TRD/AliTRDdigitizer.cxx

   1 /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
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   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
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   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /*
  17 $Log$
  18 Revision 1.20  2001/02/25 20:19:00  hristov
  19 Minor correction: loop variable declared only once for HP, Sun
  20
  21 Revision 1.19  2001/02/14 18:22:26  cblume
  22 Change in the geometry of the padplane
  23
  24 Revision 1.18  2001/01/26 19:56:57  hristov
  25 Major upgrade of AliRoot code
  26
  27 Revision 1.17  2000/12/08 12:53:27  cblume
  28 Change in Copy() function for HP-compiler
  29
  30 Revision 1.16  2000/12/07 12:20:46  cblume
  31 Go back to array compression. Use sampled PRF to speed up digitization
  32
  33 Revision 1.15  2000/11/23 14:34:08  cblume
  34 Fixed bug in expansion routine of arrays (initialize buffers properly)
  35
  36 Revision 1.14  2000/11/20 08:54:44  cblume
  37 Switch off compression as default
  38
  39 Revision 1.13  2000/11/10 14:57:52  cblume
  40 Changes in the geometry constants for the DEC compiler
  41
  42 Revision 1.12  2000/11/01 14:53:20  cblume
  43 Merge with TRD-develop
  44
  45 Revision 1.1.4.9  2000/10/26 17:00:22  cblume
  46 Fixed bug in CheckDetector()
  47
  48 Revision 1.1.4.8  2000/10/23 13:41:35  cblume
  49 Added protection against Log(0) in the gas gain calulation
  50
  51 Revision 1.1.4.7  2000/10/17 02:27:34  cblume
  52 Get rid of global constants
  53
  54 Revision 1.1.4.6  2000/10/16 01:16:53  cblume
  55 Changed timebin 0 to be the one closest to the readout
  56
  57 Revision 1.1.4.5  2000/10/15 23:34:29  cblume
  58 Faster version of the digitizer
  59
  60 Revision 1.1.4.4  2000/10/06 16:49:46  cblume
  61 Made Getters const
  62
  63 Revision 1.1.4.3  2000/10/04 16:34:58  cblume
  64 Replace include files by forward declarations
  65
  66 Revision 1.1.4.2  2000/09/22 14:41:10  cblume
  67 Bug fix in PRF. Included time response. New structure
  68
  69 Revision 1.10  2000/10/05 07:27:53  cblume
  70 Changes in the header-files by FCA
  71
  72 Revision 1.9  2000/10/02 21:28:19  fca
  73 Removal of useless dependecies via forward declarations
  74
  75 Revision 1.8  2000/06/09 11:10:07  cblume
  76 Compiler warnings and coding conventions, next round
  77
  78 Revision 1.7  2000/06/08 18:32:58  cblume
  79 Make code compliant to coding conventions
  80
  81 Revision 1.6  2000/06/07 16:27:32  cblume
  82 Try to remove compiler warnings on Sun and HP
  83
  84 Revision 1.5  2000/05/09 16:38:57  cblume
  85 Removed PadResponse(). Merge problem
  86
  87 Revision 1.4  2000/05/08 15:53:45  cblume
  88 Resolved merge conflict
  89
  90 Revision 1.3  2000/04/28 14:49:27  cblume
  91 Only one declaration of iDict in MakeDigits()
  92
  93 Revision 1.1.4.1  2000/05/08 14:42:04  cblume
  94 Introduced AliTRDdigitsManager
  95
  96 Revision 1.1  2000/02/28 19:00:13  cblume
  97 Add new TRD classes
  98
  99 */
 100
 101 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 102 //                                                                           //
 103 //  Creates and handles digits from TRD hits                                 //
 104 //                                                                           //
 105 //  The following effects are included:                                      //
 106 //      - Diffusion                                                          //
 107 //      - ExB effects                                                        //
 108 //      - Gas gain including fluctuations                                    //
 109 //      - Pad-response (simple Gaussian approximation)                       //
 110 //      - Electronics noise                                                  //
 111 //      - Electronics gain                                                   //
 112 //      - Digitization                                                       //
 113 //      - ADC threshold                                                      //
 114 //  The corresponding parameter can be adjusted via the various              //
 115 //  Set-functions. If these parameters are not explicitly set, default       //
 116 //  values are used (see Init-function).                                     //
 117 //  To produce digits from a root-file with TRD-hits use the                 //
 118 //  slowDigitsCreate.C macro.                                                //
 119 //                                                                           //
 120 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 121
 122 #include <stdlib.h>
 123
 124 #include <TMath.h>
 125 #include <TVector.h>
 126 #include <TRandom.h>
 127 #include <TROOT.h>
 128 #include <TTree.h>
 129 #include <TFile.h>
 130 #include <TF1.h>
 131
 132 #include "AliRun.h"
 133
 134 #include "AliTRD.h"
 135 #include "AliTRDhit.h"
 136 #include "AliTRDdigitizer.h"
 137 #include "AliTRDdataArrayI.h"
 138 #include "AliTRDdataArrayF.h"
 139 #include "AliTRDsegmentArray.h"
 140 #include "AliTRDdigitsManager.h"
 141 #include "AliTRDgeometry.h"
 142
 143 ClassImp(AliTRDdigitizer)
 144
