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
Performance of the ATLAS Liquid Argon Calorimeter after three years of LHC operation and plans for a future upgrade
ATLAS实验旨在研究欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）产生的质子-质子碰撞。液氩取样量热计用于所有的电磁量热以及端盖中的强子量热。在2004- 2006年安装之后，在2009年第一次碰撞之前的三年时间里，使用宇宙射线和单个LHC光束，对量热计进行了广泛的调试。从那时起，在前所未有的质心能量下收集了大约27 fb $\mathbf{^{-1}}$的数据。在所有这些阶段中，量热计及其电子设备几乎一直处于最佳状态，性能非常接近规格。本文涵盖了这些头几年业务的所有方面。在发现难以捉摸的希格斯玻色子的背景下，特别提出了所取得的优异性能。未来的计划，以保持这种性能，直到LHC计划结束也提出。
2013-07-04 hep-ex physics.ins-det
Commissioning of the ATLAS Liquid Argon Calorimeters
介绍了一种ATLAS液氩量热计的调试研究。它包括一个相干噪声研究，电离脉冲形状预测的质量的测量，以及宇宙和单束信号的能量和时间重建分析。
2009-10-15 physics.ins-det
The ATLAS liquid argon hadronic end-cap calorimeter: construction and selected beam test results
ATLAS为其强子端盖量热计（HEC）选择了具有平板几何形状和氩气中GaAs前置放大器的铜液氩采样技术。量热计的研制即将完成。生产质量检查的结果报告和热量计性能的预期影响进行了讨论。选定的结果，如线性度，电子和π介子能量分辨率，能量响应的均匀性，在束流测试中得到的强子端盖量能器本身，并在ATLAS配置中的HEC是在电磁端盖量能器（EMEC）的组合进行说明。
2004-07-05 physics.ins-det
QCALT: a tile calorimeter for KLOE-2 upgrade
DA $Φ$ NE机器布局的升级需要修改KLOE-2内部聚焦四极的尺寸和位置，从而要求实现两个覆盖四极区域的新量热计。为了改善光子撞击四极子的$K_L\to 2π^0$事件的重建，需要对低能光子（20-300 MeV）具有高效率、时间分辨率小于1 ns和空间分辨率为几cm的量热计。为了满足这些要求，我们正在设计一个瓦热量计，QCALT，其中每个单一的瓦片读出的SiPM的总粒度为2400通道。我们展示了不同量热计组件的第一次测试。
2009-06-05 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
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
Upgrade of the ATLAS Liquid Argon Calorimeters for the High-Luminosity LHC
大型强子对撞机（HL-LHC）在高亮度阶段的粒子通量增加，瞬时亮度高达原始设计值的7.5倍，将对ATLAS探测器的许多子系统产生影响。这一贡献突出了ATLAS液氩量热计系统的特殊影响，连同导致HL-LHC的各种升级计划的概述。更高的亮度对于前向量热计（FCal）特别重要，其中电离负载的预期增加会引起许多问题，这些问题会降低FCal性能，例如液氩间隙中的束加热和空间电荷效应以及由于限流电阻器上的电流增加而引起的高电压降。作为解决其中一些问题的一种方法，拟议的FCal替代品与替代品相关的风险进行了权衡。为了进一步减轻堆积增加的影响，目前还在考虑在每个端盖低温恒温器的正面安装一个高粒度定时探测器。正在研究几种不同的传感器技术和布局。
2016-12-20 hep-ex physics.ins-det
Development of ATLAS Liquid Argon Calorimeter Front-end Electronics for the HL-LHC
大型强子对撞机的高光度阶段将提供比原始探测器设计中假设的高5-7倍的光度。改进的触发系统需要升级ATLAS液氩量热计的读出电子设备。本文介绍了在40-80 MHz和16位动态范围内读出182，500个量热计单元的概念以及耐辐射、低噪声、低功耗和高带宽前端电子元件的发展，包括前置放大器和整形器、14位ADC和10 Gb/s激光二极管阵列驱动器。
2020-09-14 physics.ins-det
