Projeto de um ASIC de aquisição e processamento digital de sinais para o time projection chamber do experimento ALICE

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). Um programa de atualizações desse experimento acaba de ser aprovado pelo comitê gestor do acelerador LHC. Dentro das atualizações planejadas para os próximos anos do experimento ALICE, está melhorar a resolução e eficiência de 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 da atual. Para se alcançar esse objetivo, entre outras ações, é preciso atualizar os detectores Time Projection Chamber (TPC), modificando a eletrônica de leitura de eventos. O detector TPC é o dispositivo principal do experimento ALICE para o rastreamento e identificação de partículas carregadas. Para que o TPC alcance a taxa de leitura de eventos requerida, é necessária a migração de MWPC (Multi Wire Proporcional Chamber) para GEM (Gas Electron Multiplier). A eletrônica atual utilizada no TPC não é adequada para esta migração devido a dois motivos. Primeiro, o circuito integrado de pré-ampliação (PASA) dos sinais do detector não suportam sinais com polaridade negativa, o qual não comporta sinais gerados por detectores GEM. A segunda limitação é relativa ao esquema de leitura dos dados. O circuito integrado de conversão analógica-digital e de processamento digital não suporta leituras continuas: a amostragem dos sinais do TPC e o armazenamento em memória dos dados não podem acontecer simultaneamente. Além disso, estes circuitos integrados presentam um alto consumo (considerando o elevado número de canais necessários) e não podem operar em ambientes sometidos a radiação, limitando seu uso em outras aplicações em experimentos de física de altas energias (HEP - High Energy Physics) ou aeroespaciais. Esta proposta inclui o projeto, 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, que suporte polaridades negativas de tensão de entrada e leitura continua 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 sometidos a radiação. (AU)