Architecture and performance of the KM3NeT front-end firmware

Sebastiano Aiello; Arnauld Albert; Sergio Alves Garre; Zineb Aly; Fabrizio Ameli; Michel Andre; Giorgos Androulakis; Marco Anghinolfi; Mancia Anguita; Gisela Anton; Miquel Ardid; Julien Aublin; Christos Bagatelas; Giancarlo Barbarino; Bruny Baret; Suzan Basegmez Du Pree; Anastasios Belias; Meriem Bendahman; Edward Berbee; Ad M. van den Berg; Vincent Bertin; Vincent van Beveren; Simone Biagi; Andrea Biagioni; Matthias Bissinger; Markus Boettcher; Jihad Boumaaza; Mohammed Bouta; Mieke Bouwhuis; Cristiano Bozza; Horea Brânzas; Ronald Bruijn; Jurgen Brunner; Ernst-Jan Buis; Raffaele Buompane; Jose Busto; Barbara Caiffi; David Calvo; Antonio Capone; Victor Carretero; Paolo Castaldi; Silvia Celli; Mohamed Chabab; Nhan Chau; Andrew Chen; Silvio Cherubini; Vitaliano Chiarella; Tommaso Chiarusi; Marco Circella; Rosanna Cocimano; Joao A.B. Coelho; Alexis Coleiro; Marta Colomer Molla; Stephane Colonges; Rosa Coniglione; Imanol Corredoira; Paschal Coyle; Alexandre Creusot; Giacomo Cuttone; Antonio d'Amico; Antonio d'Onofrio; Richard Dallier; Mauro de Palma; Irene Di Palma; Antonio F. Díaz; Didac Diego-Tortosa; Carla Distefano; Alba Domi; Roberto Donà; Corinne Donzaud; Damien Dornic; Manuel Dörr; Doriane Drouhin; Thomas Eberl; Ahmed Eddyamoui; Thijs van Eeden; Daan van Eijk; Imad El Bojaddaini; Dominik Elsaesser; Alexander Enzenhoefer; Victor Espinosa Rosell; Paolo Fermani; Giovanna Ferrara; Miroslav D. Filipovic; Francesco Filippini; Luigi Antonio Fusco; Omar Gabella; Tamas Gal; Alfonso Andres Garcia Soto; Fabio Garufi; Yoann Gatelet; Nicole Geißelbrecht; Lucio Gialanella; Emidio Giorgio; Sara R. Gozzini; Rodrigo Gracia; Kay Graf; Dario Grasso; Giuseppe Grella; Daniel Guderian; Carlo Guidi; Steffen Hallmann; Hassane Hamdaoui; Hans van Haren; Aart Heijboer; Amar Hekalo; Juan J. Hernández-Rey; Jannik Hofestädt; Feifei Huang; Walid Idrissi Ibnsalih; Alin Ilioni; Giulia Illuminati; Clancy W. James; Peter Jansweijer; Maarten de Jong; Paul de Jong; Bouke Jisse Jung; Matthias Kadler; Piotr Kalaczyński; Oleg Kalekin; Uli F. Katz; Nafis R.Khan Chowdhury; Giorgi Kistauri; Frits van der Knaap; Els N. Koffeman; Paul Kooijman; Antoine Kouchner; Michael Kreter; Vladimir Kulikovskiy; Robert Lahmann; Giuseppina Larosa; Remy Le Breton; Ornella Leonardi; Francesco Leone; Emanuele Leonora; Jean Lesrel; Giuseppe Levi; Massimiliano Lincetto; Miles Lindsey Clark; Thomas Lipreau; Alessandro Lonardo; Fabio Longhitano; Daniel Lopez-Coto; Lukas Maderer; Jerzy M. Mańczak; Karl Mannheim; Annarita Margiotta; Antonio Marinelli; Christos Markou; Lilian Martin; Juan A. Martínez-Mora; Agnese Martini; Fabio Marzaioli; Stefano Mastroianni; Safaa Mazzou; Karel W. Melis; Gennaro Miele; Pasquale Migliozzi; Emilio Migneco; Piotr Mijakowski; Luis S.Miranda Palacios; Carlos M. Mollo; Mauro Morganti; Michael Moser; Abdelilah Moussa; Rasa Muller; David Muñoz Pérez; Paolo Musico; Mario Musumeci; Lodewijk Nauta; Sergio Navas; Carlo A. Nicolau; Brian Ó. Fearraigh; Mitchell O'Sullivan; Mukharbek Organokov; Angelo Orlando; Juan Palacios González; Gogita Papalashvili; Riccardo Papaleo; Cosimo Pastore; Alice M. Păun; Gabriela E. Păvălaş; Giuliano Pellegrini; Carmelo Pellegrino; Mathieu Perrin-Terrin; Paolo Piattelli; Camiel Pieterse; Konstantinos Pikounis; Ofelia Pisanti; Chiara Poirè; Vlad Popa; Thierry Pradier; Gerd Pühlhofer; Sara Pulvirenti; Omphile Rabyang; Fabrizio Raffaelli; Nunzio Randazzo; Soebur Razzaque; Diego Real; Stefan Reck; Giorgio Riccobene; Marc Richer; Stephane Rivoire; Alberto Rovelli; Francisco Salesa Greus; Dorothea F.E. Samtleben; Agustin Sánchez Losa; Matteo Sanguineti; Andrea E. Santangelo; Domenico Santonocito; Piera Sapienza; Jan-Willem Schmelling; Jutta Schnabel; Johannes Schumann; Jordan Seneca; Irene Sgura; Rezo Shanidze; Ankur Sharma; Francesco Simeone; Anna Sinopoulou; Bernardino Spisso; Maurizio Spurio; Dimitris Stavropoulos; Jos Steijger; Simona M. Stellacci; Mauro Taiuti; Yahya Tayalati; Enrique Tenllado; Tarak Thakore; Steven Tingay; Ekaterini Tzamariudaki; Dimitrios Tzanetatos; Veronique van Elewyck; George Vasileiadis; Federico Versari; Salvo Viola; Daniele Vivolo; Gwenhael de Wasseige; Jörn Wilms; Rafał Wojaczyński; Els de Wolf; Dmitry Zaborov; Sandra Zavatarelli; Angela Zegarelli; Daniele Zito; Juan D. de Dios Zornoza; Juan Zúñiga; Natalia Zywucka

