Development of radiation hard readout electronics for LHCb
Das Experiment LHCB am CERN ist zur Zeit in der Entwicklungsphase und hat zum Ziel, CP-Verletzung im System der B-Mesonen mit sehr hoher Präzision zu messen. In dem Experiment wird ein mit Silizium-Mikrostreifenzähler n ausgestatteter Vertex-Detektor eingesetzt. Ein Mikrochip, der für die Auslese dieser Detektorkomponente geignet ist, wurde in einer Arbeitsgruppe im ASIC-Labor Heidelberg entwickelt. Dieser Auslesechip Beetle-1.0 besteht aus 128 analogen Eingangsstufen mit einem ladungsempfindlichen Vorverstärker, einem Pulsformer und einer Treiberstufe. Das analoge Signal wird auf einen Komparator geführt, von dem ein schnelles Triggersignal abgeleitet werden kann. Der darauf folgende Ringspeicher (aufgebaut als Matrix von Gate-Kapazitäten) kann entweder zur Speicherung des analogen Signals der Eingangsstufe oder zur Speicherung des digitalen Ausgangs des Komparators benutzt werden. Ein externes Triggersignal markiert Ereignisse, die ausgelesen werden sollen, wobei die zugehörige Stelle in dem Ringspeicher in einem Derandomizer abgelegt wird. Markierte Ereignisse werden mittels einem rücksetzbaren ladungsempfindlichen Verstärker ausgelesen. Ein analoger Multiplexer, der die Signale abhängig vom Aulesemodus im Verhältniss 32:1, 64:1 oder 128:1 seriell weitergibt, schliest sich daran an. Durch einen Stromtreiber werden die Daten von dem dem Chip ausgegeben. Beim Einsatz des Beetle im Vertexdetektor von LHCb muss er einer Strahlendosis von insgesamt 10 MRad standhalten. Dies wurde durch den Einsatz einer CMOS-Technology mit Strukturbreiten von 0,25um sowie geschlossener Geometrie von nMOS-Transistoren erreicht. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden wesentliche Komponenten der analogen Auslesekette des Beetle-1.0 entworfen und getestet. Dazu wurde auf Ergebnisse von intensiven Messungen an dem Auslesechip HELIX128 zurückgegriffen. Ebenso wurden Teile des SCTA Auslesechips modifiziert, um diesen für das Experiment LHCb einsetzen zu können.
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