The DAQ and control system for the CMS Phase-1 pixel detector upgrade

Journal Article · Tue Oct 15 00:00:00 EDT 2019 · Journal of Instrumentation

DOI:https://doi.org/10.1088/1748-0221/14/10/P10017· OSTI ID:1592158

Adam, W.; Bergauer, T.; Blöch, D.; Brondolin, E.; Dragicevic, M.; Frühwirth, R.; Hinger, V.; Steininger, H.; Beaumont, W.; Croce, D. Di; Janssen, X.; Lauwers, J.; Mechelen, P. Van; Remortel, N. Van; Blekman, F.; Chhibra, S. S.; Clercq, J. De; D'Hondt, J.; Lowette, S.; Marchesini, I. ; Moortgat, S.; Python, Q.; Skovpen, K.; Bols, E. SØrensen; Mulders, P. Van; Allard, Y.; Beghin, D.; Bilin, B.; Brun, H.; Clerbaux, B.; Lentdecker, G. De; Delannoy, H.; Deng, W.; Favart, L.; Goldouzian, R.; Grebenyuk, A.; Kalsi, A.; Makarenko, I.; Moureaux, L.; Popov, A.; Postiau, N.; Robert, F.; Song, Z.; Thomas, L.; Vanlaer, P.; Vannerom, D.; Wang, Q.; Wang, H.; Yang, Y.; Bondu, O.; Bruno, G.; Caputo, C.; David, P.; Delaere, C.; Delcourt, M.; Giammanco, A.; Krintiras, G.; Lemaitre, V.; Magitteri, A.; Piotrzkowski, K.; Saggio, A.; Szilasi, N.; Marono, M. Vidal; Vischia, P.; Zobec, J.; Brigljević, V.; Ceci, S.; Ferenček, D.; Roguljić, M.; Starodumov, A.; Šuša, T.; Eerola, P.; Heikkilä, J.; Brücken, E.; Lampén, T.; Luukka, P.; Martikainen, L.; Tuominen, E.; Tuuva, T.; Agram, J. -L.; Andrea, J.; Bloch, D.; Bonnin, C.; Bourgatte, G.; Brom, J. -M.; Chabert, E.; Charles, L.; Dangelser, E.; Gelé, D.; Goerlach, U.; Gross, L.; Hosselet, J.; Krauth, M.; Tonon, N.; Baulieu, G.; Boudoul, G.; Caponetto, L.; Chanon, N.; Contardo, D.; Dené, P.; Dupasquier, T.; Galbit, G.; Lumb, N.; Mirabito, L.; Nodari, B.; Perries, S.; Donckt, M. Vander; Viret, S.; Autermann, C.; Feld, L.; Karpinski, W.; Kiesel, M. K.; Klein, K.; Lipinski, M.; Meuser, D.; Ostapchuk, A.; Pauls, A.; Pierschel, G.; Preuten, M.; Rauch, M.; Röwert, N.; Schael, S.; Schulz, J.; Schwering, G.; Teroerde, M.; Wlochal, M.; Zhukov, V.; Dziwok, C.; Fluegge, G.; Müller, T.; Pooth, O.; Stahl, A.; Ziemons, T.; Aldaya, M.; Asawatangtrakuldee, C.; Eckerlin, G.; Eckstein, D.; Eichhorn, T.; Gallo, E.; Guthoff, M.; Haranko, M.; Harb, A.; Keaveney, J.; Kleinwort, C.; Mankel, R.; Maser, H.; Meyer, M.; Missiroli, M.; Muhl, C.; Mussgiller, A.; Pitzl, D.; Reichelt, O.; Savitskyi, M.; Schuetze, P.; Stever, R.; Walsh, R.; Zuber, A.; Benecke, A.; Biskop, H.; Buhmann, P.; Ebrahimi, A.; Eich, M.; Feindt, F.; Froehlich, A.; Garutti, E.; Gunnellini, P.; Haller, J.; Hinzmann, A.; Kasieczka, G.; Klanner, R.; Kutzner, V.; Lange, T.; Matysek, M.; Mrowietz, M.; Niemeyer, C.; Nissan, Y.; Pena, K.; Perieanu, A.; Rieger, O.; Schleper, P.; Schwandt, J.; Schwarz, D.; Sonneveld, J.; Steinbrück, G.; Tews, A.; Vormwald, B.; Wellhausen, J.; Zoi, I.; Abbas, M.; Ardila, L.; Balzer, M.; Barth, C.; Barvich, T.; Baselga, M.; Blank, T.; Bögelspacher, F.; Butz, E.; Caselle, M.; Boer, W. De; Dierlamm, A.; Morabit, K. El; Gosewisch, J. -O.; Hartmann, F.; Husemann, U.; Koppenhöfer, R.; Kudella, S.; Maier, S.; Mallows, S.; Metzler, M.; Muller, Th.; Neufeld, M.; Nürnberg, A.; Sander, O.; Schell, D.; Schröder, M.; Schuh, T.; Shvetsov, I.; Simonis, H. -J.; Steck, P.; Wassmer, M.; Weber, M.; Weddigen, A.; Anagnostou, G.; Asenov, P.; Assiouras, P.; Daskalakis, G.; Kyriakis, A.; Loukas, D.; Paspalaki, L.; Balázs, T.; Siklér, F.; Vámi, T.; Veszprémi, V.; Bhardwaj, A.; Jain, C.; Jain, G.; Ranjan, K.; Bhattacharya, R.; Dutta, S.; Chowdhury, S. Roy; Saha, G.; Sarkar, S.; Cariola, P.; Creanza, D.; de