Stato del TIB/TID
silicon inner tracker di CMS
Napoli 21 settembre 2005
INFN Commissione Scientifica Nazionale 1
Roberto Dell’Orso
INFN Pisa
Sommario







Produzione dei moduli al silicio
Stato dell’integrazione del TIB (Inner Barrel)
Stato dell’integrazione del TID (Inner Disks)
Procedura di burn-in
Stato dei power supply
Test di cablatura e di inserzione (luglio 2005)
Conclusioni
Produzione moduli
assembled
bonded
ARC-tested
good-ARC
lt-tested
bad for IV
bad for strps
bad for lt
bad other
tot good
tot bad
#
YIELD %
2852
2484
2465
2374
2146
48
13
6
20
2335
87
96.4
Prodotti e testati 2335 moduli su
3550 (+10% spares) necessari
65% dei moduli necessari:
Tutti i TIB+, 50% dei TID+
Strips attive > 99.8%
Fine produzione prevista per
novembre 2005
Rate di produzione moduli
Consegna ibridi “regolare”; pausa estiva per module bonding
Produzione moduli TEC in Italia

Per recuperare il ritardo del TEC
(Tracker End Caps), la
collaborazione italiana si e’
impegnata a produrre 300
moduli TEC (simili ai moduli
TID)
 Tale produzione iniziera’ solo
dopo aver terminato i moduli
TIB/TID e continuera’ nei primi
mesi del 2006
Incollaggio moduli double sided

Costruzione di :



Rate previsto:


Automatizzato, in parallelo
Necessario accoppiamento dei
moduli SS


20 moduli/giorno
Assemblaggio/incollaggio


768 moduli-DS TIB
288 moduli-DS TID
Resistenza al danno da radiazione
(selezione moduli SS con Vdepl
compatibile (entro 10-15%))
Moduli DS incollati


124 moduli-DS TIB
24 moduli-DS TID
Disponibili 4 piatti per TIB, 2 piatti
per TID, robot di incollaggio
Stato Layer 3 forward



Completato a giugno 2005
Layer 3 up usato per test
burn-in
Layer 3 down trasportato
da Firenze a Pisa
Shock absorber
Stato Layer 4 forward



Gli 8 control ring
(DOHM e mother
cables) sono stati
precablati e testati su
banco
Tutti i moduli montati
(turni agosto !)

3 moduli difettosi
sostituiti

2 MC difettosi
sostituiti
In corso rimontaggio
DOHM

Qualche ritardo per
alcuni cavi di
alimentazione
(meduse) difettosi
Schermo e grounding Layer 4


Il supporto dei DOH (Digital
Opto Hybrids) e’ stato
migliorato rispetto al layer 3
(cavi schermati)
Il bordo della flangia e’ stato
dotato di una piastrina di rame
per i collegamenti di GND
Fibre ottiche




Nessun problema con Analog
Opto Hybrids
Utilizzate spirali proteggi fibre
di silicone (irraggiamento con
p 24MeV ok) nelle zone critiche
Fibre leggermente danneggiate
possono essere riparate
Deciso l’acquisto di un tool
dedicato (e costoso) per
riparare fibre che si dovessero
rompere all’esterno dei cilindri
Tempi di integrazione dei
Layer 3 e 4 forward
Moduli
esterni
Arrivo
L4
L3
AOH
Arrivo
Marzo Aprile
Moduli
interni
Cavetti
Maggio Giugno
Luglio
Agosto
Stato Layer 2

Meccanica di entrambi i semigusci
completata:




Pillar incollati e modificati per
passaggio fibre
Ledge AOH arretrati per non stressare
le fibre in prossimita’ dei pillar
In corso realizzazione supporti DOHM
Cable holder completati
Cable holder
Ledge arretrati
pillar
Layer 2: Test integrazione moduli



Montata una stringa con
moduli DS (doppia
faccia)
Modificare tool
integrazione moduli per
la posizione 1e/1f
Qualche difficolta’ ad
inserire i mother cable
in presenza del cable
holder
Layer 2: integrazione Analog
Opto Hybrids

Iniziato il montaggio
degli AOH interni

Il numero di fibre ottiche e’
molto superiore rispetto ai
layer 3-4


18 fibre ottiche per stringa
(6 nei layer 3-4)
Stato Layer 1


Incollaggio parti
di precisione e
tubi di
raffreddamento
esterni terminato
In corso
incollaggio tubi
interni e rifinitura
pillar
Magnet Test & Cosmic Challange


Un cooling loop del layer 3
prototipo e’ stato
assemblato completamente
In ottobre verra’ strumentato
anche un mockup del layer 2
(meccanica e moduli gia’
disponibili)


