Radiation tolerant and controlable power supply design and implementation for the VFE of SPD at LHCB detector

Abstract

[cat] En el present projecte, emmarcat en el disseny electrònic de circuits de control, es desenvolupa la font d’alimentació per als circuits de lectura de dades (VFE) del subdetector SPD en el detector LHCb que s’està construint al CERN. Per tant és una de les parts principals que formen aquest subdetector i s’ha d’assegurar la seva robustesa amb el màxim de funcionalitat implementada possible. Cal tenir en compte que tota la electrònica d’aquest subdetector treballarà sota un entorn en radiació i, per tant, s’han de prendre totes les mesures necessàries per assegurar-ne un correcte funcionament en aquest entorn. El sistema de regulació de tensió es basa en reguladors lineals dissenyats de forma específica per a una empresa privada per tal d’assegurar la resistència a la radiació esmentada anteriorment. Pel que respecta el control d’aquesta font s’utilitzen FPGA’s també tolerants a la radiació. La flexibilitat d’aquests dispositius ens permeten implementar tots els elements lògics de control, comunicació i lectura de dades necessaris per a l’aplicació. El disseny del sistema es divideix bàsicament en les següents tasques; definició dels requeriments (que ens vindràn limitats en la seva majoria per les característiques de consum del VFE i de control en el subdetector), selecció dels components a utilitzar en la implementació electrònica, disseny dels esquemes necessaris, disseny del circuit impres, prototipatge del circuit i posta en marxa, codificació en un llenguatge de descripció de hardware (VHDL) de les funcions de control i finalment la comprovació del correcte funcionament del hardware. Degut a les necessitats de control d’aquesta aplicació també s’hauran de realitzar dissenys de circuits auxiliars i de software per tal de comprovar el correcte funcionament del prototip. Aquest projecte representa un bon exemple del desenvolupament complet d’un disseny de hardware mixte digital/analògic basat en una FPGA en l’àmbit de la recerca.

[eng] In the present project we present the developement of the electronic system of the low voltage power supply of the VFE board of the SPD subdetector in the LHCb detector that is being built at CERN. This is a fundamental part to assure the correct behaviour of the subdetector system. In this design we must take into account that all the electronics of the subdetector will be exposed to relevant levels of radiation and use the components most suituable to work in this environment. The voltage regulator system is based in linear regulators designed by a comercial manufacturer specially for this purpose of working under radiation conditions. In the control part we will use FPGA’s wick are also radiation tolerant. The flexibility of this devices will perit the implementation of all the logic elements of control, comunications and data readout necessary for this aplication. The design of the whole system will follow this steps; definititon of the specifications (basically determined by the power consumption of the VFE and the comunications system used at the subdetector), selection of the components wich will be used, schematics design, printed circuit board design, prototiping, coding of the FPGA funcionality in VHDL and finally checking of the complete design behaviour. In addition and because of the control nature of this design there would be necessary to design some auxiliar hardware and to code some software in order to check the correct behaviour of the prototype. This project represents a good example of a complete hardware developement of a mixed signal system (analog and digital) in the research scope.