Shiming.DENG – VLSI-2010 @ LAL – Juin. 22-23-24, 2010

Circuit de lecture pour Hodoscopes

Shiming DENG

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Cahier des charges

• Détecteur : Fibres Optiques + PM

100 voies en X

100 voies en Y

Cd = 10 pF

Taux de comtage : 108 pps en C12 (10ns)

Taux de comtage par fibre : 107 pps en C12 (100ns)

Rise time 4ns

Fall time 16ns

2pC ≤ Q ≤ 10pC

12.5 Me- ≤ Q ≤ 63Me-

Noise ≤ 200fC

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Circuit de lecture pour Hodoscopes

• Schéma bloc du système

Convoyeur du courant

Discriminateur en courant

Préampli de charge

Iin

Iref

Gains variables

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Convoyeur du courant

• La structure de Convoyeur du Courant : SBC( Super Base Commune) + Mirroir du courant avec gains variables

Switch

Mirroir du courant

Gain* Iin

Idc

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Convoyeur du Courant

Gains variables : 4 bits

BW ≈ 200MHz avec le courant

de polarisation du SBC 500μA

ENC(Equivalent noise charge) =40fC

Qnoise = (Vnoise/Vin) * Qin

Dynamique : 50μA → 2mA

Caractéristiques post-layout:

Gain = 2

Gain = 1

Gain = 0.5

Gain = 0.25

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SBC

• Zin ≈ 1/gm pour Base Commune

• Zin ≈ 1/(1+A) * gm pour SBC

En réel Zin = 4Ω à 500MHz

(simulation post-layout)

• BW ≈ 800MHz

avec courant de polarisation I=500μA

• Stabilité du SBC : Pôle dominant = 9.24 GHz

(avec la contre-réaction –A stable)

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Discriminateur en Courant

Current Comparator Current to Logic Remise en forme

Les avantages : Pas de conversion I/V

Plus rapide

Peu de problème de dynamique

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Discrimateur en Courant

Current Comparator

IinIref

Iin

Iin

IrefIref

Iin - Iref Zin = 80Ω

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Discriminateur en courant

K x (Iin – Iref)

Current to Voltage

Iin - Iref

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Discriminateur

• Caractéristiques : • Ioffset min = 2 μA (négligable) avec Iref = 50 μA

• Ioffset max = 10 μA (négligable) avec Iref = 400 μA

• Tpropagation = 6.1 ns

• BW = 667MHz

20ns

3.3 V

60ns

Sortie du Discriminateur

Iin

Iref

6.1ns

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PAC : Préampli de Charge

Utiliser seulement pour le test

Qin = (-1/Zf) * ∫ Vout

ENC ≈ 10fC

Gain = 71.4mV / pC

Dynamique : 15pC

30ns

500ns

Ampli Buffer

Zf

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PAC

Phase Margin ≈ 82°Gain = 62dB

Rajouter un zéro pour stabilité

Amplificateur du PAC

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Une voie complète

Discriminateur en courant

PAC (Pré-Ampli de Charge)

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Conclusion

16 voies complètes en Technologie AMS BiCMOS 0.35μm

Dimension : X = 2207 μm Y = 2792 μm

Surface = 6.16 mm²

Ce chip sort le 7 Juin 2010

Et nous allons le recevoir au début de Septembre

Nouveaux détecteurs : Diamand Trise = 350ps

MCCP Trise= 1ns Cd = 35pF