Development of a multichannel integrated circuit for Silicon Photo-Multiplier arrays readout

• Autores: Albert Comerma
• Directores de la Tesis: Atilà Herms Berenguer (dir. tes.), David Gascón Fora (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2014
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Pérez Morales (presid.), Pere Lluís Miribel Català (secret.), Meurig Crispin Stowe Williams (voc.), Pascal Perret (voc.), Ricardo Carmona Galán (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Nucleónica
      • Detectores de partículas
  • Ciencias médicas
    • Medicina del trabajo
      • Medicina nuclear
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  Dipòsit Digital de la UB 
• Resumen

  • El objetivo de esta tesis es la presentación de una solución para la lectura de matrices de Fotomultiplicadores de Silicio (SiPMs) mejorando otras implementaciones actuales. Utilizando como punto de partida otros prototipos y diseños actuales para finalidades parecidas se ha diseñado i comprobado el funcionamiento de un nuevo circuit integrado. Inicialmente se inició el trabajo estudiando las características de los sensores, teniendo en cuenta que ventajas e inconvenientes presentavan respecto a otras tecnologías. Una vez estudiadas sus características se implementó un modelo para simular la señal que presenta el dispositvo para varios estímulos. De esta forma se puede reproducir esta señal durante el diseño de la electrónica de procesado. Estudiando varias implementaciónes se llegó a los requerimientos adecuados a implementar en un nuevo prototipo para optimizar al máximo los siguientes factores: rango dinámico, ancho de banda, consumo e impedáncia de entrada. Además se verificó que la tensión en el nodo de entrada debe ser regulable para equalizar distintos dispositivos y que es deseable no tener ningún elemento de conexión entre el sensor y la electrónica de lectura. Dicha implementación se llevó a cabo con el diseño de una nueva topología de etapa de entrada con una doble realimentación, novedosa en su diseño y obteniendo las prestaciones requeridas. Se ha implementado un prototipo de 16 canales para su utilización en física médica, más concretamente escáneres tipo PET y un primer prototipo básico para su futura integración en la electrónica renovada del detector de partículas SciFi en LHCb (CERN). Los dos prototipos utilizan la misma etapa de entrada pero están implementados en dos tecnologías de características muy distintas y con unos requerimientos muy distintos. Estos requerimientos y la concreta implementación se detallan en la tesis. Finalmente en el diseño para PET se concretan las medidas realizadas sobre el dispositivo mientras que en el prototipo para el detector de partículas aún se encuentra en la fase de fabricación. Los resultados obtenidos del prototipo indican que puede ser utilizado en un escáner del tipo PET ya que ofrece una excelente información del tiempo de llegada de las señales así como una medida adequada de la energia depositada en los sensores. Se ha comprobado su funcionamiento con una caracterización eléctrica de todos los parámetros necesarios y se ha complementado con medidas reales (con sensores y fuentes radioactivas).