Sistema di misura di tempo ad elevata risoluzione e ampio fondo scala basato su time-to-amplitude conversion

La misura precisa di intervalli di tempo è un requisito fondamentale numerosissime applicazioni e la sfida di raggiungere risoluzioni sempre più elevate è un obiettivo primario in diversi ambiti scientifici e industriali. In questo senso, le misure di "tempo di volo" e di "time-correlated photon counting" sono esempi paradigmatici. Poiché la risoluzione intrinseca dei sensori che possono essere usati oggi è dell'ordine di decine di picosecondi, i sistemi di misura devono garantire prestazioni almeno di questo ordine. In molte applicazioni non è però sufficiente l'alta risoluzione, ma sono necessari contemporaneamente anche elevato fondo scala ed elevata linearità. Questo lavoro di tesi ha come oggetto lo sviluppo di un sistema di misura in grado di soddisfare tutti questi requisiti contemporaneamente. Il cuore del sistema realizzato è un Time-to-Amplitude Converter (TAC), la cui architettura è intrinsecamente caratterizzata da ottime prestazioni di linearità, ma è soggetto ad un trade-off tra risoluzione e fondo scala della misura. Saranno quindi proposte tre differenti architetture progettate al fine di superare questa limitazione consentendo di realizzare un sistema di misura in cui sia possibile massimizzare la risoluzione del TAC preservando le sue buone proprietà di linearità e in cui non si abbiano limitazioni significative del fondo scala. Si è effettuata una completa validazione in simulazione e una prima validazione sperimentale delle soluzioni proposte realizzando un prototipo di TAC e un sistema di acquisizione e controllo ottenendo un riscontro di risoluzioni raggiungibili di qualche ps.