High-Granularity Timing Detector's Patch Panel Filter Testing

Abstract

Está prevista uma atualização do Large Hadron Collider (LHC), designada por high luminosity LHC (HL-LHC). Para fazer face às elevadas exigências de luminosidade do HL-LHC e ao consequente aumento das colisões de partículas, a experiência ATLAS concebeu uma série de actualizações dos detectores. O HGTD é composto por sensores baseados na tecnologia LGAD, que requerem polarização de alta tensão e filtragem de tensão DC através de unidades de filtro passa-baixo. O principal objetivo deste trabalho é testar e caraterizar estas unidades de filtragem e estabelecer um quadro de testes.Foram realizados vários testes, envolvendo eletrónica de suporte, injeção de sinal e medições com osciloscópio. Os testes abrangeram parâmetros como a função de transferência, a frequência de corte, a blindagem, os efeitos dos componentes DC, a ondulação, o cross-talk, o ruído de modo comum e as correntes de fuga. Inesperadamente, foi observada uma fraca atenuação a frequências mais elevadas.Para investigar estas anomalias, foi desenvolvido um esquema de teste mais pormenorizado. A causa foi atribuída ao equipamento de medição utilizado. A análise de "cross-talk" revelou a propagação do sinal para além dos canais designados, mas as simulações sugeriram que isto poderia não constituir um problema final. A corrente de fuga, um parâmetro crítico, atingiu valores aceitáveis 30nA após a limpeza e o revestimento da placa.Em conclusão, a placa de filtragem tem um desempenho adequado, embora não perfeito como inicialmente esperado. No entanto, o seu desempenho não é tão mau como os resultados iniciais poderiam sugerir.

The Large Hadron Collider (LHC) is scheduled for an upgrade referred to as high luminosity LHC (HL-LHC). To address the elevated luminosity requirements of the HL-LHC and the consequent increase in particle collisions, the ATLAS experiment has devised a series of detector upgrades. As a solution to contend with the pileup issue, the HGTD is proposed.The HGTD comprises sensors based on LGAD technology, requiring high-voltage polarization and DC voltage filtering through low-pass filter units. The primary objective of this work is to test and characterize these filter units and establish a testing framework.Several tests were conducted, involving support electronics, signal injection, and oscilloscope measurements. The testing pipeline covered parameters like transfer function, cutoff frequency, shielding, DC component effects, ripple, cross-talk, common mode noise, and leakage currents. Unexpectedly, poor attenuation at higher frequencies were observed.To investigate these anomalies, a more detailed testing schematic was developed. The cause was traced back to the measuring equipment used. Cross-talk analysis revealed signal propagation beyond designated channels, but simulations suggested this might not pose a final issue. Leakage current, a critical parameter, reached acceptable values 30nA after board cleaning and coating.In conclusion, the filter board performs adequately, though not flawlessly as initially expected. However, its performance is not as poor as initial results might suggest.