Machine Learning for Real-Time Processing of ATLAS Liquid Argon Calorimeter Signals with FPGAs
欧洲核子研究中心的ATLAS实验在大型强子对撞机（LHC）上测量质子-质子（p-p）碰撞的能量，重复频率为40 MHz。作为第二阶段升级的一部分，液氩（LAr）量热计的读出电子器件正在为高亮度LHC（HL-LHC）操作做准备，预计将同时产生多达200个p-p相互作用。p-p相互作用数量的增加意味着多达25个连续碰撞的量热计信号重叠，使能量重建更具挑战性。为了实现HL-HLC的目标，现场可编程门阵列（FPGA）被用于实时处理以40 MHz采样的数字化脉冲，并且正在研究不同的机器学习方法来处理信号堆积。卷积和递归神经网络在将重建能量分配给正确的质子束团交叉和能量分辨率方面都优于目前使用的最佳信号滤波器。增强的重点是从重叠脉冲获得的能量。由于神经网络是在FPGA上实现的，因此必须仔细分析参数的数量、资源使用、延迟和操作频率。一个非常好的协议，观察在FPGA和软件中的神经网络实现之间。
2021-11-16 hep-ex physics.ins-det
The High Voltage Feedthroughs for the ATLAS Liquid Argon Calorimeters
介绍了ATLAS液氩量热计高压引线端口和滤波器的用途、设计规范、施工技术和测试方法。这些馈线携带约5000高压电线从室温环境（300 K）通过低温恒温器壁的热量计细胞（89 K），同时保持系统的电气和低温的完整性。馈通布线和滤波器在2.5 kV的最大高压下工作，不会因大型强子对撞机上的电晕放电或辐射而有退化的危险。
2007-09-05 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
Design, construction, commissioning and long term operational experience with the D0 Uranium/Liquid Argon calorimeter
D 0实验设计于20世纪80年代中期，并于1992年至2011年在费米实验室pp对撞机上运行。我描述了铀-液氩量热计及其读出电子，其在20世纪90年代后期进行了升级，以处理升级后的Tevatron在2001-2011年的第二次运行期间的更高亮度。我总结了20年来保持热量计的数据采集。我进一步描述了在此期间出现的一些问题，包括不同类型的噪声和只在中央量热计中看到的异常高压电流。
2014-03-18 physics.ins-det
Energy-Calibration of the ATLAS Hadronic and Electromagnetic Liquid-Argon Endcap Calorimeters
2002年，ATLAS实验的强子和电磁液氩端盖量能器的第一次组合束测试在欧洲核子研究中心的SPS测试束上进行。在6至200 GeV的能量范围内，共记录了1500万个电子、μ子和π子事件。整个校准链，从数字滤波器的权重，校准常数，聚类和能量的权重，是相关的能量校准的强子和电磁簇射在ATLAS进行了测试，并应用于束流测试数据。两个量热计的综合性能的校准方法和第一个结果。
2003-10-24 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
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
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
Tile Calorimeter Upgrade Program for the Luminosity Increasing at the LHC
瓦量能器（TileCal）是大型强子对撞机（LHC）ATLAS实验的中心强子量能器。LHC计划在2022年进行一次重大升级，用于高亮度LHC（HL-LHC）。ATLAS的高亮度升级计划分为三个阶段：第0阶段发生在$2013-2014$期间，为运行2准备LHC;第一阶段预计在2019年，将为运行3准备LHC，之后峰值亮度达到$2-3 \times 10^{34}$ cm $^{2}s^{-1}$ ;最后，第二阶段预计在2024年，将为HL-LHC操作准备对撞机（$5-7 \times 10^{34}$ cm $^{2}s^{-1}$）。第0阶段的TileCal主要活动是安装新的低压电源和激活TileCal第三层信号，以协助$1.0<|η|<1.3$（TileMuon项目）的μ子触发。在第二阶段，计划对TileCal读出电子设备进行重大升级。除了光电倍增管（PMT）之外，大多数探测器上和探测器外的电子设备都将被替换，目的是在前端水平将所有PMT脉冲数字化。这项工作描述了TileCal的升级活动，重点是TileMuon项目和新的探测器电子设备。
