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WORKSHOP MICRHAU 4 Mai 2009 FRONT–END Préamplificateurs et Shapers

WORKSHOP MICRHAU 4 Mai 2009 FRONT–END Préamplificateurs et Shapers. LES DÉVELOPPEMENTS FRONT-END. Basse Température Préamplificateurs de Charges Shapers Buffer. Température ambiante Préamplificateurs de Charges Shapers. ILC (DHCAL et ECAL) INNOTEP Hodoscope de faisceau

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WORKSHOP MICRHAU 4 Mai 2009 FRONT–END Préamplificateurs et Shapers

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  1. WORKSHOP MICRHAU 4 Mai 2009 FRONT–END Préamplificateurs et Shapers

  2. LES DÉVELOPPEMENTS FRONT-END • Basse Température • Préamplificateurs de Charges • Shapers • Buffer • Température ambiante • Préamplificateurs de Charges • Shapers • ILC (DHCAL et ECAL) • INNOTEP • Hodoscope de faisceau • TARANIS (Mind) • T2K AMS 0.35 CMOS et BiCMOS

  3. LES FRONT-END À TEMPÉRATURE AMBIANTE (PREAMPLIFICATEURS) • INNOTEP : 3 versions (CMOS, BiCMOS, BiCMOS full Diff) lecture APD et PM • Hodoscope de faisceau : convoyeur de courant rapide lecture de PM • TARANIS : lecture de diodes HgCdTe et Silicium • ILC : lecture de détecteur gazeux (RPC et/ou Micromegas) > DHCAL Architecture : - cascode replié CMOS ou BiCMOS avec compensation par ajout de zéro - convoyeur de courant

  4. CARACTERISTIQUES (INNOTEP) Réutilisation avec modifications mineures pour Taranis (Mind) Proceeding MIPRO 2009 25-29 mai 2009 Croatie Publication dans un journal en cours MICRHAU + INL

  5. 170 µm 280 µm CMOS LAYOUT (INNOTEP) BiCMOS BiCMOS Full Diff

  6. Out_Shaper Vgenerateur Out1 Out2 INNOTEP BiCMOS full diff @ 700fC = 1 V diff

  7. HODOSCOPE DE FAISCEAU • Super base commune • gain variable sur 4 bits • Structure différentielle (étiquetage en temps) • Contrainte forte sur la vitesse : 1 impulsion toutes les 20ns • Thèse en cours de rédaction • Stage de Master en cours

  8. ILC DHCAL • Version Low power (180uA) • Intégrateur avec reset par switch • Cd ~ 60pF • Qmax : 1->100fC en mode umegas 1-> 10pc en mode RPC • Rise time : ~ 120 ns • GBW : 900MHz (umegas) et 50Mhz (RPC) Implémentation dans un circuit 64 voies Proceeding NSS-MIC 2008 DRESDE

  9. LES SHAPERS CR-RC • Structure de l ’amplificateur: • 1 seul étage de gain sur la base de cascode replié • Fully différentiel • CMFB avec double paires différentielles en PMOS • GBW de 50 GHz • G0 = 78dB • Marge de phase : 30 Deg

  10. LES SHAPERS CR-RC

  11. LES SHAPERS CR-RC

  12. Filtrage de type intégrateur avec RAZ Une alternative au filtrage de type CRRC Filtre intégrateur avec RAZ Filtre CRRC diff. ampli. OPA • Avantages de l'intégrateur avec Remise à Zéro par rapport au shaper CRRC: • Fonctionnement synchrone (RAZ) avec le collisionneur • Plus grande efficacité de filtrage du bruit • Temps de récupération plus rapide  empilement réduit • Track & Hold intrinsèque  mémorisation du signal possible en fin d'intégration

  13. Filtrage de type intégrateur avec RAZ Filtre utilisé dans le circuit VFE pour le Preshower de LHCb Lecture signal PM Résultats de mesure d’une voie complète (VFE + FE): LHCb Fclock = 40 MHz Précision: 10 bits VFE chip of the preshower Bruit < 1LSB Erreur en LSB 1LSB 1023

  14. Filtrage de type intégrateur avec RAZ Etude le circuit VFE du calo. Électromagnétique d'ILC • Fonderie commune LAL-LPCC • 1 voie analogique complète : préampli + 3 shapers integ. RAZ Mesures de non-linéarité pour les 3 shapers Gain 100 : NL 7‰ Gain 20 : NL 4‰ Gain 2 : NL 4‰

  15. Switches block control Auto-trigger dummy Filtrage de type intégrateur avec RAZ Configuration en mémoire analogique pour ILC Clock ½ MIP comp. ½ MIP Soumission en fonderie pour cet été d'une voie complète (préamp + shaper) high gain amp. to ADC ampli.

  16. FRONT END À BASSE TEMPÉRATURE • Préamplificateur de charges • Shapers • Buffer 50 ohms

  17. Gpa BP filter Qin buffer Cpa CDet Rpa T2K_Versions_1-2-3 Schematic results with Cdet=250pF

  18. Vérification du process AMS_C35 à basse température : • Résistances • Seuil transistors PMOS • Seuil transistors NMOS NMOS Wtot=199.8μ, L=0.7μ, ngate=9 PMOS Wtot=100μ, L=0.35μ, ngate=10 T2K_V1

  19. CONCLUSION • Optimisation du Préamplificateur : • Etroitement lié au type de détecteur (Cd) • Quantité de charges produites (Cd/Cf) • Physique (résolution en temps ou résolution en énergie) • Puissance disponible • Signal/Bruit le couple PA et Shaper est essentiel

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