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
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
The Micromegas Project for the ATLAS Upgrade
Micromegas是一种探测器技术（以及小的薄间隙室），被选择用于ATLAS μ子前向探测器的精确跟踪和触发目的，以提高LHC的亮度。为了满足这种升级的要求，几个原型micromegas探测器进行了测试，在最近的测试束运动与高能强子束在欧洲核子研究中心。性能研究和结果的空间分辨率为垂直和倾斜的轨道，效率，以及探测器的性能和比较模拟在磁场。此外，还介绍了探测器在中子、X射线、γ射线和α射线辐照后的性能以及大面积微兆气体探测器的研制成果。
2013-10-02 hep-ex physics.ins-det
ATLAS Upgrade for the HL-LHC: meeting the challenges of a five-fold increase in collision rate
随着LHC在7 TeV成功收集数据，计划正在积极推进一系列升级，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。处理高瞬时和积分亮度将需要对ATLAS探测器进行许多更改。这些设计正在迅速发展，包括一个全新的内部跟踪器，量热计和μ子系统的重大变化，以及改进的触发器。本文总结了在HL-LHC的预期环境和各种改进的ATLAS探测器的状态。
2012-01-26 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
Muon Spectrometer Phase-I Upgrade for the ATLAS Experiment: the New Small Wheel project
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的瞬时亮度将比设计值增加五到七倍。为了在ATLAS探测器的前向区域保持出色的探测和背景抑制能力，部分μ子探测系统将在LHC关闭期间升级，用所谓的新小轮（NSW）替换前向区域的现有第一站的一部分。NSW的直径约为10米，将由两种探测器技术组成：Micromegas和小条带薄间隙室（sTGC）。将介绍ATLAS探测器这一重大升级的物理动机。将讨论为满足物理需求而做出的设计选择。最后，将介绍探测器模块的生产状况。
2018-10-02 hep-ex physics.ins-det
Construction and Test of New Precision Drift-Tube Chambers for Upgrades of the ATLAS Muon Spectrometer in 2016/17
小直径μ子漂移管（sMDT）室已开发的ATLAS μ子探测器升级。与现有的腔室相比，它们具有更高的速率能力和更紧凑的设计，这使得目前可以在无仪器的情况下装备探测器区域。腔室组装方法已针对大规模生产进行了优化，同时感测线定位精度提高到10微米以下。这些腔室将准备在大型强子对撞机2016/17冬季关闭时安装。将讨论ATLAS新sMDT腔室的设计和建造以及其精度和性能的测量。
2015-12-07 hep-ex physics.ins-det
The ATLAS upgrade program
在2010-2012年LHC首次成功运行后，计划正在积极推进一系列升级，最终在大约十年内达到设计亮度的两倍以上。更大的光度将允许对刚刚发现的希格斯玻色子进行精确测量，并继续寻找超越标准模型的新物理。处理高瞬时和积分亮度将是一个巨大的挑战，ATLAS探测器，将需要在大多数的子系统，特别是那些在低半径和大的伪快度，以及在其触发架构的变化。本文总结了在未来十年内巩固并尽可能提高当前探测器物理性能的计划。
2014-09-17 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
Planar Pixel Sensors for the ATLAS tracker upgrade at HL-LHC
ATLAS平面像素传感器研发项目是17个研究所和80多名科学家的合作项目。他们的目标是探索高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）跟踪器升级的平面像素传感器的操作。本文总结了n-in-n和n-in-p像素传感器与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片凸点键合的辐射研究成果。摘要包括放射源测试结果和从测试束测量中提取的跟踪效率。${2\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$和${1\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$（$1 \text{MeV}$中子当量）辐照的n-in-n和n-in-p模块的分析结果证实了平面像素传感器的操作用于未来应用。