doi:10.1117/1.JATIS.7.1.016001

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Architecture and performance of the KM3NeT front-end firmware

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Architecture and performance of the KM3NeT front-end firmware

Sebastiano Aiello, Arnauld Albert, Sergio Alves Garre, Zineb Aly, Fabrizio Ameli, Michel Andre, Giorgos Androulakis, Marco Anghinolfi, Mancia Anguita, Gisela Anton, …

J.Astron.Telesc.Instrum.Syst, Vol.7(1)

2021

DOI: https://doi.org/10.1117/1.JATIS.7.1.016001

Abstract

neutrino telescope

acquisition firmware

time to digital converters

KM3NeT

time-to-digital converter

photomultiplier

performance

data acquisition

FPGA

electronics: design

electronics: readout

The KM3NeT infrastructure consists of two deep-sea neutrino telescopes being deployed in the Mediterranean Sea. The telescopes will detect extraterrestrial and atmospheric neutrinos by means of the incident photons induced by the passage of relativistic charged particles through the seawater as a consequence of a neutrino interaction. The telescopes are configured in a three-dimensional grid of digital optical modules, each hosting 31 photomultipliers. The photomultiplier signals produced by the incident Cherenkov photons are converted into digital information consisting of the integrated pulse duration and the time at which it surpasses a chosen threshold. The digitization is done by means of time to digital converters (TDCs) embedded in the field programmable gate array of the central logic board. Subsequently, a state machine formats the acquired data for its transmission to shore. We present the architecture and performance of the front-end firmware consisting of the TDCs and the state machine.

