管之间。为了应对由于接近相互作用点而导致的高辐射和像素占用，已经开发了新的读出芯片和两种不同的硅传感器技术（平面和3D）。此外，物理性能将通过像素尺寸的减小而得到改善，同时，针对低材料预算，采用了使用轻质板条和基于CO2的冷却系统的新机械支撑。将介绍像素探测器和IBL项目的翻新概况及其施工经验，重点介绍采用的技术、模块和板条生产、组装程序的鉴定、束管周围板条的集成以及探测器的调试。
2014-11-19 physics.ins-det
ATLAS upgrades for the next decades
在2010-2012年LHC在质心能量为7和8 TeV的成功运行之后，计划正在积极推进一系列加速器的升级，从现在开始大约十年后的高亮度LHC（HL-LHC）项目中达到高潮，提供五倍于LHC标称瞬时亮度的亮度水平。最终目标是在2035年左右将ATLAS和CMS的数据集从大约几百fb $^{-1}$扩展到3000 fb $^{-1}$。与此同时，实验需要与加速器保持同步，以适应这十年超过标称光度的运行。ATLAS目前的规划设想在LHC合并期间对探测器进行重大升级，以达到LHC的全部能量并进一步升级。应对HL-LHC瞬时和积分亮度以及相关辐射水平的挑战需要对ATLAS探测器进行进一步的重大更改。这些设计正在迅速发展，用于新的全硅跟踪器，量热计和μ子系统的重大升级，以及改进的触发器和数据采集。这份报告总结了各种改进的ATLAS探测器需要应付预期的演变LHC光度在这十年和未来。
2014-08-28 hep-ex physics.ins-det
Recent Results of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
为了应对更高的占有率和辐射损伤在HL-LHC也将升级LHC实验。ATLAS平面像素传感器研发项目（PPS）是一个由17个机构和80多名科学家组成的国际合作项目，旨在探索在这种情况下使用平面像素传感器的可行性。根据半径，不同的像素概念进行了研究，使用实验室和光束测试测量。在小半径的极端辐射环境和强大的空间限制，解决了非常薄的像素传感器的有效厚度在（75-150）微米的范围内，以及超薄的发展，以及积极的边缘。在更大的半径上，主要的挑战是降低成本，以允许在（7-10）平方米的大面积上进行测量。为了实现这一目标，像素生产正在转移到6英寸生产线，并研究更具成本效益和工业化的互连技术。此外，采用n-in-p技术，由于它依赖于单面工艺，因此需要较少的生产步骤。介绍了方案与项目支助方案内最近取得的成就。电荷收集和效率方面的性能，在实验室和束测试中获得的放射源，是由连接到当前的ATLAS芯片FE-I3或新的可插入B层芯片FE-I4的不同供应商的传感器构建的设备。的设备，与75 μ m和300 μ m之间变化的厚度，照射到几个能量密度高达2 e16 neq/cm。最后，不同的方法遵循内部的合作，以实现苗条或积极的优势。
2013-05-02 physics.ins-det
Calibration of the discriminator threshold of the Amplifier-Shaper-Discriminator Chip for the Upgrade of the ATLAS Muon Drift-Tube Chambers for the High-Luminosity LHC
Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
针对ATLAS缪子漂移管室升级所用的新型放大器-成形-鉴别器芯片，利用单能高能缪子束数据完成其鉴别器阈值校准，该阈值对应20个原初电子信号，满足HL-LHC运行需求。
2026-08-26 hep-ex physics.ins-det