2012-06-15 hep-ex physics.ins-det
The Phase-1 Upgrade of the ATLAS Level-1 Endcap Muon Trigger
对于运行3（从2021年开始），LHC的瞬时光度将显著增加到当前值的1.5倍，这将导致收集到更大的统计数据，并增强对新物理的敏感性。ATLAS Level-1端盖μ子触发器的第1阶段升级对于保持运行3的物理验收至关重要。描述了一种新的触发逻辑，用于与磁场内外的探测器重合，并显示其可将触发率降低至低于运行3中所需的水平。一个新的触发板，NSL，整合所有的信息，从各种探测器，已被开发，并成功地证明了新的逻辑在FPGA上的实施。
2018-06-24 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
Upgraded Electronics of the ATLAS Hadronic Tile Calorimeter for the High Luminosity LHC
ATLAS强子瓦量能器将对探测器上和探测器外的电子设备进行重大升级，为2026年大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度计划做准备，以便该系统能够应对HL-LHC增加的辐射水平和超时堆积。升级后的系统的探测器上电子设备将以40兆赫的速率不断地将所有光电倍增管信号发送到探测器外系统。探测器外的电子设备将把数据存储在管道缓冲器中，为ATLAS 0级触发系统产生数字强子塔和，并读出选定的事件。模块化探测器上的电子器件采用耐辐射的商用现成组件和冗余设计，以最大限度地减少单点故障。定时、控制和与探测器外电子设备的通信接口通过现代现场可编程门阵列和高达9.6 Gbps的高速光纤链路实现。
2020-02-15 hep-ex 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
ATLAS Upgrade Instrumentation in the US
在未来十年中，计划对大型强子对撞机进行升级，使其能够在质心能量为14 TeV的条件下运行，瞬时亮度范围为5--7e34 cm^-2 s^-1。利用这些参数，ATLAS可以在大约10年内收集到3，000 fb^-1的数据。然而，获取这些数据的条件比LHC目前遇到的条件要苛刻得多。例如，每束团交叉的质子-质子相互作用的数量将从2012年观察到的每50 ns交叉20- 30个增加到每25 ns 140- 200个。为了加深我们对新发现的希格斯玻色子的理解，并将我们对物理学的研究扩展到新粒子之外，ATLAS探测器，触发器和读出器将不得不进行重大升级。在本白皮书中，我们描述了ATLAS在LHC预见的最高亮度下继续有效运行所需的研发。重点放在美国机构发挥主导作用的研发工作上。
2013-07-22 hep-ex physics.ins-det
A monitoring and control test bench for assessing the upgraded low voltage power supplies for the ATLAS Tile Calorimeter Phase-II Upgrade front-end electronics
ATLAS探测器将在长周期内进行一次被称为“第二阶段”的实质性升级，为高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的开始运行做准备。本文介绍了低压电源变压器耦合降压变换器（Brick）二期升级试验台的开发与实现。计划在2022年大规模生产约2048个具有相同输出电压的指状低压电源。此次生产将最终完全取代目前安装在瓷砖热量计中的LVPS Brick V7.5.0。由于砖的位置内桶的瓷砖他们的可靠性是最重要的。因此，将实施性能筛选，并将对所有生产的砖进行测试和认证。为了便于上述测试，已经开发了一个定制的测试台。本文描述的测试台量化并记录升级Brick的性能，允许在被批准并随后安装在检测器上之前与预定义的性能指标进行比较。
2022-05-05 hep-ex physics.ins-det
Impact of the HL-LHC detector upgrades on the physics program of the ATLAS and CMS experiments
由于对撞机及其实验的优异性能，LHC已经获得了丰富的物理结果。在高亮度LHC（HL-LHC）阶段有望实现更多的结果。预计在10年的运行中，LHC的设计亮度将提高10倍，达到4000 fb-1。LHC的升级是由观察和测量稀有过程的前景所驱动的。高粒子产生率和辐射剂量导致对撞机实验的环境具有挑战性。ATLAS和CMS实验正在升级甚至更换几个探测器组件，以应对这种环境。在本报告中，将概述探测器升级及其对实验物理方案的影响。
2021-05-24 hep-ex physics.ins-det
