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Título: Projecto, validação e concretização do módulo MICTP do primeiro nível do filtro de eventos do detector ATLAS
Autor: Fernandes, Bruno Jesus Rodrigues
Orientador: Augusto, José António Soares, 1960-
Palavras-chave: Engenharia física
Teses de mestrado - 2009
Issue Date: 2009
Resumo: Na experiência ATLAS inserida no acelerador LHC do CERN, feixes de protões colidem 40 milhões de vezes por segundo, criando um fluxo de dados superior a 40 Terabyte/seg. Com o propósito de armazenar apenas os dados interessantes para a Física, foi projectado um filtro de eventos (trigger) que avalia em tempo real se a informação associada a uma dada colisão tem interesse científico. O sistema de trigger do ATLAS é composto por 3 etapas. Na primeira etapa, denominada First Level Trigger (FLT), é reduzida a taxa de informação de 40 MHz para 75 KHz, sendo todo o processo de selecção feito primariamente em hardware. O FLT recebe novos eventos a cada intervalo de 25 ns e tem de decidir rapidamente, em apenas 2.5 μs, se o evento deverá passar à segunda etapa do processo. O módulo MICTP, um dos dois subsistemas do FLT do ATLAS, está actualmente a ser re-projectado. O primeiro protótipo, com quase uma década, era constituído por 7 CPLDs (circuitos reconfiguráveis), enquanto que a placa onde o referido módulo vai agora ser aplicado contém uma única FPGA que implementa toda a lógica dos subsistemas e vai permitir a redução substancial da complexidade e do consumo de energia. As actividades relatadas neste documento consistem na validação e concretização do módulo MICTP, concluindo assim as actividades iniciadas pela escrita em VHDL das funções desse mesmo módulo, em 2008. O MICTP realiza a recepção e a formatação dos sinais provenientes do Central Trigger Processor (CTP) do ATLAS e do acelerador LHC, redistribui-os por todo o sistema MUCTPI, re-envia as multiplicidades dos muões candidatos provenientes dos 16 MIOCTs e monitoriza todo o módulo. O módulo possui uma RAM contendo dados de trigger e multiplicidades pré-configurados para efectuar testes, serve de interface com o dispositivo delay25 através de um controlador I2C e transmite informação para o módulo MIROD através da backplane MIBAK. As funções em VHDL são validadas a nível funcional e temporal através de simulações intensivas. Os resultados obtidos da síntese do código que constitui o MICTP têm que cumprir todos os requisitos impostos no projecto, nos quais se incluem a menor utilização de recursos da FPGA que seja possível e a satisfação das especificações temporais de recepção/emissão de dados para os outros blocos que integram a placa. Alcançados estes objectivos, é então desenvolvido o software de baixo nível que permite configurar o MICTP e são realizados testes em laboratório que avaliam o funcionamento do módulo na FPGA e aferem a comunicação deste com os restantes módulos com que interfaceia. Fazendo uma apreciação mais geral, conclui-se que este trabalho engloba todas as etapas incluídas na elaboração de um projecto de circuitos digitais em FPGAs, desde o estudo aprofundado de circuitos reconfiguráveis e de algumas das ferramentas modernas de projecto de electrónica, até ao desenvolvimento de competências na especificação de sistemas digitais complexos na linguagem VHDL, e à familiarização com a electrónica associada à detecção de muões e ao processamento de informação da experiência ATLAS.
Descrição: Tese de mestrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2009
URI: http://hdl.handle.net/10451/3681
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