ALTIROC

OMEGA est responsable de la conception et de la caractérisation de  l’ASIC de lecture ALTIROC qui est un élément crucial et déterminant pour la performance du nouveau détecteur HGTD (pour High Granular Timing Detector) dont le rôle est de mesurer de temps d'arrivée des particules.

Le circuit de lecture ALTIROC  conçu en CMOS 130 nm doit fournir la mesure de temps d’arrivée des particules avec une résolution meilleure que 30 ps par trace ainsi qu’une mesure de la luminosité instantanée toutes les 25 ns (nombre de hits détectés par pixel et par bunch-crossing).  Les données sont transmises au sytème d'acquisition à un rythme allant de 320 Mb/s à 1.28 Gb/s.

Le circuit doit tolérer des niveaux d’irradiation très élevés (200 Mrads) et dissiper moins de 4.5 mW par voie. Avant de concevoir le premier chip complet ALTIROC2 avec 225 voies et toute la partie numérique pour stocker, formater  puis envoyer les data vers le système d’acquisition, des prototypes ALTIROC0 (4 voies), ALTIROC1 (25 voies) qui n'intègrent que la partie analogique dite de "Front-End" (au plus près du détecteur) et mixte (convertisseurs analogique-numérique et mémoires analogiques) ont été conçus et testés sur table, sous irradiation et en testbeam afin de valider cette partie fondamentale pour atteindre la performance demandée.

La conception du circuit ALTIROC1 s'est faite à OMEGA en collaboration avec le laboratoire SLAC à Stanford et celle d'ALTIROC2  en collaboration avec le CERN à Genève et les laboratoires IFAE de Barcelone, LPC de Clermont-Ferrand, SLAC à Stanford, SMU à Dallas.

Les 225 voies d'ALTIROC2 sont organisées de façon matricielle, avec 15 colonnes de 15 pixels. Chaque pixel contient un pré-amplificateur Haute-Fréquence (1 GHz) suivi d'un comparateur et de deux convertisseur de temps TDC (Time to Digital Converter): un TDC 7 bits pour la mesure du temps d'arrivée des particules (TOA = Time Of Arrival) et un TDC 8 bits pour la mesure de la largeur du signal délivré par le comparateur qui donne une mesure indirecte de la charge détectée (TOT= Time-Over-Threshold). Le résultat de ces conversions est ensuite stocké dans une mémoire circulaire (de type SRAM). Une logique de "zero-suppression" est intégrée dans chaque pixel afin de ne conserver que les données correspondant à un vrai évènement de physique et non à du bruit.

Le jitter mesuré sur table avec Altiroc2 pour une charge de 10 fC à l'entrée et une capacité détecteur de 4 pF est 25 ps.