Performance of the upgraded PreProcessor of the ATLAS Level-1 Calorimeter Trigger
ATLAS Level-1量热仪触发器的预处理器通过数字化、同步和校准从ATLAS量热仪发送的模拟触发信号来准备这些信号，以重建横向能量沉积，然后将其用于进一步处理以识别事件特征。在2013年至2014年LHC第一次长时间关闭期间，预处理器的核心组件多芯片模块被升级版本所取代，这些升级版本采用现代ADC和FPGA技术，以确保在LHC运行2的高堆积环境中获得最佳性能。本文介绍了新的多芯片模块的特点，以及对信号处理的改进。
2020-11-12 hep-ex physics.ins-det
Performance of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于n-on-p硅技术具有抗辐射性和成本效益，因此它是实现大面积配备像素传感器的有希望的候选技术。本文报道了FBK-CMM生产的新型n-on-p无边缘平面像素传感器的性能，该传感器利用有源沟槽来减少器件外围的死区。在讨论了传感器技术之后，将给出第一束测试结果的概述。
2016-09-07 hep-ex physics.ins-det
Development of a Test System for Data Links of the ATLAS Inner Tracker (ITk) Upgrade Silicon Pixel Detector
针对ATLAS ITk升级的约2.6万条1.28Gb/s高速电链路，本文开发基于FPGA的DAQ测试系统，支持64通道并行BER测试与虚拟眼图，并通过校准及原型、预生产组件测试验证其链路质量认证能力。
2025-03-14 hep-ex physics.ins-det
Novel Silicon n-on-p Edgeless Planar Pixel Sensors for the ATLAS upgrade
考虑到LHC向HL-LHC的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这允许扩大像素探测器的面积。我们报告在FBK（特伦托，意大利）制造的新型n中p无边缘平面像素传感器的发展，利用“主动边缘”的概念，在设备的外围死区的减少。在讨论了传感器技术和制造工艺后，我们提出了针对不同传感器配置进行的器件模拟（照射前和照射后）。第一个初步结果与生产的测试结构。
2013-02-15 hep-ex physics.ins-det
Silicon strip prototypes for the Phase-II upgrade of the ATLAS tracker for the HL-LHC
本文介绍了大型强子对撞机（LHC）二期升级的ATLAS探测器硅条跟踪器的集成结构，也被称为高亮度LHC（HL-LHC）。在这个建议的检测器硅带传感器被安排在高度模块化的结构，称为“板条”和“花瓣”。本文介绍了性能的结果，从最新的原型冷却壁在伯克利分校建成。这种新的双面原型由一个专门的核心结构组成，其中一个无屏蔽总线带嵌入在碳纤维铺层之间。详细讨论了原型的详细描述及其电气性能。
2013-10-01 hep-ex physics.ins-det
Simulation of the Signal Propagation for Thin-gap RPC in the ATLAS Phase-II Upgrade
针对ATLAS Phase-II升级中1毫米窄间隙RPC因雪崩电荷减小引发的信号完整性问题，本研究提出无损条件下的信号传播建模与模拟方法，通过特征阻抗和串扰对比验证模型，并成功应用于包括$η-η$读出方案在内的不同几何设计。
2022-11-20 hep-ex physics.ins-det
FPGA Implementation of a Fixed Latency Scheme in a Signal Packet Router for the Upgrade of ATLAS Forward Muon Trigger Electronics
我们提出了一个新的固定延迟的Xilinx千兆收发器，将用于在大型强子对撞机的ATLAS前向μ子谱仪的升级计划。固定延迟方案在前端数据串行器ASIC和分组路由器之间的4.8 Gbps链路中实现。为了实现固定延迟，我们在Xilinx FPGA中使用IO延迟和专用进位资源，同时尽量减少对FPGA收发器的嵌入式功能的依赖。该方案是协议无关的，可以适应其他供应商的FPGA类似的资源。本文提出了一个详细的实现固定的延迟计划，以及模拟的真实环境中的ATLAS前向μ子区域。
2015-09-21 hep-ex physics.ins-det
Electrical Characterization of a Thin Edgeless N-on-p Planar Pixel Sensors For ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论了传感器技术，并提出了一些传感器的模拟结果，一个完整的概述所生产的设备的电气特性。
