Developement of a multichannel integrated circuit for Silicon Photo-Multiplier arrays readout

288 Pages·2014·6.34 MB·English

Development of a multichannel integrated circuit
for Silicon Photo-Multiplier arrays readout
Albert Comerma i Montells
(cid:3)
ADVERTIMENT. La consulta d’aquesta tesi queda condicionada a l’acceptació de les següents condicions d'ús: La difusió
d’aquesta tesi per mitjà del servei TDX (www.tdx.cat) i a través del Dipòsit Digital de la UB (diposit.ub.edu) ha estat
(cid:3)
autoritzada pels titulars dels drets de propietat intel·lectual únicament per a usos privats emmarcats en activitats
d’investigació i docència. No s’autoritza la seva reproducció amb finalitats de lucre ni la seva difusió i posada a disposició
des d’un lloc aliè al servei TDX ni al Dipòsit Digital de la UB. No(cid:3) s’autoritza la presentació del seu contingut en una finestra
o marc aliè a TDX o al Dipòsit Digital de la UB (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant al resum de presentació de
la tesi com als seus continguts. En la utilització o cita de parts d(cid:3)e la tesi és obligat indicar el nom de la persona autora.
ADVERTENCIA. La consulta de esta tesis queda condicionada a la aceptación de las siguientes condiciones de uso: La
difusión de esta tesis por medio del servicio TDR (www.tdx.cat) y a través del Repositorio Digital de la UB
(diposit.ub.edu) ha sido autorizada por los titulares de los derechos de propiedad intelectual únicamente para usos
privados enmarcados en actividades de investigación y docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro
ni su difusión y puesta a disposición desde un sitio ajeno al servicio TDR o al Repositorio Digital de la UB. No se autoriza
la presentación de su contenido en una ventana o marco ajeno a TDR o al Repositorio Digital de la UB (framing). Esta
reserva de derechos afecta tanto al resumen de presentación de la tesis como a sus contenidos. En la utilización o cita de
partes de la tesis es obligado indicar el nombre de la persona autora.
WARNING. On having consulted this thesis you’re accepting the following use conditions: Spreading this thesis by the
TDX (www.tdx.cat) service and by the UB Digital Repository (diposit.ub.edu) has been authorized by the titular of the
intellectual property rights only for private uses placed in investigation and teaching activities. Reproduction with lucrative
aims is not authorized nor its spreading and availability from a site foreign to the TDX service or to the UB Digital
Repository. Introducing its content in a window or frame foreign to the TDX service or to the UB Digital Repository is not
authorized (framing). Those rights affect to the presentation summary of the thesis as well as to its contents. In the using or
citation of parts of the thesis it’s obliged to indicate the name of the author.
A
l
b
e
r
t
C
o
m
e
r
m
a
Development of a multichannel
D
e
v
e integrated circuit for Silicon
l
o
p
m Photo-Multiplier arrays readout
e
n
t
o
f
a Albert Comerma i Montells
m
u
l
t
i
c
h
a
n
n
e
l
I
C
f
o
r
S
i
P
M
a
r
r
a
y
s
r
e
a
d
o
u
t
UNIVERSITAT DE BARCELONA
`
INSITUT DE CIENCIES DEL COSMOS
DEPARTAMENT D’ELECTRO`NICA
PROGRAMA DE DOCTORAT EN ENGINYERIA I TECNOLOGIES
AVANC¸ADES
Development of a multichannel
integrated circuit for Silicon
Photo-Multiplier arrays readout
Albert Comerma i Montells
DIRECTOR
Dr. David Gasc´on i Fora
TUTOR
Dr. Atila` Herms i Berenguer

Mem`oria presentada per Albert Comerma i Montells
per optar al grau de Doctor
Barcelona, 2013

