La simulation de la chaîne électronique - SPA

Nous n'allons pas détailler dans cette partie, la structure du module SPA car il adopte sensiblement la même que SLS. La différence principale consiste au remplacement des listes de points d'impact par des listes de pistes bruitées. Ce module a deux fonctions principales: la première est de bruiter des signaux obtenus dans SLS, de supprimer les pistes mortes et ensuite d'effectuer la conversion d'une charge en coups ADC. La seconde de ses prérogatives est d'appliquer des coupures en signal sur bruit pour ne garder que les pistes contenant une information. En effet, pour des raisons de temps d'écriture et d'espace de stockage, il n'est pas possible de conserver le signal de plus de 8% des pistes. SPA doit simuler trois éléments de l'électronique de lecture et d'acquisition:

La puce Alice-128C

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Cette puce intègre et amplifie la charge collectée sur les pistes afin de la convertir en une valeur tension. Les échelles de conversion sont des paramètres fixes. La gamme utilisée accepte des signaux variant de 0 à 12 MIPs. Cette échelle est linéaire de 0 à 10 MIPs, puis perd cette caractéristique au-delà. En sortie de l'Alice 128C, après amplification et mise en forme, le signal analogique résultant peut être relié à la charge collectée par la relation suivante:

$$S_{ALICE} = \frac{Q* FACT_{ChargeToTension}}{NelectronInAMip}$$

avec $Q$, la charge collectée en nombre d'électrons, $NelectronInAMip$, le nombre moyen de paires électron-trou générées par la traversée de $300 \mu m$ de silicium par une particule au minimum d'ionisation (ici 22500) et $FACT_{ChargeToTension}$ le facteur de conversion qui est égal à $50 mV/MIP$. Pour la simulation de la puce, le traitement est le suivant : pour une piste donnée, un bruit courant est évalué suivant une loi gaussienne centrée sur 0 et d'écart-type, le bruit stocké dans la base de données de calibration. Le bruit obtenu est ajouté au signal issu de SLS. Si ce signal dépasse 12 MIPs, il prend une valeur de saturation égale à 12 MIPs. Cette approche induit implicitement une conversion linéaire de la charge, ce qui est une approximation raisonnable au regard du nombre de clusters ayant une charge supérieure à cette limite.

La carte ADC

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Les ADC choisis convertissent sur 10 bits, un signal compris entre 0 et 1 volt. Puisque une MIP équivaut à 50 mV, l'ADC a donc une dynamique de 20 MIPs. A priori une gamme si importante n'est pas nécessaire, mais, l'ADC traite des données brutes, c'est-à-dire le signal bruité (qui ne dépasse pas 12 MIPs) augmenté du piédestal. Pour simuler l'impact des cartes ADC, il faut tout d'abord convertir le piédestal en volt (ce qui ne sera pas effectué dans la réalité) puis l'ajouter au signal bruité. Les données brutes simulées sont ensuite numérisées en utilisant la formule suivante:

$$S_{ADC} = INT(S_{ALICE}*1024)$$

où $INT$ symbolise une fonction de troncature qui renvoie la valeur entière de $S_{ALICE}*1024$ pour $S_{ALICE} < 1V$ et 1023 pour les signaux bruts dépassant 1V. L'échelle ADC étant linéaire, 0V correspond à 0 coup ADC et 1V à 1023 qui est la valeur maximale lorsque l'on code sur 10 bits $2^{10}-1$. Si la valeur du signal brut dépasse 1023, il sature automatiquement à une valeur de 1023.

L'acquisition de données

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L'électronique associée à l'acquisition de données comprend notamment des mémoires tampon qui stockent pour chaque piste une valeur de piédestal $P_{DB}$ et un bruit $B_{DB}$. Ces deux informations sont chargées en mémoire à l'initialisation de la prise de données. L'acquisition de données a deux rôles principaux, d'une part elle soustrait le piédestal $P_{DB}$ aux données brutes, puis les signaux résultants subissent le test en signal sur bruit suivant:

$$\frac{S_{ADC}-P_{DB}}{B_{DB}}\ge Coupure_{DAQ}$$

Les signaux qui franchissent cette coupure seront ultérieurement enregistrés. C'est cette coupure qui permet de n'autoriser que moins de 8% des signaux à être sauvegardés, elle est ajustée de manière à maximiser la quantité d'informations stockées tout en accordant une marge de sécurité. La deuxième tâche de l'acquisition de données consiste à compresser les données restantes. En pratique, ces signaux sont convertis d'un chiffrage sur 10 à 8 bits. La fonction de compression n'est actuellement pas définie. Nous utiliserons donc une conversion linéaire qui n'est cependant pas optimale puisque la valeur la plus probable de la distribution des signaux se situe autour de la MIP. Une échelle de conversion raisonnable devrait compresser plus fortement les forts signaux que ceux situés autour de la MIP de façon à perdre le moins d'information possible. Cependant, nous utiliserons la conversion suivante :

$$S^{COMP}_{ADC} = S_{ADC}*\frac{255}{1023}$$