2013-11-07 hep-ex physics.ins-det
Prototype Active Silicon Sensor in 150 nm HR-CMOS Technology for ATLAS Inner Detector Upgrade
LHC第二阶段的升级将导致亮度的显著增加，这反过来又将为内部跟踪探测器的运行带来新的挑战。一个可能的解决方案是使用有源硅传感器，利用商业CMOS技术。目前，ATLAS的研发计划正在对一些商业技术是否适合这项任务进行鉴定。本文将讨论其中之一（LFoundry 150 nm工艺）设计的原型。芯片架构将被描述，包括不同的像素类型纳入设计，其次是模拟和测量结果。
2016-01-04 hep-ex physics.ins-det
Design and hardware evaluation of the optical-link system for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Phase-II Upgrade
正在为ATLAS液氩量热计第二阶段升级开发一个光学连接系统。光链路系统负责将来自1524个前端板（FEB）的超过18.2万个探测器通道的数据通过每个FEB的26根光纤传输到计数室，传输距离超过150米，并将时钟、束流交叉复位信号和慢速控制/监测信号带回FEB。光链路系统基于低功耗千兆位收发器（lpGBT）和多功能光收发器（VTRx+）模块，这两个模块都是为高亮度LHC升级而开发的。设计了评估板，对光链路系统的主要功能进行了评估。文中介绍了光链路系统的设计和主要功能的评价。
2020-07-31 hep-ex physics.ins-det
Selected results from the static characterization of edgeless n-on-p planar pixel sensors for ATLAS upgrades
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-on-p技术代表了大多数层的模块的有效解决方案，因为该选项具有显著的抗辐射性和降低的成本。还有人要求将非活动区减少到最低限度。ATLAS LPNHE巴黎小组和FBK Trento开始合作开发一种新型的n-on-p无边平面像素设计，该设计基于深沟槽工艺，可以满足所有这些需求。本文报道了选定的结果，从电气特性，辐照前后，测试结构的第一批生产。
2013-12-02 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
Development of depleted monolithic pixel sensors in 150 nm CMOS technology for the ATLAS Inner Tracker upgrade
本工作提出了一个耗尽单片有源像素传感器（DMAPS）的原型LFoundry 150 nm CMOS工艺制造。所描述的设备，名为LF-Monopix，被设计为一个完全单片传感器的概念证明，该传感器能够在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的ATLAS内部跟踪器升级的外层环境中运行。与目前使用的混合设计相比，在检测器模块中实现这样的设备将导致更低的生产成本和更低的材料预算。在本文中，芯片架构将被描述其次是模拟和测量结果。
2017-11-15 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
Achievements of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
在HL-LHC升级的框架内，ATLAS实验计划引入一个全硅内部跟踪器来应对升高的占用率。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS平面像素传感器研发项目（PPS）由19个研究所和90多名科学家组成。本文概述了该研究和开发项目，并突出了成果，其中包括：平面传感器束流测试结果达到最内层注量（> 10^16 n_eq cm ^2）;用辐照过的薄无边n-in-p像素组件获得的测量结果; SCP技术的最新研究是通过基于划线对已经存在的传感器进行后处理来获得几乎有效的边缘，劈裂和边缘钝化;大面积的原型工作的更新：传感器设计的改进和低成本杂交的概念;二次离子质谱结果和TCAD模拟之间的比较。总之，这些结果允许评估国家的最先进的辐射硬位置敏感跟踪探测器适合大面积的仪器。
2014-11-20 hep-ex physics.ins-det
Performance of Irradiated Thin Edgeless N-on-P Planar Pixel Sensors for ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论传感器技术后，将讨论几个辐照样品的电气特性的完整概述。将对正在组装的探测器模块发表一些评论，并最终概述一些计划。
