UNIVERSIT .. AT BONN Physikalisches Institut - Prof. Dr. Norbert ...

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für die Trefferverarbeitung. Die Abbildung 4.9 zeigt einen schematischen Aufbau einesVerstärker-Chips. Jede Pixelzelle enthält dabei den Kontakt zum Sensor (bump-bondPad), sowie einen Verstärker und einen Diskriminator. Die digitale Trefferinformationwird dann an die unten in der Abbildung zu sehende Trefferverarbeitungslogik weitergegeben.24 Spaltenmit 160 PixelnPixel(50µm X 300µm)SpaltenlogikAuswertung der TrefferLogik zum Sammeln undÜbertragen der DatenBondpadsAbbildung 4.9: Schematische Zeichnung der Funktionsweise eines Pixelchips39
Entwicklung der Verstärker ChipsSeit 1995 entwickelt das physikalische Institut der Universität Bonn in Zusammenarbeitmit dem LBNL 3 in Berkeley und dem CPPM 4 in Marseille Verstärker Chips fürden ATLAS Pixeldetektor. Zunächst wurden in Diplomarbeiten ([32], [33]) bestehendePrototypen in Hinblick auf die Anforderungen an den ATLAS Pixeldetektor getestet.Diese Tests sollten zunächst nur Aufschluß über die Eigenschaften der Verstärker undüber die möglichen Konzepte zur Trefferverarbeitung geben. Abbildung 4.10 zeigt diehistorische Entwicklung der Verstärker-Chips. Sowohl der Bier et Pastis Chip alsauch der MareBo 5 wurden zusammen mit dem CPPM entwickelt. Diese Chips enthaltennur die Pixel-Matrix und eine Möglichkeit, alle Treffer auszulesen. Es gibt keineTrefferverarbeitung wie sie bei ATLAS benötigt wird. Aus den Erfahrungen der Testsdieser Chips ist dann die nächste Generation der Prototypen entstanden. Es sind zweiPrototypen entwickelt worden, der FE-A (PIRATE) und der FE-B. Der FE-A basiertauf dem Bier et Pastis-Chip, während der FE-B auf dem LBNL-Chip basiert. BeidePrototypen verfügen über identische Ein- und Ausgabe Leitungen und über dasselbeKommunikationsprotokoll. Ebenso ist die Größe und die Anzahl der Pixel identisch (18x 160 Pixel a 400 x 50 µm 2 ). In den folgenden Abschnitten wird die Funktionsweiseder Prototypen FE-A und FE-B genauer beschrieben.FE-A/CDer FE-A ist ein Verstärker-IC, der die Ladungssignale eines Sensors in digitale Signalfolgenumwandelt. Er besteht daher aus analoger Elektronik zur Verstärkung und zurDiskriminierung und aus digitaler Elektronik zur Steuerung und Verarbeitung. Der ICist gemeinsam vom CPPM und dem Physikalischen Institut Bonn entworfen wordenund von der Firma AMS mit einem 0,8 µm BiCMOS Prozeß gefertigt worden. DerFE-C IC ist eine zweite Variante des FE-As, die ebenfalls von der Firma AMS diesmalmit einem 0,8 µm CMOS Prozeß gefertigt wurde. Dabei wurden die bipolaren Transistorendes FE-A durch CMOS-Transistoren ersetzt. Die folgenden Erklärungen geltenfür beide ICs.Die Abbildung 4.11 zeigt den Aufbau des FE-A ICs. Der IC läßt sich in zwei großeBlöcke unterteilen. Im oberen Teil der Abbildung befindet sich die Pixelmatrix und imunteren Teil die digitale Logik zur Steuerung des ICs.Die Pixelmatrix besteht aus insgesamt 2880 Pixel, die in 18 Spalten mit je 160 Zeilenangeordnet sind. In der Abbildung sind mit den gefüllten Kreisen die Verbindungenzum Sensor angedeutet. Wie im Sensorkapitel 4.2.1 erläutert, lassen sich Einzelsensorensowie Module an den IC anschließen. Jeder Sensorpixel ist an einen Elektronikpixelangeschlossen.3 UC Lawrence Berkeley National Laboratory4 Centre de Physique des Particules de Marseille5 Marseille et Bonn40
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