 145 //_____________________________________________________________________________
 146 AliTRDdigitizer::AliTRDdigitizer():TNamed()
 147 {
 148   //
 149   // AliTRDdigitizer default constructor
 150   //
 151
 152   fInputFile      = NULL;
 153   fDigits         = NULL;
 154   fTRD            = NULL;
 155   fGeo            = NULL;
 156   fPRF            = NULL;
 157   fPRFsmp         = NULL;
 158   fTRF            = NULL;
 159   fTRFint         = NULL;
 160
 161   fEvent          = 0;
 162   fGasGain        = 0.0;
 163   fNoise          = 0.0;
 164   fChipGain       = 0.0;
 165   fSinRange       = 0.0;
 166   fSoutRange      = 0.0;
 167   fADCoutRange    = 0.0;
 168   fADCinRange     = 0.0;
 169   fADCthreshold   = 0;
 170   fDiffusionOn    = 0;
 171   fDiffusionT     = 0.0;
 172   fDiffusionL     = 0.0;
 173   fElAttachOn     = 0;
 174   fElAttachProp   = 0.0;
 175   fExBOn          = 0;
 176   fOmegaTau       = 0.0;
 177   fPRFOn          = 0;
 178   fTRFOn          = 0;
 179   fDriftVelocity  = 0.0;
 180   fPadCoupling    = 0.0;
 181   fTimeCoupling   = 0.0;
 182   fTimeBinWidth   = 0.0;
 183
 184   fPRFbin         = 0;
 185   fPRFlo          = 0.0;
 186   fPRFhi          = 0.0;
 187   fPRFwid         = 0.0;
 188   fPRFpad         = 0;
 189   fTRFbin         = 0;
 190   fTRFlo          = 0.0;
 191   fTRFhi          = 0.0;
 192   fTRFwid         = 0.0;
 193
 194   fCompress       = kTRUE;
 195   fVerbose        = 1;
 196   fSDigits        = kFALSE;
 197
 198 }
 199
 200 //_____________________________________________________________________________
 201 AliTRDdigitizer::AliTRDdigitizer(const Text_t *name, const Text_t *title)
 202                 :TNamed(name,title)
 203 {
 204   //
 205   // AliTRDdigitizer default constructor
 206   //
 207
 208   fInputFile     = NULL;
 209   fDigits        = NULL;
 210   fTRD           = NULL;
 211   fGeo           = NULL;
 212   fPRF           = NULL;
 213   fPRFsmp        = NULL;
 214   fTRF           = NULL;
 215   fTRFint        = NULL;
 216
 217   fEvent         = 0;
 218
 219   fCompress      = kTRUE;
 220   fVerbose       = 1;
 221   fSDigits       = kFALSE;
 222
 223   Init();
 224
 225 }
 226
 227 //_____________________________________________________________________________
 228 AliTRDdigitizer::AliTRDdigitizer(const AliTRDdigitizer &d)
 229 {
 230   //
 231   // AliTRDdigitizer copy constructor
 232   //
 233
 234   ((AliTRDdigitizer &) d).Copy(*this);
 235
 236 }
 237
 238 //_____________________________________________________________________________
 239 AliTRDdigitizer::~AliTRDdigitizer()
 240 {
 241   //
 242   // AliTRDdigitizer destructor
 243   //
 244
 245   if (fInputFile) {
 246     fInputFile->Close();
 247     delete fInputFile;
 248   }
 249
 250   if (fDigits) {
 251     delete fDigits;
 252   }
 253
 254   if (fPRF) delete fPRF;
 255   if (fTRF) delete fTRF;
 256
 257 }
 258
 259 //_____________________________________________________________________________
 260 AliTRDdigitizer &AliTRDdigitizer::operator=(const AliTRDdigitizer &d)
 261 {
 262   //
 263   // Assignment operator
 264   //
 265
 266   if (this != &d) ((AliTRDdigitizer &) d).Copy(*this);
 267   return *this;
 268
 269 }
 270
 271 //_____________________________________________________________________________
 272 void AliTRDdigitizer::Copy(TObject &d)
 273 {
 274   //
 275   // Copy function
 276   //
 277
 278   Int_t iBin;
 279
 280   ((AliTRDdigitizer &) d).fInputFile      = NULL;
 281   ((AliTRDdigitizer &) d).fDigits         = NULL;
 282   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRD            = NULL;
 283   ((AliTRDdigitizer &) d).fGeo            = NULL;
 284
 285   ((AliTRDdigitizer &) d).fEvent          = 0;
 286
 287   ((AliTRDdigitizer &) d).fGasGain        = fGasGain;
 288   ((AliTRDdigitizer &) d).fNoise          = fNoise;
 289   ((AliTRDdigitizer &) d).fChipGain       = fChipGain;
 290   ((AliTRDdigitizer &) d).fSoutRange      = fSoutRange;
 291   ((AliTRDdigitizer &) d).fSinRange       = fSinRange;
 292   ((AliTRDdigitizer &) d).fADCoutRange    = fADCoutRange;
 293   ((AliTRDdigitizer &) d).fADCinRange     = fADCinRange;
 294   ((AliTRDdigitizer &) d).fADCthreshold   = fADCthreshold;
 295   ((AliTRDdigitizer &) d).fDiffusionOn    = fDiffusionOn;
 296   ((AliTRDdigitizer &) d).fDiffusionT     = fDiffusionT;
 297   ((AliTRDdigitizer &) d).fDiffusionL     = fDiffusionL;
 298   ((AliTRDdigitizer &) d).fElAttachOn     = fElAttachOn;
 299   ((AliTRDdigitizer &) d).fElAttachProp   = fElAttachProp;
 300   ((AliTRDdigitizer &) d).fExBOn          = fExBOn;
 301   ((AliTRDdigitizer &) d).fOmegaTau       = fOmegaTau;
 302   ((AliTRDdigitizer &) d).fLorentzFactor  = fLorentzFactor;
 303   ((AliTRDdigitizer &) d).fDriftVelocity  = fDriftVelocity;
 304   ((AliTRDdigitizer &) d).fPadCoupling    = fPadCoupling;
 305   ((AliTRDdigitizer &) d).fTimeCoupling   = fTimeCoupling;
 306   ((AliTRDdigitizer &) d).fTimeBinWidth   = fTimeBinWidth;
 307   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFOn          = fPRFOn;
 308   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFOn          = fTRFOn;
 309
 310   ((AliTRDdigitizer &) d).fCompress       = fCompress;
 311   ((AliTRDdigitizer &) d).fVerbose        = fVerbose;
 312   ((AliTRDdigitizer &) d).fSDigits        = fSDigits;
 313
