Scheda 256 canali per filtraggio anti-aliasing ad ingressi differenziali per accoppiamento con l'elettronica GET di front-end del sistema FARCOS

My thesis work lies in the framework of the activities for the development of an innovative detection system, named FARCOS (Femtoscopy Array for COrrelation and Spectroscopy) for correlation meseaurment particle-particle and particle-intermediate mass fragment in nuclear physics experiments. This activity is part of the experiment NEWCHIM of the INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. In particular, I developed a 256 channel board for differential to single ended conversion of the incoming signal from the front-end electronics located in vacuum and their conditioning for the digitalization process. The single channel features a differential to single-ended converter followed by one or more filtering stages . One section of the channel performs the generation of the voltage offset needed to cope with the requests of the back-end electronics. I took care of the whole path from the design of the board, to its layout and experimental qualification. I simulated the single channel with particular care on the stability of the differential to single ended converter, on its noise performance and on the impact of the power consumption of each section. In addition, I studied the effects of the anti-aliasing filters on the rise and fall time of the incoming signals and their noise impact.

Il mio lavoro di tesi si inserisce nelle attivita’ volte allo sviluppo di un innovativo sistema di rivelazione, denominato FARCOS (Femtoscopy Array for COrrelation and Spectroscopy) per misure di correlazione particella-particella e particella-frammento di massa intermedia in esperimenti di fisica nucleare. Questa attivita’ e’ parte dell’esperimento NEWCHIM dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN. In particolare, mi sono occupato dello sviluppo di una scheda 256 canali per la conversione in single-ended dei segnali differenziali provenienti dall’elettronica di frontend posta in vuoto ed il loro condizionamento in vista della digitalizzazione. Il singolo canale è composto da un convertitore da differenziale a single-ended seguito da uno o più stadi di filtraggio. Una sezione del canale è dedicata alla generazione della tensione di offset per la traslazione dei segnali, come richiesto dall’elettronica di back-end. L’attivita’ di tesi ha riguardato sia il progetto della scheda che il suo disegno e la qualificazione sperimentale. L‘attività è iniziata con la progettazione e le simulazioni del singolo canale con particolare interesse alla stabilità del convertitore differential to single-ended , alle sue prestazioni di rumore e all’impatto sui consumi dello stadio per la generazione dell’offset ,. In seguito ho studiato l’effetto dei filtri anti- sui fronti di salita e discesa dei segnali in ingresso e il loro contributo in termini di consumi e di rumore. Ho effettuato il disegno del layout della scheda e, una volta ricevuto il primo prototipo, mi sono occupato della qualificazione sperimentale del sistema.