ATLAS Experiment Pixel Detector Upgrades
ATLAS实验像素探测器升级计划的重点是新技术的开发，包括FE-I4读出集成电路。利用这项新技术的第一个升级项目是将于2013年安装在更换束管上的“可插入B层”（IBL）像素探测器。IBL将安装在内部，不会改变现有的ATLAS像素探测器。然而，正在研究在2018年用基于FE-I4芯片和新机械结构的质量更低、性能更高的仪器取代像素全探测器的可能性。
2011-09-21 hep-ex physics.ins-det
Study of Particle Fluence Effects on Collected Charge and Depletion Voltage of the ATLAS IBL Planar Pixel Sensors
EUROPEAN ORGANISATION FOR NUCLEAR RESEARCH (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））
该研究针对ATLAS IBL平面像素传感器，分析其在LHC运行十年后受粒子注量影响的电荷收集与耗尽电压变化，结合TCAD和ATLAS蒙特卡罗模拟开展相关研究。
2026-05-06 hep-ex 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
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
Thermal conductivity of diamond-loaded glues for the ATLAS particle physics detector
ATLAS实验是位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心实验室的大型强子对撞机（LHC）上的两个大型通用粒子探测器之一。自2009年12月以来，ATLAS一直在收集质子碰撞的数据，以研究早期宇宙中存在的条件和质量的起源，以及基础粒子物理学中的其他主题。在LHC运行的最初几年里，ATLAS探测器的最内层将暴露在最大的辐射中。特别地，最靠近束管的层，B层，将由于增加的辐射而随时间退化。为了弥补其退化，它将在2016年左右被可插入B层（IBL）取代。IBL的设计和研发正在进行中，因为希望使用最新的技术来构建这个新的子探测器层。感兴趣的一个主题是在IBL的构造中使用更多的导热胶，以促进从探测器的散热。在本文中，测量和使用高导热胶，特别是那些金刚石加载，将进行讨论。应用改进的瞬态平面源导热系数测量技术，对不同温度范围内的胶体进行了测量。
2010-08-16 hep-ex physics.ins-det
The ATLAS Insertable B-Layer: from construction to operation
ATLAS Insertable B-Layer（IBL）是像素探测器的最内层，于2014年5月安装在距离射束轴3.3 cm的半径处，位于现有像素探测器和新的较小半径射束管之间。这款新探测器是为应对高辐射和占用而设计的，是3D传感器和CMOS 130 nm技术的首次大规模应用。IBL探测器的建设在大约两年内完成（2012-2014），并介绍了IBL项目期间遇到的主要特点和挑战，以及在LHC的调试和运行经验。
2016-11-22 physics.ins-det
Characterization of new hybrid pixel module concepts for the ATLAS Insertable B-Layer upgrade
ATLAS Insertable B-Layer（IBL）合作计划在现有的像素检测器中插入第四个像素层，以从当前像素系统的最终故障中恢复，特别是b层。此外，IBL将确保LHC第一阶段期间出色的跟踪，顶点和b标记性能，并在高亮度堆积的跟踪中增加鲁棒性。IBL的预期峰值亮度为2至3centerdot 1034 cm-2s-1，IBL的设计积分亮度为700 fb-1。这对应于5centerdot 1015 1 MeV neqcm-2的预期通量和250 MRad的总电离剂量。为了满足这些要求，两个新的模块概念正在研究中，都基于一个新的前端IC，称为FE-I4。该IC被设计为未来ATLAS像素探测器的读出芯片，其第一个应用将是IBL。基于平面像素传感器（PPS）的模块概念得益于其易于理解的设计，该设计与当前ATLAS像素检测器传感器的设计尽可能相似。新的三维（3D）硅传感器技术的第二种方法受益于到电极的较短的载流子漂移距离，其完全穿透传感器体。这两个传感器概念的原型模块已经建立和测试在实验室和测试束环境照射前后。这两个概念表现出非常高的性能，即使在照射到5centerdot 1015 1兆电子伏neqcm-2，并满足IBL规格的命中效率大于97%。最低操作阈值的研究已经生效，并证明独立于所使用的传感器概念的FE-I4的模块概念在低阈值的噪声命中占用方面的优异性能。
