Design of radiation-tolerant analog blocks for the Control Unit of DCDC converters in High Energy Physics experiments

In questa tesi viene presentato lo sviluppo e l'implementazione di blocchi analogici critici per l'unità di controllo dei convertitori DC-DC, progettati in una tecnologia commerciale ad alta tensione a 180 nm, da utilizzare nel prossimo aggiornamento del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Previsto entro la fine del decennio, questo aggiornamento mira a raggiungere luminosità istantanee da 5 a 7,5 volte superiori al valore nominale dell'attuale configurazione del LHC, consentendo così agli esperimenti di raccogliere più dati e aumentare ulteriormente il loro potenziale di scoperta. In un simile contesto, per alimentare correttamente i circuiti del front-end, limitando allo stesso tempo le perdite, convertitori DC-DC sono situati in prossimità dei punti di collisione, in un ambiente caratterizzato da alti livelli di radiazioni (fino a 200 Mrad) e un elevato campo magnetico (fino a 4T). I componenti disponibili sul mercato sono inadeguati per operare in tali condizioni, richiedendo dunque lo sviluppo di ASIC personalizzati. A tal proposito, l'obiettivo di questa tesi è la progettazione di circuiti integrati resistenti alle radiazioni da utilizzare nell'unità di controllo di un convertitore DC-DC da 48 V a 5 V: un Dual-edge Pulse Width Modulator (PWM) con prestazioni dinamiche migliori rispetto alle soluzioni convenzionali, la logica di controllo del Dead Time Manager (DTM), un comparatore per un innovativo level-shifter resistivo e i driver dei gate per lo stadio di potenza. Garantire l'affidabilità e il corretto funzionamento di questi blocchi nelle condizioni estreme che si trovano negli esperimenti di fisica delle alte energie ha rappresentato una sfida unica e stimolante, che ha richiesto l'applicazione estensiva di tecniche di tempra per progettazione.