s* Design of radiation-tolerant current and voltage reference circuits in a 0.18 µm high-voltage CMOS technology

All’avanguardia nella ricerca sulla fisica delle particelle si trova il CERN, l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare. Qui, grazie alla presenza di innovativi acceleratori di particelle (principalmente il Large Hadron Collider (LHC)) e di rivelatori, gli scienziati stanno costantemente ampliando la conoscenza dell’universo. Il potenziamento dell’LHC (HL-LHC) porterà a un aumento della quantità di dati raccolti dai rivelatori, richiedendo un maggiore consumo di energia nei circuiti front-end. In questo contesto, fornire in modo efficiente diverse tensioni di alimentazione ai circuiti front-end riducendo al minimo il consumo di energia è complicato. Attualmente, lo schema di distribuzione dell’energia per l’HL-LHC si basa su diversi stadi di convertitori DC-DC posizionati vicino al punto di collisione delle particelle, costantemente sottoposti a livelli elevati di radiazioni. All’interno di questo ambiente innovativo, questo progetto di tesi contribuisce allo sviluppo dei circuiti elettronici resistenti alle radiazioni impiegati nei convertitori del CERN. Il cuore di questo progetto è lo sviluppo di due circuiti di riferimento di tensione resistenti alle radiazioni. Questi blocchi sono cruciali per fornire una tensione di riferimento agli altri circuiti del controllore di un convertitore buck 48 V → 5 V. In particolare, un circuito a bassa tensione genera la tensione di riferimento per il circuito di controllo, mentre una versione ad alta tensione è necessaria per la catena di regolatori lineari presenti nel controllore. Inoltre, sono stati progettati anche due circuiti di riferimento di corrente ad alta e bassa tensione. Poiché i circuiti devono resistere a condizioni di radiazione estreme, è fondamentale intervenire già in fase di progettazione. Pertanto, sono stati sviluppati diversi modelli per prevedere il comportamento dei transistor in risposta alle radiazioni, consentendo la simulazione dei circuiti irraggiati.