2012-02-16 physics.ins-det
Characterization of the FE-I4B pixel readout chip production run for the ATLAS Insertable B-layer upgrade
可插入B层（IBL）是第四个像素层，将在2013年和2014年LHC长期关闭期间添加到现有的ATLAS像素探测器中。新的四层像素系统将确保在下一次LHC运行的高亮度堆积条件下具有出色的跟踪，顶点和b标记性能。峰值亮度预计将达到3 x 10^34 cm^-2 s^-1，IBL寿命期间的积分亮度为300 fb^-1，对应的设计寿命通量为5 x 10^15 n_eq cm^-2，电离剂量为250 Mrad（包括安全系数）。用于IBL的生产前端电子器件FE-I4 B已于2011年底制造，并已在切割IC和晶圆级上进行了广泛的表征。2012年期间进行了晶圆级生产测试。选定的结果的切割集成电路的特性，包括测量的片上稳压器。IBL供电方案，这是根据这些结果选择，进行说明。初步的晶圆到晶圆的分布以及产量计算。
2013-04-16 physics.ins-det
Sensor shapes and weak modes of the ATLAS Inner Detector track-based alignment
ATLAS内部探测器的对准使用基于轨迹的算法执行。检测器对准的目的是提供检测器几何形状的准确描述，使得轨道参数被准确地确定并且无偏置。通过研究共振衰减（$J/ψ$和$Z$到$μ^+μ^-$）验证和改进探测器对准。这些共振的详细研究（连同其衰变产物的轨道的性质）允许检测和校正对准弱模式，如检测器卷曲和径向变形，可能会偏置的动量和/或碰撞参量测量。在这里，径向失真进行了研究。此外，一项新的分析，详细审查的轨道击中残差允许研究像素和IBL模块的变形形状。传感器失真可导致给定模块内高达$10μm$的轨迹-命中残余偏差。IBL模块的形状用Bernstein-Bézier函数参数化，并用于在轨迹拟合过程中校正命中位置。
2019-10-14 hep-ex physics.ins-det
First Annealing Studies of Irradiated Silicon Sensors with Modified ATLAS Pixel Implantations
在多特蒙德设计了基于IBL像素传感器的具有修改的n $^+$注入形状的平面硅像素传感器。像素尺寸为$250\,μ$ m $\times$ $50\,μ$ m的传感器采用n $^+$ -in-n传感器技术制造。电荷收集效率应该随着由不同的n $^+$注入形状产生的电场强度最大值而提高。因此，可以在较低的偏置电压下实现较高的粒子探测效率。将修改的像素设计和IBL标准设计放置在一个传感器上以测试和比较设计。该传感器可以通过FE-I4读出芯片读出。在iWoRiD 2018上，分别在不同的设施上对质子和中子辐照的传感器进行了测量，并显示出不一致的结果。照射过程中的意外退火被认为是两个中子照射传感器的命中检测效率的观察到的差异的解释。这一假设将在这项工作中进行检查和确认，提出了第一次退火研究的传感器照射中子在卢布尔雅那。
2019-10-09 hep-ex 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
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
Studies of VCSEL Failures in the Optical Readout Systems of the ATLAS Silicon Trackers and Liquid Argon Calorimeters
ATLAS硅跟踪器和液氩量热计的读出系统利用垂直腔面发射激光二极管在开启和关闭检测器读出组件之间进行通信。这些VCSEL器件中的许多在其预期寿命之前就已经失效。我们总结了失败的历史，并提出了迄今为止所学到的失败机制和环境条件下的寿命的依赖。
2011-09-29 hep-ex physics.ins-det
The upgraded Pixel detector and the commissioning of the Inner Detector tracking of the ATLAS experiment for Run-2 at the Large Hadron Collider
大型强子对撞机（LHC）运行2将提供新的挑战，以跟踪和顶点重建更高的能量，更密集的射流和更高的速率。因此，ATLAS实验在HEP中构建了第一个4层像素检测器，安装了一个新的像素层，也称为可插入B层（IBL）。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新的较小半径光束管之间的3.3厘米半径处。新的探测器是为应对高辐射和预期的占用而建造的，是3D传感器和CMOS 130 nm读出电子器件的首次大规模应用。此外，像素检测器还改进了新的服务区面板，以恢复在运行-1期间丢失的约3%的缺陷模块，以及新的光学读出系统，以更高的速度读出数据，同时在增加亮度的情况下运行时减少占用。作为探测器改进的补充，在LHC关闭的两年期间，对内部探测器轨道和顶点重建进行了许多改进。其中包括开发新技术以提高喷气机密集核心的性能，优化预期条件，以及软件活动，该活动导致处理每个记录事件所需的CPU时间减少三倍。