 314   fPRF->Copy(*((AliTRDdigitizer &) d).fPRF);
 315   fTRF->Copy(*((AliTRDdigitizer &) d).fTRF);
 316
 317   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFbin         = fPRFbin;
 318   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFlo          = fPRFlo;
 319   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFhi          = fPRFhi;
 320   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFwid         = fPRFwid;
 321   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFpad         = fPRFpad;
 322   if (((AliTRDdigitizer &) d).fPRFsmp) delete ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFsmp;
 323   ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFsmp = new Float_t[fPRFbin];
 324   for (iBin = 0; iBin < fPRFbin; iBin++) {
 325     ((AliTRDdigitizer &) d).fPRFsmp[iBin] = fPRFsmp[iBin];
 326   }
 327   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFbin         = fTRFbin;
 328   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFlo          = fTRFlo;
 329   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFhi          = fTRFhi;
 330   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFwid         = fTRFwid;
 331   if (((AliTRDdigitizer &) d).fTRFint) delete ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFint;
 332   ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFint = new Float_t[fTRFbin];
 333   for (iBin = 0; iBin < fTRFbin; iBin++) {
 334     ((AliTRDdigitizer &) d).fTRFint[iBin] = fTRFint[iBin];
 335   }
 336
 337 }
 338
 339 //_____________________________________________________________________________
 340 Int_t AliTRDdigitizer::Diffusion(Float_t driftlength, Float_t *xyz)
 341 {
 342   //
 343   // Applies the diffusion smearing to the position of a single electron
 344   //
 345
 346   Float_t driftSqrt = TMath::Sqrt(driftlength);
 347   Float_t sigmaT = driftSqrt * fDiffusionT;
 348   Float_t sigmaL = driftSqrt * fDiffusionL;
 349   xyz[0] = gRandom->Gaus(xyz[0], sigmaL * fLorentzFactor);
 350   xyz[1] = gRandom->Gaus(xyz[1], sigmaT * fLorentzFactor);
 351   xyz[2] = gRandom->Gaus(xyz[2], sigmaT);
 352
 353   return 1;
 354
 355 }
 356
 357 //_____________________________________________________________________________
 358 Int_t AliTRDdigitizer::ExB(Float_t driftlength, Float_t *xyz)
 359 {
 360   //
 361   // Applies E x B effects to the position of a single electron
 362   //
 363
 364   xyz[0] = xyz[0];
 365   xyz[1] = xyz[1] + fOmegaTau * driftlength;
 366   xyz[2] = xyz[2];
 367
 368   return 1;
 369
 370 }
 371
 372 //_____________________________________________________________________________
 373 Int_t AliTRDdigitizer::PadResponse(Float_t signal, Float_t dist, Float_t *pad)
 374 {
 375   //
 376   // Applies the pad response
 377   //
 378
 379   Int_t iBin =  ((Int_t) (( - dist - fPRFlo) / fPRFwid));
 380
 381   Int_t iBin0 = iBin - fPRFpad;
 382   Int_t iBin1 = iBin;
 383   Int_t iBin2 = iBin + fPRFpad;
 384
 385   if ((iBin0 >= 0) && (iBin2 < fPRFbin)) {
 386
 387     pad[0] = signal * fPRFsmp[iBin0];
 388     pad[1] = signal * fPRFsmp[iBin1];
 389     pad[2] = signal * fPRFsmp[iBin2];
 390
 391     return 1;
 392
 393   }
 394   else {
 395
 396     return 0;
 397
 398   }
 399
 400 }
 401
 402 //_____________________________________________________________________________
 403 Float_t AliTRDdigitizer::TimeResponse(Float_t time)
 404 {
 405   //
 406   // Applies the preamp shaper time response
 407   //
 408
 409   Int_t iBin = ((Int_t) ((time - fTRFlo) / fTRFwid));
 410   if ((iBin >= 0) && (iBin < fTRFbin)) {
 411     return fTRFint[iBin];
 412   }
 413   else {
 414     return 0.0;
 415   }
 416
 417 }
 418
 419 //_____________________________________________________________________________
 420 void AliTRDdigitizer::Init()
 421 {
 422   //
 423   // Initializes the digitization procedure with standard values
 424   //
 425
 426   // Get the detector geometry
 427   InitDetector();
 428
 429   // The default parameter for the digitization
 430   fGasGain        = 2.0E3;
 431   fChipGain       = 20.;
 432   fNoise          = 1000.;
 433   fADCoutRange    = 1023.;          // 10-bit ADC
 434   fADCinRange     = 2000.;          // 2V input range
 435   fADCthreshold   = 1;
 436
 437   // For the summable digits
 438   fSinRange       = 1000000.;
 439   fSoutRange      = 1000000.;
 440
 441   // Transverse and longitudinal diffusion coefficients (Xe/Isobutane)
 442   fDiffusionOn    = 1;
 443   fDiffusionT     = 0.060;
 444   fDiffusionL     = 0.017;
 445
 446   // Propability for electron attachment
 447   fElAttachOn     = 0;
 448   fElAttachProp   = 0.0;
 449
 450   // E x B effects
 451   fExBOn          = 0;
 452   // omega * tau.= arctan(Lorentz-angle)
 453   fOmegaTau       = 0.19438031;
 454
 455   // The pad response function
 456   fPRFOn          =  1;
 457   fPRFlo          = -3.0;
 458   fPRFhi          =  3.0;
 459   fPRFbin         = 120;
 460   fPRFwid         = (fPRFhi - fPRFlo) / ((Float_t) fPRFbin);
 461   fPRFpad         = ((Int_t) (1.0 / fPRFwid));
 462   fPRF            = new TF1("PRF","[0]*([1]+exp(-x*x/(2.0*[2])))",fPRFlo,fPRFhi);
 463   fPRF->SetParameter(0, 0.8872);
 464   fPRF->SetParameter(1,-0.00573);
 465   fPRF->SetParameter(2, 0.454 * 0.454);
 466
 467   // The drift velocity (cm / mus)