2013-11-15 hep-ex physics.ins-det
Upgrades of the ATLAS Muon Spectrometer with sMDT Chambers
由于ATLAS μ子谱仪的平行漂移管（MDT）腔室的漂移管直径只有一半，并且其他操作参数不变，小直径μ子漂移管（sMDT）腔室提供了一个数量级的更高速率能力，并且可以安装在MDT腔室不适合的检测器区域。腔室组装时间缩短了七倍，缩短到一个工作日，传感线定位精度提高了两倍，超过十微米。2014年，ATLAS安装了两个sMDT腔室，以提高光谱仪桶部分的动量分辨率。覆盖ATLAS探测器底部区域的另外12个腔室的建造工作已经开始。随后将用sMDT替换枪管内层末端的MDT室，以提高预期高背景速率下的性能，并为额外的RPC触发室提供空间。
2016-03-31 hep-ex physics.ins-det
Characterization of a Serializer ASIC chip for the upgrade of the ATLAS muon detector
我们报告的串行器ASIC的设计用于ATLAS前向μ子探测器的触发数据传输。我们讨论了一个原型芯片的性能，包括功耗，延迟和稳定的工作线速率。测试结果表明，该串行器能够以至少5.76 Gbps的速率工作，误码率低于1 × 10 ^{-15}，以4.8 Gbps速率工作时功耗为200 mW。从开始将30位加载到串行化器到从串行化器传输第一位之间的等待时间被测量为约6 ns。
2015-09-21 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
Design and Evaluation of LAr Trigger Digitizer Board in the ATLAS Phase-I Upgrade
LHC升级计划在2021年至2023年的运行3期间提高瞬时光度。ATLAS液氩（LAr）量热计触发读出电子设备的第一阶段升级将在2019-2020年LHC第二次长时间关闭期间安装。在这次升级中，引入了所谓的超级单元，以从LAr量热计向1级触发处理器提供更高粒度、更高分辨率和纵向簇射形状信息。一个新的LAr触发数字化板（LTDB）将操纵和处理320个通道的超级细胞信号，并通过40个光纤链路将其传输到后端，在后端数据被进一步处理并传输到触发处理器。五对双向GBT链路用于ATLAS TDAQ系统中前端链路交换（FELIX）的慢速控制。LTDB还通过新的基准面将64个求和的模拟信号输出到当前塔构建器板。开发了一个测试系统，对LTDB的所有功能进行测试，并进行性能测量。设计了一个后端PCIe卡，该卡具有与ATLAS触发、时间和控制系统接口的电路。它可以控制注入信号的产生到LTDB的性能测试。它还配置和校准LTDB上的所有ASIC。
2018-06-22 hep-ex physics.ins-det
A Multi-Layer SEU Mitigation Strategy to Improve FPGA Design Robustness for the ATLAS Muon Spectrometer Upgrade
我们提出了一种多层单粒子翻转缓解策略，在低成本的Xilinx Artix-7 FPGA中实现。该实现是针对ATLAS μ子谱仪升级的触发数据路由器。该缓解策略采用三层保护来提高整体FPGA设计的鲁棒性：在第一层中使用FPGA结构逻辑的三重模块冗余和嵌入式软错误缓解;在第二层中通过跨配置存储器的多个副本的多引导FPGA重新配置来进一步增强;以及在第三层中的FPGA电源循环和配置存储器重新初始化。该方案的有效性进行了评估，在两个不同的中子设施，LANSCE和NCSR Demokritos，与800 MeV和25 MeV的束流能量，分别。使用与最终操作计划相似的配置进行测试。我们讨论了测试策略，并总结了测试结果，估计超过10年的操作在ATLAS实验的预期数据丢失。
2019-04-16 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
Planar Pixel Sensors for the ATLAS Upgrade: Beam Tests results
介绍了针对ATLAS可插入B层和高亮度LHC（HL-LHC）升级的平面硅像素传感器束流测试结果。测量包括空间分辨率，电荷收集性能和相邻电池之间的电荷共享作为不同散装材料的轨道入射角的函数。测量的n-in-n像素传感器作为一个函数的注量为不同的照射。此外，测试了来自几个供应商的具有略微不同布局的p型硅传感器。所有测试的传感器通过凸点接合连接到ATLAS Pixel读出芯片。我们表明，n型和p型测试平面传感器能够收集显着的电荷，即使在HL-大型强子对撞机预期的综合注量。
2012-11-09 hep-ex physics.ins-det