2016-08-28 hep-ex physics.ins-det
Performance and Quality Control of a Radiation-Hard 12-bit 40 MSPS ADC for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Trigger Readout Electronics Phase-I Upgrade at the LHC
为欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机ATLAS液氩量能器的触发读出电路第一阶段升级设计了一个抗辐射的四通道12位40 MSPS流水线模数转换器（ADC）。定制设计的最终版本，在商业130 nm CMOS工艺制造，提出并发现，以满足系统的模拟性能和辐射耐受性的要求。描述了17200 ADC的质量控制程序，并给出了结果。
2020-03-06 hep-ex 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
FATALIC: A novel CMOS front-end readout ASIC for the ATLAS Tile Calorimeter
本文介绍了一种新的ASIC架构，在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的高亮度阶段的ATLAS瓦热量计升级计划的背景下设计的。该架构基于耐辐射的130 nm互补金属氧化物半导体技术，嵌入了探测器信号的模拟和数字处理。ASIC的详细描述给出的动机，设计特点和模拟和测量性能。实验研究，在真实粒子束条件下的24个原型单位的基础上，为了证明作为一个可靠的前端读出电子解决方案的架构的潜力。
2018-12-11 hep-ex physics.ins-det
Clock Distribution and Readout Architecture for the ATLAS Tile Calorimeter at the HL-LHC
Tile Calorimeter（TileCal）是大型强子对撞机（LHC）上ATLAS实验的一个探测器。TileCal是一种由钢板和塑料蒸发器制成的采样量热计，使用大约10，000个光电倍增管（PMT）进行读数。到2024年，LHC将进行一系列升级，以实现高亮度LHC（HL-LHC），提供高达当前标称瞬时亮度的7.5倍。ATLAS Tile第二阶段升级将使探测器和数据采集（DAQ）系统符合HL-LHC的要求。探测器的电子设备将重新设计，采用新的时钟分配和读出架构，并配备全数字触发系统。在长周期3（2024-2026）之后，探测器上的电子设备将把每个束流交叉（~25 ns）的数字化数据传输到计数室的瓦片预处理器（TilePPr），总数据带宽为40 Tbps。TilePPrs将探测器数据存储在流水线存储器中，以满足新的ATLAS DAQ架构要求，并将与前端链路交换（FELIX）系统和第一触发级接口。TilePPr板将采样时钟分配给探测器上的电子设备，以便使用配置为固定和确定性延迟的高速链路与LHC时钟同步。升级后的读出和时钟分配策略在2015年至2018年期间的几次试验束活动中使用升级后的电子设备原型在演示系统中得到了充分验证。
2018-11-19 hep-ex physics.ins-det
Neutron and proton tests of different technologies for the upgrade of cold readout electronics of the ATLAS Hadronic Endcap Calorimeter
与LHC的设计目标相比，HL-LHC的总积分亮度的预期增加为10倍，基本上消除了ATLAS强子端盖量热计（HEC）当前冷放大器实现的辐射硬度的安全系数。新的更难辐射的技术已经被研究：SiGe双极、Si CMOS FET和GaAs FET晶体管已经被中子辐照，其积分通量高达2.2 \cdot 10^{16} n/cm 2，并且被200 MeV质子辐照，其积分通量高达2.6 \cdot 10^{14} p/cm 2。晶体管参数的比较，如两种类型的照射的增益。
2012-08-09 hep-ex physics.ins-det
Verification of Readout Electronics in the ATLAS ITk Strips Detector