 468   fDriftVelocity  = 2.0;
 469
 470   // The pad coupling factor (same number as for the TPC)
 471   fPadCoupling    = 0.5;
 472
 473   // The time coupling factor (same number as for the TPC)
 474   fTimeCoupling   = 0.4;
 475
 476   ReInit();
 477
 478 }
 479
 480 //_____________________________________________________________________________
 481 void AliTRDdigitizer::ReInit()
 482 {
 483   //
 484   // Re-initializes the digitization procedure after a change in the parameter
 485   //
 486
 487   // Calculate the time bin width in ns
 488   fTimeBinWidth   = fGeo->GetTimeBinSize() / fDriftVelocity * 1000.0;
 489
 490   // The time response function (in ns)
 491   // The FWHM of the TRF is automatically set equal to the time bin width
 492   fTRFOn          =  1;
 493   Float_t loTRF   = -2.0 * fTimeBinWidth;
 494   Float_t hiTRF   = 10.0 * fTimeBinWidth;
 495   fTRF            = new TF1("TRF",TRFlandau,loTRF,hiTRF,3);
 496   //fTRF->SetParameter(0,  1.0 / 24.24249);
 497   fTRF->SetParameter(0,  5.56);
 498   fTRF->SetParameter(1,  0.0);
 499   fTRF->SetParameter(2,  0.25 * fTimeBinWidth);
 500   fTRFbin         = 120;
 501   fTRFlo          = loTRF * fDriftVelocity / 1000.0;
 502   fTRFhi          = hiTRF * fDriftVelocity / 1000.0;
 503   fTRFwid         = (fTRFhi - fTRFlo) / ((Float_t) fTRFbin);
 504
 505   // The Lorentz factor
 506   if (fExBOn) {
 507     fLorentzFactor = 1.0 / (1.0 + fOmegaTau*fOmegaTau);
 508   }
 509   else {
 510     fLorentzFactor = 1.0;
 511   }
 512
 513 }
 514
 515 //_____________________________________________________________________________
 516 void AliTRDdigitizer::SampleTRF()
 517 {
 518   //
 519   // Samples the time response function
 520   //
 521
 522   if (fTRFint) delete fTRFint;
 523   fTRFint = new Float_t[fTRFbin];
 524   Float_t loTRF    = fTRFlo / fDriftVelocity * 1000.0;
 525   Float_t hiTRF    = fTRFhi / fDriftVelocity * 1000.0;
 526   Float_t binWidth = (hiTRF - loTRF) / ((Float_t) fTRFbin);
 527   for (Int_t iBin = 0; iBin < fTRFbin; iBin++) {
 528     Float_t bin = (((Float_t) iBin) + 0.5) * binWidth + loTRF;
 529     fTRFint[iBin] = fTRF->Eval(bin);
 530   }
 531
 532 }
 533
 534 //_____________________________________________________________________________
 535 void AliTRDdigitizer::SamplePRF()
 536 {
 537   //
 538   // Samples the pad response function
 539   //
 540
 541   if (fPRFsmp) delete fPRFsmp;
 542   fPRFsmp = new Float_t[fPRFbin];
 543   for (Int_t iBin = 0; iBin < fPRFbin; iBin++) {
 544     Float_t bin = (((Float_t ) iBin) + 0.5) * fPRFwid + fPRFlo;
 545     fPRFsmp[iBin] = TMath::Max(fPRF->Eval(bin),0.0);
 546   }
 547
 548 }
 549
 550 //_____________________________________________________________________________
 551 Bool_t AliTRDdigitizer::Open(const Char_t *name, Int_t nEvent)
 552 {
 553   //
 554   // Opens a ROOT-file with TRD-hits and reads in the hit-tree
 555   //
 556
 557   // Connect the AliRoot file containing Geometry, Kine, and Hits
 558   fInputFile = (TFile*) gROOT->GetListOfFiles()->FindObject(name);
 559   if (!fInputFile) {
 560     printf("AliTRDdigitizer::Open -- ");
 561     printf("Open the ALIROOT-file %s.\n",name);
 562     fInputFile = new TFile(name,"UPDATE");
 563   }
 564   else {
 565     printf("AliTRDdigitizer::Open -- ");
 566     printf("%s is already open.\n",name);
 567   }
 568
 569   gAlice = (AliRun*) fInputFile->Get("gAlice");
 570   if (gAlice) {
 571     printf("AliTRDdigitizer::Open -- ");
 572     printf("AliRun object found on file.\n");
 573   }
 574   else {
 575     printf("AliTRDdigitizer::Open -- ");
 576     printf("Could not find AliRun object.\n");
 577     return kFALSE;
 578   }
 579
 580   fEvent = nEvent;
 581
 582   // Import the Trees for the event nEvent in the file
 583   Int_t nparticles = gAlice->GetEvent(fEvent);
 584   if (nparticles <= 0) {
 585     printf("AliTRDdigitizer::Open -- ");
 586     printf("No entries in the trees for event %d.\n",fEvent);
 587     return kFALSE;
 588   }
 589
 590   return InitDetector();
 591
 592 }
 593
 594 //_____________________________________________________________________________
 595 Bool_t AliTRDdigitizer::InitDetector()
 596 {
 597   //
 598   // Sets the pointer to the TRD detector and the geometry
 599   //
 600
 601   // Get the pointer to the detector class and check for version 1
 602   fTRD = (AliTRD*) gAlice->GetDetector("TRD");
 603   if (fTRD->IsVersion() != 1) {
 604     printf("AliTRDdigitizer::InitDetector -- ");
 605     printf("TRD must be version 1 (slow simulator).\n");
 606     exit(1);
 607   }
 608
 609   // Get the geometry
 610   fGeo = fTRD->GetGeometry();
 611   printf("AliTRDdigitizer::InitDetector -- ");
 612   printf("Geometry version %d\n",fGeo->IsVersion());
 613
 614   return kTRUE;
 615
 616 }
 617
 618 //_____________________________________________________________________________
 619 Bool_t AliTRDdigitizer::SumSDigits()
 620 {
 621   //
 622   // Sums up the summable digits and creates final digits
 623   // Not yet implemented
 624   //
 625
 626   return kFALSE;
 627
 628 }
 629
 630 //_____________________________________________________________________________
 631 Bool_t AliTRDdigitizer::MakeDigits()
 632 {
 633   //
 634   // Creates summable digits.
