Development and characterisation of the radiation tolerant HELIX 128-2 readout chip for the HERA-B microstrip detectors

In der vorliegenden Doktorarbeit wurden große Teile der Schaltung des Verstärker- und Auslesechips HELIX128-2 entwickelt. Dazu gehörten unter anderem der 'Bias Generator', eine Schaltung zur Einstellung der Ruheströme und Kontrollspannungen der Verstärkerstufen mit Digital-zu-Analog Wandlern, sowie eine serielle Schnittstelle zum Programmieren der Betriebsparameter des Chips. Des weiteren wurde eine vollständige Charakterisierung des Chips, einschließlich der Bestrahlung mit einer 137Cs-Quelle durchgeführt. Die bei den dazu notwendigen Tests und Messungen gefundenen Unzulänglichkeiten führten zu einer Weiterentwicklung des Chips in verschiedenen Revisionsstufen: 2.2, 2.3, 3.0, 3.1 und 3.1a. Die dabei eingeflossenen Modifikationen betrafen mit Ausnahme von Eingangsstufe und Multiplexer alle Schaltungsteile. Insbesondere an der Pipeline Schreib-/Lesesteuerung wurden im Rahmen dieser Arbeit Verbesserungen vorgenommen. HELIX128-2 ist eine rauscharme (ENC = 462e+35.4e/pF für einen neuen Chip, ENC = 571e+52.0e/pF nach 3.9kGy) VLSI-Schaltung zur Auslese von 128 Kanälen eines Silizium-Streifenzählers oder einer MSGC. Die Architektur implementiert neben einem analogen Auslesepfad, der dem Konzept des CERN RD20/FElix Chip folgt (Ladungsverstärker, Pulsformer, analoger Zwischenspeicher und serielle Auslese der Kanäle getriggerter Daten) auch über einen unverzögerten binären Datenpfad. Er ist für Triggeranwendungen gedacht und über der Eingangsstufe folgende Komparatoren realisiert, deren Signale in Gruppen von vier Kanälen zusammengefaßt werden. Die vorliegende Arbeit gliedert sich daher in zwei Teile: Der erste Teil ist die Beschreibung des HELIX128-2 mit besonderem Schwerpunkt auf der Schaltungsimplementation. Der zweite Teil gibt die Ergebnisse der Charakterisierung des Chips wieder und beinhaltet die Chipeigenschaften unter Bestrahlung bis 3.9kGy.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Heidelberg

Year

2000

Author dc:creator

• Trunk, Ulrich

Contributors dc:contributor

• Knöpfle, Karl-Tasso

Repository record source_url

http://www.ub.uni-heidelberg.de/archiv/1495

OAI identifier oai:identifier

oai:archiv.ub.uni-heidelberg.de:1495