Update of digitization. Moved digit branch definition to AliTRD
[u/mrichter/AliRoot.git] / TRD / AliTRDdigitizer.cxx
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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 }