 635   //
 636
 637   ///////////////////////////////////////////////////////////////
 638   // Parameter
 639   ///////////////////////////////////////////////////////////////
 640
 641   // Converts number of electrons to fC
 642   const Float_t kEl2fC  = 1.602E-19 * 1.0E15;
 643
 644   ///////////////////////////////////////////////////////////////
 645
 646   // Number of pads included in the pad response
 647   const Int_t kNpad  = 3;
 648
 649   // Number of track dictionary arrays
 650   const Int_t kNDict = AliTRDdigitsManager::kNDict;
 651
 652   Int_t   iRow, iCol, iTime, iPad;
 653   Int_t   iDict  = 0;
 654   Int_t   nBytes = 0;
 655
 656   Int_t   totalSizeDigits = 0;
 657   Int_t   totalSizeDict0  = 0;
 658   Int_t   totalSizeDict1  = 0;
 659   Int_t   totalSizeDict2  = 0;
 660
 661   AliTRDdataArrayF *signals = 0;
 662   AliTRDdataArrayI *digits  = 0;
 663   AliTRDdataArrayI *dictionary[kNDict];
 664
 665   // Create a digits manager
 666   fDigits = new AliTRDdigitsManager();
 667
 668   // Create a container for the amplitudes
 669   AliTRDsegmentArray *signalsArray
 670                      = new AliTRDsegmentArray("AliTRDdataArrayF",AliTRDgeometry::Ndet());
 671
 672   if (!fGeo) {
 673     printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 674     printf("No geometry defined\n");
 675     return kFALSE;
 676   }
 677
 678   printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 679   printf("Start creating digits.\n");
 680   if (fVerbose > 0) this->Dump();
 681
 682   // Create the sampled PRF
 683   SamplePRF();
 684
 685   // Create the sampled TRF
 686   SampleTRF();
 687
 688   // Get the pointer to the hit tree
 689   TTree *HitTree = gAlice->TreeH();
 690
 691   // Get the number of entries in the hit tree
 692   // (Number of primary particles creating a hit somewhere)
 693   Int_t nTrack = (Int_t) HitTree->GetEntries();
 694   if (fVerbose > 0) {
 695     printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 696     printf("Found %d primary particles\n",nTrack);
 697   }
 698
 699   Int_t detectorOld = -1;
 700   Int_t countHits   =  0;
 701
 702   // Loop through all entries in the tree
 703   for (Int_t iTrack = 0; iTrack < nTrack; iTrack++) {
 704
 705     gAlice->ResetHits();
 706     nBytes += HitTree->GetEvent(iTrack);
 707
 708     // Get the number of hits in the TRD created by this particle
 709     Int_t nHit = fTRD->Hits()->GetEntriesFast();
 710     if (fVerbose > 0) {
 711       printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 712       printf("Found %d hits for primary particle %d\n",nHit,iTrack);
 713     }
 714
 715     // Loop through the TRD hits
 716     for (Int_t iHit = 0; iHit < nHit; iHit++) {
 717
 718       countHits++;
 719
 720       AliTRDhit *hit = (AliTRDhit *) fTRD->Hits()->UncheckedAt(iHit);
 721       Float_t pos[3];
 722               pos[0]   = hit->X();
 723               pos[1]   = hit->Y();
 724               pos[2]   = hit->Z();
 725       Float_t q        = hit->GetCharge();
 726       Int_t   track    = hit->Track();
 727       Int_t   detector = hit->GetDetector();
 728       Int_t   plane    = fGeo->GetPlane(detector);
 729       Int_t   sector   = fGeo->GetSector(detector);
 730       Int_t   chamber  = fGeo->GetChamber(detector);
 731
 732       if (!(CheckDetector(plane,chamber,sector))) continue;
 733
 734       Int_t   nRowMax     = fGeo->GetRowMax(plane,chamber,sector);
 735       Int_t   nColMax     = fGeo->GetColMax(plane);
 736       Int_t   nTimeMax    = fGeo->GetTimeMax();
 737       Float_t row0        = fGeo->GetRow0(plane,chamber,sector);
 738       Float_t col0        = fGeo->GetCol0(plane);
 739       Float_t time0       = fGeo->GetTime0(plane);
 740       Float_t rowPadSize  = fGeo->GetRowPadSize(plane,chamber,sector);
 741       Float_t colPadSize  = fGeo->GetColPadSize(plane);
 742       Float_t timeBinSize = fGeo->GetTimeBinSize();
 743
 744       if (fVerbose > 1) {
 745         printf("Analyze hit no. %d ",iHit);
 746         printf("-----------------------------------------------------------\n");
 747         hit->Dump();
 748         printf("plane = %d, sector = %d, chamber = %d\n"
 749               ,plane,sector,chamber);
 750         printf("nRowMax = %d, nColMax = %d, nTimeMax = %d\n"
 751               ,nRowMax,nColMax,nTimeMax);
 752         printf("row0 = %f, col0 = %f, time0 = %f\n"
 753               ,row0,col0,time0);
 754         printf("rowPadSize = %f, colPadSize = %f, timeBinSize = %f\n"
 755                ,rowPadSize,colPadSize,timeBinSize);
 756       }
 757
 758       // Don't analyze test hits with amplitude 0.