粒子物理探测器越来越多地使用定制FPGA固件和专用集成电路（ASIC）进行数据读出和触发。随着这些设计变得越来越复杂，重要的是要确保在开始制造之前在真实的操作条件下对其进行模拟。cocotb是一个开源的数字逻辑验证框架，它可以帮助开发这种设计。使用cocotb，可以使用Python编程语言在高级别上进行验证，允许进行复杂的数据流模拟，并在设计阶段早期识别问题。Cocotb成功地用于ATLAS ITk Strips探测器的几个定制ASIC的测试平台的开发，发现并解决了芯片开发过程中的许多问题。
2019-10-15 hep-ex physics.ins-det
Ring oscillator performance of the ATLAS inner tracker pixel readout chip
Paris Saclay University（巴黎萨克雷大学）；Aix-Marseille University（艾克斯-马赛大学）
本文研究了ATLAS内跟踪器像素读出芯片中环振荡器的性能，通过实验和模拟数据分析其在不同环境条件下的表现。
2026-01-21 hep-ex physics.ins-det
A Radiation-Hard Dual Channel 4-bit Pipeline for a 12-bit 40 MS/s ADC Prototype with extended Dynamic Range for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Readout Electronics Upgrade at the CERN LHC
介绍了一种用于欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机ATLAS液氩量热计读出电路升级的抗辐射双通道12位40 MS/s扩展动态范围流水线ADC的设计。该设计由两个流水线A/D通道和四个乘法数模转换器组成，每个转换器的标称分辨率为12位。该设计采用IBM 130 nm CMOS工艺制造，在2.5 V电源下，单通道SNDR在18 MHz、40 MS/s时的性能为68 dB，而每通道功耗为55 mW，辐照后性能没有下降。各种增益选择算法，以实现扩展的动态范围的实施和测试。
2013-07-31 hep-ex physics.ins-det
The Optosystem: validation and testing of the high-speed electro-optical conversion system for the readout of the ATLAS ITk Pixel upgrade
本文介绍了用于ATLAS ITk像素探测器升级读出的高速电光转换系统Optosystem，重点展示了数据传输链的性能结果及Optopanels的设计与测试。
2024-02-13 hep-ex physics.ins-det
Neutron and proton tests of different technologies for the upgrade of the cold readout electronics of the ATLAS Hadronic End-cap Calorimeter
与LHC的设计目标相比，HL-LHC的总积分亮度的预期增加因子为10，基本上消除了在ATLAS强子端盖量热计（HEC）的当前冷放大器处实现的辐射硬度的安全因子。新的抗辐射技术已经被研究出来：SiGe双极、Si CMOS FET和GaAs FET晶体管已经被中子辐照，其积分注量高达2.2 x 10^{16} n/cm ^2，被200 MeV质子辐照，其积分注量高达2.6 x 10^{14} p/cm ^2。晶体管参数的比较，如两种类型的照射的增益。
2013-01-16 hep-ex physics.ins-det
Testing the limits of ITkPixV2: the ATLAS inner tracker pixel detector readout chip
针对HL-LHC的ATLAS二期内跟踪器升级，本文首次在全设计要求极限下测试其最终量产读出芯片ITkPixV2，重点测量了活动诱导电流随击中率的变化，验证芯片在高亮度环境下的性能。
2025-04-19 hep-ex 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
Performance of the new Readout Electronics for the ATLAS (s)MDT Chambers and Future Colliders at High Background Rates
