System do testowania specjalizowanych układów scalonych do odczytu detektorów paskowych

pol Artykuł w języku polskim DOI:

wyślij Krzysztof Kasiński AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Metrologii

Pobierz Artykuł

Streszczenie

Artykuł przedstawia wybrane metody testowania specjalizowanych układów scalonych (ASIC) do odczytu paskowych detektorów krzemowych pod kątem ekstrakcji wybranych parametrów toru analogowego z uwzględnieniem zarówno stosowanego sprzętu, jak i oprogramowania. Jako przykładową aplikację wybrano system testowy dla układu ASIC TOT01, wyprodukowanego jako układ prototypowy dla potrzeb detektora STS w eksperymencie CBM. Prezentowany system służy do pomiaru ilości energii zdeponowanej w detektorze krzemowym wskutek interakcji z cząstką lub kwantem promieniowania z wykorzystaniem metody time-over-threshold. W każdym kanale układu TOT01 znajdują się m.in. wzmacniacz ładunkowy, dyskryminator z histerezą oraz korekcyjny układ cyfrowo-analogowy. Odpowiedni dobór sprzętu pomiarowego, niskoszumnych zasilaczy i generatorów oraz zapewnienie ich zdalnej pracy pod nadzorem dedykowanego oprogramowania są bardzo ważne. Niewielkie wymiary samego układu (1,5 mm × 3,4 mm) oraz mnogość wyprowadzeń (81), obecność domen niskoszumnych analogowych oraz cyfrowych, konieczność podłączenia układu do detektora krzemowego i zapewnienia możliwości pracy całego systemu w warunkach promieniowania X nakładają również bardzo wysokie wymagania na obwód drukowany.

Słowa kluczowe

specjalizowane układy scalone, system pomiarowy, testowanie

Test system for the silicon strip detector readout application-specific integrated circuits

Abstract

This paper presents selected methods of testing the application-specific integrated circuits for silicon strip detector readout with the emphasis on the analog parameter's extraction, equipment and software tools used. As an example application the TOT01 ASIC test system (prototype IC for the STS detector at the CBM experiment) has been selected. Its functionality includes measurement of the energy deposited in the silicon detector as a result of its interaction with a particle of radiation photon. The circuit implements the time-over-threshold method. Its internal structure comprises of charge-sensitive amplifier, discriminator with hysteresis and trimming digital-analog converter. Proper selection of the measurement equipment, low-noise power supplies and generators together with their remote operation under the supervision of dedicated software is very important. The small size of the ASIC's die (1.5 mm x 3.4 mm), the pin-count (81), presence of multiple, mixed-signal power domains, the need to connect the IC to the silicon detector and the system operation in the presence of X-rays impose also very significant requirements for the printed circuit board.

Keywords

application-specific integrated circuits, measurement system, test

Bibliografia

  1. Gryboś P.: Front-end Electronics for Multichannel Semiconductor Detector Systems. Warsaw University of Technology, 2010.
  2. Kasinski K., Szczygiel R., Grybos P.: TOT01, a timeover-threshold based readout chip in 180 nm CMOS technology for silicon strip detectors. 2011 JINST 6 C01026.
  3. Maj P.: Zintegrowany wielokanałowy system pomiarowy do detekcji niskoenergetycznego promieniowania X o dużym natężeniu. Rozprawa Doktorska, Katedra Metrologii, AGH, Kraków 2008.
  4. [www.ni.com/singleboard].
  5. [www.ni.com/labview].