本论文中介绍的工作是在欧洲核子研究中心 LHCb-RICH 子探测器 Ia 阶段升级计划的背景下完成的。在第二次大型强子对撞机 (LHC) 长期关闭期间(预计在 2019 年至 2020 年),LHCb 探测器将升级为以更高的速度执行数据读出,与 LHC 束流穿越率 40 MHz 同步。这涉及完全重新设计 LHCb 读出架构及其子探测器电子设备。LHCb-RICH 探测器上的电子设备将嵌入新的传感器、多阳极光电倍增管 (MaPMT) 和带有辐射硬 ASIC 的新前端电子设备 - CLARO 集成电路。CLARO 读取并转换为数字触发器的 MaPMT 模拟信号将输入到基于 SRAM 的商用级现场可编程门阵列 (FPGA) 中。后者具有反熔丝 FPGA 技术作为备用解决方案。由于这些类型的 FPGA 容易受到辐射引起的故障影响,因此在将这些设备用于目标应用之前,必须在等效辐射环境中测试这些设备。因此,组织了一场激烈的活动,以便在辐射环境中使用不同粒子种类的光束测试和鉴定这些设备:混合场(高中子和强子通量)、质子、离子和 X 射线。在辐射环境中使用时,FPGA 可能会以各种方式发生故障。一些故障是纯软件故障,要么在配置内存中,要么在用户设计电路中,它们表现为位翻转,可能会影响设备的整体功能。纯硬件故障更难缓解,它们表现为 FPGA 中的高电流状态,有时通过电离辐射增加电流消耗。为每个测试的 FPGA 设计了专用的实验装置,以确保正确测试并充分评估辐射响应。为了帮助降低错误率,采用了几种缓解技术并测量了它们的效率。本论文详尽介绍了辐射测试的整个准备过程、结果以及将结果外推到 LHCb-RICH 案例。
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