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Title: Architecture and performance of the KM3NeT front-end firmware
Creators - without role: Sebastiano Aiello - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Arnauld Albert - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
Sergio Alves Garre - Instituto de Física Corpuscular
Zineb Aly - Aix-Marseille Université
Fabrizio Ameli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Michel Andre - Universitat Politècnica de Catalunya
Giorgos Androulakis - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
Marco Anghinolfi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Mancia Anguita - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Gisela Anton - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Miquel Ardid - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Julien Aublin - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Christos Bagatelas - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
Giancarlo Barbarino - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Bruny Baret - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Suzan Basegmez Du Pree - National Institute for Subatomic Physics
Anastasios Belias - Institute of Nuclear and Particle Physics
Meriem Bendahman - Centre de physique des particules de Marseille
Edward Berbee - Aix-Marseille Université
Ad M. van den Berg - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Vincent Bertin - Aix-Marseille Université
Vincent van Beveren - National Institute for Subatomic Physics
Simone Biagi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Andrea Biagioni - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Matthias Bissinger - Université de Haute-Alsace
Markus Boettcher - North-West University
Jihad Boumaaza - Mohammed V University
Mohammed Bouta - Université Mohammed VI des Sciences de la Santé
Mieke Bouwhuis - National Institute for Subatomic Physics
Cristiano Bozza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Horea Brânzas - Université de Strasbourg
Ronald Bruijn - National Institute for Subatomic Physics
Jurgen Brunner - Centre de physique des particules de Marseille
Ernst-Jan Buis - Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
Raffaele Buompane - University of Naples Federico II
Jose Busto - Centre de physique des particules de Marseille
Barbara Caiffi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
David Calvo - Instituto de Física Corpuscular
Antonio Capone - Université de Strasbourg
Victor Carretero - Instituto de Física Corpuscular
Paolo Castaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Silvia Celli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Mohamed Chabab - Cadi Ayyad University
Nhan Chau - AstroParticule et Cosmologie
Andrew Chen - University of the Witwatersrand
Silvio Cherubini - Université de Haute-Alsace
Vitaliano Chiarella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Tommaso Chiarusi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Marco Circella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Rosanna Cocimano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Joao A.B. Coelho - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Alexis Coleiro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Marta Colomer Molla - AstroParticule et Cosmologie
Stephane Colonges - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Rosa Coniglione - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Imanol Corredoira - Instituto de Física Corpuscular
Paschal Coyle - Centre de physique des particules de Marseille
Alexandre Creusot - Université Paris Cité
Giacomo Cuttone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Antonio d'Amico
Antonio d'Onofrio
Richard Dallier - Nantes Université
Mauro de Palma - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Irene Di Palma
Antonio F. Díaz - Université de Haute-Alsace
Didac Diego-Tortosa - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Carla Distefano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Alba Domi - Université de Haute-Alsace
Roberto Donà - Centre de physique des particules de Marseille
Corinne Donzaud - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Damien Dornic - Centre de physique des particules de Marseille
Manuel Dörr - University of Würzburg
Doriane Drouhin - Université de Strasbourg
Thomas Eberl - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Ahmed Eddyamoui - Centre de physique des particules de Marseille
Thijs van Eeden - National Institute for Subatomic Physics
Daan van Eijk - National Institute for Subatomic Physics
Imad El Bojaddaini
Dominik Elsaesser - Université de Haute-Alsace
Alexander Enzenhoefer - Centre de physique des particules de Marseille
Victor Espinosa Rosell - Universitat Politècnica de València
Paolo Fermani - Université de Strasbourg
Giovanna Ferrara - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Miroslav D. Filipovic - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Francesco Filippini - Centre de physique des particules de Marseille
Luigi Antonio Fusco - Aix-Marseille Université
Omar Gabella - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Tamas Gal - Mohammed V University
Alfonso Andres Garcia Soto
Fabio Garufi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Yoann Gatelet - AstroParticule et Cosmologie
Nicole Geißelbrecht - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Lucio Gialanella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Emidio Giorgio - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sara R. Gozzini - Mohammed V University
Rodrigo Gracia - Aix-Marseille Université
Kay Graf - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Dario Grasso - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Giuseppe Grella - Université de Haute-Alsace
Daniel Guderian - University of Münster
Carlo Guidi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Steffen Hallmann - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Hassane Hamdaoui - Centre de physique des particules de Marseille
Hans van Haren - Université de Strasbourg
Aart Heijboer - National Institute for Subatomic Physics
Amar Hekalo - Université de Haute-Alsace
Juan J. Hernández-Rey
Jannik Hofestädt - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Feifei Huang - Aix-Marseille Université
Walid Idrissi Ibnsalih - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Alin Ilioni - AstroParticule et Cosmologie
Giulia Illuminati - Instituto de Física Corpuscular
Clancy W. James - Institute of Nuclear and Particle Physics
Peter Jansweijer - Aix-Marseille Université
Maarten de Jong
Paul de Jong - Aix-Marseille Université
Bouke Jisse Jung - National Institute for Subatomic Physics
Matthias Kadler - University of Würzburg
Piotr Kalaczyński - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Oleg Kalekin - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Uli F. Katz - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Nafis R.Khan Chowdhury - Université de Haute-Alsace
Giorgi Kistauri - Université de Strasbourg
Frits van der Knaap - Université de Strasbourg
Els N. Koffeman - National Institute for Subatomic Physics
Paul Kooijman - Université de Haute-Alsace
Antoine Kouchner - Institut Universitaire de France
Michael Kreter - North-West University
Vladimir Kulikovskiy - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Robert Lahmann - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Giuseppina Larosa - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Remy Le Breton - AstroParticule et Cosmologie
Ornella Leonardi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Francesco Leone - Université de Haute-Alsace
Emanuele Leonora - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Jean Lesrel - AstroParticule et Cosmologie
Giuseppe Levi - Centre de physique des particules de Marseille
Massimiliano Lincetto - Aix-Marseille Université
Miles Lindsey Clark - AstroParticule et Cosmologie
Thomas Lipreau - Aix-Marseille Université
Alessandro Lonardo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Fabio Longhitano - Université de Strasbourg
Daniel Lopez-Coto
Lukas Maderer - AstroParticule et Cosmologie
Jerzy M. Mańczak - Instituto de Física Corpuscular
Karl Mannheim - University of Würzburg
Annarita Margiotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Antonio Marinelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Christos Markou - Institute of Nuclear and Particle Physics
Lilian Martin - Aix-Marseille Université
Juan A. Martínez-Mora - Université de Haute-Alsace
Agnese Martini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Fabio Marzaioli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Stefano Mastroianni - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Safaa Mazzou - Université de Strasbourg
Karel W. Melis - National Institute for Subatomic Physics
Gennaro Miele - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Pasquale Migliozzi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Emilio Migneco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Piotr Mijakowski - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Luis S.Miranda Palacios - Aix-Marseille Université
Carlos M. Mollo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Mauro Morganti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Michael Moser
Abdelilah Moussa - North-West University
Rasa Muller - National Institute for Subatomic Physics
David Muñoz Pérez - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Paolo Musico - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Mario Musumeci - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Lodewijk Nauta - Aix-Marseille Université
Sergio Navas
Carlo A. Nicolau - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Brian Ó. Fearraigh - Aix-Marseille Université
Mitchell O'Sullivan
Mukharbek Organokov - Aix-Marseille Université
Angelo Orlando - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Juan Palacios González
Gogita Papalashvili - Tbilisi State University
Riccardo Papaleo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Cosimo Pastore - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Alice M. Păun - Université de Strasbourg
Gabriela E. Păvălaş - Université de Strasbourg
Giuliano Pellegrini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Carmelo Pellegrino - University of Bologna
Mathieu Perrin-Terrin - Aix-Marseille Université
Paolo Piattelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Camiel Pieterse - Instituto de Física Corpuscular
Konstantinos Pikounis - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
Ofelia Pisanti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Chiara Poirè - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Vlad Popa - Université de Strasbourg
Thierry Pradier - Aix-Marseille Université
Gerd Pühlhofer - Université de Haute-Alsace
Sara Pulvirenti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Omphile Rabyang - North-West University
Fabrizio Raffaelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Nunzio Randazzo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Soebur Razzaque - Aix-Marseille Université
Diego Real - Instituto de Física Corpuscular
Stefan Reck - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Giorgio Riccobene - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Marc Richer - Aix-Marseille Université
Stephane Rivoire - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Alberto Rovelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Francisco Salesa Greus
Dorothea F.E. Samtleben - Aix-Marseille Université
Agustin Sánchez Losa
Matteo Sanguineti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Andrea E. Santangelo - Université de Haute-Alsace
Domenico Santonocito - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Piera Sapienza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Jan-Willem Schmelling - Aix-Marseille Université
Jutta Schnabel - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Johannes Schumann - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Jordan Seneca - Aix-Marseille Université
Irene Sgura - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Rezo Shanidze - Tbilisi State University
Ankur Sharma - University of Pisa
Francesco Simeone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Anna Sinopoulou - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
Bernardino Spisso - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
Maurizio Spurio - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
Dimitris Stavropoulos - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
Jos Steijger - National Institute for Subatomic Physics
Simona M. Stellacci - Université de Haute-Alsace
Mauro Taiuti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
Yahya Tayalati - Mohammed V University
Enrique Tenllado - Universidad de Granada
Tarak Thakore - Universitat de València
Steven Tingay - International Centre for Radio Astronomy Research
Ekaterini Tzamariudaki - Institute of Nuclear and Particle Physics
Dimitrios Tzanetatos - Institute of Nuclear and Particle Physics
Veronique van Elewyck - Université Paris Cité
George Vasileiadis - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Federico Versari - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
Salvo Viola - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
Daniele Vivolo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
Gwenhael de Wasseige - Centre National de la Recherche Scientifique
Jörn Wilms - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Rafał Wojaczyński
Els de Wolf - National Institute for Subatomic Physics
Dmitry Zaborov - Kurchatov Institute
Sandra Zavatarelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Angela Zegarelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
Daniele Zito - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
Juan D. de Dios Zornoza - Instituto de Física Corpuscular
Juan Zúñiga - Instituto de Física Corpuscular
Natalia Zywucka - North-West University
Publication Details: J.Astron.Telesc.Instrum.Syst, Vol.7(1)
Identifiers: 9933971209311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-03210384