2. Kierownik projektu: prof. dr hab. Marek Idzik
3. Uczelnia, na której jest realizowany: Akademia Górniczo-Hutnicza
4. Kolaboracja: PANDA
Aktualny stan projektu
Odczyt sygnału z gazowych detektorów słomkowych FT (Forward Tracker) i STT (Straw Tube Tracker) wykonywany jest za pomocą dedykowanego układu ASIC (Application Specific Integrated Circuit) o nazwie PASTTREC (PAnda Straw Tube Tracker Read-out Electronic Circuit) opracowanego dla eksperymentu PANDA (JINST 11, P08009 2016). Układ PASTTREC został zaprojektowany w technologii AMS CMOS 0,35 μm. Jest to 8-kanałowy ASIC zawierający przedwzmacniacz ładunkowy, układ kształtujący, układ eliminacji ogona jonowego, układ stabilizacji linii bazowej, dyskryminator i różnicowe bufory wyjściowe LVDS. Układ PASTTREC pozwala zmieniać i dopasować do wymagań ważne parametry elektroniki odczytu (wzmocnienie, progi, ustawienia linii bazowej, stałe kształtowania), które są konfigurowalne przez wewnętrzne przetworniki DAC (Digital to Analog Converter) i rejestry, kontrolowane z TRB (Trigger Readout Board). W projekcie położono nacisk na pracę z dużą częstotliwością (do kilku MHz) zapewnioną przez szybkie kształtowanie sygnału analogowego wraz z eliminacją długich ogonów w sygnale, pochodzących od dryfujących jonów. Linia bazowa jest regulowana dla każdego kanału za pomocą 5-bitowego przetwornika DAC, wraz z globalnym ustawieniem progu na ASIC za pomocą 7-bitowego przetwornika DAC. Ponad 2000 układów PASTTREC zostało wyprodukowanych i przetestowanych. Testy w pełni potwierdziły, że spełniają one postawione wymagania.
Płyta odczytowa FEB (FrontEnd Board) obsługuje 2 ASICi z cyfrowym łączem danych LVDS do płyty elektroniki syfrowej TRB. Dane z każdego kanału są wysłane do TDC (Time to Digital Converter), umieszczonych w TRB, w celu pomiaru czasu przyjścia sygnału ToA (Time of Arrival) oraz czasu ponad progiem ToT (Time over Threshold). Płyta FEB podłączona jest do detektora słomkowego za pomocą układów odsprzęgających RC-HV specjalnie zaprojektowanych dla detektorów FT i STT. Ponad 800 płyt FEB zostało wyprodukowanych i przetestowanych. Wyniki testów w pełni potwierdziły, że spełniają one postawione wymagania.
Elektronika cyfrowa oparta jest na platformie TRB opracowanej do eksperymentów GSI/FAIR. Pojedynczy moduł TRB zawiera układ FPGA z wielokanałowym konwerterem TDC o rozdzielczości lepszej niż 300 ps i funkcją transmisji danych. TDC mierzy moment narastania i opadania impulsu i ma rozdzielczość 5 ns dla kolejnych impulsów. Moduł posiada dedykowane złącze dla dodatkowych płyt zapewniających interfejs między FEB i TDC do transmisji danych, a także do przesyłania danych konfiguracyjnych do układu PASTTREC. Moduł przesyła dane cyfrowe do sieci za pomocą światłowodu o częstości transmisji co najmniej 3,2 Gb/s. Wydajność TDC, wraz z transmisją danych, spełnia wymagania określone przez tryb wysokiej rozdzielczości i jest w stanie przetwarzać maksymalną oczekiwaną częstość zdarzeń 140 kHits/s na kanał. Na chwilę obecną wyprodukowane i przetestowane zostały prototypowe moduły TRB. W niedługiej przyszłości planowana jest pełna produkcja układów TRB.
Prace nad elektroniką odczytu dla detektorów FT i STT wykonywane są we współpracy grup z AGH i UJ w Krakowie. Grupa z AGH odpowiedzialna jest m.in. za rozwój i produkcję części analogowej (w szczególności układ PASTTREC oraz FEB), natomiast grupa z UJ zajmuje się głównie cyfrową częścią odczytu (w szczególności moduł TRB).