2015-10-01 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
The Jet Calibration in the H1 Liquid Argon Calorimeter
本文叙述了HERA氢探测器液氩量热计的射流标定。在高喷流横向能量的测量中，在具有高光子虚度（Q^2）的深度非弹性散射和光生过程中，系统不确定度可以低至2%。在此基础上，提出了一种新的H1能量加权方案的概念。在高Q^2中性流深度非弹性散射样品上的首次应用表明，强子系统和电子之间横向动量平衡的分辨率得到了提高。
2002-09-06 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
CMS-HF Calorimeter Upgrade for Run II
CMS-HF量热仪在过去几年中一直在进行重大升级，以缓解运行I期间遇到的问题，特别是PMT和读出系统。在这张海报中，将解释安装在探测器中的旧光电倍增管引起的问题及其解决方案。最初，使用具有较厚窗口的常规PMT，导致较大的切伦科夫辐射。而不是来自探测器的通过光纤的光，通过PMT本身的杂散μ子在PMT窗口中产生切伦科夫辐射，导致错误的大信号。通常，大信号是量热计中非常高能量粒子的结果，并且被标记为重要的。因此，这些所谓的窗口事件会生成错误的触发器。选择具有较薄窗口的四阳极光电倍增管以减少这些窗口事件。额外的通道也有助于通过比较不同PMT通道的输出的算法来消除此类剩余事件。在LHC运行的EYETS 16/17期间，安装了对读出系统进行修改的最后组件，即双通道前端电子卡。HF量热仪的全面升级，包括运行II的准备工作，将在这张海报中讨论，对最终数据采集的可能影响。
2017-04-30 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ATLAS hadronic Tile calorimeter for the High luminosity LHC
瓦式量热计（TileCal）是覆盖在大型强子对撞机ATLAS探测器中心区域的强子量热计。它是一种由薄钢板和隔热瓦交替组成的取样量热计。耦合到瓦片的波长移动光纤收集产生的光，并由光电倍增管读出。目前，几个光电倍增管的处理信号的模拟和用作触发器的第一级的输入。然后光电倍增管信号被数字化并存储在检测器上，并且仅在确认第一次触发接受后才从检测器转移。大型强子对撞机（LHC）已经设想了一系列升级，以实现高亮度LHC（HL-LHC），提供五倍于LHC标称瞬时亮度。ATLAS第二阶段升级将于2024年完成，将为HL-LHC安装探测器和数据采集系统。特别是，TileCal将对其探测器上和探测器外的电子设备进行重大更换。所有信号将被数字化，然后直接传输到检测器外的电子设备，在那里信号将被重建，存储，并以40 MHz的速率发送到第一级触发器。这将为触发系统所使用的热量计信号提供更好的精度，并将允许开发更复杂的触发算法。电子设备的变化也将有助于提高系统的可靠性和冗余度。目前正在研究三种不同的前端升级方案。广泛的实验室测试的结果和三个选项的光束，以及最新的结果的发展的电力分配和检测器外的电子。
2017-08-31 hep-ex physics.ins-det
Performance of the ATLAS Hadronic Tile Calorimeter Demonstrator system for the Phase-II upgrade facing the High-Luminosity LHC era
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的峰值亮度为$5\times10^{34} $ cm $^{-2} $ \，s $^{-1}$，比LHC的设计亮度高五倍。强子ATLAS Tile Calorimeter（TileCal）是一种以钢为吸收体、塑料吸收体为激活介质的取样量热计。发光瓦中产生的光被引导到光电倍增管（PMT），在光电倍增管中产生模拟信号，以在每25 ns被数字化之前对其进行整形和调节。HL-LHC的TileCal第二阶段升级将使系统能够应对增加的辐射水平和超时堆积。升级后的系统将以40 MHz的速率将所有量热计采样信号发送到检测器外系统，在那里事件将被重建并发送到第一级触发器。因此，利用提供给触发系统的更精确的热量计信号，开发更复杂的触发算法将是可能的。新的硬件包括最先进的电子设备，具有冗余设计和辐射硬电子设备，以避免单点故障，此外还包括用于大量数据传输的多Gbps光链路和现场可编程门阵列（FPGA），以驱动关闭和打开检测器电子设备的逻辑功能。2019年6月，一个包含新的热量计模块电子器件但仍与当前系统兼容的混合演示器原型模块被组装并插入ATLAS中，以便第二阶段系统可以在真实的ATLAS条件下进行测试。
