Cosmic ArduSiPM design of a light all-in-one particle detector for aerospace application

The satellites with low mass and size are being used to gather scientific data with the objective to reduce the economic cost associated with the launch vehicle. These satellites can be used as an alternative to studying the cosmic rays present outside the atmosphere. Currently, bulky radiation observatories are being used to detect these rays after scattering from the atmosphere. However, the detection of these rays using primary detection methods is limited due to the sensitive electronics being used in the detection circuitry. Previously designed detection systems were limited due to the lack of radiation hardening, stacked designs, and low processing speed. One can overcome these limitations by designing a circuit with radiation hardening, multi-channel single board design, and fast processors. In this thesis, I have worked with Microchip Technology and INFN Roma to design the Cosmic ArduSiPM board using radiation-hard ATSAMV71Q21-RT developed on CubeSat standard board dimension. Our design is significantly improved in terms of pulse counting speed, the precise arrival time of pulse measurement, and the fast conversion rate of analog-to-digital converter (ADC).

I satelliti con massa e dimensioni ridotte vengono utilizzati per raccogliere dati scientifici con l'obiettivo di ridurre i costi economici associati al veicolo di lancio. Questi satelliti possono essere usati in alternativa allo studio dei raggi cosmici presenti all'esterno dell'atmosfera. Attualmente, vengono utilizzati osservatori di radiazioni voluminosi per rilevare questi raggi dopo la dispersione dall'atmosfera. Tuttavia, il rilevamento di questi raggi utilizzando metodi di rilevamento primari è limitato a causa dell'elettronica sensibile utilizzata nei circuiti di rilevamento. I sistemi di rilevamento progettati in precedenza erano limitati a causa della mancanza di indurimento da radiazioni, design sovrapposti e bassa velocità di elaborazione. Si possono superare questi limiti progettando un circuito con tempra a radiazione, design a scheda singola multicanale e processori veloci. In questa tesi, ho lavorato con Microchip Technology e INFN Roma per progettare la scheda Cosmic ArduSiPM utilizzando ATSAMV71Q21-RT resistente alle radiazioni sviluppato sulla dimensione della scheda standard CubeSat. Il nostro design è notevolmente migliorato in termini di velocità di conteggio degli impulsi, il preciso tempo di arrivo della misurazione degli impulsi e il rapido tasso di conversione del convertitore analogico-digitale (ADC).