具有15 mm管直径的小直径漂移管（sMDT）探测器已被证明是未来强子对撞机（如HL-LHC和FCC-hh）实验中精确μ子跟踪探测器的优秀候选者，这些实验需要前所未有的高背景速率能力。sMDT腔室目前正在安装在ATLAS μ子谱仪的内筒层中。sMDT漂移管在μ子检测效率和空间分辨率方面的速率能力受限于读出电子器件的性能。研制了一种用于HL-LHC和未来强子对撞机的新型MDT ASD（放大器-整形器-鉴别器）读出芯片，与旧芯片相比，它具有更快的峰值时间，减少了峰值阈值交叉时间抖动，从而提高了有和没有$γ$背景辐射的时间和空间分辨率。此外，将提出一种通过调整sMDT工作电压来补偿在高$γ$背景命中通量下由于空间电荷引起的气体增益下降的方法。仿真结果表明，在前端电子芯片中添加有源基线恢复电路，以抑制高计数率下的信号堆积效应，进一步导致效率和分辨率的显着提高。在CERN伽马辐照设施（GIF++）中使用sMDT测试箱进行了广泛的测试。室配备了新的读出芯片与改进的脉冲整形和离散读出电路与基线恢复功能进行了测试。
2021-12-09 hep-ex physics.ins-det
ATLAS Tile Calorimeter Readout Electronics Upgrade Program for the High Luminosity LHC
Tile Calorimeter（TileCal）是覆盖LHC ATLAS实验最中心区域的强子量热计。TileCal读数由大约10000个通道组成。ATLAS升级计划分为三个阶段：第0阶段发生在2013 - 2014年，第1阶段发生在2018 - 1019年，最后是第2阶段，预计在2022 - 2023年，之后峰值亮度将达到5 - 7 x 10 $^{34}$ cm $^2$ s $^{-1}$（HL-LHC）。主要的TileCal升级集中在第2阶段。此次升级旨在更换大部分探测器上和探测器外的电子设备，以便将所有量热计信号直接数字化并发送到计数室的探测器外电子设备。所有新的电子设备都必须能够应对增加的辐射水平。一个雄心勃勃的升级开发计划是追求研究不同的电子选项。目前正在研究前端电子升级的三种备选方案。第一种选择是使用商业组件构建的本系统的改进版本，第二种选择是基于专用ASIC（专用集成电路）的开发，第三种选择是基于为Fermilab开发的QIE（电荷积分器和编码器）的新版本的开发。所有三个选项将使用相同的读出和控制系统，使用高速（高达40 Gb/s）链路进行通信和时钟同步。对于非检测器电子器件，正在开发一种新的后端架构。计划在2014年中期（0期升级结束时）将一个演示原型插入ATLAS，用于读出带有大部分新电子器件但仍与当前系统兼容的热量计的一部分。
2013-05-03 hep-ex physics.ins-det
Optical Links for ATLAS Liquid Argon Calorimeter Front-end Electronics Readout
介绍了ATLAS液氩量热计的光学数据链。文中还讨论了垂直腔面发射激光器故障的现状、故障原因的最新搜索结果、搜索过程中的经验、光发射机可能的备份方案以及经验教训。
2022-02-11 physics.ins-det
Optical Readout in a Multi-Module System Test for the ATLAS Pixel Detector
欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机ATLAS实验的最里面部分将是一个像素探测器。探测器的命令信息和读出数据通过光学数据路径传输。读出链由许多在世界各地生产的组件组成，必须在像素探测器中协同工作。为了验证这些部件是否按预期一起工作，已进行了系统测试。本文介绍了系统测试设置和读出链的操作。此外，给出了使用最终像素探测器读出链的一些测试结果。
2005-10-27 physics.ins-det
Readiness of the ATLAS Liquid Argon Calorimeter for LHC Collisions
ATLAS液氩量热计自2006年8月以来一直在连续运行。当时，只有部分量热计被读出，但自2008年初以来，所有量热计单元都已连接到ATLAS读出系统，为LHC碰撞做准备。本文概述了随机触发、校准数据、宇宙μ子和LHC束溅射事件现场测量的液氩量热计性能。检测器的操作，定时性能，电子噪声和增益稳定性的结果。来自辐射宇宙μ子和束溅射事件的高能量沉积物允许检查能量分辨率的固有常数项。利用最小电离宇宙μ子，在百分比水平上测量了电磁桶式量热计沿η（在φ上平均）响应的均匀性。最后，辐射μ子的电磁簇射的研究已被用来交叉检查的蒙特卡罗模拟。使用ATLAS读出，数据采集和重建软件获得的性能结果表明，液氩量热计是在LHC时代的黎明碰撞做好准备。
2010-05-25 hep-ex physics.ins-det
Irradiation Tests and Expected Performance of Readout Electronics of the ATLAS Hadronic Endcap Calorimeter for the HL-LHC