Quality Control (QC) of FBK Preproduction 3D Si Sensors for ATLAS HL-LHC Upgrades
ATLAS高亮度（HL-LHC）升级的挑战性要求旨在完全更换新一代传感器，以应对最终的辐射硬度。FBK一直是开发和制造这种抗辐射3D硅（Si）传感器的主要代工厂之一。这些传感器被选择部署到ATLAS Inner Tracker（ITk）的最内层。最近，制造了与全尺寸ITKPix（RD 53 B）读出芯片兼容的50 x50 um 2像素几何形状的3D Si传感器的预生产批次。在德国的IZM对两个临时金属晶片进行切割，并在特伦托大学电子实验室进行了系统的QC测试活动。本文简要介绍了ATLAS ITk的3D Si传感器设计和所需的QC表征设置。它包括电气测试（即，I-V、C-V和I-T）。此外，研究了几个参数分析，即，氧化物电荷密度、氧化物厚度、像素间电阻、像素间电容等，在过程控制监视器（PCM）结构的帮助下报告。
2022-09-28 hep-ex physics.ins-det
The Upgrade of the ATLAS Electron and Photon Triggers towards LHC Run 2 and their Performance
电子和光子触发涵盖从5 GeV到几个TeV的横向能量是必不可少的信号选择在各种各样的ATLAS物理分析研究标准模型过程和寻找新的现象。例如，包括轻子和光子在内的末态在希格斯粒子的发现和测量中发挥了重要作用。专用触发器还用于收集校准、效率和伪率测量的数据。ATLAS触发系统分为基于硬件的（1级）和基于软件的高级触发器（HLT），这两个系统都在大型强子对撞机长期关闭期间进行了升级，为2015年的数据采集做准备。不断增加的亮度和更具挑战性的堆积条件以及更高的质心能量要求优化每个级别的触发选择，以控制速率并保持高效率。为了提高性能，在HLT中引入了多变量分析技术。ATLAS电子和光子触发器及其性能的演变，包括从LHC运行2操作的早期的初步结果。
2015-11-01 hep-ex physics.ins-det
Construction of Precision sMDT Detector for ATLAS Muon Spectrometer Upgrade
本文介绍了密歇根大学的小直径监测漂移管探测器的建设，作为欧洲核子研究中心的高亮度大型强子对撞机的ATLAS μ子谱仪升级的贡献。在密歇根州建造的前30个室的测量表明，漂移管线的位置精度满足20微米的规格。用于对准的平台和磁场传感器的位置都在所需的精度范围内很好地安装。宇宙线测试测量表明，单线跟踪分辨率为100 ± 7微米，平均探测效率高于99%。详细描述了腔室生产的基础设施、工具、技术和程序。报告了前30个建造的室的室质量控制测试的结果。
2022-11-01 hep-ex physics.ins-det
Development of a modular test system for the silicon sensor R&D of the ATLAS Upgrade
高压CMOS传感器是对撞机实验中用于跟踪探测器的一种很有前途的技术。ATLAS协作组正在进行广泛的研发研究，以便在内部跟踪器探测器的高亮度LHC升级中可能使用HV-CMOS。CaRIBOu（Control and Readout Itk BOard）是一个模块化测试系统，用于测试硅基探测器。它目前包括五个定制设计的板，一个Xilinx ZC 706开发板，FELIX（前端Link eXchange）PCIe卡和一个主机。已经用Python开发了一个软件程序来控制CaRIBOu硬件。CaRIBOu已用于CERN的HV-CMOS传感器CCPDv 4的测试束。初步结果表明，该测试系统是非常通用的。进一步的开发正在进行中，以适应不同的传感器，并使其可用于各种实验室测试台。
2016-10-17 hep-ex physics.ins-det
Studies of irradiated AMS H35 CMOS detectors for the ATLAS tracker upgrade
基于HV-CMOS技术的硅探测器正在被研究作为高亮度LHC的ATLAS像素探测器外层的可能候选者。在此框架下，H35 Demo ASIC采用350 nm AMS技术（H35）生产。H35 Demo芯片具有大面积（$18.49 \times 24.40 \, \mathrm{mm^2}$），包括四种不同的像素矩阵和三种测试结构。本文利用边缘TCT技术研究了测试结构的抗辐射性能，特别是耗尽区随注量的变化。从不同的衬底电阻率的芯片上的测试结构的测量显示为非辐照和辐照器件高达$2 \cdot 10^{15} \, \mathrm{1\,MeV\, n_{eq} / cm^{2}}$的累积能量密度。
2017-01-09 hep-ex physics.ins-det
Development of a resource-efficient FPGA-based neural network regression model for the ATLAS muon trigger upgrades
