Caratterizzazione e test del nuovo chip CMAD V3 per l'elettronica di front-end del RICH-1 di COMPASS

Il lavoro esposto in questa tesi riguarda il test e la caratterizzazione del nuovo chip CMAD V3 per l'elettronica di front-end del RICH-1 di COMPASS. COMPASS (COmmon Muon Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) è un esperimento a bersaglio fisso installato al CERN di Ginevra che estrae il fascio dal SPS (Super Proton Synchrotron). I suoi obiettivi sono lo studio di strutture adroniche mediante l'utilizzo di un fascio di muoni polarizzato e spettroscopia adronica con fascio adronico. Questo complesso apparato è costituito da una catena di svariati rivelatori, con compiti e caratteristiche differenti. L'identificazione delle particelle è affidata al Ring Imaging Cherenkov Counter (RICH-1) . In vista del nuovo programma adronico, il RICH-1 ha subito un importante up-grade diviso in due fasi. La prima fase ha portato alla sostituzione delle camere a fili della zona centrale del rivelatore con dei Multy Anode Photons Multiplier Tube (MAPMT), mentre nella seconda fase è stata sostituita l'elettronica di front-end associata ai nuovi MAPMT. Il nuovo run adronico prevede infatti frequenze di lavoro molto elevate (circa 5 Mhz), non supportate della vecchia elettronica. Per sopperire a questa lacuna è stato progettato un nuovo chip per l'elettronica di front-end del RICH-1, il CMAD. Come si è detto, il CMAD è stato ideato per lavorare alle frequenze di lavoro previste dal run adronico. Le migliorie rispetto all'elettronica precedente però non si fermano qui. Durante la progettazione sono state infatti aggiunte nuove possibilità di programmazione del chip. Elenchiamo dunque di seguito le principali innovazioni introdotte con il CMAD: -possibilità di lavorare a frequenze superiori ai 5 MHz -progammabilità del guadagno di ciascun canale su doppia scala (macroscopica e fine), in modo sopperire alla risposta non uniforme dei MAPMT -programmabilità di soglia e baseline di ciascun canale per equalizzare tutti i canali del chip -estensione del range dinamico -mantenimento di un basso livello di rumore elettronico Il raggiungimento di tali obiettivi è stato verificato preliminarmente con simulazioni al computer. Il lavoro esposto in questa tesi riguarda invece i test reali eseguiti inizialmente sui primi prototipi e poi sui chip prodotti in serie ed installati sul RICH-1. Per il conseguimento di questo obiettivo si è dunque resa necessaria la preparazione di un adeguato set-up sperimentale che ricreasse le condizioni di lavoro in cui si sarebbe trovato ad operare il chip. Si è poi provveduto all'installazione e messa in opera di tutti i sistemi di gestione e controllo del chip stesso e acquisizione dei dati prodotti. Si è passati dunque alla pianificazione di una opportuna procedura di test che permettesse di caratterizzare i primi prototipi prodotti. Questa delicata fase, terminata con successo, ha permesso di passare alla produzione di serie e ai conseguenti test effettuati su tutti gli esemplari prodotti. Questo lavoro segue dunque tutte le fasi del test del CMAD, dalla produzione dei primi esemplari sino alla loro realizzazione in serie e al loro montaggio sul RICH-1 di COMPASS.