Cosmic Challenge previsto
per febbraio 2006
Sezioni INFN di Catania,
Bari, Padova
Integrazione dischi (Torino)

Ring 1 del Disco 1
(24 moduli DS)
integrato con
successo
 Procedura di
integrazione
simile al TIB


Sviluppati tool
dedicati per il TID
Definiti molti
dettagli
Ring 1 (TID)



I moduli vengono montati prima
degli Analog Opto Hybrids
Le fibre di 3 AOH sono
raggruppate in un bundle
Test con Vbias = 400 V ok:
TID: programma futuro

Per completare il primo
disco (TID+ contiene 3
dischi)



Ring 2: meccanica
pronta, moduli DS da
incollare
Ring 3: meccanica
pronta, leggero ritardo
nella consegna dei
Mother Cable (ottobre)
L’assemblaggio del
Disco non puo’ iniziare
prima del
completamento del
Ring 3
(sequenza R3->R1->R2)
Procedura di Burn-in


Lettura di un’intera shell
(mezzo layer) con DAQ finale
e bassa temperatura
Test effettuati su layer 3 up





1 modulo sconnesso
(recovered)
1 fibra ottica difettosa
(recovered)
5 readout chips non
accessibili a bassa
temperatura
Noise buono in peak mode
Noise leggermente piu’
elevato in alcune regioni
(non ripetibile!) in
deconvolution mode
Layer 3 up all’interno
della camera climatica
Burn-in: Noise in
deconvolution
mode
ADC counts
Moduli in prossimita’ della flangia
Noise
Distribution vs
Strip number
(DEC INV-ON: 25 ns
shaping time)
Moduli lontani dalla flangia
Burn-in TIB
layer 3:
protocollo I2C

SDA
SCK
Alcuni chip di readout non
rispondono al protocollo
di comunicazione I2C:




L’errore si verifica sempre
negli stessi chip (5 APV25) in
3 diversi moduli lontani dal
chip di controllo (CCU)
Si verifica solo a bassa
temperatura (camera a -25oC,
readout hybrid -12oC)
Non si verifica a
T >= -10oC
Sostituendo il modulo il
problema scompare
SDA
31 ns @0.45V
Fall(SCL)=20ns
Fall(SDA)=24ns
SCK
APV [email protected]
Abbiamo verificato che in generale i segnali
del protocollo I2C non sono critici (Dt > 7ns)
Digressione: Protocollo I2C nel TOB

SDA
SCL on FE-Hybrid
Unequal fall-time
of SCL and SDA
signals
Le rod del
TrackerOuterBarrel
hanno mostrato seri
problemi di
comunicazione I2C:



Misure dirette hanno
rivelato un timing critico
dei segnali SDA vs SCL
quando viene
indirizzato l’Analog
Opto Hybrid
(specialmente per
l’APV25 che ha una
soglia piu’ bassa)
APV e AOH sono
connessi al bus I2C
(CCU) attraverso
l’Interconnect Board
Nel TOB e’ stata presa la decisione di ridisegnare le
Interconnect Board in modo da risolvere il problema del
diverso tempo di discesa dei segnali SCL e SDA
Commissioning DAQ per burn-in

Settembre 2005:
 Installato a Pisa un nuovo
FEC (controllo di 4 ring
contemporanei)
 Installati 4 FED V2 (scheda
ADC con nuovo firmware)
 Commissioning di un
software funzionante

Canali sufficienti per la
lettura (ed il controllo) di un
intero half layer 3-4
Front
End
Controller
Front
End
Drivers
(ADC)
Timing:



Tutti i moduli (129)
sono alimentati
Tutti i tick mark
sono ricostruiti ed
allineati
I ritardi delle PLL
sono selezionati
per sincronizzare
tutti i moduli:
consistente con la
posizione logica
nel ring
Adc counts
Burn-in layer 3 DAQ finale
APV25 Tick mark
PLL delay
Ultima posizione
nel ring
Burn-in layer 3 DAQ finale
Analog Opto
Hybrid gain:

Il guadagno viene
regolato in base
all’altezza dei tick
mark
Acquisizione
dei piedistalli:


Il readout dell’intero
layer richiede 3 FED
Distribuzione del
rumore (66048 strip)
Risposta uniforme di tutte
le fibre ottiche (258 canali)
adc
adc
Peak mode
Dec mode
Shaping = 45ns
Shaping = 25ns
Run #510021
Run #510022
Burn-in: programma


Il problema del protocollo I2C
sembra non essere critico
Lettura con il DAQ finale del layer 4
(up&down)




Lettura con il DAQ finale del
prototipo per Magnet Test (un settore
di layer 3 + layer 2)


Definizione della procedura di burn-in
Maggior numero di canali
Migliore schermatura dei segnali
digitali
Studi di grounding, moduli doppia
faccia, interferenza layer 3/layer 2
Burn-in dei rimanenti layer…
Power Supply