2020-10-28 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
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
Commissioning and Performance of the ATLAS Liquid Argon Calorimeters
ATLAS液氩量热计系统由一个电磁桶式量热计和两个端盖组成，端盖分别装有电磁量热计、强子量热计和前向量热计。整个热量计系统的建设已于2004年年中完成。该探测器已与LAr在标称高电压下运行，并完全配备了读出电子设备。为数据收集和处理开发了在线软件、监测工具和离线信号重建。已进行了广泛的测试与校准脉冲，并已行使所有182468通道的电子校准计划。自2006年8月以来，宇宙μ介子数据已收集与ATLAS探测器系统的其余部分作为ATLAS调试计划的一部分。将由宇宙射线沉积的能量重建的LAr信号与从测量的探测器参数和校准脉冲导出的预测进行比较。检查了具有足够宇宙μ子的区域内探测器响应的均匀性。根据以前的光束测试和蒙特卡罗模拟，ATLAS物理的LAr量热计的预期性能，也进行了总结。
2008-10-06 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
Quality control and quality assurance evaluation of ALFE2, a large-dynamic-range front-end ASIC de-veloped for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter high-luminosity LHC upgrade
Physics Department, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室物理系）；Instrumentation Department, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室仪器部）；Department of Physics and Astronomy, Stony Brook University（石溪大学物理与天文系）；IJCLab, Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3（巴黎萨克雷大学IJCLab，CNRS/IN2P3）；ESAT-ADVISE, KU Leuven（荷语鲁汶大学ESAT-ADVISE）；CERN（欧洲核子研究中心）
针对ATLAS液态氩量能器升级的ALFE2前端ASIC，开发机器人系统进行质量控制测试并建立分级标准，评估测试良率超85%，应用于全面生产质量控制，辐照测试无显著性能下降，推断出HL-LHC运行时的单粒子翻转错误率。
2026-08-19 hep-ex 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
Functional Verification for Endcap Concentrator ASICs in the High-Granularity Calorimeter Upgrade of CMS
CERN（欧洲核子研究中心）；University of Split（斯普利特大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Baylor University（贝勒大学）
本文基于UVM方法学对CMS高粒度calorimeter升级中端cap集中器ASICs进行功能验证，重点在于利用现有组件管理验证环境复杂性。
2026-01-23 hep-ex physics.ins-det
Precision Calorimetry at HL-LHC: Upgrade of the CMS Electromagnetic Calorimeter
CMS探测器的电磁热量计（ECAL）在实验的物理程序中发挥了重要作用，在整个数据采集过程中提供了出色的性能。高亮度LHC将带来新的挑战。每束交叉的相互作用数量增加四到五倍将需要更高的时间分辨率和噪声抑制能力。由于这些原因，电子读数已完全重新设计。一个双增益跨阻抗放大器和一个ASIC提供两个160 MHz的ADC通道，增益选择和数据压缩将用于新的读出电子。触发决策将被移出检测器，并将由功能强大且灵活的FPGA处理器执行，从而允许应用更复杂的触发算法。升级后的ECAL将能够在整个HL-LHC中进行高精度的能量测量，并将大大提高10 GeV以上光子和电子的时间分辨率。
2021-06-08 hep-ex physics.ins-det
Development of COTS ADC SEE Test System for the ATLAS LAr Calorimeter Upgrade