Palma, M.; Robertis, G. De; Fiore, L.; Ince, M.; Loddo, F.; Maggi, G.; Martiradonna, S.; Mongelli, M.; My, S.; Selvaggi, G.; Silvestris, L.; Albergo, S.; Costa, S.; Mattia, A. Di; Potenza, R.; Saizu, M. A.; Tricomi, A.; Tuve, C.; Barbagli, G.; Brianzi, M.; Cassese, A.; Ceccarelli, R.; Ciaranfi, R.; Ciulli, V.; Civinini, C.; D'Alessandro, R.; Focardi, E.; Latino, G.; Lenzi, P.; Meschini, M.; Paoletti, S.; Russo, L.; Scarlini, E.; Sguazzoni, G.; Viliani, L.; Cerchi, S.; Ferro, F.; Mulargia, R.; Robutti, E.; Brivio, F.; Dinardo, M. E.; Dini, P.; Gennai, S.; Guzzi, L.; Malvezzi, S.; Menasce, D.; Moroni, L.; Pedrini, D.; Zuolo, D.; Azzi, P.; Bacchetta, N.; Bisello, D.; Dorigo, T.; Pozzobon, N.; Tosi, M.; Canio, F. De; Gaioni, L.; Manghisoni, M.; Ratti, L.; Re, V.; Riceputi, E.; Traversi, G.; Baldinelli, G.; Bianchi, F.; Biasini, M.; Bilei, G. M.; Bizzaglia, S.; Caprai, M.; Cecchi, C.; Checcucci, B.; Ciangottini, D.; Fanò, L.; Farnesini, L.; Ionica, M.; Leonardi, R.; Manoni, E.; Mantovani, G.; Mariani, V.; Menichelli, M.; Morozzi, A.; Moscatelli, F.; Passeri, D.; Placidi, P.; Rossi, A.; Santocchia, A.; Spiga, D.; Storchi, L.; Turrioni, C.; Androsov, K.; Azzurri, P.; Bagliesi, G.; Basti, A.; Beccherle, R.; Bertacchi, V.; Bianchini, L.; Boccali, T.; Borrello, L.; Bosi, F.; Castaldi, R.; Ciocci, M. A.; Dell'Orso, R.; Fedi, G.; Fiori, F.; Giannini, L.; Giassi, A.; Grippo, M. T.; Ligabue, F.; Magazzu, G.; Manca, E.; Mandorli, G.; Mazzoni, E.; Messineo, A.; Moggi, A.; Morsani, F.; Palla, F.; Palmonari, F.; Raffaelli, F.; Rizzi, A.; Spagnolo, P.; Tenchini, R.; Tonelli, G.; Venturi, A.; Verdini, P. G.; Bellan, R.; Costa, M.; Covarelli, R.; Dellacasa, G.; Demaria, N.; Salvo, A. Di; Mazza, G.; Migliore, E.; Monteil, E.; Pacher, L.; Paterno, A.; Rivetti, A.; Solano, A.; Simelevicius, D.; Rivera, E. Curras; Campderros, J. Duarte; Fernandez, M.; Gomez, G.; Sanchez, F. J. Gonzalez; Echeverria, R. Jaramillo; Moya, D.; Jimenez, E. Silva; Vila, I.; Virto, A. L.; Abbaneo, D.; Ahmed, I.; Akgun, B.; Albert, E.; Auzinger, G.; Bendotti, J.; Berruti, G.; Blanchot, G.; Boyer, F.; Caratelli, A.; Ceresa, D.; Christiansen, J.; Cichy, K.; Daguin, J.; Deelen, N.; Detraz, S.; Deyrail, D.; Dobson, M.; Emriskova, N.; Engegaard, B.; Faccio, F.; Filenius, A.; Frank, N.; French, T.; Fulcher, J.; Gajanec, R.; Gigi, D.; Glege, F.; Hansen, M.; Hegeman, J.; Honma, A.; Hugo, G.; Hulek, W.; Casas, L. M. Jara; Kaplon, J.; Kloukinas, K.; Kornmayer, A.; Koss, N.; Kottelat, L.; Koukola, D.; Kovacs, M.; Rosa, A. La; Lenoir, P.; Loos, R.; Marchioro, A.; Marconi, S.; Meijers, F.; Mersi, S.; Meschi, E.; Michelis, S.; Martin, C. Nieto; Onnela, A.; Orfanelli, S.; Orsini, L.; Pakulski, T.; Perez, A.; Gomez, F. Perez; Pernot, J. -F.; Petagna, P.; Piazza, Q.; Postema, H.; Prousalidi, T.; Rico, R. Puente; Racz, A.; Labaza, A. Remigiusz; Sakulin, H.; Scarfí, S.; Spathopoulos, S.; Sroka, S.; Tropea, P.; Troska, J.; Tsirou, A.; Vasey, F.; Vichoudis, P.; Bertl, W.; Caminada, L.; Deiters, K.; Erdmann, W.; Horisberger, R.; Kaestli, H. -C.; Kotlinski, D.; Langenegger, U.; Meier, B.; Rohe, T.; Streuli, S.; Bachmair, F.; Backhaus, M.; Becker, R.; Berger, P.; di Calafiori, D.; Djambazov, L.; Donega, M.; Grab, C.; Hits, D.; Hoss, J.; Lustermann, W.; Masciovecchio, M.; Meinhard, M.; Perovic, V.; Perozzi, L.; Ristic, B.; Roeser, U.; Ruini, D.; Tavolaro, V.; Wallny, R.; Zhu, D.; Aarrestad, T.; Amsler, C.; Bösiger, K.; Canelli, F.; Chiochia, V.; Cosa, A. De; Burgo, R. Del; Galloni, C.; Kilminster, B.; Leontsinis, S.; Maier, R.; Rauco, G.; Robmann, P.; Takahashi, Y.; Zucchetta, A.; Chen, P. -H.; Hou, W. -S.; Lu, R. -S.; Moya, M.; Tsai, J. F.; Burns, D.; Clement, E.; Cussans, D.; Goldstein, J.; Nasr-Storey, S. Seif El; Coughlan, J. A.; Harder, K.; Manolopoulos, K.; Tomalin, I. R.; Bainbridge, R.; Borg, J.; Hall, G.; James, T.; Pesaresi, M.; Summers, S.; Uchida, K.; Cole, J.; Hoad, C.; Hobson, P.; Reid, I. D.; Bartek, R.; Dominguez, A.; Uniyal, R.; Demiragli, Z.; Hazen, E.; Rohlf, J.; Altopp, G.; Burkle, B.; Chen, C.; Coubez, X.; Duh, Y. -T.; Hadley, M.; Heintz, U.; Hinton, N.; Hogan, J.; Korotkov, A.; Lee, J.; Narain, M.; Sagir, S.; Spencer, E.; Syarif, R.; Truong, V.; Usai, E.; Voelker, J.; Chertok, M.; Conway, J.; Funk, G.; Jensen, F.; Lander, R.; Macauda, S.; Pellett, D.; Thomson, J.; Yohay, R.; Zhang, F.; Erhan, S.; Hanson, G.; Si, W.; Gerosa, R.; Holzner, A.; Krutelyov, S.; Sharma, V.; Yagil, A.; Colegrove, O.; Dutta, V.; Gouskos, L.; Incandela, J.; Kyre, S.; Qu, H.; Quinnan, M.; White, D.; Cumalat, J. P.; Ford, W. T.; MacDonald, E.; Perloff, A.; Stenson, K.; Ulmer, K. A.; Wagner, S. R.; Alexander, J.; Cheng, Y.; Chu, J.; Conway, J.; Cranshaw, D.; Datta, A.; McDermott, K.; Monroy, J.; Padilla, Y. Bordlemay; Quach, D.; Rinkevicius, A.; Ryd, A.; Skinnari, L.; Soffi, L.; Strohman, C.; Tao, Z.; Thom, J.; Tucker, J.; Wittich, P.; Zientek, M.; Alyari, M.; Bakshi, A.; Bolla, G.; Burkett, K.; Butler, J. N.; Canepa, A.; Cheung, H. W. K.; Chramowicz, J.; Derylo, G.; Ghosh, A.; Gingu, C.; Gonzalez, H.; Grünendahl, S.; Hasegawa, S.; Hoff, J.; Johnson, M.; Lei, C. M.; Lipton, R.; Liu, M.; Los, S.; Matulik, M.; Merkel, P.; Mommsen, R.; Nahn, S.; Prosser, A.; Ravera, F.; Rivera, R.; Schneider, B.; Spalding, W. J.; Spiegel, L.; Timpone, S.; Uplegger, L.; Voirin, E.; Weber, H. A.; Zejdl, P.; Berry, D. R.; Chen, X.; Dittmer, S.; Evdokimov, A.; Evdokimov, O.; Gerber, C. E.; Hofman, D. J.; Mills, C.; Alhusseini, M.; Durgut, S.; Nachtman, J.; Onel, Y.; Rude, C.; Snyder, C.; Yi, K.; Eminizer, N.; Gritsan, A.; Maksimovic, P.; Roskes, J.; Swartz, M.; Xiao, M.; Baringer, P.; Bean, A.; Khalil, S.; Kropivnitskaya, A.; Majumder, D.; Schmitz, E.; Wilson, G.; Ivanov, A.; Mendis, R.; Mitchell, T.; Modak, A.; Skhirladze, N.; Taylor, R.; Acosta, J. G.; Cremaldi, L. M.; Oliveros, S.; Perera, L.; Summers, D.; Bloom, K.; Claes, D. R.; Fangmeier, C.; Golf, F.; Kravchenko, I.; Siado, J.; Iashvili, I.; Kharchilava, A.; McLean, C.; Nguyen, D.; Parker, A.; Pekkanen, J.; Rappoccio, S.; Hahn, K.; Liu, Y.; Sung, K.; Alimena, J.; Cardwell, B.; Francis, B.; Hill, C. S.; Malik, S.; Norberg, S.; Vargas, J. E. Ramirez; Das, S.; Jones, M.; Jung, A.; Khatiwada, A.; Negro, G.; Thieman, J.; Cheng, T.; Dolen, J.; Parashar, N.; Ecklund, K. M.; Freed, S.; Kilpatrick, M.; Nussbaum, T.; Demina, R.; Dulemba, J.; Hindrichs, O.; Bartz, E.; Gandrakotra, A.; Gershtein, Y.; Halkiadakis, E.; Hart, A.; Kyriacou, S.; Lath, A.; Nash, K.; Osherson, M.; Schnetzer, S.; Stone, R.; Eusebi, R.; D'Angelo, P.; Johns, W.; Padeken, K. O.; Karimeh, W.

In 2017 a new pixel detector was installed in the CMS detector. This so-called Phase-1 pixel detector features four barrel layers in the central region and three disks per end in the forward regions. The upgraded pixel detector requires an upgraded data acquisition (DAQ) system to accept a new data format and larger event sizes. A new DAQ and control system has been developed based on a combination of custom and commercial microTCA parts. Custom mezzanine cards on standard carrier cards provide a front-end driver for readout, and two types of front-end controller for configuration and the distribution of clock and trigger signals. Before the installation of the detector the DAQ system underwent a series of integration tests, including readout of the pilot pixel detector, which was constructed with prototype Phase-1 electronics and operated in CMS from 2015 to 2016, quality assurance of the CMS Phase-1 detector during its assembly, and testing with the CMS Central DAQ. This paper describes the Phase-1 pixel DAQ and control system, along with the integration tests and results. A description of the operational experience and performance in data taking is included.

• Research Organization: Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
• Contributing Organization: CMS collaboration
• Grant/Contract Number: AC02-07CH11359; SC0010005
• OSTI ID: 1592158
• Alternate ID(s): OSTI ID: 1600609
• Report Number(s): FERMILAB-PUB-19-654-CMS; oai:inspirehep.net:1760663; TRN: US2101837
• Journal Information: Journal of Instrumentation, Vol. 14, Issue 10; ISSN 1748-0221
• Publisher: Institute of Physics (IOP)
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

46 INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY
Data acquisition concepts
Detector control systems (detector and experiment monitoring and slow-control systems
architecture
hardware
algorithms
databases)
Modular electronics
Optical detector readout concepts
72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS