2006-10-11 - Rapport mission - UCSD - A. Blecha
20061011 Version préliminaire AB
/net/dejanire/export/diskA/WWW/Public/La_Silla/BDD_documentation/blecha/rapportMission.html
http://obswww.unige.ch/La_Silla/BDD_documentation/rapportMission.html
Test du système sans CCD (validation de réception)
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Conditions de mesure:
- glspc6 relié par fibre optique au contrôleur UCSD avec son alimentation
- pré-amplificateur terminé avec le bouchon qui met l'entrée du signal à la masse
(donc pas de signal CCD à l'entrée même quand le CCD est connecté)
- CCD connecte ou non connecte
tout le matériel nouveau est disposé parterre autour du rack C2
Le système fonctionne avec le SW pré-installé et on l'utilise comme:
source /$T4HOME/scripts/new_c2.csh
setenv INSTRUMENT camera2
imager
Mesure du bruit:
amc /voff=0,0
gain /set=1,10
@netflux 0 1 10
sans le CCD avec le CCD connecté (clock + voltages statiques)
noiselec noiselec
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2.13 2.07
2.12 2.09
Le bruit du système est donc de 2e en mode de lecture "slow" significativement plus faible qu'a Genève (2.95e)
Intégration dans C2
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sigma0 est à multiplier par 1.7 pour obtenir le bruit en [e], mesure sur l'ampli "__L" en mode "slow"
sigma0 conditions
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1.3 parterre sans connections au dewar
3.5 câble statique branché sans CCD
9.4 câble dynamique branché sans CCD
13.0 CCD branché, shutter mis à la masse
11.5 même que précédent avec alimentation a la masse et contrôleur hors cadre
on constate que dès le branchement des câbles, en particulier du câble dynamique qui transporte le signal, les
conditions se dégradent pour atteindre 1.7*11.5 =~ 20e lorsque l'instrument est monté
Comparaison sortie CCD "__L" et "__R"
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sortie gain avec ct=0 pg=2 it=5.1 bruit e/pixel
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"__L" 2.1 20
"__R" 2.3 27
la sortie "__L" a moins de bruit, mais un overscan qui varie fortement du début a la fin (de bas vers le haut) par
rapport au bias sur la partie active
Gradient de la différence du BIAS entre la partie active et l'overscan
mode t-lecture différence en haut en bas
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slow 64 60 7
fast 30 60 8
fastobscurci 30 58 8
fastR 31 10 1
slowR 64 8 0
Comparaison avec Astrocam et le choix du FET de sortie sur le chip
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Remontage du système d'Astrocam avec les deux contrôleurs en marche parterre
Astrocam connecté sur le dewar avec gain /set=3,4 temps d'intégration 4.2[ musec] gain mesure 1.9
et flux ~ 9000 e/pixel.sec
bruit [e] conditions
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8 alimentation UCSD déclenchée ou hors cadre, clock || période 200 [musec] (utilisé par UCSD)
8 alimentation UCSD déclenchée ou hors cadre, clock || période 800 [musec]
24 allim UCSD enclenchée dans le cadre, contrôleur arrêté
60 allim UCSD enclenchée dans le cadre + contrôleur active "idle" (allim chargée)
En passant on s'assure que:
1. la procédure du calcul de gain @netflux mesure approximativement le même flux en [e/sec] avec les deux systèmes
on a bien 16400*0.55=9020 [e] pour UCSD et 4640*1.9=8816 [e] pour Astrocam.
On vérifie également la calibration gain ADU du UCSD comme:
gain0/((ct+(1-ct)*ct01)*pg*it/0.5) ct=0,1 pg=1,2,4.5,9.5 it=1.3,5.1
notation du fichier .waveform: ct ~ D_TIME, pg ~ D_PGAI, it ~ INT_TIM
avec les constantes gain0=9.4 ct01=0.21
2. La sortie "C" en usage avec Astrocam correspond au "__R" ou encore "B" du fichier de .waveforms de UCSD; la
notation utilisée sur le bord du pré-amplificateur Astrocam est celle de la documentation Tek2048. ATTENTION, elle
est inversée par rapport a la documentation SITe dont "B" correspond au "C" du Tek2048
3. les images prises avec "B" d'Astrocam présentent aussi des défauts de BIAS mais différent de ceux prise avec UCSD
avec "__L"; le signal avec Astrocam est variable en bas de l'image
/gls/data/services/DATA/images/AstromedSortieCTP800001.fits
Le choix "C" Astrocam alias "__R" UCSD est valide
Tentative de la réduction du bruit avec contrôleur UCSD
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On utilise la sortie "__R" et le mode slow (en fait on travail sur le fichier SITe424timFast.waveforms). On modifie des
conditions d'acquisitions et on examine le bruit qui est mesuré uniquement sur le BIAS avec un gain e/ADU standard
(légèrement trop petit):
conditions noiselec
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standard 24
TG_LO -8.5 au lieu -7 23.5
P3=P12 23.7
RG_HI 12 au lieu de 10 23.6
SW quasi simult avec S3 23.9
S_DELAY 100000 au lieu 080000 26.0
S_DELAY 040000 au lieu 080000 23.0 problème de transfert de charge
Pclock repete 5x au lieu 3x 23
P_DELAY FF au lieu B0 23
P_DELAY 7F au lieu B0 23
Diverses modifications du waveforme série ou || ne changent rien non plus:
RG selon document SITE
réduction du temps entre fin d'intégration de référence et dump de la charge du SW
TG lower (inutilisé) toujours sur TG_LO
ccd /noidle
Changement de la capacité du couplage a l'entrée du pré-amplificateur de 100 nF à 1nF augmente fortement le bruit
On expérimente avec la séquence de lecture (.waveform) en introduisant des délais avant les intégrations (settle
time), déplaçant le RG juste avant l'intégration de référence et en introduisant le délai après la séquence des clocks
sans obtenir une réduction significative du bruit.
Finalement on vérifie a l'oscillo en examinant les signaux sur le videoboard de UCSD que notre compréhension des
divers éléments du fichier de configuration du waveform est juste.
ATTENTION: On constate que lors du boot du système UCSD ou reload du programme DSP, l'électronique met ~ 60 sec pour
se stabiliser alors que le download rend la main immédiatement.
Tentative d'utiliser le contrôleur UCSD sans le circuit de mise en forme des clocks rajouté par OBS.
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Dès la réception du système UCSD à Genève on a constaté que les signaux des clocks ont des temps de transition trop
rapides - de l'ordre de 40 nsec (1 coup d'horloge du système) - hors des spécification pour le chip SITe et qui ne
permettaient pas de lire le chip correctement. CM a conçu les circuits d'adaptation qui utilisent l'alimentation UCSD
et tout ce qui précède a été fait avec le système modifié. Une tentative humble a consistait à revenir au système
d'origine et d'essayer ajuster les paramètres tout en sachant que les signaux rapide génèrent énormément de bruit
entre eux et forcement aussi au niveau du signal à mesurer.
Avec le système d'origine on constate que:
- il faut rallonger S-clock de 0.32 à 1.28 [musec] (S_DELAY de 080000 à 200000) pour obtenir une image qui a une
allure correcte
- le bruit est comparable à celui obtenu avec le système modifié OBS mais augmente avec la réduction du temps
d'échantillonage (D_ITIM); c'est un comportement correcte pour un bruit "blanc"
- le gain e/ADU mesure à partir du signal/variance est ~ 4x plus élevé qu'avec le système modifié dans les mêmes
conditions (même temps d'échantillonage, gain programmable et la constante de temps de la chaîne vidéo). Cela
signifie qu'un électron sur 4 est mesuré les 3 autres étant perdu en route.
Introduction d'un délai entre les clocks ou le ralentissement supplémentaires de la lecture n'améliore pas le
résultat. Un examen des signaux à l'oscillo confirme le chaos généré dans la chaîne vidéo par les haute fréquences.
Problèmes avec le système Astrocam
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Lors de la remise de l'ancien système C2 (Astrocam) un circuit dans le controlleur (#2) a grillé lors de la mise sous
tension. Après l'inspection, on a constaté que le même circuit a déjà été objet des réparations. Lors de la
tentative d'utiliser un autre controleur celui-ci a làché à son tour. N'ayant plus de controlleur de rechange nous
devons abandoner le retour à la solution Astrocam et nous remontons le nouveau controleur. Après les recherches
infructueuses des circuits de remplacement dans les labo de l'ESO CM retourne à Genève avec
deux plaque d'électronique à réparer.
Mise en service du nouveau controleur sur le télescope.
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Le système est pour la première fois mis en service sur le télescope après le départ de CM. On fait des mesures du
bruit et on constate une nette diminution par rapport au mesure effectuées en salle de controle. On a, en mode "slow"
(même vitesse que fast avec Astrocam), un bruit 13-14e au lieu des 20e au labo. Finalement on trouve que la manière
d'enficher le connecteur "signaux statique" D15 à la sortie du préamplificateur vers le dewar influence fortement le
bruit, chose pas très surprenante car le signal du CCD passe par ce connecteur.
C'est la bonne surprise mais manifestement le bruit résiduel en exces par rapport au 8-9e nominaux n'a pas la même
origine.
A ce stade nous jugeons que le système est viable et nous commencons les nuits d'observation. Nous constatons que
le nouveau système est plus stable et après 3 nuits nous n'observons aucun phenomène transitoire qu'avec l'ancien
controleur.
Investigation du bruit résiduel
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Suite au discussion avec Peter Sinclair de l'ESO nous procédons au test supplémenatires resumés en anglais (pour que le fournisseur du système et PS puisse les lire) ici.
Conclusions ----------- Le nouveau système est opérationnel, temporairement avec un plus grand bruit, mais fonctionant de facon plus regulière. L'utilisation et fonctionnalités sont inchangés par rapport à l'ancien système. Une href ="UsersC2new.html">notice permettant une utilisation optimal en l'état est mise à disposition des utilisateurs. Nous ramenons à Genève le préamplificateur de rechange afin d'améliorer le filtrage des tensions statique. Une mission urgente va être agendéé pour mettre le préamplificateur modifié en service. Une évaluation de la stabilité qualité photométrique est en cours.