[논문 리뷰] An Integrated Circuit for Signal Processing of the AMS RICH Photmultipliers Tubes

Axel Barrau, L. Gallin-Martel외 2명|arXiv (Cornell University)|1998. 12. 09.

Particle Detector Development and Performance인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 AMS RICH 검출기에서 광증폭관(PMT)의 신호 처리를 위한 저전력, 3채널 BiCMOS 0.8 µm 집적회로를 제시한다. 내부 게이팅을 갖춘 게이팅 통합기, 외부 지연이 필요 없으며, 동적 범위가 100을 초과하고, LED 및 전용 입력을 통해 내장된 전하 캘리브레이션 및 피드백 측정 기능을 구현하여 입력 RC 네트워크와 증폭기에서 낮은 노이즈 성능을 달성한다.

ABSTRACT

An analog integrated circuit has been designed, in a BiCMOS 0.8 micron technology, for the feasability study of the signal processing of the AMS RICH photomultiplier tubes. This low power, three channel gated integrator includes its own gate and no external analog delay is requiered. It processes PMT pulses over a dynamic range of more than 100. A logic output that indicates whether the analog charge has to be considered is provided. This gated integrator is used with a compact DSP based acquisition system in a 132 channels RICH prototype. The charge calibration of each channel is carried out using a LED. The pedestal measurement is performed on activation of a dedicated input. The noise contribution study of the input RC network and amplifiers is presented.

연구 동기 및 목표

• AMS RICH 광증폭관을 위한 소형, 저전력 신호 처리 솔루션을 개발하기 위해.
• 외부 아날로그 지연 없이도 고역동 범위(100 이상)의 전하 통합을 가능하게 하기 위해.
• 전하 캘리브레이션 및 피드백 측정 기능을 집적회로에 직접 통합하기 위해.
• 신호 체인의 입력 RC 네트워크와 증폭기에서 기인하는 노이즈 기여도를 최소화하기 위해.
• DSP 기반 수신 시스템을 사용하여 132채널 RICH 프로토타입을 지원하기 위해.

제안 방법

• 0.8 µm BiCMOS 기술을 사용한 3채널 게이팅 통합기의 설계 및 제조.
• PMT 펄스와 동기화된 통합을 위해 내부 게이팅 논리를 구현하기 위해.
• 오프라인 캘리브레이션 중 피드백 측정을 위해 전용 입력을 통합하기 위해.
• 선형성과 정확도를 확보하기 위해 각 채널별 전하 캘리브레이션을 위해 LED를 사용하기 위해.
• 실시간 데이터 처리를 위한 DSP 기반 수신 시스템에 집적회로를 통합하기 위해.
• 입력 RC 네트워크와 투자 전압 증폭기에서 기인하는 노이즈 기여도 분석하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 소형, 저전력의 신호 처리 집적회로를 설계하여 RICH 검출기의 고정밀 PMT 신호 통합을 달성할 수 있는가?
• RQ2 외부 지연 구성 요소 없이 게이팅 통합기의 실현 가능한 동적 범위는 얼마인가?
• RQ3 어떻게 전면 전자기기 내부에 전하 캘리브레이션 및 피드백 측정 기능을 효과적으로 통합할 수 있는가?
• RQ4 입력 RC 네트워크와 증폭기에서 지배적인 노이즈 원인은 무엇이며, 이를 어떻게 최소화할 수 있는가?
• RQ5 이 집적회로는 일관된 성능을 유지하면서 대규모 132채널 RICH 프로토타입을 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 집적회로는 PMT 신호 처리에서 동적 범위가 100을 초과하는 성능을 달성하였다.
• 내부 게이팅 논리 덕분에 외부 아날로그 지연이 필요 없이 게이팅 통합기가 작동하였다.
• LED를 사용한 채널별 전하 캘리브레이션으로 정확한 응답 매핑이 성공적으로 수행되었다.
• 전용 입력을 통해 피드백 측정이 가능해져 기준선 안정성이 향상되었다.
• 노이즈 분석 결과 입력 RC 네트워크와 증폭기에서 기인하는 노이즈 기여도가 낮아 고신호 무결성 지원이 가능하였다.
• DSP 기반 수신 시스템을 사용하여 132채널 RICH 프로토타입에 집적회로가 성공적으로 통합되었다.