ATLAS强子端盖量热计（HEC）的读出电子器件将不得不承受比其设计值大3-5倍的辐射环境。配备GaAs ASIC并构成读出电子设备核心的计数板和求和板（PSB）受到中子和质子的辐照，其通量超过HL-LHC十年运行的数倍。中子测试在捷克共和国Rez的NPI进行，其中36 MeV的质子束被引导到厚的重水靶上以产生中子。质子辐照是在瑞士维利根的PSI质子辐照设施的PROSCAN区域用200 MeV质子进行的。在这两个测试中的S参数的原位测量允许频率相关的性能参数，如增益和输入阻抗，作为注量的函数的评估。ASIC响应的线性度是在中子试验中直接测量的，具有变化幅度的三角形输入脉冲。所获得的结果允许的HEC的预期性能退化的估计。为了替代PSB芯片，研究了替代技术，并暴露于类似的中子辐射水平。特别是，IHP 250 nm Si CMOS技术已证明表现出良好的性能，并符合所需的规格。目前的PSB设备的性能测量，在HL-LHC条件下的预期性能退化，并从替代技术的结果将被提交。
2013-09-03 hep-ex physics.ins-det
The ATLAS Readout System for LHC Runs 2 and 3
本文介绍了为满足LHC Run 2和Run 3运行要求而升级的ATLAS实验读出系统，阐述其需求、设计、性能及技术复用情况，并给出Run 2运行性能与Run 3升级展望。
2023-07-21 hep-ex physics.ins-det
The Study of Multi-Layer sTGC Test System for ATLAS Phase-I upgrade
一个全新的小车轮（新南威尔士州）将建造的ATLAS第一阶段升级。小条薄间隙室（sTGC）将致力于新南威尔士州的触发功能。全尺寸sTGC四联体由4层组成，并且需要4个焊盘前端板和4个条带前端板用于sTGC信号读出。8块板应同时读出。本文研究了多层sTGC测试系统，设计了一个用于pFEB和sFEB板的FEB驱动卡（FEBDC）。详细介绍了FEBDC的设计和测试。
2018-06-23 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
Performance of the new amplifier-shaper-discriminator chip for the ATLAS MDT chambers at the HL-LHC
ATLAS μ子探测器的第二阶段升级需要用于MDT漂移管读出的新电子器件。第一个处理阶段是放大器-整形器-鉴别器（ASD），它决定了时间分辨率、增益均匀性、效率和噪声抑制等关键参数的读出性能。采用IBM 130 nm CMOS 8 RF-DM工艺，设计、制作并测试了8通道ASD芯片。芯片面积为2.2 x 2.9平方毫米。我们目前的详细测量结果，以及在三个不同层次的详细芯片行为的模拟结果的比较。
2016-03-30 hep-ex physics.ins-det
Production Performance of the ATLAS Semiconductor Tracker Readout System
ATLAS半导体跟踪器（SCT）与像素和过渡辐射探测器一起将构成LHC ATLAS实验的跟踪系统。它将包括20000单面硅微带传感器组装背靠背成模块安装在四个同心桶和两个端盖探测器形成的九个磁盘。SCT模块的生产和测试已经完成，而宏观组装正在顺利进行。在概述SCT的布局和操作环境之后，将给出读出电子设计和操作要求的描述。质量控制程序和DAQ软件，以确保混合动力车和模块的电气功能将进行讨论。重点将放在端盖SCT模块组装和测试期间获得的电气性能结果上。
2006-06-30 physics.ins-det
Data encoding efficiency in pixel detector readout with charge information
计算像素检测器的无损读出所需的平均最小比特数，在粒子物理学的感兴趣的制度中，其中每帧只有一小部分像素具有非零值。这允许不同编码实现的读出效率的系统比较。将计算结果与ATLAS实验的FE-I4像素读出芯片所使用的位数进行比较。
2016-01-08 hep-ex physics.ins-det
New software based readout driver for the ATLAS experiment
为了在未来几年的LHC操作中保持对新物理的敏感性，ATLAS实验一直致力于升级前端电子设备的一部分，并将探测器的某些部分替换为可以在未来LHC更苛刻的背景条件下运行的新设备。ATLAS探测器的传统前端通过所谓的读出驱动器（ROD）将数据发送到DAQ系统-定制的VME总线板专门用于数据处理，配置和控制。然后，数据由读出系统（ROS）接收，该系统负责在高电平触发（HLT）处理期间缓冲数据。从运行3开始，所有新的触发器和检测器系统将使用新组件读取，取代ROD和ROS的组合。这条新路径将采用一个名为软件读出驱动程序（SW ROD）的应用程序，该应用程序将在通过前端链接交换（FELIX）系统接收前端数据的商品服务器上运行。SW ROD将执行事件片段构建和缓冲，并根据请求向HLT提供数据。SW ROD应用程序被设计为高度可定制的高性能框架，为探测器特定事件构建和数据处理算法提供支持。将用于运行3的实现能够以100 kHz的速率从由高达120 MHz的单个数据分组组成的输入流构建事件片段。本文档将涵盖SW ROD应用程序的设计和实现，并将提供在运行3中选择托管SW ROD应用程序的服务器型号上执行的性能测量结果。