 759       if (((Int_t) q) == 0) continue;
 760
 761       if (detector != detectorOld) {
 762
 763         if (fVerbose > 1) {
 764           printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 765           printf("Get new container. New det = %d, Old det = %d\n"
 766                 ,detector,detectorOld);
 767         }
 768         // Compress the old one if enabled
 769         if ((fCompress) && (detectorOld > -1)) {
 770           if (fVerbose > 1) {
 771             printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 772             printf("Compress the old container ...");
 773           }
 774           signals->Compress(1,0);
 775           for (iDict = 0; iDict < kNDict; iDict++) {
 776             dictionary[iDict]->Compress(1,0);
 777           }
 778           if (fVerbose > 1) printf("done\n");
 779         }
 780         // Get the new container
 781         signals = (AliTRDdataArrayF *) signalsArray->At(detector);
 782         if (signals->GetNtime() == 0) {
 783           // Allocate a new one if not yet existing
 784           if (fVerbose > 1) {
 785             printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 786             printf("Allocate a new container ... ");
 787           }
 788           signals->Allocate(nRowMax,nColMax,nTimeMax);
 789         }
 790         else {
 791           // Expand an existing one
 792           if (fCompress) {
 793             if (fVerbose > 1) {
 794               printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 795               printf("Expand an existing container ... ");
 796             }
 797             signals->Expand();
 798           }
 799         }
 800         // The same for the dictionary
 801         for (iDict = 0; iDict < kNDict; iDict++) {
 802           dictionary[iDict] = fDigits->GetDictionary(detector,iDict);
 803           if (dictionary[iDict]->GetNtime() == 0) {
 804             dictionary[iDict]->Allocate(nRowMax,nColMax,nTimeMax);
 805           }
 806           else {
 807             if (fCompress) dictionary[iDict]->Expand();
 808           }
 809         }
 810         if (fVerbose > 1) printf("done\n");
 811         detectorOld = detector;
 812       }
 813
 814       // Rotate the sectors on top of each other
 815       Float_t rot[3];
 816       fGeo->Rotate(detector,pos,rot);
 817
 818       // The driftlength
 819       Float_t driftlength = time0 - rot[0];
 820       if ((driftlength < 0) ||
 821           (driftlength > AliTRDgeometry::DrThick())) continue;
 822       Float_t driftlengthL = driftlength;
 823       if (fExBOn) driftlengthL /= TMath::Sqrt(fLorentzFactor);
 824
 825       // The hit position in pad coordinates (center pad)
 826       // The pad row (z-direction)
 827       Int_t  rowH = (Int_t) ((rot[2] -  row0) /  rowPadSize);
 828       // The pad column (rphi-direction)
 829       Int_t  colH = (Int_t) ((rot[1] -  col0) /  colPadSize);
 830       // The time bucket
 831       Int_t timeH = (Int_t) (driftlength      / timeBinSize);
 832       if (fVerbose > 1) {
 833         printf("rowH = %d, colH = %d, timeH = %d\n"
 834               ,rowH,colH,timeH);
 835       }
 836
 837       // Loop over all electrons of this hit
 838       // TR photons produce hits with negative charge
 839       Int_t nEl = ((Int_t) TMath::Abs(q));
 840       for (Int_t iEl = 0; iEl < nEl; iEl++) {
 841
 842         Float_t xyz[3];
 843         xyz[0] = rot[0];
 844         xyz[1] = rot[1];
 845         xyz[2] = rot[2];
 846
 847         // Electron attachment
 848         if (fElAttachOn) {
 849           if (gRandom->Rndm() < (driftlengthL * fElAttachProp / 100.))
 850             continue;
 851         }
 852
 853         // Apply the diffusion smearing
 854         if (fDiffusionOn) {
 855           if (!(Diffusion(driftlengthL,xyz))) continue;
 856         }
 857
 858         // Apply E x B effects
 859         if (fExBOn) {
 860           if (!(ExB(driftlength,xyz))) continue;
 861         }
 862
 863         // The electron position
 864         // The pad row (z-direction)
 865         Int_t  rowE = (Int_t) ((xyz[2] -  row0) /  rowPadSize);
 866         if (( rowE < 0) || ( rowE >=  nRowMax)) continue;
 867         // The pad column (rphi-direction)
 868         Int_t  colE = (Int_t) ((xyz[1] -  col0) /  colPadSize);
 869         if (( colE < 0) || ( colE >=  nColMax)) continue;
 870         // The time bucket
 871         Int_t timeE = (Int_t) ((time0 - xyz[0]) / timeBinSize);
 872         if ((timeE < 0) || (timeE >= nTimeMax)) continue;
 873
 874         // Apply the gas gain including fluctuations
 875         Float_t ggRndm = 0.0;
 876         do {
 877           ggRndm = gRandom->Rndm();
 878         } while (ggRndm <= 0);
 879         Int_t signal = (Int_t) (-fGasGain * TMath::Log(ggRndm));
 880
 881         // Apply the pad response
 882         Float_t padSignal[kNpad];
 883         if (fPRFOn) {
 884           // The distance of the electron to the center of the pad
 885           // in units of pad width
 886           Float_t dist = (xyz[1] - col0 - (colE + 0.5) * colPadSize)
 887                        / colPadSize;
 888           if (!(PadResponse(signal,dist,padSignal))) continue;
 889         }
 890         else {
 891           padSignal[0] = 0.0;
 892           padSignal[1] = signal;
 893           padSignal[2] = 0.0;
 894         }
 895
 896         // The distance of the position to the beginning of the timebin
 897         Float_t timeOffset = (time0 - timeE * timeBinSize) - xyz[0];
