FPGA-based data acquisition system for multichannel radiation detector instrumentation

Nowadays, FPGA devices are widely employed in all electronics fields. The availability of system-level functionalities inside miniaturized architectures, together with the advanced performances at low budget, makes them suitable for a wide range of applications. Moreover, their capability of being repeatedly programmed allows for design time reduction and perfectly matches the requirement of frequent testing typical of laboratory prototypal systems. The present work focused on the hardware design of a general purpose FPGA acquisition unit, which can be employed for different multichannel radiation detector applications. In addition, the work dealt with the development of a module to interface the DAQ with the analog front end of a gamma detection system, operating with ASICs for high dynamic range readout of Silicon Photomultipliers. Moreover, the application has needed the development of the dedicated VHDL code to handle the readout and the integrated circuit settings.

Nel corso del tempo, l’utilizzo di FPGA si è ampiamente diffuso in tutti i settori dell’elettronica grazie all’integrazione di funzionalità di sistema all’interno di architetture sempre più piccole ed alle elevate prestazioni a costo contenuto. Inoltre, la disponibilità ad essere riprogrammati con facilità consente di diminuire i tempi di progettazione e li rende dispositivi ottimali per applicazioni prototipali di laboratorio, che necessitano di essere ripetutamente testate e modificate. Il presente lavoro di tesi magistrale ha riguardato la progettazione hardware di una unità di acquisizione dati basata su FPGA, che si possa agevolmente integrare in diverse applicazioni per la lettura multicanale di rivelatori di radiazione. In aggiunta, è stato sviluppato un modulo per interfacciare il DAQ al front end analogico di un sistema di rivelazione gamma, composto da ASICs per la lettura ad alto range dinamico di una matrice di Silicon Photomultipliers. Oltre al design hardware, l’applicazione ha richiesto lo sviluppo dello specifico codice VHDL per la gestione della programmazione e della lettura dei circuiti integrati.