2020-10-28 hep-ex physics.ins-det
Readout Electronics Tests and Integration of the ATLAS Semiconductor Tracker
半导体跟踪器（SCT）与像素探测器和过渡辐射跟踪器（TRT）一起构成了大型强子对撞机ATLAS实验的中央跟踪系统。它由单面微带硅传感器组成，通过基于DMILL技术的二进制ASIC读出，数据通过抗辐射光纤传输。在概述SCT探测器布局和读出系统之后，介绍了大尺度结构的最后阶段组装以及与TRT的集成。重点是通过不同的集成阶段，包括检测器控制和数据采集系统的整体SCT检测器系统的电气性能。
2007-02-28 physics.ins-det
Characterisation of silicon microstrip detectors for the ATLAS Phase-II Upgrade with a micro-focused X-ray beam
计划于2025年建成的HL-LHC（高光度LHC）旨在通过将光度大幅提高至6*10^34 cm^-2 s^-1来最大限度地发挥物理潜力。亮度增加的结果是，在运行10年后，预计在3000 fb^-1时会出现辐射损伤，这就要求跟踪探测器能够承受超过1*10^16 1 MeV n_eq/cm ^2的注量。为了应对随之增加的读出速率，正在开发对当前ATLAS内部探测器（ID）进行完全重新设计的内部跟踪器（ITk）。ITk的ATLAS条带跟踪器区域的两个提议的探测器在具有3 μ m FWHM 15 keV微聚焦X射线束的金刚石光源处被表征。测试中的器件是320 μ m厚的硅立体（Barrel）ATLAS 12条微型传感器，其线键合到130 nm CMOS二进制读出芯片（ABC 130），以及320 μ m厚的全尺寸径向（端盖）条传感器-利用双金属读出层-线键合到250 nm CMOS二进制读出芯片（ABCN-25）。两种探测器的分辨率都优于74.5 μ m条带的条带间距。条带之间的p-停止扩散层的效果进行了详细研究的引线键合焊盘区域。带间电荷收集测量表明，硅传感器上的带的有效宽度由带之间的p-停止区域而不是带间距决定。
2016-07-01 hep-ex physics.ins-det
A Method to check the Connectivity for the ATLAS TRT Detector
我们报告的技术开发诊断非工作读出通道的过渡辐射跟踪器（TRT），三个内部探测器的ATLAS实验之一。从一个详细的研究，我们表明，99.6%的TRT端盖探测器的读出通道是完美的操作。
2005-10-14 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
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
Alternative glues for the production of ATLAS silicon strip modules for the Phase-II upgrade of the ATLAS Inner Detector
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）ATLAS探测器的第二阶段升级包括用由像素和条带探测器组成的全硅跟踪器取代当前的内部探测器。目前的第二阶段探测器布局需要建造20，000个由传感器、电路板和读出芯片组成的条带探测器模块，这些模块使用粘合剂机械连接。读出芯片和电路板之间的粘合剂是银环氧树脂胶，如在当前的ATLAS半导体跟踪器（SCT）中所使用的。这种胶水有几个缺点，这促使人们寻找替代品。本文介绍了一种研究有关使用六个紫外线（UV）固化胶水和胶水垫用于组装硅条探测器模块的ATLAS升级。进行了试验，以确定易用性，热传导和剪切强度，热循环，辐射硬度，耐腐蚀性和剪切强度测试。这些研究导致排除了三种UV固化胶以及胶垫。三种UV固化胶被认为是可能的更好的替代品。使用这些胶水建造的第一个原型模块的电气测试结果。
2016-04-26 hep-ex physics.ins-det
FELIX-MROD, a FELIX-based data acquisition system for the ATLAS Muon Drift Tubes
本文提出基于FELIX系统的FELIX-MROD，以替代可能发生故障的ATLAS MDT MROD模块，并验证了其设计、性能及集成至ATLAS DAQ系统的测试结果。
2024-11-12 hep-ex physics.ins-det
