TFPX-Electronics Technical Overview Andrew Ivanov, Kansas State - PowerPoint PPT Presentation

TFPX-Electronics Technical Overview Andrew ¡Ivanov, ¡Kansas ¡State ¡University ¡ Forward ¡Pixel ¡Technical ¡Review ¡ Fermilab, ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ L3 ¡Manager] ¡ A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Outline § Biographical ¡sketch ¡ § WBS ¡Structure ¡ § Requirements ¡ § Development ¡Plan ¡ § ConstrucUon ¡Schedule ¡ § QA/QC ¡ § Summary ¡ A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Biographical Sketch § Andrew ¡Ivanov ¡ § Associate ¡Professor, ¡Kansas ¡State ¡University, ¡2009-­‑ ¡ § L3 ¡Manager ¡for ¡TFPX ¡Electronics, ¡2016-­‑ ¡ § CMS ¡B2G-­‑VHF ¡Convener, ¡2016-­‑ ¡ § DoE ¡Early ¡Career ¡Award, ¡2013-­‑2018 ¡ § Experience ¡with ¡design/construcUon/commissioning ¡: ¡ § CMS ¡Phase ¡I ¡Upgrade ¡FPIX ¡detector ¡(TBM, ¡Pixel ¡FEC) ¡ § CDF, ¡Level-­‑2 ¡Track ¡Trigger ¡Upgrade ¡(Electronics, ¡Sobware) ¡ § Postdoc, ¡UC ¡Davis ¡2005-­‑09 ¡ § CDF ¡SUSY ¡Convener ¡(2008-­‑09) ¡ § CDF ¡Top ¡ProperUes ¡Convener(2007-­‑08) ¡ § Ph.D., ¡U ¡of ¡Rochester ¡2004 ¡ A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

TFPX Electronics WBS § 402.7.5.1 ¡Portcard ¡ ¡-­‑ ¡design ¡of ¡the ¡module ¡converUng ¡electrical ¡ signal ¡into ¡opUcal ¡ § 402.7.5.2 ¡Interconnects ¡ -­‑ ¡ ¡high-­‑bandwidth ¡e-­‑links, ¡HDI, ¡opUcal ¡fibers ¡ § 402.7.5.3 ¡Power ¡-­‑ ¡design ¡of ¡powering ¡scheme, ¡HV/LV ¡cables ¡ § 402.7.5.4 ¡DAQ ¡ -­‑ ¡design ¡of ¡the ¡back-­‑end ¡electronics, ¡processing ¡and ¡ sending ¡the ¡data ¡to ¡the ¡CMS ¡DAQ ¡ § 402.7.5.4 ¡Test ¡System ¡Setups ¡ HV cables LV cables HDI A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Participating Institutions § Rice: ¡ ¡ § Port-­‑card, ¡HDI ¡design, ¡DAQ ¡firmware ¡ § University ¡of ¡Kansas: ¡ § E-­‑links ¡ § Cornell: ¡ § Connectors, ¡HV, ¡LV, ¡serial ¡power ¡ § University ¡of ¡Illinois, ¡Chicago: ¡ § HDI ¡and ¡RD53a ¡tesUng ¡ § Boston ¡University: ¡ § Back-­‑end ¡DAQ ¡board ¡hardware ¡ § Kansas ¡State ¡University: ¡ § Module ¡test ¡board, ¡RD53a ¡probe ¡card, ¡DAQ ¡firmware ¡ § Vanderbilt: ¡ § DAQ ¡firmware ¡ A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Requirements § Electronics ¡ § High-­‑bandwidth ¡data ¡throughput ¡from ¡fine ¡pixel ¡granularity ¡ § ~100 ¡higher ¡data ¡volume ¡than ¡at ¡LHC ¡ § High ¡trigger ¡rates ¡: ¡ 100 ¡kHz ¡-­‑> ¡750 ¡kHz ¡ § Space ¡constraints, ¡material ¡budget ¡ § Very ¡high ¡radiaUon-­‑tolerant ¡ ¡ § ~100 ¡Mrad ¡over ¡10 ¡years ¡at ¡the ¡service ¡cylinder ¡ § Robustness ¡and ¡redundancy ¡ A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡6 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Portcard § Portcard ¡ ¡ § Module ¡converUng ¡electrical ¡signal ¡to ¡opUcal ¡ § LpGBT ¡chip ¡– ¡common ¡across ¡CMS ¡sub-­‑detector ¡ VersaUle ¡Link+ ¡ § One ¡per ¡port-­‑card ¡ § Up ¡to ¡7x1.28Gbits/s ¡x ¡data ¡throughput ¡ LpGBT ¡ § Provides ¡electrical-­‑to-­‑opUcal ¡conversion ¡ § 1.25V, ¡0.6A, ¡0.75 ¡W, ¡DC ¡Power ¡ § VTRx ¡chip ¡-­‑ ¡opUcal ¡transceiver, ¡common ¡to ¡CMS +ATLAS, ¡laser ¡driver ¡is ¡suscepUble ¡to ¡high ¡ radiaUon, ¡radiaUon ¡tolerance ¡of ¡~50 ¡Mrad ¡ ¡ § 2.55 ¡V, ¡0.12A, ¡DC ¡Power, ¡one ¡chip ¡per ¡port-­‑card ¡ § DCDC ¡convertor ¡ § Two-­‑stage ¡DC-­‑DC ¡conversion ¡scheme ¡to ¡provide ¡ lower ¡voltage, ¡higher ¡current ¡at ¡the ¡same ¡power ¡ Paddleboard ¡to ¡interface ¡ § upFEAST ¡(11V-­‑>2.55V), ¡DCDC2S(2.55V-­‑>1.25V) ¡ twisted-­‑pair ¡cables ¡to ¡ § Supplies ¡Low ¡Voltage ¡to ¡LpGBT ¡& ¡VL+ ¡per ¡1(or ¡2) ¡ flex ¡circuit ¡ port-­‑cards ¡ ¡ C. ¡Strohman ¡(Cornell ¡U) ¡ § Redundancy ¡to ¡achieve ¡higher ¡reliability ¡of ¡the ¡ system ¡ A. ¡Ivanov ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TFPX ¡Electronics ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Technical ¡Review ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fermilab, ¡Batavia ¡IL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sep. ¡14-­‑15, ¡2017 ¡ ¡ ¡p. ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