耐辐射、高速、高密度和低功耗的商用现成（COTS）模数转换器（ADC）计划用于升级液氩（LAr）量热计前端（FE）触发读出电子器件。总电离剂量（TID）和单粒子效应（SEE）是COTS ADC需要表征的两个重要辐射效应。在我们的初始TID测试中，Texas Instruments（TI）的ADS5272在筛选了来自不同制造商的总共17个COTS ADC后被确定为性能最佳，其动态范围和采样速率满足FE电子器件的要求。ADS5272的另一个有趣特性是其6.5个时钟周期的延迟，这是17个候选产品中最短的。基于TID性能，我们设计了一个针对ADS5272的SEE评估系统，这使我们能够进一步评估其辐射耐受性。在本文中，我们提出了一个详细的设计ADS5272 SEE评估系统，并显示该系统的有效性，评估ADS5272 SEE特性在多次辐照试验。根据TID和SEE测试结果，ADS5272被选择用于全尺寸LAr触发数字化仪板（LTDB）演示器，该演示器将在2014年长周期1（LS1）期间安装在ATLAS热量计上。
2014-03-06 hep-ex physics.ins-det
Firmware implementation of a recurrent neural network for the computation of the energy deposited in the liquid argon calorimeter of the ATLAS experiment
Aix Marseille Univ（艾克斯-马赛大学）；CNRS/IN2P3（法国国家科学研究中心/核物理与粒子物理研究所）
本文提出了一种在Stratix 10 FPGA上实现RNN的方法，用于ATLAS液氩量能器沉积能量重建，通过VHDL优化满足了每FPGA处理384通道且延迟小于125 ns的严格要求。
2023-05-17 cs.LG hep-ex physics.ins-det
Run 2 Upgrades to the CMS Level-1 Calorimeter Trigger
CMS Level-1热量计触发器正在分两个阶段升级，以保持LHC在第二次运行中增加堆积和瞬时亮度时的性能。在第一阶段中，使用改进的算法，包括逐事件堆积校正。重离子运行的新算法也已经开发出来。在第二阶段，更高的粒度输入和时间复用方法允许改进的位置和能量分辨率。升级的两个阶段的数据处理都是使用基于Xilinx Virtex-7的AMC卡进行的。
2015-11-18 hep-ex 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
Status and Plans for the CMS High Granularity Calorimeter Upgrade Project
CMS合作正在准备为HL-LHC时代建造替换端盖量热计。顾名思义，新型高粒度量热计（HGCAL）是一种高粒度采样量热计，具有约600万个硅传感器通道（约1000个通道）。1.1cm 2或0.5cm 2单元）和用片上硅光电倍增器读出的闪烁体片的约25万个通道。量热计被设计用于在HL-LHC的恶劣辐射环境中工作，其中每个束团交叉的平均相互作用次数预计超过140。除了测量能量和能量沉积物的位置外，电子设备还被设计用于测量它们到达的时间，精度约为50 ps。本文总结了HGCAL背后的推理和想法，描述了该项目的现状，并强调了未来的一些挑战。
2021-11-24 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
Process Quality Control Strategy for the Phase-2 Upgrade of the CMS Outer Tracker and High Granularity Calorimeter
在2025年至2027年之间，CMS（紧凑型μ子螺线管）探测器的一些基本组件-最值得注意的是跟踪器和量热计端盖-将升级为HL-LHC（高亮度大型强子对撞机）条件。升级后的CMS外部跟踪器和新CMS高粒度量热仪（HGCAL）的部件将包括超过$50{,}000$的新硅传感器，覆盖总面积约为$800\,\text{m}^{2}$。传感器系列生产需要专门的策略来监控生产过程的质量和稳定性。该策略是基于一个测试结构集，提供了快速，方便地访问关键工艺参数。这些参数包括传感器上无法直接获取的参数（例如氧化物电荷浓度和界面陷阱密度）以及需要进行潜在破坏性测量的参数（例如介电强度）。在每个生产晶圆上至少实施两次该集合。它分为用于最相关工艺参数的初始评估的测试结构和用于深入分析的结构。所有结构都可以使用20针探针卡和自动定位平台进行接触。使用该系统，可以在大约30分钟内对一个晶片进行初步分析。在本文中，CMS协作提出了第2阶段升级的质量保证计划，重点是过程质量控制。我们介绍了传感器工艺细节、将在CMS外部跟踪器和HGCAL的生产运行中实施的测试结构集布局以及说明所含测试结构功能的测量结果。