Proton and Neutron Irradiation Tests of Readout Electronics of the ATLAS Hadronic Endcap Calorimeter
ATLAS强子端盖量热计的读出电子设备必须承受未来高亮度LHC（HL-LHC）的辐射环境，其辐射环境比设计值大10倍。GaAs ASIC是读出电子学的核心，它已经暴露在中子和质子辐射下，其通量高达HL-LHC运行十年的总预期通量的十倍。中子测试在捷克共和国Rez的NPI进行，其中36 MeV的质子束被引导到厚的重水靶上以产生中子。质子辐照是在瑞士维利根的PSI质子辐照设施的PROSCAN区域用200 MeV质子进行的。在这两个测试中的S参数的原位测量允许评估频率相关的性能参数-如增益和输入阻抗-作为注量的函数。ASIC响应的线性度已被直接测量在中子试验中，具有变化幅度的三角形输入脉冲。给出了在HL-LHC条件下的性能测量结果和预期的性能退化。
2012-11-16 physics.ins-det
Development and Performance of spark-resistant Micromegas Detectors
Muon ATLAS MicroMegas活动（MAMMA）专注于基于体块Micromegas技术的大面积μ子探测器的开发和测试。鉴于欧洲核子研究中心大型强子对撞机（sLHC）的光度升级，这些探测器是ATLAS μ子系统升级的候选者。它们将在一个设备中结合触发和精确测量能力。提出了一种在读出电极上方使用电阻条的新型保护方案。电阻Micromegas探测器的响应和火花特性在混合（中子和伽马）高辐射场，在X射线测试设施，强子束，并在ATLAS洞穴成功地进行了测试。最后，我们介绍了一个二维读出结构的电阻Micromegas和研究的探测器与X射线的响应。
2011-11-02 hep-ex physics.ins-det
General purpose readout board π LUP: overview and results
这项工作给出了PCI Express板$π$ LUP的概述，重点是导致其发展的动机，采用的技术选择和性能。$π$ LUP卡由INFN和博洛尼亚大学设计，作为LHC ATLAS和CMS实验像素探测器第二阶段升级后使用的读出接口候选者。博洛尼亚的同一个团队还负责读出驱动器（ROD）板的设计和调试-目前在ATLAS像素检测器的所有四个层（可插入B层、B层、第1层和第2层）中实施-并在过去几年中获得了ATLAS读出链和此类实验中出现的问题的专业知识。虽然$π$ LUP的设计是为了完成特定的任务，但它是高度通用的，可能适合各种各样的应用，其中一些将在本工作中讨论。两个第7代$^{th}$ Xilinx FPGA安装在板上：Zynq-7与嵌入式双核ARM处理器和Kintex-7。后者具有16个12.5 $\,$ Gbps的收发器，使该板能够在LHC实验的当前带宽下轻松地与任何其他电子板进行电气和/或光学接口。许多数据传输协议已经在不同的速度下进行了测试，结果将在本文稍后讨论。已经制造并测试了两批$π$ LUP板，第一批（1.0版）中有两块板，第二批（1.1版）中有四块板，封装了第一个版本所需的所有补丁和改进。
2018-06-22 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
ATLAS ITk Pixel Detector Overview
对于大型强子对撞机的高亮度升级，目前的ATLAS内部探测器将被全硅内部跟踪器取代。像素探测器将由五个桶层和许多环组成，从而产生约13平方米的仪器区域。由于巨大的非电离通量（1 e16 neq/cm^2）和电离剂量（5 MGy），装有3D像素传感器和100 um薄平面传感器的两个最内层将在运行约五年后更换。每个像素层包括混合探测器模块，这些模块将由采用65 nm CMOS技术实现的新型ASIC读出，带宽高达5 Gbit/s。数据将以光学方式传输到非探测器读出系统。为了节省维修电缆中的材料，读出ASIC的电源电压采用串行供电。所有分系统都在执行大规模的原型方案。本文将概述ITk像素检测器的布局和发展现状。
2021-05-21 hep-ex 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
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
The ATLAS Forward Physics Project
我们描述的ATLAS正向物理项目的主要组成部分，即可移动的束管，跟踪和定时探测器，允许检测完整的质子在LHC的最终状态。位置探测器由6层三维硅探测器组成，由为ATLAS开发的FE-I4芯片读出。快速计时探测器是由石英基切伦科夫探测器连接到微通道板光电倍增管，然后是放大，测量和记录事件时间的电子元件以及稳定的参考时钟信号，确保10-15皮秒的时间分辨率。
2013-02-04 hep-ex physics.ins-det
