Verificação funcional e testes experimentais do circuito integrado SAMPA desenvolvido para instrumentação científica do experimento ALICE (LHC-CERN)

• Processo: 17/12345-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Vigência (Início): 01 de julho de 2017
• Vigência (Término): 30 de junho de 2018
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
• Pesquisador responsável: Wilhelmus Adrianus Maria van Noije
• Beneficiário: Raul Acosta Hernandez
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 14/12664-3 - Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN, AP.ESP
• Assunto(s): Time projection chamber Experimento ALICE Circuitos integrados
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Asic | Fpga | Lhc-Cern | Tecnologia CMOS | Time Projection Chamber | verificação | Projeto de circuitos integrados

Resumo

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) é um dos quatro grandes experimentos do acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) instalado no laboratório europeu CERN (European Organization for Nuclear Research). Entre as atualizações planejadas desse experimento para os próximos anos de funcionamento, está a melhoria na resolução e eficiência do rastreamento de partículas produzidas em colisões entre íons pesados, mantendo a excelente capacidade de identificação de partículas para uma taxa de leitura de eventos significativamente maior em relação à atual e permitindo o estudo de observáveis raros que devem permitir um avanço significativo na compreensão da matéria nuclear. Para se alcançar esse objetivo, entre outras ações, é preciso atualizar a eletrônica de leitura dos sinais de diversos detectores do experimento ALICE como o Time Projection Chamber (TPC) e o Muon Tracking Chambers (MCH). Está sendo desenvolvido no Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica de Universidade de São Paulo um projeto de circuito integrado ASIC que inclui simulação, fabricação, teste experimental e validação de um ASIC protótipo de aquisição de sinais e de processamento digital que possa ser usado na eletrônica de detecção dos sinais no cátodo do TPC do experimento ALICE. O protótipo do chip fabricado deve suportar polaridades negativas da tensão de entrada e leitura contínua de dados, com 32 canais por chip, com menor consumo de potência comparado com a versão anterior do chip, e que possa operar em ambientes submetidos a radiação. Especificamente, as principais atividades a serem desenvolvidas pelo bolsista serão o fluxo backend, assegurando não haver violações de projeto, e os testes experimentais do chip fabricado. O projeto será desenvolvido no Laboratório de Sistemas integráveis da Escola Politécnica de Universidade de São Paulo. O objetivo das atividades a serem realizadas pelo bolsista será o de colaborar na verificação e caracterização dos circuitos integrados SAMPA V3, SAMPA V4 (versão mais adequada para o projeto TPC dado que evita saturação por múltiplos pulsos próximos no tempo na entrada do chip) e de produção, através de simulações do core digital e de circuitos analógico-digitais, Analog Mixed Signal (AMS). Para este fim planejará e desenvolverá cenários de simulação para testbenches desenvolvidos. Estes cenários deverão considerar as condições típicas operacionais do circuito integrado quando utilizado nos testes do experimento ALICE Time Projection Chamber (TPC) e Muon Tracking Chambers (MCH). Também participará colaborando nos testes experimentais do ASIC SAMPA após as diferentes rodadas de fabricação. Estes testes validarão no silício o desenvolvimento realizado e simulado. Para esse fim, o bolsista também ficará encarregado de planejar, programar, e realizar testes do SAMPA ASIC utilizando um controlador em FPGA (Field Programmable Gate Array). (AU)