1. Sistema de lectura compacto y portátil para sensores de radiación de tipo micropistas en substrato de silicio caracterizado porque comprende:

- un ordenador de control que almacena y procesa unos datos adquiridos;

- una placa hija con un chip de lectura y un soporte intercambiable con un detector objeto de una caracterización;

- una placa madre con una electrónica de conversión y procesado con su propio sistema de alimentación, comunicación con un ordenador vía USB, una FPGA que interpreta y ejecuta las órdenes que llegan desde el ordenador, una entrada de disparo externo y una salida de disparo externo de pulsos para una fuente de excitación externa; y,

- un interfaz de usuario residente en el ordenador.

SISTEMA DE LECTURA COMPLETO Y PORTÁTIL PARA SENSORES DE RADIACiÓN DE TIPO MICROPISTAS

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a un sistema de lectura portátil para sensores de radiación de tipo micropistas en substrato de silicio. Este sistema utiliza como electrónica de lectura del pulso de corriente del detector un chip específico que multiplexa la señal de todos sus canales de entrada de forma que únicamente hay que condicionar una sola señal de salida. El sistema dispone, además, de un soporte intercambiable para los detectores, de una electrónica de conversión y procesado y de un software de interfaz con el usuario. El sistema de la presente invención está destinado a investigar las propiedades de este tipo de sensores.

El sistema se divide en dos partes: una placa hija y una placa madre. La primera es una pequeña placa que contiene dos de los chips de lectura mencionados con anterioridad, un soporte intercambiable para el sensor y unos adaptadores de paso o fan-ins que adaptan el distanciado entre la pistas de conexión en el chip y en los sensores. La placa madre está destinada a procesar los datos analógicos que vienen de los chips de lectura y de las señales externas de disparo de la adquisición de datos. Controla todo el sistema y se comunica con un ordenador personal o PC vía USB. El núcleo de esta placa es una FPGA que genera las secuencias de adquisición y configuración para los chips de lectura, para un conversor analógico-digital (ADC) , para un convertidor de tiempo a digital (TDC) integrado y, además, el controlador de USB que establece la comunicación con el ordenador personal. Esta placa también contiene la electrónica analógica para procesar los datos procedentes de los chips de lectura. Adicionalmente, el sistema comprende una entrada de disparo externo y una salida de disparo para pulsar una fuente de excitación externa (como por ejemplo un sistema láser) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Los detectores de micropistas en substrato de silicio se emplean en un gran variedad de aplicaciones y cada cuál requiere de unas especificaciones diferentes para dichos sensores. Las principales características a determinar son la cantidad de carga recogida cuando una partícula atraviesa el detector, la velocidad de respuesta de éste y, en muchas ocasiones, el ritmo de degradación de estas características debido a condiciones ambientales como es el nivel de radiación a que se ven sometidas.

Hasta la fecha no hay sistemas dedicados de uso "general" y estas medidas se realizan ensamblando componentes de diferentes experimentos y dispositivos experimentales que se han empleado en el pasado resultando en montajes experimentales "a medida", de difícil configuración, que requieren de gran espacio y que en la mayoría de ocasiones no podían hacer frente a la granularidad o número de canales de los sensores a estudiar, haciendo muy difíciles los estudios de interferencias coherentes, acoplamiento entre canales, etc. Si bien estos sistemas a medida han cumplido con su cometido, resultan ser dispositivos "únicos y artesanales" que producen resultados difíciles de comparar con otros sistemas, en particular cuando se realizan labores de investigación en grandes colaboraciones en las que producir datos intercambiables para estudios cruzados es una rutina habitual e imprescindible.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCiÓN

La presente invención proporciona una solución a muchos de estos inconvenientes proporcionando un sistema que es portátil, con un soporte intercambiable para los detectores de forma que con el mismo sistema se puedan caracterizar diversos detectores, chips con un elevado número de canales de entrada, una placa hija que puede alojar dos (o más) de estos chips y un interfaz definido de comunicación entre la placa hija y la madre. La placa madre se encarga de controlar el proceso según los dictados del software de interfaz con el usuario que, a su vez, proporciona los datos en un formato común para todos los usuarios, de libre acceso y que no requiere de software propietario para ser interpretado y analizar las medidas.

Por otra parte, el sistema proporciona diferentes métodos para disparar la adquisición en el caso del paso de una partícula a través del detector tanto si ésta proviene de una fuente radioactiva, de uso común en laboratorios, o bien producida por un láser y proporcionar una medida analógica de la amplitud de la carga depositada bien como valor máximo o en función del tiempo.