本文报道了一种资源高效的基于FPGA的神经网络回归模型的发展，在未来的硬件μ子触发系统的ATLAS实验在大型强子对撞机（LHC）的潜在应用。有效的实时选择μ子候选是ATLAS物理方案的基石。随着计划中的ATLAS对高亮度LHC的升级，将安装一个全新的基于FPGA的硬件μ子触发系统，该系统将在10 $μs$延迟窗口内处理全部μ子探测器数据。计划用于此次升级的大型FPGA设备应该有足够的备用资源，以允许部署机器学习方法，以改进μ子候选者的识别和寻找新的奇异粒子。我们的神经网络回归模型有望提高拒绝的主要来源的背景触发事件在中央探测器区域，这是由于μ子候选人具有低横动量。该模型在FPGA中使用157个数字信号处理器和大约5，000个查找表来实现。当使用320 MHz时钟频率在FPGA器件中实现时，模拟的网络延迟和死区时间分别为122和25 ns。还开发了另外两种FPGA实现，以研究设计选择对资源利用率和延迟的影响。我们的FPGA实现的性能参数完全符合未来μ子触发系统的要求，因此为ATLAS实验未来的数据采集部署机器学习方法提供了可能性。
2023-02-10 hep-ex physics.ins-det
Simulation for the ATLAS Upgrade Strip Tracker
ATLAS正在作出广泛的努力，为大型强子对撞机（HL-LHC）的高光度操作准备探测器升级，该操作将在大约10年内开始运行。当前的ATLAS内部探测器将被全硅跟踪器（包括内部像素跟踪器和外部条带跟踪器）取代。目前用于新硅跟踪器的软件广泛继承了用于LHC Run-1和Run-2的软件，但已经进行了许多新的开发，以更好地满足未来的探测器和操作要求。其中一个特别突出的方面是带钢跟踪器的模拟软件。可用的几何描述软件（包括所有敏感元件、服务等的详细描述）不允许对计划的探测器设计进行精确建模。正在考虑一系列用于带钢跟踪器的传感器/布局，必须在详细的模拟中进行研究，以评估性能并确定满足要求。为此，需要从仿真软件高度灵活的几何构造。一个新的基于XML的检测器描述框架已经开发出来，以满足上述挑战。我们将介绍该框架的设计及其验证结果。
2017-10-14 hep-ex physics.ins-det
Tile Computer-on-Module for the ATLAS Tile Calorimeter Phase-II upgrades
瓦片预处理器（TilePPr）是高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）瓦片量热计（TileCal）探测器外电子学的核心元件。TilePPr包括基于FPGA的板，用于操作和读取TileCal探测器上的电子器件。Tile Computer on Module（TileCoM）夹层嵌入在TilePPr中，实现三个主要功能。这些包括远程配置探测器上的电子设备和TilePPr FPGA，将TilePPr与ATLAS触发和数据采集（TDAQ）系统连接，以及通过提供监测数据将TilePPr与ATLAS探测器控制系统（DCS）连接。TileCoM是一款10层板，配有用于处理数据的Zynq UltraScale+ ZU 2CG、与TilePPr集成的接口组件以及连接到高级电信计算架构载体的电源。CentOS嵌入式Linux部署在TileCoM上，以实现HL-LHC所需的功能。本文从远程编程、与ATLAS TDAQ系统和DCS系统的接口等方面介绍了TileCoM系统的硬件和固件开发。
2022-04-26 hep-ex physics.ins-det
Construction and testing of sMDT tubes at the University of Michigan for the ATLAS Muon Spectrometer upgrade
本文报道了密歇根大学（UM）小直径监测漂移管（sMDT）组装和测试的基础设施和测试站的设计和建设，为大型强子对撞机高光度计划的ATLAS μ子谱仪升级做准备。详细描述了管组装和质量保证和控制（QA/QC）测试的程序。基于在UM构建的2100个试管，超过99%的试管符合试管QA/QC质量标准。UM测试站还用于对密歇根州立大学建造的试管进行QA/QC测试。这些管被用于建造sMDT室，将取代目前的μ子谱仪桶内站MDT室。
2022-09-08 hep-ex physics.ins-det
Global Trigger Technological Demonstrator for ATLAS Phase-II upgrade
