“Novel Front-end Electronics for Time Projection Chamber Detectors”

Aquest treball ha estat realitzat en l'Organització Europea per a la Investigació Nuclear (CERN) i forma part del projecte d'investigació Europeu per a futurs acceleradors lineals (EUDET).
En física de partícules existeixen diferents categories de detectors de partícules. El disseny presentat està centrat en un tipus particular de detector de trajectòria de partícules denominat TPC (Time Projection Chamber) que proporciona una imatge en tres dimensions de les partícules elèctricament carregades que travessen el seu volum gasós.
La tesi inclou un estudi dels objectius per a futurs detectors, resumint els paràmetres que un sistema d'adquisició de dades ha de complir en aquests casos. A més, aquests requisits són comparats amb els actuals sistemes de lectura utilitzats en diferents detectors TPC. Es conclou que cap dels sistemes compleix les restrictives condicions. Alguns dels principals objectius per a futurs detectors TPC són un altíssim nivell d'integració, increment del nombre de canals, electrònica més ràpida i molt baixa potència.
El principal inconvenient de l'estat de l'art dels sistemes anteriors és la utilització de diversos circuits integrats en la cadena d'adquisició. Aquest fet fa impossible aconseguir l'altíssim nivell d'integració requerit per a futurs detectors. A més, un augment del nombre de canals i freqüència de mostreig faria incrementar fins a valors no permesos la potència utilitzada. I en conseqüència, incrementar la refrigeració necessària (en cas de ser possible).
Una de les novetats presentades és la integració de tota la cadena d'adquisició (filtres analògics d'entrada, convertidor analògic-digital (ADC) i processament de senyal digital) en un únic circuit integrat en tecnologia de 130nm. Aquest xip és el primer que realitza aquesta altíssima integració per a detectors TPC.
D'altra banda, es presenta una anàlisi detallada dels filtres de processament de senyal. Els objectius més importants són la reducció de potència de processament i la millora de soroll digital introduït.
Finalment, es mostra el prototip de 16 canals. Els resultats obtinguts amb aquest circuit integrat han estat molt satisfactoris. L'èxit de la integració ha estat quantificat per mesures com el crosstalk del 0.3% i per la no existència de soroll del circuit digital en el mostreig de l’ADC. A més, la potència del circuit digital ha estat reduïda al 28% respecte al seu predecessor. Finalment, una de les tècniques de reducció de potència més eficaç per a aquest tipus de detectors (power pulsing) ha estat demostrada amb èxit. Reduint la potència de 47.25mW/canal a 1.76mW/canal amb un període de funcionament del 0.5%.
Dins de les línies futures d'investigació es troba el disseny d'un circuit integrat de 64 canals basat en la topologia demostrada en aquesta tesi.