Agra¨ıments
Abans d’agrair res a ningu´ em voldria disculpar per a totes les persones
quem’hanajudataarribarfinsaqu´ıiquenomencionar´eenelsagra¨ıments.
Per comen¸car tots els estudiants de doctorat i postdocs que he tingut la
sort de con`eixer durant tots aquests anys al departament i que seria llarg
d’enumerar i molt probablement impossible de no deixar-me algu´.
Moltes gr`acies en primer lloc a en David Gasco´n, per ser el meu director,
pero` sobretot per la seva feina en el disseny de molts dels circuits descrits
en aquesta tesi i la seva visi´o i experi`encia per entendre com funcionen (o
perqu`e no funcionen) d’una sola ullada. Sense ell hagu´es estat impossible
realitzar aquesta feina (almenys en el temps que s’ha fet).
Gra`cies tamb´e a en Llu´ıs Freixas per totes les hores de disseny i layout
dedicades a molts blocs comentats en aquesta tesi. Sobretot per les nits
sense dormir just abans d’enviar a fabricar alguns dels prototips. Sense la
sevafeinasegurquetampochagu´essimarribatabonporttantra`pidament.
Much´ısimas gracias a Jos´e Manuel-P´erez y Jesu´s Mar´ın del CIEMAT
por tener una idea tan clara de como funciona un sistema PET y como
deber´ıa ser la electr´onica de lectura, y a Juan Jos´e Vaquero de la UC3M
por comentar los problemas que se han encontrado y como mejorar los
sistemas actuales. Muchas gracias tambi´en a todo el equipo del CIEMAT y
en especial a Pedro Rato e Ic´ıar Sarasola por la validacio´n de la electro´nica
en un sistema PET.
Thanks to EPFL people for their collaboration in the SciFi tracker de-
sign, specially to Fred Blanch for all the meetings and Guido Haefeli for
the SiPM knowledge and testing.
Thanks also to Herv´e Chanal from Clermont Ferrand for all the brain-
storming around PACIFIC ASIC.
Merci beaucoup Laurent Royer pour l’int´egration du design PACIFICr1
dans TROPIC ASIC.
Moltes gr`acies a en Ricardo Graciani per la seva ajuda a entendre qu`e
ha de sortir de la mesura d’una font radioactiva i com ha de ser l’espectre
resultant d’un cristall. Tamb´e per proporcionar les fonts del laboratori de
doc`enciaperarealitzarlesmesures.IaenLlu´ısGarridoil’EugeniGraug´es
per confiar en mi per aquesta tasca i crear i mantenir el grup durant tant
de temps.
Tamb´e haig de donar les gra`cies a en Juan Trenado, pels seus processats
i gra`fics en python, per comentar els seus extensos coneixements sobre el
comportamentdesemiconductorsambmiitotesleshoresdetestbeampas-
sades (encara que no incloses en aquesta tesi). Moltes gr`acies als companys
de despatx; Adria` Casaju´s (per als vale por un Adri), Andreu Sanuy (el
rei del layout) i l’Edu Picatoste sempre disposat a donar un cop de ma` en
qualsevol bloc.
Molt´ıssimes gr`acies als meus pares que em van fer tal com s´oc i sempre
m’han ajudat i donat suport per a dedicar-me a el que m´es m’agrad´es.
Inculcar-me la curiositat pel que ens envolta i arribar a entendre com fun-
cionen les coses ha fet que hagi arribat fins aqu´ı. Moltes gra`cies als meus
germans tamb´e, Dani i Nu´ria, dels quals he apr`es moltes m´es coses de les
que es poden imaginar.
Moltes gr`acies a en Joan i la Merc`e, tu si que vales. I molt´ıssimes gr`acies
a la Pat per estar al meu costat, fins i tot mentre intento escriure aquestes
l´ınies i la resta de la tesi tancats a casa. Moltes gr`acies per compartir la
muntanya amb mi. Endavant!
La feina descrita en aquesta tesi ha estat realitzada entre els centres:
Universitat de Barcelona Institut de Ci`encies del cosmos
Centro de Investigaciones Energ´eticas
Medioambientales y Tecnol´ogicas (CIEMAT)
Amb la col.laboracio´ de:
CERN LHCb
Ifinanc¸adaparcialmentpelsprojectesdelMinisteriodeCienciaeInnovacion:
FPA2008-06271-c02-01
PTA2009-2077-P