Głównym przedmiotem rozprawy jest projekt dwóch układów elektroniki odczytu przeznaczonych dla monitora wiązki BCM1F eksperymentu CMS w CERN, drugi natomiast dla słomkowych detektorów śladu STT i FT w przyszłym eksperymencie PANDA w GSI, Darmstadt. Rozprawa prezentuje szereg prac przeprowadzonych przez autora, poczynając od prac koncepcyjnych dotyczących nad wyborem technologii CMOS, architektury układów elektroniki odczytu, ich analizy po parametryzację wyprodukowanych układów i testy systemów odczytowych na wiązkach akceleratorowych.
Rozdział pierwszy przedstawionej pracy przybliża zagadnienia związane z modelowaniem pracy tranzystorów polowych typu MOS w submikronowych technologiach scalonych CMOS, z położonym naciskiem na efekty krótkiego kanału, modelowanie szumów elementów elektronicznych a także efekty niedopasowania tychże. Rozdział ten wieńczy porównanie dwóch technologii CMOS, w których zostały wykonane opisywane układy.
W drugim rozdziale przedstawiono pełny projekt układu elektroniki odczytu sensorów diamentowych wykorzystanych w monitorze wiązki BCM1F, eksperymentu CMS. Natomiast rozdział trzeci skupia się na opisie prac rozwojowo - badawczych układu odczytu słomkowych detektorów przeznaczonych dla eksperymentu PANDA.
W obu przypadkach, kompleksowe testy laboratoryjne oraz pomiary systemów odczytowych wykorzystujących zaprojektowane układy w pełni potwierdziły słuszność wybranych koncepcji układowych zaproponowanych dla danego eksperymentu, czego skutkiem jest zainstalowanie pierwszego z układów w eksperymencie CMS.
The main objective of presented dissertation is a development and validation of two front - end electronics ASICs dedicated for BCM1F beam monitor in CMS experiment at CERN and STT and FT straw trackers in future PANDA experiment at GSI, Darmstadt. The dissertation presents the works performed during a complete R&D process containing the CMOS technology and readout concept choices, analyse and optimisation of front - end electronics circuits till to parametrization of fabricated prototypes and testbeams results of complete detection systems.
First of all, the main issues related with modelling of MOSFET transistors in deep submicron CMOS technologies are made. This chapter closer the short channel effects, proper noise and mismatch modelling in MOSFETs. The chapter is concluded by comparison of two CMOS technologies chosen for front - end electronics designs.
The full design process of front - end ASIC for diamond sensors used in BCM1F, the beam monitor system of CMS experiment is described in chapter 2. Third chapter focusing on development process of dedicated front - end electronics for STT and FT detectors in PANDA experiment.
The complex laboratory measurements and testbeams of whole detection systems confirmed validity of chosen readout electronics concepts in both cases and results in installation of the first ASIC in a CMS experiment.
