QVC-ASIC

1. QVC-ASIC 2007April10佐野

2. 復習 デジタルコントロール部 電流積分器 • 目的 • 機能 • 問題点

3. 目的 ILCのEMカロリメータで MPPCの読み出し回路として使用したい 動作周波数は数MHzあれば十分 汎用Deadtimeless電流積分器として使用可能 時間測定機能をつければ汎用ガスチェンバー用ASICとしても使用可能

4. 機能 検出器 積分モード ホールドモード A）電流積分器は３モード　　（１周期）を繰り返す B)フェーズを1/3周期づ 　つずらして３つの電流　 　積分器を動作させる。 恒にどれかひとつのQVC が動作している（Deadtimeless) リセットモード

5. 積分 出力 RST 同期クロック 入力電流信号 出力 QVC２：積分 QVC1：積分 QVC1：出力 QVC２：出力

6. 問題点 コモンモードシフト 環境によって測定誤差が大きく変化する (10～500mV) オフセット電圧ばらつき セル毎にオフセット電圧に違いがある(>～100mV)

7. QVC2006 • 修正点１ • コモンモードシフトが大きい電源、GNDの外来雑音が関係していると推察バイアス回路のローパスフィルター周りのレイアウト変更、それ以外の容量についても電源、GNDからの分離を行った（原因を特定するためTEGを数種用意） • 修正点２ • オフセット電圧ばらつき  デジタル-to-アナログクロストークを最少にするため積分容量をGND、電源から分離  トランジスタマッチングを考えたレイアウト（特にコモンモードフィードバック及びペアトランジスタに関して）

8. 性能評価 • コモンモードシフト • オフセット電圧の違い • セル毎のゲイン、ダイナミックレンジの違い • 入力信号のタイミング変化による２セル間での出力信号の移り変わり

9. コモンモードシフト 前回の測定ではコモンモードシフトは10～500mV 今回の測定では0.2～0.5mVに収まった コモンモードシフトがなくなった TEGを比較したところバイアス回路のフィルターが原因であった

10. 36mV ① ② ③ オフセット電圧の違い ②と③はレイアウトの際トランジスタのマッチングに気をつかったが ①のレイアウトはその他と異なっている

11. セル毎のゲイン、ダイナミックレンジ • ゲイン・・・　0.5％以内で一致 Cell１ Cell２ Cell３ G1 = 2.337 G2 = 2.335 G3 = 2.327

12. セル毎のゲイン、ダイナミックレンジ • ダイナミックレンジ Cell１ Cell2 Cell3 どのセルも –1.0～1.0pCである

13. ２セル間での出力信号の移り変わり クロックに対し入力パルスの　　　　　タイミングを変えて積分出力を観測 積分 出力 このフェーズにしか　　　入力信号は入っていない ２つのフェーズにまたがって 入力信号が入っている このフェーズにしか　　　入力信号は入っていない Cell1⇒2、Cell2⇒3、Cell3⇒１の全てについて変化を測定

14. ２セル間での出力信号の移り変わり Cell1⇒Cell2 Cell2⇒Cell3 Cell3⇒Cell1

15. まとめと予定 • コモンモードシフトなくなった • オフセット電圧20mV未満（トランジスタばらつきで想定できる範囲） • 今後 試験に関して • 更にサンプル数を増やしチップばらつきを確認 • デジタル信号間のタイミングを変化させ、デジタルアナログクロストークの影響を調査する • MPPCとの接続試験 新規デザインに関して • 広ダイナミックレンジ化 • 多チャンネル化 • コモンモード帰還回路のスイッチとキャパシタ回路化