I&D em ASICs de front-end com TDCs e ADCs de alto desempenho

Objetivos de I&D de base: A. Desenvolvimento de Conversores: 1. Desenvolvimento de TDCs (Time to Digital Converter) baseados na associação de TACs (Time to Amplitude Converter) e ADCs, com resolução temporal inferior a 5 ps rms. 2. Desenvolvimento dum QDC (Charge to Digital Converter) baseado num integrador de carga associado a um SAR ADC de 10 bits, com sensibilidade para o sinal de um único fotão (SNR >10) e com linearidade (INL) inferior a 1% em toda a gama dinâmica. B. Desenvolvimento de Circuitos Front-end: 1. Implementação de técnicas de filtragem de impulsos para mitigar a degradação da resolução temporal causada por dark counts (DCR) e sobreposição de pulsos (pile-up). 2. Desenvolvimento de integrador contínuo para alisamento de formas de onda de cintiladores com tempos de decaimento longos e baixos rendimentos de luz. 3. Implementação de circuito de estabilização automática da linha de base (baseline) dos amplificadores e discriminadores. 4. Desenvolvimento de comparadores de modo corrente, configuráveis conforme a aplicação. 5. O conjunto destas inovações deverá conduzir à criação de circuitos de front-end otimizados para sinais rápidos de SiPMs, com resolução temporal < 5 ps rms e consumo inferior a 5 mW por canal, constituindo um dos principais objetivos da investigação. C. Desenvolvimento de Circuitos de Sistema: 1. Implementação de canais auxiliares para soma analógica configurável de múltiplos canais, permitindo suporte a aplicações como light-sharing PET ou calorimetria 4D/5D. 2. Desenvolvimento de recursos avançados de trigger, permitindo a leitura seletiva de grupos de canais baseada na energia detetada num único canal. Objetivos de Integração no ASIC: A. Estrutura de Canal: Cada canal deverá integrar dois pré-amplificadores (para sinais positivos e negativos), dois pós-amplificadores, três discriminadores de leading-edge, dois conversores TAC, um conversor QAC, um ADC SAR de 10 bits e lógica local de controlo. B. Processamento de Sinal: O circuito deverá operar inteiramente no domínio da corrente, evitando a conversão corrente-tensão tradicional, para maximizar a largura de banda e robustez contra variações de processo e capacitâncias parasitas. C. Integração e Capacidade: O ASIC deverá integrar 64 canais, 4 canais auxiliares de soma, e todos os blocos de serviço (geradores de tensão/corrente, DACs, lógica de configuração e controlo). D. Performance: O circuito deverá suportar taxas de eventos analógicos superiores a 500 kHz por canal e taxas de transmissão digital superiores a 3.0 Gb/s. Objetivos de Prototipagem e Avaliação: A. Produção: • Fabrico de amostras protótipo do ASIC através de um engineering run na fundição TSMC (Taiwan). B. Encapsulamento e Integração: • Encapsulamento dos chips em formato BGA. • Integração em placas eletrónicas de teste desenvolvidas especificamente para esta finalidade, com interface para sensores SiPM e sistemas de aquisição de dados. C. Demonstração de Performance: • Demonstração da capacidade de resolução temporal em aplicações PET, visando CTR < 25 ps FWHM, bem como de todos os outros parâmteros de desempenho do ASIC. D. Robustez e Fiabilidade: • Avaliação da robustez do ASIC e do processo de fabrico, através de testes com um número estatisticamente representativo de amostras, incluindo a determinação da fiabilidade (MTBF – Mean Time Between Failures) por meio de ensaios em câmara climática. E. Validação em sistema: • Validação do ASIC integrado em sistema, em ambiente operacional representativo, visando Technology Readiness Level TRL7. Objectivos de penetração no mercado: A. Kit de Avaliação • Desenvolvimento de um Kit de Avaliação do ASIC, a disponibilizar para demonstrações e testes pelos clientes. • Colaboração ativa com potenciais clientes estratégicos na avaliação e otimização do desempenho do ASIC para diversas aplicações. B. Documentação • Preparação da documentação técnica completa, incluindo o datasheet do ASIC e o manual de utilização do Kit de Avaliação, garantindo uma introdução facilitada e eficiente do produto no mercado. C. Divulgação • Participação com expositores em conferências internacionais e outros eventos técnico-científicos relevantes. • Desenvolvimento de campanhas de marketing direcionadas, incluindo ações promocionais, produção de materiais digitais, e contacto direto com os mercados-alvo nos setores da medicina nuclear e da física de partículas.