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Thèse Année : 2001

Etude et réalisation d'un circuit intégré spécifique de mise en forme de signaux délivrés par un détecteur pour une expérience de physique des particules

Résumé

Part of the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, the ALICE detector will be dedicated to the study of the Quark Gluon Plasma, a state of deconfined matter, from 2006. The trigger system of the ALICE Dimuon Spectrometer is divided into 72 Resistive Plate Chambers (RPC) running in streamer mode, with 21 000 signal channels. A first prototype of a specific integrated circuit, which shapes the detector output signals, has been studied and designed. Its role is to produce logical data with a good time precision, when the input signal corresponds to the expected pulse shape. Designed using 0,8 µm AMS BiCMOS technology, it includes the following functions : a dual threshold discrimination technique called ADULT, a latching system that forbids any unexpected trigger over a 100ns period of time, a tunable delay and a pulse shaping and an ECL driver.
The general scheme has been divided into different cells designed and simulated. The layout required for the wafer manufacturing has been made with great care in order to improve the performance, as well the quantity of silicon used.
Fifteen prototype circuits have been tested with a test bench in laboratory and with a particle beam at CERN. The results show that the cells designed carry out the required functions, and that the ADULT system noticeably increases the time resolution. The power consumption will be lowered to 100mW per channel by introducing a LVDS driver in the chip.
This study has shown the feasibility of an integrated circuit suitable for the specific RPC pulses in streamer mode, matching the requirements of cost and power consumption.
Associé au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN, le détecteur ALICE sera, à partir
de 2006, dédié à l'étude du Plasma de Quarks et de Gluons, un état de dé-confinement de la matière.
Le système de déclenchement du spectromètre dimuons de ALICE sera constitué de 72 chambres à plaques
résistives (RPC) fonctionnant en mode streamer, fournissant près de 21 000 voies de mesure. Un premier
prototype de circuit intégré spécifique effectuant la mise en forme des signaux délivrés a été étudié. Son rôle
est de fournir une information logique précise en temps lorsque le signal d'entrée correspond au type
d'impulsion attendu. Réalisé en technologie AMS BiCMOS 0,8
µm, il intègre les fonctions suivantes : une technique de double discrimination nommée ADULT, un système de verrouillage évitant tout re-déclenchement sur une durée de 100ns, un délai variable et une mise en forme et un étage de sortie ECL.
Le schéma général a été divisé en plusieurs cellules qui ont été élaborées et simulées. La saisie des masques nécessaires à la fabrication par le fondeur a fait l'objet de beaucoup de soins pour optimiser les performances et la surface de silicium utilisée.
Quinze circuits prototypes ont été testés en laboratoire et sous faisceau de particules. Les résultats prouvent que les cellules implantées réalisent les fonctions demandées, et que le système ADULT améliore sensiblement la résolution temporelle. La consommation sera ramenée en dessous de la limite des 100 mW par voie en implantant dans le circuit un étage de sortie LVDS.
Ce travail a montré la faisabilité d'un circuit intégré spécifique adapté aux signaux particuliers délivrés par les RPC en mode streamer, dans les tolérances du cahier des charges notamment au niveau des coûts et de la consommation.
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Dates et versions

tel-00001313 , version 1 (16-04-2002)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00001313 , version 1

Citer

Laurent Royer. Etude et réalisation d'un circuit intégré spécifique de mise en forme de signaux délivrés par un détecteur pour une expérience de physique des particules. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00001313⟩
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