Τα πλέον ενεργητικά σωματίδια στο επίπεδο της θάλασσας Γενικά περί Μιονίων Τα πλέον ενεργητικά σωματίδια στο επίπεδο της θάλασσας Μικρή αλληλεπίδραση με ιονισμό Εύκολα φτάνουν στο επίπεδο της θάλασσας

Διάσπαση Μιονίου Εμβέλεια χ

Ανίχνευση Μιονίων Ενισχυτής Φωτοπολλαπλασιστής Σπινθηριστής Επεξεργασία σήματος Ζώνη αγωγιμότητας Ζώνη σθένους Διέγερση Παγίδες οπή ηλεκτρόνιο Impurities

Φωτοπολλαπλασιαστής + Πολλαπλασιασμός ηλεκτρονίων Ισοδύναμο κύκλωμα

TDC: Time to Digital Converter 1 Μετρά χρόνους μεταξύ δύο γεγονότων (start σήμα – stop σήμα) Μετρά μικρά χρονικά διαστήματα με μεγάλη ακρίβεια Όπως ένα χρονόμετρο που μετρά χρόνους αθλητών start stop Χρονική αναφορά Χρόνοι αναφορικά με ένα ρολόι ακριβείας (π.χ GPS) Σχετικοί χρόνοι γεγονότων που ακολουθούν το ένα το άλλο σαν να μετράμε ώρες χωρίς να έχει το ρολόι μας αναφορά στο 12 ωρο ή 24 ωρο Ειδικές ανάγκες στον τομέα της φυσικής υψηλών ενεργειών Πολλές χιλιάδες κανάλια Πολύ υψηλοί ρυθμοί σωματιδίων Πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα Άλλες εφαρμογές laser/radar (π.χ. μέτρηση αποστάσεων, ταχύτητας αυτοκινήτων)

Delay chain with non-inverting gates TDC 2 Βασικές αρχές λειτουργίας Reset Counter Clock Start Stop Start-stop type Καταμετρητές Πλεονεκτήματα Απλός Ψηφιακός Μεγάλη δυναμική περιοχή Εύκολο να ολοκληρώσουμε πολλά κανάλια Μειονεκτήματα Περιορισμένη διακριτική ικανότητα (1ns in modern CMOS technology) Μετασταθείς καταστάσεις ( use of Gray code counter) Τύπου Γραμμής Καθυστέρησης Αλυσίδα καθυστέρησης καλωδίων (κατανεμημένο L-C) Πολύ καλή διακριτική ικανότητα ( 5ps mm) Δύσκολη ολοκλήρωση σε VLSI κυκλώματα Απλή αλυσίδα καθυστέρησης με χρήση ενεργών “πυλών” Καλή διακριτική ικανότητα ( ~100ps στις σύγχρονες τεχνολογίες 0.18nm ) Περιορισμένη δυναμική περιοχή (μακρές γραμμές καθυστέρησης και καταχωρητές) Μόνο start-stop τύπου Μεγάλες διακυμάνσεις μεταξύ chips με τη θερμοκρασία και την τάση τροφοδοσίας Delay locked loop Self calibrating using external frequency reference (clock) Allows combination with counter (see later) Delicate feedback loop design (jitter) R-C αλυσίδα καθυστέρησης Πολύ καλή διακριτική ικανότητα Αλυσίδες καθυστέρηση με απώλειες: μικρές αλυσίδες Μεγάλη ευαισθησία στις παραμέτρους επεξεργασίας και την θερμοκρασία Και διάφορες άλλες τοπολογίες Clock Counter Hit Register Time tagging type Cable delay chain Register Start Stop Delay chain with non-inverting gates Register Phase Clock Hit Delay Locked Loop R C R C R C R C RC delay chain V t

HPTDC architecture Clock (40MHz) X 4 Hit[31:0] X 8 Trigger Resets JTAG PLL M u x 160MHz Coarse counter 40MHz DLL 32 15 bit X 4 R-C Hit[31:0] R-C Hit cont. Hit register 0 Hit register 1 Hit register 2 X 8 Trigger interface Hit register 3 Trigger Bunch count Channel arbitration Encoding Offset adjust Resets Event count L1 buffer Trigger FIFO 256 16 Trigger matching control Trigger matching Reject counter Match window Round Robin JTAG: Boundary scan Programming Monitoring Status Production test Error monitoring: Memories State machines Measurements Programming JTAG Readout FIFO 256 JTAG Readout interface Parallel Byte Serial Token-in Readout Token-out

TDC 2 High Performance TDC 0.25 μm CMOS Τεχνολογία 1 εκατομμύριο τρανζίστορς 225 ball grid array package Διαστάσεις 6.5 x 6.5 mm Κανάλια 32 High resolution: 98ps Very high resolution: 24ps (8 channels)

Επεξεργασία Σήματος 2 PC TDC TDC Microcontroller + USB 2.0 I/F Coincidence logic either before TDC or in FPGA depending on the trigger logic GPS Sync PC Microcontroller + USB 2.0 I/F High Performance TDC TDC 8 channels 8 channels (~20ps (~20ps rms rms resolution) resolution) TDC Control