Ny-design for hurtig utlesning av partikkeldetektorer

ALICE eksperimentet ved partikkelakseleratoren LHC (Large Hadron Collider) på CERN er for tiden i gang med oppgraderinger for å kunne mer enn tidoble antall proton-kollisjoner per sekund. Den høye kollisjonsraten medfører at detektorene i eksperimentet må kunne kjøre med en konstant flyt av data, i motsetning til før der en kunne nøye seg med å hente ut deler av data på kommando.

En ny integrert krets, kalt SAMPA, har blitt utviklet som kan lese ut 32 analoge signaler, konvertere de til digitalt, påføre signalet en viss filtrering og komprimering, for deretter å sende dataene til et utlesnings system over flere høyhastighets linker.

SAMPA kretsen erstatter to av dagens kretser, i tillegg reduserer den strømforbruket og doble antall kanaler som kan leses ut. Kretsen er designet for bruk på to av detektorene i ALICE, TPC (Time Projection Chamber) og MCH (Muon Chamber), hvor det vil bli installert i overkant av 50000 enheter totalt.

Denne avhandlingen tar for seg arbeidet rundt utviklingen av den digitale biten av designet. Siden kostnadene er store for en ny produksjon av integrerte kretser, i tillegg til at en produksjonsprosess tar bortimot et halvt år, er det lagt høy vekt på testing og verifikasjon for å unngå at det blir oppdaget feil i designet etter produksjon. Dette har primært blitt utført gjennom simuleringer, prosedyrer og metoder for test av prototyper, i tillegg til metoder for design av systemer med høy pålitelighet.

Personalia

Arild Velure (f. 1984, Bergen) har mastergrad i fysikk fra Universitetet i Bergen og bachelor i elektronikk fra Høgskulen i Bergen. Velure ble tatt inn på ph.d.-studiet våren 2013. Under arbeidet med avhandlingen har han vært ansatt som stipendiat ved Institutt for fysikk og teknologi, veiledet av Kjetil Ullaland og Dieter Röhrich.

Utviklingsarbeidet av kretsen har vært gjort som et samarbeid mellom Universitetet i Bergen, Universitetet i Oslo og Universitetet i Sao Paulo, Brasil.