 898         Int_t timeTRDbeg = 0;
 899         Int_t timeTRDend = 1;
 900         if (fTRFOn) {
 901           timeTRDbeg =  2;
 902           timeTRDend = 11;
 903         }
 904         for (Int_t iTimeBin = TMath::Max(timeE - timeTRDbeg,       0)
 905                   ;iTimeBin < TMath::Min(timeE + timeTRDend,nTimeMax)
 906                   ;iTimeBin++) {
 907
 908           // Apply the time response
 909           Float_t timeResponse = 1.0;
 910           if (fTRFOn) {
 911             Float_t time = (iTimeBin - timeE) * timeBinSize + timeOffset;
 912             timeResponse = TimeResponse(time);
 913           }
 914
 915           // Add the signals
 916           Float_t signalOld[kNpad] = { 0.0, 0.0, 0.0 };
 917           for (iPad = 0; iPad < kNpad; iPad++) {
 918             Int_t colPos = colE + iPad - 1;
 919             if (colPos <        0) continue;
 920             if (colPos >= nColMax) break;
 921             signalOld[iPad]  = signals->GetData(rowE,colPos,iTimeBin);
 922             signalOld[iPad] += padSignal[iPad] * timeResponse;
 923             signals->SetData(rowE,colPos,iTimeBin,signalOld[iPad]);
 924           }
 925
 926           // Store the track index in the dictionary
 927           // Note: We store index+1 in order to allow the array to be compressed
 928           //for (iDict = 0; iDict < kNDict; iDict++) {
 929           //  Int_t oldTrack = dictionary[iDict]->GetData(rowE,colE,timeE);
 930           //  if (oldTrack == track+1) break;
 931           //  //if (oldTrack ==      -1) break;
 932           //  if (oldTrack ==       0) {
 933           //    dictionary[iDict]->SetData(rowE,colE,timeE,track+1);
 934           //    if (fVerbose > 3) {
 935           //      printf("    track index = %d\n",track);
 936           //    }
 937           //    break;
 938           //  }
 939           //}
 940           for (iPad = 0; iPad < kNpad; iPad++) {
 941             Int_t colPos = colE + iPad - 1;
 942             if (colPos <        0) continue;
 943             if (colPos >= nColMax) break;
 944             if (signals->GetData(rowE,colPos,iTimeBin) > 0) {
 945               for (iDict = 0; iDict < kNDict; iDict++) {
 946                 Int_t oldTrack = dictionary[iDict]->GetData(rowE,colPos,iTimeBin);
 947                 if (oldTrack == track+1) break;
 948                 //if (oldTrack ==      -1) break;
 949                 if (oldTrack ==       0) {
 950                   dictionary[iDict]->SetData(rowE,colPos,iTimeBin,track+1);
 951                   break;
 952                 }
 953               }
 954             }
 955           }
 956           //if ((fVerbose > 1) && (iDict == kNDict)) {
 957           //  printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 958           //  printf("More than three tracks for one digit!\n");
 959           //}
 960
 961         }
 962
 963       }
 964
 965     }
 966
 967   } // All hits finished
 968
 969   printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 970   printf("Finished analyzing %d hits\n",countHits);
 971
 972   // The total conversion factor
 973   Float_t convert = kEl2fC * fPadCoupling * fTimeCoupling * fChipGain;
 974
 975   // Loop through all chambers to finalize the digits
 976   for (Int_t iDet = 0; iDet < AliTRDgeometry::Ndet(); iDet++) {
 977
 978     Int_t plane    = fGeo->GetPlane(iDet);
 979     Int_t sector   = fGeo->GetSector(iDet);
 980     Int_t chamber  = fGeo->GetChamber(iDet);
 981     Int_t nRowMax  = fGeo->GetRowMax(plane,chamber,sector);
 982     Int_t nColMax  = fGeo->GetColMax(plane);
 983     Int_t nTimeMax = fGeo->GetTimeMax();
 984
 985     if (fVerbose > 0) {
 986       printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
 987       printf("Digitization for chamber %d\n",iDet);
 988     }
 989
 990     // Add a container for the digits of this detector
 991     digits = fDigits->GetDigits(iDet);
 992     // Allocate memory space for the digits buffer
 993     digits->Allocate(nRowMax,nColMax,nTimeMax);
 994
 995     // Get the signal container
 996     signals = (AliTRDdataArrayF *) signalsArray->At(iDet);
 997     if (signals->GetNtime() == 0) {
 998       // Create missing containers
 999       signals->Allocate(nRowMax,nColMax,nTimeMax);
1000     }
1001     else {
1002       // Expand the container if neccessary
1003       if (fCompress) signals->Expand();
1004     }
1005     // Create the missing dictionary containers
1006     for (iDict = 0; iDict < kNDict; iDict++) {
1007       dictionary[iDict] = fDigits->GetDictionary(iDet,iDict);
1008       if (dictionary[iDict]->GetNtime() == 0) {
1009         dictionary[iDict]->Allocate(nRowMax,nColMax,nTimeMax);
1010       }
1011     }
1012
1013     Int_t nDigits = 0;
1014
1015     // Don't create noise in detectors that are switched off
1016     if (CheckDetector(plane,chamber,sector)) {
1017
1018       // Create the digits for this chamber
1019       for (iRow  = 0; iRow  <  nRowMax; iRow++ ) {
1020         for (iCol  = 0; iCol  <  nColMax; iCol++ ) {
1021           for (iTime = 0; iTime < nTimeMax; iTime++) {
1022
1023             // Create summable digits
1024             if (fSDigits) {
1025
1026               Float_t signalAmp = signals->GetData(iRow,iCol,iTime);
1027               Int_t adc  = 0;
1028               if (signalAmp >= fSinRange) {
1029                 adc = ((Int_t) fSoutRange);
1030               }
1031               else {
1032                 adc = ((Int_t) (signalAmp * (fSoutRange / fSinRange)));
1033               }
