Progetto di una logica distribuita di lettura e routing per matrici di rivelatori SPAD ad alta densità

Lo scopo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo di una logica di routing da affiancare ad una matrice di fotorivelatori SPAD, impiegata in misure di Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC) multicanale e ad alte prestazioni. Il progetto prevede l’instradamento intelligente dei segnali provenienti da una matrice formata da 1024 fotorivelatori SPAD verso 5 sole linee di elaborazione e misura del segnale. Queste hanno come compito quello di misurare l’istante di arrivo dei fotoni all’interno di un periodo e la misura è compiuta tramite TAC (Time to Amplitude Converter) seguiti da un ADC. L’introduzione di una logica di routing tra i rivelatori e i circuiti di misura dei segnali permette di utilizzare un numero limitato di convertitori, garantendo l’ottimizzazione delle prestazioni di questi ultimi e, inoltre, dà la possibilità di ottenere all’uscita del sistema un flusso di dati gestibile dai protocolli di comunicazione attuali. Caratteristica fondamentale per il corretto funzionamento della logica di routing è garantire un’uguale probabilità di lettura a tutti i rivelatori, evitando che quelli con minor frequenza di acquisizione vengano nascosti da altri attivi con un maggior rate, ma la caratteristica peculiare del router progettato è quello di essere distribuito nella matrice stessa. Questo risultato si ottiene attribuendo ad ogni pixel un circuito logico del tutto identico a quello degli altri e condividendo tra tutti i rivelatori un numero contenuto di linee. Questo garantisce un’estrema modularità dell’architettura che è così in grado di adattarsi a matrici di qualunque dimensione. Inoltre il fatto che non sia presente alcun master centrale sul quale debbano convergere tutti i segnali generati dalla matrice garantisce una semplicità non indifferente dal punto di vista del tracciamento delle linee che attraversano la matrice. Da ultimo è stato implementato un algoritmo in linguaggio VHDL in grado di ricostruire la posizione degli SPAD a cui appartengono i segnali instradati. Questo permetterà al sistema a valle delle catene di misura di elaborare correttamente i dati generati dall’ADC.