ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΛΗΨΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΓΙΑ ΕΝΑ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΥΓΚΡΟΥΟΜΕΝΩΝ ΔΕΣΜΩΝ PP ΣΕ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΑΖΑΣ 14ΤΕV: ΠΕΙΡΑΜΑ CMS ΣΤΟΝ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗ LHC [thesis]

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΚΛΟΥΚΙΝΑΣ
iii ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εκπόνηση αυτής της διδακτορικής διατριβής έγινε στο Εργαστήριο Μικροηλεκτρονικής του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών (CERN) και στο Εργαστήριο Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του Πανεπιστηµίου Ιωαννίνων στα πλαίσια της συµµετοχής τους στο πείραµα CMS του CERN. Στο σηµείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες µου σε πολλούς ανθρώπους που µε βοήθησαν κατά την διάρκεια της ερευνητικής µου εργασίας. Ιδιαίτερα: Τον Καθηγητή Φ. Τριάντη, διευθυντή του Εργαστηρίου Φυσικής Υψηλών
more » ... ειών του Πανεπιστηµίου Ιωαννίνων και επιβλέποντα στην παρούσα διατριβή, ευχαριστώ θερµότατα για τον συντονισµό, την επιστηµονική και ηθική συµπαράσταση στην διεκπεραίωση της εργασίας. Τον ερευνητή A. Marchioro, επικεφαλή της οµάδας ψηφιακού σχεδιασµού του Εργαστηρίου Μικροηλεκτρονικής του CERN, ευχαριστώ θερµότατα για την επίβλεψη της ερευνητικής µου εργασίας κατά την διάρκεια της συµµετοχής µου στην οµάδα του. Την επιτροπή υποτροφιών του CERN καθώς και το Εργαστήριο Μικροηλεκτρονικής του CERN για την τριετή οικονοµική υποστήριξη και ιδιαίτερα τον M. Letheren, διευθυντή του εργαστηρίου, ευχαριστώ θερµά για την άµεση εξυπηρέτηση σε οποιοδήποτε πρόβληµα προέκυψε. Τους Επίκουρους Καθηγητές του Εργαστηρίου Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του Πανεπιστηµίου Ιωαννίνων, κ. κ. Ν. Μάνθο και Ι. Ευαγγέλου ευχαριστώ για την ανάγνωση του κειµένου και τις εύστοχες παρατηρήσεις τους καθώς και για την µακρόχρονη συµπαράσταση καθ' όλη την διάρκεια της εκπόνησης της διατριβής. Ευχαριστώ θερµά τους συνεργάτες της οµάδας του Εργαστηρίου Μικροηλεκτρονικής του CERN και ιδιαίτερα τους: Pierre Jarron, Paul Aspell, Jorgen Christiansen, Paolo Moreira, Manuel Mota, Federico Faccio, Christer Ljuslin, Christian Palliard και Ernst Murer για την επιστηµονική και τεχνική γνώση που αφειδώς µου διέθεσαν καθώς και για το ευχάριστο κλίµα που δηµιούργησαν κατά την διάρκεια της συνεργασίας µας. Τέλος θέλω να ευχαριστήσω τους γονείς µου για την ηθική υποστήριξη καθ' όλη την διάρκεια της διατριβής µου, στους οποίους και την αφιερώνω. iv v vi vii ABSTRACT The architecture of a data acquisition (DAQ) and slow control system for the electromagnetic calorimeter preshower detector of the CMS (Compact Muon Solenoid) experiment -one of the LHC (Large Hadron Collider) experiments of CERN -has been studied. The system consists of the detector Front End electronics and of a data transmission system delivering the preshower information to the central DAQ system of the CMS experiment. The functionality of the Front End electronics is presented. The operation of the data transmission system, based on a ring topology, is described and the system design parameters are estimated. The system design criteria are the increased reliability, the use of radiation hard optoelectronic components, the low power consumption and the minimization of the number of Application Specific Integrated Circuits (ASICs) needed for building the system. The use of commercially available VLSI technologies for fabricating the ASICs of the proposed system capable to withstand the radiation levels in the preshower region has been investigated. The radiation hardness of a commercially available BiCMOS 0.8µ VLSI technology has been studied. The results show a threshold voltage shift of -130mV for the NMOS transistors and -190mV for the PMOS transistors, after an irradiation dose of 1.3MRad. The transconductance drops about 8% for the NMOS and 7% for the PMOS at the same irradiation level. A sudden increase of leakage current was observed after an irradiation dose of 14KRad. The study located the leakage currents originating from the turn on of parasitic FOXFET (Field Oxide FET) devices.
doi:10.12681/eadd/9030 fatcat:s5gv4zhjcfe5lbdavn36zo5arq