Circuit de lecture pour Hodoscopes
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Shiming.DENG – VLSI-2010 @ LAL – Juin. 22-23-24, 2010
Circuit de lecture pour Hodoscopes
Shiming DENG
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Cahier des charges
• Détecteur : Fibres Optiques + PM
100 voies en X
100 voies en Y
Cd = 10 pF
Taux de comtage : 108 pps en C12 (10ns)
Taux de comtage par fibre : 107 pps en C12 (100ns)
Rise time 4ns
Fall time 16ns
2pC ≤ Q ≤ 10pC
12.5 Me- ≤ Q ≤ 63Me-
Noise ≤ 200fC
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Circuit de lecture pour Hodoscopes
• Schéma bloc du système
Convoyeur du courant
Discriminateur en courant
Préampli de charge
Iin
Iref
Gains variables
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Convoyeur du courant
• La structure de Convoyeur du Courant : SBC( Super Base Commune) + Mirroir du courant avec gains variables
Switch
Mirroir du courant
Gain* Iin
Idc
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Convoyeur du Courant
Gains variables : 4 bits
BW ≈ 200MHz avec le courant
de polarisation du SBC 500μA
ENC(Equivalent noise charge) =40fC
Qnoise = (Vnoise/Vin) * Qin
Dynamique : 50μA → 2mA
Caractéristiques post-layout:
Gain = 2
Gain = 1
Gain = 0.5
Gain = 0.25
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SBC
• Zin ≈ 1/gm pour Base Commune
• Zin ≈ 1/(1+A) * gm pour SBC
En réel Zin = 4Ω à 500MHz
(simulation post-layout)
• BW ≈ 800MHz
avec courant de polarisation I=500μA
• Stabilité du SBC : Pôle dominant = 9.24 GHz
(avec la contre-réaction –A stable)
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Discriminateur en Courant
Current Comparator Current to Logic Remise en forme
Les avantages : Pas de conversion I/V
Plus rapide
Peu de problème de dynamique
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Discrimateur en Courant
Current Comparator
IinIref
Iin
Iin
IrefIref
Iin - Iref Zin = 80Ω
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Discriminateur en courant
K x (Iin – Iref)
Current to Voltage
Iin - Iref
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Discriminateur
• Caractéristiques : • Ioffset min = 2 μA (négligable) avec Iref = 50 μA
• Ioffset max = 10 μA (négligable) avec Iref = 400 μA
• Tpropagation = 6.1 ns
• BW = 667MHz
20ns
3.3 V
60ns
Sortie du Discriminateur
Iin
Iref
6.1ns
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PAC : Préampli de Charge
Utiliser seulement pour le test
Qin = (-1/Zf) * ∫ Vout
ENC ≈ 10fC
Gain = 71.4mV / pC
Dynamique : 15pC
30ns
500ns
Ampli Buffer
Zf
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PAC
Phase Margin ≈ 82°Gain = 62dB
Rajouter un zéro pour stabilité
Amplificateur du PAC
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Une voie complète
Discriminateur en courant
PAC (Pré-Ampli de Charge)
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Conclusion
16 voies complètes en Technologie AMS BiCMOS 0.35μm
Dimension : X = 2207 μm Y = 2792 μm
Surface = 6.16 mm²
Ce chip sort le 7 Juin 2010
Et nous allons le recevoir au début de Septembre
Nouveaux détecteurs : Diamand Trise = 350ps
MCCP Trise= 1ns Cd = 35pF