Calibration d’AMBRE 2

A présent que la réalisation du prototype a été présentée, il reste à étudier les performances de celui- ci lors de calibrations sous vide avec canons à particules. Mais avant cela, la prochaine partie s’intéresse au principe qui sera utilisé pour calibrer l’instrument. La première étape pour étalonner un instrument tel qu’AMBRE 2 est l’étude de l’étage front end afin de caractériser le bruit et la diaphonie, d’une part, mais aussi afin de trouver le point de fonctionnement optimal de l’instrument : tension de polarisation des détecteurs et seuils de l’ASIC. Pour ce dernier point, nous allons étudier et mettre en œuvre une nouvelle méthode d’analyse utilisée pour caractériser l’instrument FPI de la mission MMS (Gershman et al. [20]).

Les différentes sources de bruit présentes dans un instrument tel que AMBRE 2 peuvent être regroupées par catégories en fonction de leur localisation : au niveau de l’ESA, des MCP ou de l’ASIC, comme illustré sur la Figure 134-a [19]. La Figure 134-b montre la contribution de ces différents types de bruits sur la distribution des hauteurs d’impulsion mesurée par l’électronique front-end. La Figure 134-c présente le taux de comptage mesuré en sortie de l’ASIC dû aux différentes sources de bruits en fonction du seuil de l’ASIC. Ces taux de comptage ont obtenu en intégrant les distributions présentées en (b). Ces différentes sources font l’objet de l’étude de cette section.

Cette catégorie de bruit comprend le couplage entre entrée et sortie de l’ASIC (tracé bleu marine sur la Figure 134), le bruit dû au circuit de polarisation (tracé violet) et le bruit électronique présent sur la carte front end. Ces bruits ont pour effet de faire osciller (et déclencher) l’ASIC à sa fréquence maximale, comme illustré sur la Figure 134-c. Le seul moyen de s’en prémunir est d’avoir les seuils du front end à des valeurs toujours supérieures au niveau de bruit équivalent en charge. La caractérisation de ces sources de bruit se fait canon éteint, en mesurant les S-curve (nom donné au courbes de la Figure 134-c) avant et après avoir polarisé les MCP. L’obtention de tracés tels que ceux de la Figure 134-c permet de déterminer les seuils minimaux imposable à l’ASIC pour les mesures. Cette catégorie de bruit comprend (1) la propagation du nuage d’électrons entre les MCP et les anodes, qui peut s’étaler sur deux anodes (partageant alors la charge délivrée) lors de la détection de coups pour des azimuts moyens proches des valeurs inter-anodes (tracé mauve) et (2) le couplage capacitif entre anodes, qui a lui aussi pour effet de dévier une partie des charges pour les partager entre deux anodes (tracé vert).

signal utile tracé en rouge et celui induit par la diffusion des particules tracés en jaune et en orange. La distribution de charges produites par ce couplage étant identique à celle produite lors de la mesure du signal utile, qui est supprimé de manière empirique à partir des résultats d’étalonnage.

Configuration de l’étage front end

A présent que les différentes sources de bruit ont été rapidement présentées, cette partie s’intéresse à la manière de choisir les seuils de chaque voie de l’ASIC et la tension de polarisation des MCP. Ceci permet d’obtenir une configuration optimale de l’instrument en fonction des différents couplages, comme décrit par Gershman et al. [20]. Le principe consiste à caractériser les anodes (avec le crosstalk) en mesurant les S-Curve pour chaque azimut (correspondant aux centres des anodes afin d’éviter la diaphonie due à l’étendue du nuage d’électrons entre les MCP et les anodes (𝜒𝜒Avec ces mesures, il est possible de connaitre la plage de seuil qui permet d’éviter les oscillations et la diaphonie dues au couplage capacitif. Cette plage de seuil correspond à la zone des S-curve où le taux de comptage du signal utile est maximum (plateau de la courbe rouge), et où le taux de comptage de l’anode voisine (bruitée) est sur le plateau minimum (courbe grise), comme illustré sur la Figure 135-a avec la zone encadrée entre les pointillés bleu et notée « operating threshold ».

L’objectif pour la configuration du front end est de trouver la tension de polarisation avec les seuils optimaux qui permettent de mesurer tout le signal utile en s’affranchissant de la diaphonie, et ceci pour toutes les anodes. La détermination de la configuration optimale se fait en mesurant le taux de comptage sur toutes les voies, et en balayant le canon sur toute la plage d’azimut de l’instrument (Figure 135-b). Dans le cas optimal, deux plateaux doivent être observés. Le premier plateau (P1 : avec le taux de comptage maximal) correspond à la mesure du signal et le second (P2 : croisement des courbes entre deux anodes) correspond au bruit dû à la diffusion des particules sur les anodes voisines (en amont des MCP), comme illustré sur la Figure 135-b [19].