CMOS techniques in integrated circuits for particle physics experiments
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2013
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Abstract
La Física de Partículas es la rama de la física que estudia las partículas fundamentales subatómicas y sus propiedades. Las principales herramientas utilizadas por los físicos de partículas son los aceleradores de partículas, los cuales cuentan con sistemas de detectores de múltiples canales alrededor del punto donde ocurre la colisión. El Colisionador Lineal Internacional (ILC) es un colisionador de la próxima generación de 31 kilometros de largo que colisionará grupos de electrones y positrones a 500 GeV. Ubicado en la región delantera del ILC se encuentra el BeamCal, un calorímetro altamente segmentado. Las especificaciones del BeamCal para tolerancia a la radiación, ruido, señal de carga, tasa de pulsos y ocupación plantean desafíos únicos para el sistema de instrumentación.
Enmarcado en el diseño, integración y prueba de un circuito integrado (IC) de cinco canales para satisfacer las necesidades de instrumentación del BeamCal, esta tesis presenta: el desarrollo de una técnica de análisis de ruido orientada al diseño para amplificadores de carga; el diseño e implementación de un conversor de datos análogo-digital (ADC) de aproximaciones sucesivas (SAR) completamente diferencial que será incluido en el IC de instrumentación del Beamcal, junto con la implementación de capacitores de metal-óxido-metal (MOM); y el diseño e implementación de una nueva arquitectura de SAR ADC, la cual apunta a minimizar la energía consumida por conversión utilizando un algoritmo de compartición de referencia pasivo.
Enmarcado en el diseño, integración y prueba de un circuito integrado (IC) de cinco canales para satisfacer las necesidades de instrumentación del BeamCal, esta tesis presenta: el desarrollo de una técnica de análisis de ruido orientada al diseño para amplificadores de carga; el diseño e implementación de un conversor de datos análogo-digital (ADC) de aproximaciones sucesivas (SAR) completamente diferencial que será incluido en el IC de instrumentación del Beamcal, junto con la implementación de capacitores de metal-óxido-metal (MOM); y el diseño e implementación de una nueva arquitectura de SAR ADC, la cual apunta a minimizar la energía consumida por conversión utilizando un algoritmo de compartición de referencia pasivo.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2013