2020-03-24 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
Development of an ADC Radiation Tolerance Characterization System for the Upgrade of the ATLAS LAr Calorimeter
ATLAS LAr量热计将在2018年长期关闭期间（LS 2）进行第一阶段升级，将设计和安装新的LAr触发数字化仪板（LTDB）。几种商用现货（COTS）多通道高速ADC已被选为LTDB抗辐射ADC ASIC的可能备份。为了评估这些备用商用ADC的辐射耐受性，我们开发了一个ADC辐射耐受性表征系统，该系统包括ADC板、数据采集（DAQ）板、信号发生器、外部电源和主机。该ADC板是针对不同ADC定制设计的，板上集成了ADC驱动器和时钟分配电路。数据采集板采用Xilinx ZC706 FPGA开发板。来自ADC的数据通过FMC（FPGA Mezzanine Card）连接器路由到FPGA，由FPGA进行解串行和监控，然后通过千兆以太网传输到主机。用Python语言编写了软件程序，通过千兆以太网将所有命令发送到数据采集卡。针对TI公司的ADS52J90和ADI公司的AD9249设计了两块ADC板。两种ADC的TID测试已在BNL进行，ADS52J90的SEE测试已在Massachusetts General Hospital（MGH）进行。对试验结果进行了分析和介绍。测试结果表明，我们的测试系统是非常通用的，并工作良好的商业多通道高速ADC的辐射耐受性表征的ATLAS LAr量热计的升级。它也适用于其他需要耐辐射的对撞机物理实验。
2016-11-22 hep-ex 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
Using machine learning to speed up new and upgrade detector studies: a calorimeter case
National Research University Higher School of Economics（国家研究型高等经济大学）；The Yandex School of Data Analysis（Yandex数据分析学院）
在本文中，我们讨论了先进的机器学习技术如何使物理学家在设计阶段对探测器的实际操作模式进行深入研究。所提出的方法可以应用于未来探测器和现有探测器的设计概念（CDR）和技术设计（TDR）阶段，如果升级。机器学习方法可以加速可能的检测器配置的验证，并将自动化整个检测器研发，这通常伴随着大量分散的研究。本文介绍了利用机器学习技术进行探测器研发的方法及其优化周期，重点介绍了LHCb探测器\cite{lhcls3}的电磁量能器升级项目。证明了电磁量能器的空间重构和到达时间特性。
2020-03-11 cs.LG hep-ex physics.comp-ph
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
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
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
The ATLAS Tile Calorimeter performance and its upgrade towards the High-Luminosity LHC
瓦式量热计（TileCal）是一个覆盖ATLAS实验中心区域的采样强子量热计。TileCal使用钢作为吸收体，塑料吸收体作为活性介质。通过耦合到光电倍增管（PMT）的波长移位光纤读出光放大器。来自PMT的模拟信号通过每25 ns对信号进行采样而被放大、整形、数字化，并存储在检测器上，直到接收到触发决定。TileCal前端电子设备读出由大约10000个通道产生的信号，测量能量范围从大约30 MeV到大约2 TeV。利用放射源、激光器和电荷注入系统对从闪烁光到信号重建的信号产生的每一阶段进行监测和校准，使其优于1%。使用校准数据，宇宙射线μ子和2009-2018年在LHC运行I和运行II期间获得的质子-质子碰撞的大样本测量和监测了量热计的性能。LHC的高亮度阶段，提供LHC标称瞬时亮度的五倍，预计将于2028年开始。TileCal将需要新的电子设备来满足更高的触发率，更高的环境辐射的要求，并确保在高堆积条件下更好的性能。探测器上和探测器外的TileCal电子设备将在2025-2027年关闭期间更换。新的电子原型在实验室和束流测试中进行了测试。总结了LHC运行II期间量热计的校准和性能结果，并介绍了新前端电子学的主要特点和束流测试结果。
