de Beetle: een uitlees-chip voor de VELO Introductie De B-mesonen die bij de botsing van de protonenbundels in de LHC worden geproduceerd, leggen gemiddeld 7 mm af alvorens ze uiteenvallen in andere deeltjes. Met behulp van een aantal achter elkaar geplaatste silicium detectoren wordt dit vervalpunt bepaald in de Vertex Locator. In deze silicium detectoren zijn cirkelvormige (voor de R-detectoren) of tangentiele (voor de  -detectoren) strippen aangebracht (zie fig. 1). Geladen deeltjes produceren door ionisatie een signaal in deze strippen. Door de signalen in opeenvolgende detectoren te combineren kunnen de sporen van de vervaldeeltjes, en daaruit het vervalpunt, worden bepaald. Voor de uitlezing van de silicon detectoren van de Vertex Locator (VELO) van LHCb wordt een speciale chip ontwikkeld, de Beetle (zie fig.2). Resultaten Recentelijk zijn tests uitgevoerd met Beetle chips gebond aan prototype silicium detectoren voor de VELO. Uit de meetgegevens zijn karakteristieken van de chip zoals pulsvorm en signaal-ruis verhoudingen bepaald. Deze voldoen aan de eerder gedefinieerde eisen voor de uitlees-chip van de VELO. Fig. 2. Beetle chip (5.1 x 6.1 mm 2 ). 12 van de 128 ingangskanalen zijn voor testdoeleinden door draadjes van 17  m dikte ge- ”bond” aan een printplaat (links onder op de foto). De overige aansluitingen zijn voedings- en controle kanalen. Fig. 1. R en  strippen op de silicium detectoren. De diameter van de schijfjes is 84 mm. Iedere detector bevat 2048 kanalen. Voor de uitlezing zijn 16 uitlees-chips per detector vereist. LHCb GROEP - ASIC Lab. Heidelberg - Oxford University Data reductie. De botsende LHCb bundels produceren gemiddeld één reactie per 25 ns in de LHCb detector. Als we alle deeltjes die bij zo’n reactie vrijkomen zouden willen bewaren, zou dat betekenen dat iedere seconde een hoeveelheid informatie ter grootte van de hard disk in een moderne computer moet worden opgeslagen. Slechts een zeer gering aantal van de reacties gaat gepaard met de productie van de gewenste B- mesonen. Daarom wordt met een klokfrequentie van 40 MHz de grootte van het signaal gemeten en dit resultaat wordt tijdelijk opgeslagen in een analoog buffergeheugen van 176 posities diep. Dit betekent dat de gebeurtenissen van de laatste 4  s zijn opgeslagen. Binnen 4  s moet uit informatie van de VELO en andere delen van de LHCb detector bepaald worden of het om een interessante gebeurtenis gaat. Zo ja, dan wordt de informatie uit het buffergeheugen gehaald en opgestuurd naar het centrale data acquisitie systeem. Uitvoering In het LHCb experiment zullen de chips zich op ongeveer 60 mm van de botsende proton bundels bevinden. Daardoor moeten ze in een stralingsharde technologie uitgevoerd worden. Voor de ontwikkeling van de Beetle chip is gekozen voor de 0.25  m deep-submicron technologie van IBM. Om de passage van een geladen deeltje door een silicon detector te kunnen meten wordt iedere strip d.m.v. een draadje met een dikte van 17  m verbonden met een ingangskanaal van de chip (zie fig. 2 en 4). Fig. 3 (links): Een silicium R-detector (het grijze binnenstuk) met 16 Beetle chips. Iedere chip kan de informatie van 128 strips verwerken. De steekgrootte van de silicium strips wordt aangepast aan de pennen op de Beetle via de “pitch adaptor”, de goudkleurige plaatjes op de gele ondergrond. Fig. 4 (rechts): Close-up van de pitch adaptor. Duidelijk zichtbaar zijn de verbindingsdraadjes met de strippen van de silicium detector aan de ene kant en met de Beetle chip aan de andere kant. Fig. 5 (links): Pulsvorm verkregen met de Beetle detector tijdens recente testmetingen. De korte puls maakt dat deeltjes uit opvolgende reacties goed gescheiden kunnen worden. Fig. 6 (rechts): De kwaliteit van de Beetle blijkt uit deze 3D-figuur waarin de pulsgrootte is aangegeven als functie van het kanaalnummer (channel R1-R128) en als functie van de diepte van het buffergeheugen (column 1-176). Signaalgrootte (mV) Tijd (ns) 12 mm 34 mm