Por último, el sistema proporciona su propio sistema de alimentación, de forma que tan sólo es necesaria una toma de corriente. Facilita, además, un bus de comunicaciones (USB) sencillo y de acceso muy común para la comunicación con el ordenador personal en donde los datos pueden ser almacenados para un posterior análisis.

El sistema de lectura compacto y portátil para sensores radiación de tipo micropistas en substrato de silicio comprende: un ordenador de control que almacena y procesa unos datos adquiridos; una placa hija con un chip de lectura y un soporte intercambiable con un detector objeto de una caracterización; una placa madre con una electrónica de conversión y procesado con su propio sistema de alimentación, comunicación con un ordenador vía USB, una FPGA que interpreta y ejecuta las órdenes que llegan desde el ordenador, una entrada de disparo externo y una salida de disparo externo de pulsos para una fuente de excitación externa; y, un interfaz de usuario residente en el ordenador.

El sistema comprende dos partes principales, una parte de hardware y de una parte software. La parte de hardware es la responsable de adquirir y condicionar las señales de un sensor de micropistas en susbstrato de silicio. El proceso de adquisición lo disparará bien una señal externa o una salida sincronizada que de la señal de comienzo a un sistema de generación de carga externo como pueda ser un láser. Además, el hardware procesará los datos y los transmitirá a un ordenador personal para su almacenamiento.

Dicho sistema de hardware es un sistema basado en dos tarjetas, una primera tarjeta, de tamaño reducido, la tarjeta hija, que contiene los chips de lectura de los sensores y un soporte intercambiable para el sensor y unos adaptadores de paso o fan-ins que adaptan el distanciado entre la pistas de conexión en el chip y en los sensores. La segunda tarjeta, mucho más compleja, constituye el núcleo del sistema y se denomina tarjeta o placa madre. Está destinada a procesar 105 datos analógicos que vienen de 105 chips de lectura y de las señales externas de disparo de la adquisición de datos. Controla todo el sistema y se comunica con un ordenador personal o PC via USB. Ambas ta~etas están conectadas mediante un cable trenzado y plano que transmitirá las señales analógicas de los chips en la placa hija hacia la placa madre, así como los voltajes y señales de control de la placa madre hacia la placa hija para controlar y configurar los chips.

El software se encarga de controlar todo el sistema mediante el intercambio de comandos con la placa madre así como de adquirir 105 datos transmitidos desde la laca madre para su almacenamiento. El almacenamiento de hará en un formato de libre acceso que no requiera software propietario para su interpretación. El interfaz también proporciona útiles para la monitorización del correcto funcionamiento del sistema.

La tarjeta hija.

La ta~eta hija será una pequeña tarjeta con los mínimos componentes necesarios para controlar los chips de adquisición y para enviar hacia la placa madre la señal de salida. Para ello dispone de reguladores lineales para regular el único voltaje que viene de la tarjeta madre y que debe alimentar tanto a los chips como al buffer que condiciona la señal de salida para llegar a la ta~eta madre a través del cable de conexión. Además de esto, la tarjeta tiene un termistor que permite la medida de la temperatura de operación de los chips. Esta información también se envía a la placa madre.

La ta~eta proporciona un soporte intercambiable para la sujección mecánica de los sensores y, además, los adaptadores de las distancias entre las pistas de conexión de los chips con los sensores. La conexión está prevista que se realice mediante microsoldadura de hilos de 25 IJm de sección. La señal de alto voltaje (hasta 1000 V) que necesitan los detectores de microbandas para su funcionamiento se enviará la tarjeta hija directamente sin pasar por la tarjeta madre.

El diseño de esta ta~eta es capital para el rendimiento óptimo del...

1. Sistema de lectura compacto y portátil para sensores de radiación de tipo micropistas en substrato de silicio caracterizado por que comprende:

un ordenador de control que almacena y procesa unos datos adquiridos;

una placa hija con un chip de lectura y un soporte intercambiable con un detector objeto de una caracterización;

una placa madre con una electrónica de conversión y procesado con su propio sistema de alimentación, comunicación con un ordenador vía USB, una FPGA que interpreta y ejecuta las órdenes que llegan desde el ordenador, una entrada de disparo externo y una salida de disparo externo de pulsos para una fuente de excitación externa; y, un interfaz de usuario residente en el ordenador.

FIGURA 1

I;L--J\ 110

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101 r-

102 114

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FIGURA 2

231 211

203 204 230

215 202

205 212 213 22 214

22 210

209 228 227