1034               nDigits++;
1035               digits->SetData(iRow,iCol,iTime,adc);
1036
1037             }
1038             // Create normal digits
1039             else {
1040
1041               Float_t signalAmp = signals->GetData(iRow,iCol,iTime);
1042
1043               // Add the noise
1044               signalAmp  = TMath::Max((Double_t) gRandom->Gaus(signalAmp,fNoise),0.0);
1045               // Convert to mV
1046               signalAmp *= convert;
1047               // Convert to ADC counts. Set the overflow-bit fADCoutRange if the
1048               // signal is larger than fADCinRange
1049               Int_t adc  = 0;
1050               if (signalAmp >= fADCinRange) {
1051                 adc = ((Int_t) fADCoutRange);
1052               }
1053               else {
1054                 adc = ((Int_t) (signalAmp * (fADCoutRange / fADCinRange)));
1055               }
1056
1057               // Store the amplitude of the digit if above threshold
1058               if (adc > fADCthreshold) {
1059                 if (fVerbose > 2) {
1060                   printf("  iRow = %d, iCol = %d, iTime = %d\n"
1061                         ,iRow,iCol,iTime);
1062                   printf("  signal = %f, adc = %d\n",signalAmp,adc);
1063                 }
1064                 nDigits++;
1065                 digits->SetData(iRow,iCol,iTime,adc);
1066               }
1067
1068             }
1069
1070           }
1071         }
1072       }
1073
1074     }
1075
1076     // Compress the arrays
1077     digits->Compress(1,0);
1078     for (iDict = 0; iDict < kNDict; iDict++) {
1079       dictionary[iDict]->Compress(1,0);
1080     }
1081
1082     totalSizeDigits += digits->GetSize();
1083     totalSizeDict0  += dictionary[0]->GetSize();
1084     totalSizeDict1  += dictionary[1]->GetSize();
1085     totalSizeDict2  += dictionary[2]->GetSize();
1086
1087     Float_t nPixel = nRowMax * nColMax * nTimeMax;
1088     printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
1089     printf("Found %d digits in detector %d (%3.0f).\n"
1090           ,nDigits,iDet
1091           ,100.0 * ((Float_t) nDigits) / nPixel);
1092
1093     if (fCompress) signals->Compress(1,0);
1094
1095   }
1096
1097   printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
1098   printf("Total number of analyzed hits = %d\n",countHits);
1099
1100   printf("AliTRDdigitizer::MakeDigits -- ");
1101   printf("Total digits data size = %d, %d, %d, %d\n",totalSizeDigits
1102                                                     ,totalSizeDict0
1103                                                     ,totalSizeDict1
1104                                                     ,totalSizeDict2);
1105
1106   return kTRUE;
1107
1108 }
1109
1110 //_____________________________________________________________________________
1111 Bool_t AliTRDdigitizer::CheckDetector(Int_t plane, Int_t chamber, Int_t sector)
1112 {
1113   //
1114   // Checks whether a detector is enabled
1115   //
1116
1117   if ((fTRD->GetSensChamber() >=       0) &&
1118       (fTRD->GetSensChamber() != chamber)) return kFALSE;
1119   if ((fTRD->GetSensPlane()   >=       0) &&
1120       (fTRD->GetSensPlane()   !=   plane)) return kFALSE;
1121   if ( fTRD->GetSensSector()  >=       0) {
1122     Int_t sens1 = fTRD->GetSensSector();
1123     Int_t sens2 = sens1 + fTRD->GetSensSectorRange();
1124     sens2 -= ((Int_t) (sens2 / AliTRDgeometry::Nsect()))
1125            * AliTRDgeometry::Nsect();
1126     if (sens1 < sens2) {
1127       if ((sector < sens1) || (sector >= sens2)) return kFALSE;
1128     }
1129     else {
1130       if ((sector < sens1) && (sector >= sens2)) return kFALSE;
1131     }
1132   }
1133
1134   return kTRUE;
1135
1136 }
1137
1138 //_____________________________________________________________________________
1139 Bool_t AliTRDdigitizer::WriteDigits()
1140 {
1141   //
1142   // Writes out the TRD-digits and the dictionaries
1143   //
1144
1145   // Create the branches
1146   if (!(gAlice->TreeD()->GetBranch("TRDdigits"))) {
1147     return kFALSE;
1148     //if (!fDigits->MakeBranch()) {
1149     //  printf("AliTRDdigitizer::WriteDigits -- ");
1150     //  printf("MakeBranch failed.\n");
1151     //  return kFALSE;
1152     //}
1153   }
1154
1155   // Store the digits and the dictionary in the tree
1156   fDigits->WriteDigits();
1157
1158   // Write the new tree into the input file (use overwrite option)
1159   Char_t treeName[15];
1160   sprintf(treeName,"TreeD%d",fEvent);
1161   printf("AliTRDdigitizer::WriteDigits -- ");
1162   printf("Write the digits tree %s for event %d.\n"
1163         ,treeName,fEvent);
1164   gAlice->TreeD()->Write(treeName,TObject::kOverwrite);
1165
1166   return kTRUE;
1167
1168 }
1169
1170 //_____________________________________________________________________________
1171 void AliTRDdigitizer::SetPRF(TF1 *prf)
1172 {
1173   //
1174   // Defines a new pad response function
1175   //
1176
1177   if (fPRF) delete fPRF;
1178   fPRF = prf;
1179
1180 }
1181
1182 //_____________________________________________________________________________
1183 void AliTRDdigitizer::SetTRF(TF1 *trf)
1184 {
1185   //
1186   // Defines a new time response function
1187   //
1188
1189   if (fTRF) delete fTRF;
1190   fTRF = trf;
1191
1192 }
1193
1194 //_____________________________________________________________________________
1195 Double_t TRFlandau(Double_t *x, Double_t *par)
1196 {
1197
1198   Double_t xx = x[0];
1199   Double_t landau = par[0] * TMath::Landau(xx,par[1],par[2]);
1200
1201   return landau;
1202
1203 }