2021-05-19 hep-ex physics.ins-det
A visualization of the damage in Lead Tungstate calorimeter crystals after exposure to high-energy hadrons
在CERN的大型强子对撞机（HL-LHC）计划进行高亮度升级后，在预期的环境中，量热计晶体的预期性能必须得到很好的理解，然后才能对探测器升级的需求做出明智的决定。在HL-LHC运行的这些年里，探测器将暴露在相当大的快强子通量下，这已被证明会导致钨酸铅闪烁晶体的累积透明度损失。在这项研究中，我们提出了直接的证据的主要潜在的损害机制。结果显示，从一个测试，产生一个直接洞察到的性质的强子特定的损伤在钨酸铅量热器晶体暴露于24 GeV/c的质子。
2012-02-02 hep-ex physics.ins-det
Neutron Irradiation and Electrical Characterisation of the First 8" Silicon Pad Sensor Prototypes for the CMS Calorimeter Endcap Upgrade
本研究针对CMS高粒度量能器升级需求，开展了8英寸硅pad传感器的中子辐照与电学表征，完成了研发关键里程碑并给出了传感器电学特性结果。
2022-09-21 physics.ins-det
The effect of radiation damage on the light yield and uniformity of candidate plastic scintillator tiles for the CMS hadron calorimeter upgrade
研究了辐射损伤对CMS强子量能器升级候选塑料闪烁体瓦片的影响，测量了受44 kGy辐照后不同形状瓦片的能量谱、位置效率及光产额，发现光产额均降低约50%，且替代形状瓦片的光收集均匀性显著下降。
2024-09-27 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
Design of the Compact Processing Module for the ATLAS Tile Calorimeter
LHC将从2025年开始进行重大升级，升级为高亮度LHC（HL-LHC），将瞬时亮度提高到标称值的5至7倍。第二阶段升级（2025-2027）将要求ATLAS实验的触发和读出电子设备在HL-LHC施加的严格条件下运行。在这次升级中，TileCal的探测器上和探测器外读出电子设备将完全更换为新的数据采集器，为ATLAS触发系统提供全粒度信息。紧凑型处理模块负责LHC束流交叉时钟向探测器的分配，探测器上电子设备的配置，数据采集，细胞能量重建以及数据传输到TDAQ接口（TDAQi）。CPM被设计为AMC形状因子板，配备8个Samtec FireFly模块用于与探测器通信，一个Xilinx Kintex UltraScale FPGA用于数据采集和处理，一个Xilinx Artix 7 FPGA用于慢速控制和监控，以及其他子系统用于为FPGA和通信生成高质量时钟。与探测器上电子设备的高速通信通过32千兆位收发器链路实现，以9.6 Gbps接收探测器数据并以4.8 Gbps传输命令和LHC时钟，而重建的细胞能量通过4个全模式链路传输到TDAQi。触发数据通过FULL模式链路经由FELIX网络传输到ATLAS TDAQ系统。本文介绍了ATLAS瓦式热量计第二阶段升级的紧凑处理模块的设计以及第一批样机的结果和经验。
2020-11-05 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE experiment beyond LHC Run 3
ALICE合作完成了探测器的升级，现在正在调试LHC运行3期间的数据采集。与此同时，正在进行研发活动和模拟研究，以确定LHC运行3之后实验的未来。预计下一次长期停堆（LS 3）将进行两次探测器升级。第一个是更换三层的内部跟踪系统最接近的光束与一个新的顶点检测器组成的弯曲的晶圆级超薄硅传感器安排在完美的圆柱形层，以提高碰撞参量的分辨率和显着扩展的物理能力的重口味生产和低质量的双电子的研究。LS 3的第二个升级是增加了一个大速度的前向量热计探测器，由一个带有衬垫和像素读出的Si-W电磁量热计组成，这将使实验具有通过快速光子产生测量小x胶子分布的独特能力。LHC运行5的下一代重离子实验的建议也在准备中，并将进行讨论。其目的是对QGP的电磁和强子探针进行新的测量，例如产生多粲重子，由于探测器性能和亮度的原因，到目前为止还无法获得。新设备的概念预见了薄硅传感器的广泛使用，用于跟踪和现代粒子识别系统，结合了基于硅的飞行时间探测器，RICH探测器，电磁量热计和μ子系统。
2022-06-27 hep-ex physics.ins-det