Torino: QA Test di produzione
(1000 PSM) per tutto il
tracciatore utilizzando HW
dedicato che simula anche
dinamicamente il Tracker.
Ora 2 Test Equipment installati
anche sulle linee di produzione
454/1000 schede testate aTorino
Failure rate 20% sulle prime
delivery, oggi sceso al 3%
Le schede Bad ritornano a
Torino dopo la sostituzione
prima di essere consegnate al
CERN
Fine della produzione Maggio
2006
Test Equipment per Tracker PS A4601
Test di cablatura TIB/TID


Test di cablatura (CERN
luglio 2005): e’ uno studio
realistico di un settore
attrezzato completamente
con servizi, cavi elettrici,
fibre ottiche e tubi di
raffreddamento
Sono stati impiegati


un mockup del TIB Forward,
dotato di una flangia in
plexiglass che riporta le
posizioni dei connettori e dei
tubi di raffreddamento
un mokup del service cylinder,
munito di pannelli di servizio
(margherite) per connettori
elettrici e ottici
Test di cablatura TIB/TID

Il montaggio dei servizi interni
suggerisce di dividere il routing
dei tubi e dei cavi dalle fibre
ottiche, avvolte su dischi e
separate da un pannello di mylar
 L’installazione dei cavi esterni
(CAB60) ha mostrato che
l’ingombro, anche dei connettori,
garantisce il rispetto
dell’envelope del TIB/TID
 É stata sviluppata e montata la
struttura di supporto dei cavi
lungo il support tube (serie di
ganci che si ancorano allo
schermo termico)
mylar
Test di inserzione (luglio 2005)


La struttura del TIB e’
stata trasportata al
CERN all’interno del
Cradle di trasporto
Il viaggio Pisa-CERN
e’ avvenuto con la
procedura finale,
utilizzando la box di
trasporto (casetta)
con sospensioni e
monitoraggio delle
accelerazioni
Cradle di
trasporto
casetta
TIB layer-4 Backward +
Service cylinder prototype +
dummy “margherita” panels
Procedura di inserzione TIB/TID



Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno
del Tracker Cylinder
Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB
Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’
installato nel Tracker Cylinder
Procedura di inserzione TIB/TID



Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno
del Tracker Cylinder
Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB
Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’
installato nel Tracker Cylinder
Procedura di inserzione TIB/TID



Il carrello (Antti Chariot) estende le rotaie del TOB all’esterno
del Tracker Cylinder
Il cradle-out (o cradle di trasporto) estende le rotaie del TIB
Il cradle-in estende le rotaie del TIB all’esterno del TOB gia’
installato nel Tracker Cylinder
Test di inserzione (luglio 2005)




Tenda allestita all’esterno
della clean room
Cradle-out sollevato con
carro ponte e posizionato
nel carrello
Carrello ‘agganciato’ al
Tracker cylinder
Il TIB viene fatto scorrere
all’interno del TOB
Rotaie cradle-out
Rotaie cradle-in
Test di inserzione (luglio 2005)



La procedura di inserzione e’
ben definita e tutti gli step sono
stati verificati
I tool a disposizione
necessitano solo di piccoli
perfezionamenti
Quando il TIB era posizionato
all’interno del TOB la sua
posizione e’ stata misurata e
sono state verificate possibili
interferenze tra la flangia
frontale del TOB ed il pannello
dei servizi (margherita) del TIB
TIB inserito nel TOB
all’interno del Tracker
Cylinder
Conclusioni

La produzione dei moduli e’ oltre il 65%
•

Integrazione TIB:
•
•
•
•
•

Layer 3 forward ultimato
Layer 4 forward “vestito” con tutti i moduli
2 DAQ a Pisa per integrazione in parallelo (Layer 4/M.Test e Layer 2)
Iniziato montaggio optoibridi su Layer 2 forward
In corso incollaggio parti di precisione Layer 1 forward
Integrazione TID:
•
•
•
•

Flusso degli ibridi di front-end regolare, priorita’ all’incollaggio moduli DS
Ring 1 del Disk 1 forward ultimato
Meccanica Ring 2 e 3 Disk 1 forward pronta
In corso incollaggio parti di precisione Disk 2
In corso saldatura e test tubi raffreddamento Disk 3
Burn-in TIB/TID:

Layer 3 up utilizzato per debugging del sistema di burn-in
• Problema di comunicazione I2C non critica per il TIB
• Rumore non ripetibile in DEC mode probabilmente dovuto a schermatura cavi
• Commissioning DAQ test finale (4 ring + 4 FED a 96 canali) avvenuto

Test cablatura e test di inserzione nel TOB al CERN: luglio2005