Modulo a 16 canali con matrice monolitica di SPAD e TDC per spettroscopia ottica

Negli ultimi decenni è stato necessario sviluppare strumenti sempre più accurati per la ricostruzione di segnali ottici mediante l'uso nella tecnica TCSPC (Time-Correlated Single Photon Counting). Il nucleo di questi strumenti è un misuratore di tempo ad elevata risoluzione estremamente lineare. I primi misuratori di tempo furono analogici e necessitavano di convertitori analogico-digitali per ottenere un'informazione da poter elaborare. Per svincolarsi dai limiti derivanti dal convertitore analogico-digitale, sono state sviluppate, nel corso degli anni, dei misuratori di tempo digitali, chiamati TDC (Time to Digital Converter), che effettuano una conversione diretta da tempo a dato digitale. Scopo di questo lavoro di tesi è sviluppare un modulo compatto e portatile per misure di tempo, utilizzando un chip integrato costituito da un Array di TDC con SPAD integrati, progettato presso lo SPADlab del Politecnico di Milano. Questi TDC sono caratterizzati da un ampio range di misura, pari a 160ns, e un’ottima risoluzione temporale, poiché il dato di tempo è calcolato a passi di 10ps. Il modulo realizzato è costituito da tre schede, con elettronica a basso jitter e tensioni di alimentazione accurate. È stato implementato il firmware della FPGA che si occupa dell’elaborazione e dell’invio dei dati al PC attraverso il protocollo di comunicazione USB 2.0. Si è sviluppato il software in grado di elaborare correttamente i dati ricevuti, di fornire in modo chiaro tutte le informazioni utili derivanti dalla misura e di semplificare il più possibile l'utilizzo del sistema. Per valutare le prestazioni dello strumento sono state effettuate misure di caratterizzazione, in particolare si è valutato il jitter intrinseco del modulo e la linearità.