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MAROC

Le circuit de lecture ASIC de 64 voies appelé aussi MAROC, pour Multi Anode Read Out Chip est fabriqué dans une technologie SiGe (Silicon-Germanium) 0,35 μm. Il a été réalisé dans trois versions successives. Ses principales exigences sont un taux de déclenchement de 100% pour un signal supérieur à 1/3 de photoélectron, une mesure de charge jusqu'à 30 photoélectrons (~ 5 pC) avec une linéarité de 2% ou mieux et avec une diaphonie inférieure à 1%.

Pour chacune des 64 voies, le signal PM est d'abord amplifié grâce à un préamplificateur à gain variable de 8 bits qui a un faible bruit et une faible impédance d'entrée pour minimiser la diaphonie. Ensuite, le courant amplifié alimente un filtre suivi par deux condensateurs pour stocker et échantillonner : un pour stocker la charge jusqu'à 5 pC et un second pour mesurer le niveau de référence (piédestal) ainsi que le maximum du signal. La sortie numérique de la charge est fournie par un ADC (Analog-to-Digital Converter) Wilkinson 8, 10 ou 12 bits.

En parallèle, 64 sorties de déclenchement sont obtenues par un « shaper » (filtre de mise en forme) rapide bipolaire ou unipolaire (15 ns) suivi d'un discriminateur. Le «shaper» unipolaire est utilisé pour le comptage des photons. Le « shaper » bipolaire, qui a un gain plus petit, permet de déclencher sur des charges supérieures à 1 photoélectron (160 fC). Les seuils des discriminateurs sont définis par deux DAC (Digital-to-Analog Converter) internes de 10 bits.

Trois versions de cette puce ont été réalisées : MAROC1 a été le premier prototype avec 64 voies. La puce a montré globalement un bon comportement malgré un problème de couplage via le substrat de la puce qui introduisait une instabilité pour un gain supérieur à 1. Le chip MAROC2 qui présente d'excellentes performances pour le comptage des photons a été choisi pour équiper le luminomètre ATLAS (~ 200 pièces). MAROC3 a été conçu pour corriger les bugs, améliorer la mesure des charges, la gamme dynamique et la consommation globale. MAROC3 a été testé et a montré des performances en accord avec les exigences.

Plus d'information (en anglais)