在LHC的ATLAS探测器将经历一个主要的第二阶段升级的高亮度LHC。这次升级影响到所有主要的ATLAS系统，包括触发器和数据采集系统。作为0级触发器系统的一部分，全局触发器使用全粒度热量计单元来执行算法，细化触发器对象并应用拓扑要求。全球触发器使用全球通用模块作为其设计的构建块。为了实现高输入和输出带宽以及强大的处理能力，全球通用模块将承载最先进的FPGA和光学模块。为了评估以高数据速率（高达28 Gb/s）运行的新一代光模块和FPGA，设计并测试了全球触发技术演示板。该板的主要硬件模块是Xilinx Virtex Ultrascale+9 P FPGA和一些光学模块，包括高速Finisar BOA和Samtec FireFly模块。已对分别以25.65和27.58 Gb/s运行的Finisar BOA和Samtec FireFly光模块进行了长期链路测试。成功的结果表明，良好的性能的光模块与FPGA通信时，已获得。本文提供了一个硬件概述和测量结果的技术演示。
2020-10-15 hep-ex physics.ins-det
A Silicon Strip Detector for the Phase II High Luminosity Upgrade of the ATLAS Detector at the Large Hadron Collider
本论文介绍了在2023年后的未来条带跟踪器中的ATLAS第二阶段升级电子系统的测试中进行的工作，该系统将安装用于HL-LHC期间的操作。在HL-LHC启动后，每次穿越的高亮度和相互作用的数量需要完全更换ATLAS跟踪器。为第二阶段升级定义的系统将设计为应对增加的辐射，并具有适当的粒度以保持较高堆积的性能。在这篇论文中，我提出了单一的模块和更大的结构，包括多个模块的结果。在当前ATLAS半导体跟踪器研究的背景下，我对探测器从2010年开始运行到2013年第一次长期关闭期间采集的数据进行了分析。分析包括半导体跟踪器中的能量损失研究，这是探测器未设计执行的任务。然而，由穿过检测器元件的粒子生成的信号的超过阈值的时间的可用性允许对由粒子沉积的电荷的估计。这种能量损失的计算通常用于执行粒子识别，这是跟踪器通常不需要的功能。此外，我提出了一项研究，提出了使用这种能量损失计算作为一种手段，跟踪辐射损伤的硅。
2017-07-26 hep-ex physics.ins-det
Testing sTGC with small angle wire edges for the ATLAS New Small Wheel Muon Detector Upgrade
计划于2018年进行的LHC升级预计将显著提高加速器的光度，因此ATLAS μ子光谱仪的辐射背景率也将增加。它的一些组件将不得不更换，以应付这些高利率。新设计的小条薄间隙室（sTGC）将在小轮区域取代它们。sTGC和当前使用的TGC之间的差异之一是导线沿着方位角方向的对准。因此，最外面的导线以小角度接近检测器的边缘。这样的配置可能是各种问题的原因。建造了两个小型专用室并进行了测试，以研究新配置可能产生的边缘效应。sTGC似乎是稳定的，没有观察到火花，但在边缘附近的探测器响应中看到了一些差异，应该进行进一步的研究。
2015-06-02 hep-ex physics.ins-det
ATLAS hardware-based Endcap Muon Trigger for future upgrades
LHC预计将在2022年至2024年的第三次运行中将其质心能量从13 TeV增加到14 TeV。在运行3之后，计划对高亮度LHC（HL-LHC）计划进行升级，并将于2027年开始运行，将瞬时亮度提高到其标称亮度的5.0 - 7.5倍。计划对ATLAS触发系统进行持续升级，以应对高事件率并保持物理接受度。在运行3之前的长关机期间，将安装新的探测器以提高触发性能。从运行3中引入了新的触发逻辑，结合了位于磁场外部的探测器和安装在磁场内部的新探测器的信息，以降低触发率。为了处理来自各种探测器的数据，开发了一种新的触发处理器板，并介绍了其设计。在HL-LHC的升级过程中，计划对第一级硬件部分的触发和读出系统进行升级。全粒度信息将被传输到触发处理器板，这使得在基于硬件的系统中能够进行更像离线的轨迹重建。为了处理全粒度信息并执行基于硬件的航迹重建，触发处理器板将实现具有数百对收发器和巨大存储器资源的FPGA。还将介绍运行3和HL-LHC中基于硬件的端盖μ子触发器的预期性能。
2020-10-22 hep-ex physics.ins-det
CentOS Linux for the ATLAS MUCTPI Upgrade
一个新的μ子到中央触发处理器接口（MUCTPI）是作为欧洲核子研究中心大型强子对撞机下一次运行的ATLAS 1级触发系统升级的一部分而建造的。MUCTPI有208个高速光学串行链路，用于接收来自μ子触发探测器的μ子候选。三个高端FPGA用于μ子候选的实时处理，用于将触发信息发送到触发系统的其他部分，以及用于将摘要信息发送到数据采集和监测系统。片上系统（SoC）用于MUCTPI的硬件和操作的控制、配置和监控。SoC由FPGA部分和处理器系统组成。FPGA部分提供与处理FPGA的通信，而处理器系统运行用于与ATLAS实验的运行控制系统通信的软件。在本文中，我们将描述我们的经验与运行CentOS Linux的SoC。交叉编译与现有的框架一起构建的ATLAS触发器和数据采集（TDAQ）软件正在使用，以允许部署的TDAQ软件直接在SoC上。
2020-10-15 hep-ex physics.ins-det
