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Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore per fotodiodi SPAD Davide Tamborini e Alessandro Ruggeri Relatore: Correlatore: Prof. Alberto.

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Presentazione sul tema: "Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore per fotodiodi SPAD Davide Tamborini e Alessandro Ruggeri Relatore: Correlatore: Prof. Alberto."— Transcript della presentazione:

1 Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore per fotodiodi SPAD Davide Tamborini e Alessandro Ruggeri Relatore: Correlatore: Prof. Alberto Tosi Ing. Alberto Dalla Mora

2 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Sommario  La capacità dello SPAD  Funzionamento del capacimetro  Taratura e misure sperimentali  Conclusioni e prospettive

3 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Il fotorivelatore SPAD Rivelazione del fotone: Confronto APD – SPAD :

4 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Circuiti di spegnimento passivi Free RunningGated – Mode Errori di rivelazione Alzare Soglia

5 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio “Capacimetro per diodi polarizzati” I REQUISITI: Tensione linearmente dipendente dal valore della capacità  Range: da 0.1pF a 20pF  Risoluzione: 5fF  Bassi parassitismi  Polarizzazione dello SPAD

6 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio “Capacimetro per diodi polarizzati” II Analisi circuitale Guadagno ideale  Due zeri nell’origine  Ad alte frequenze: Guadagno reale con banda limitata da C AK Caratteristiche:  Frequenza di 50kHz  Ingresso di ampiezza 0.1V con conseguente uscita da 15mV a 3V

7 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Presentazione dello SPADCapMeter Svantaggi : Generatore di funzioni; Oscilloscopio; Nessun interfacciamento; Necessità programma di calcolo.

8 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio SPADCapMeter Alimentazione Front-end Analogico Convertitore A/D Microcontrollore Generatore di sinusoide Capacimetro

9 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Generazione Sinusoide Filtro a reazione multipla Microcontrollore Filtro Passa Banda

10 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Front-end analogico Input ComparatoreRitardatore SOC 5µs

11 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Scelta Convertitore A/D Requisiti ∆V = 0.1V 700fF x 5fF = 0.7mV f SAMPLE > 50ksps SOC attivo basso LTC1417A r ∆V = 4.096V 2 14 = 250μV f SAMPLE = 400ksps max Comunicazione SPI

12 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Microcontrollore – Hardware Gestione SPADCapMeter SPI USBPWM CORE PIC18F4550 Vantaggi USB:  Protocollo largamente diffuso;  Plug and Play;  Alta velocità di trasferimento;  Autoalimentazione.

13 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Firmware Blocchi principali: –Inizializzazione hardware: SPI Timer USB –Gestione USB –Acquisizione ed elaborazione: Filtro mediano + media

14 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio USB: fornisce 500mA MAX; SPADCapMeter: –Assorbe 75mA; –Necessita di ±5V Circuito a pompa di carica: Alimentazione

15 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Realizzazione pratica Alimentazione Front-end Analogico Convertitore A/D Microcontrollore Generatore di sinusoide

16 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Interfaccia Labview Due tipi di misure: –Misura singola –Misura caratteristica Due pannelli ausiliari –Taratura –Cparassita Pannello delle Opzioni Abilitazione correzione Caricamento file di taratura di default Impostazioni di esportazione dei files

17 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Misure Taratura: Verifica caratteristica Misura Cparassite Caratteristica V p - C ak 2.214pF ± 0.5fF Ccorrezione data da C bk serie C ba ~ C bk Obiettivo: Caratterizzazione di uno SPAD in silicio con V B =17V

18 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Conclusioni  Sviluppato sistema per misura di capacità rivelatori SPAD;  Range di Misura tra 0.1pF – 20pF;  Misura automatizzata mediante microcontrollore;  Interfaccia USB e gestione via Labview.

19 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Prospettive Alimentatore ±15V per operazionali scheda capacimetro Generatore tensione di bias per SPAD Aggiunta funzionalità al software

20 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio 2009 Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore per fotodiodi SPAD Tamborini Davide e Ruggeri Alessandro Relatore: Correlatore: Prof. Alberto Tosi Ing. Alberto Dalla Mora Grazie per l’attenzione

21 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Gated – Mode a prelievo differenziale

22 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Studio Capacimetro

23 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Filtro Passa Banda

24 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Front-end analogico II In corrispondenza del massimo valore dell’ingresso si ha lo Start Of Conversion Scelta soglie: Durata impulso monostabile :

25 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Filtraggio

26 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Codice C

27 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Funzionamento interfaccia Blocco fondamentale: getM.vi Esempio di acquisizione: misura caratteristica

28 Davide Tamborini e Alessandro RuggeriMilano, 22 Luglio Misure 1.Taratura dello strumento con tre condensatori di precisione da 0.7pF, 1.1pF e 4.3pF; 2.Controllo della taratura con un quarto condensatore da 2.2pF tramite misura singola; 3.Rilevazione delle capacità parassite dello SPAD, misurando C AK, C BK e C BA con V p =0; 4.Caratterizzazione dello SPAD usando una V p da 0V a 15V con passi di 1V Caratterizzazione di uno SPAD al silicio con VB=17V


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