Kurzfassung
In den kommenden Jahren wird der Large Hadron Collider aufgerüstet und der sogenannte Hochluminositätsbetrieb beginnen. Aufgrund der erhöhten Strahlenbelastung und Teilchenzahldichten ist geplant ebenfalls alle Experimente entsprechend zu erweitern, damit sie den neuen Bedingungen gewachsen sind. So wird der Spurdetektor des CMS Experiments vollständig ersetzt, wobei ein neues Modulkonzept in der äußeren Region dieses Detektors zum Einsatz kommen wird, um Teilchen mit hohem Transversalimpuls bereits auf dem Modul zu selektieren und die entsprechende Information an das Triggersystem weiterzuleiten.
Um die Prototypenentwicklung und das Testen der Module während der Massenproduktion zu ermöglichen, wurde als Zwischenstufe im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Datenerfassungssystem mit dem Namen μDTC entwickelt. Dieses System erlaubt es, Prototypen zu konfigurieren, zu überwachen und auszulesen. Des Weiteren stellt das System die notwendige Infrastruktur zur Bestimmung der Qualität der Module zur Verfügung. Die vorliegende Arbeit beschreibt das Upgrade des CMS Spurdetektors und befasst sich dabei sowohl mit den bereits existierenden Modulprototypen, als auch mit der Struktur der FPGA Firmware, die für das μDTC entwickelt wurde. Eine Reihe von Teststrahlmessungen wurde durchgeführt, bei denen das zugesandte Datenerfassungssystem benutzt wurde. Die Resultate zweier dieser Teststrahlmessungen werden im Detail beschrieben.
The CMS detector at the LHC is foreseen to experience a major upgrade in order to cope with increased radiation flux due to the high-luminosity operation phase of the accelerator. The CMS tracker will be replaced completely, introducing a new module concept in the outer part of the subsystem, which will exploit the strong magnetic field inside the CMS detector to select high transverse momentum particles locally and send the corresponding information to the triggering system thus enhancing the efficiency of the latter. In order to allow for module prototyping and production testing, an intermediate DAQ system, referred to as μDTC, was developed in the scope of this thesis. The system allows for prototype configuration, control, monitoring and read-out, and provides all the necessary infrastructure for the module qualification. This thesis describes the upgrade project with a focus on the existing module prototypes and the structure of the FPGA firmware developed for the μDTC. A sequence of test beam measurement campaigns was carried out using the aforementioned DAQ system, and the results obtained from two of them are described in detail in the text.