Strumentazione elettronica 4 CFU – 32 ore

Presentazione sul tema: "Strumentazione elettronica 4 CFU – 32 ore"— Transcript della presentazione:

1 Strumentazione elettronica 4 CFU – 32 ore
Alberto Pullia – tel Laurea in Fisica – Università di Milano Bicocca

2 Argomenti trattati Spettrometri di radiazioni ionizzanti (per misure tipo PIXE, PIGE, XAS, etc.) Segnale e rumore elettronico Rivelatori a semiconduttore di radiazioni ionizzanti (X, gamma)  Preamplificazione e amplificazione del segnale Ottimizzazione del rapporto segnale rumore Conversione analogico-numerica del segnale, filtraggio digitale

3 L’esame consiste in un colloquio
Sito web del corso : topserver.mi.infn.it/mies/labelet_iii Il materiale didattico utilizzato verrà reso disponibile sul sito web.

4 Rivelatore + criostato PIXE
Dewar azoto liquido Typical 80mm² Si(Li) detector for PIXE applications. Shown mounted on a manual slide with vacuum chamber interface. The base plate is used for mounting the detector for 'in-air' analysis. Dito freddo + rivelatore Slitta movimentazione Modulo preamplificatore + alta tensione

5 INGRESSO I(t) impulsivo
Ingresso, uscita e ENC Fotone / particella ionizzante (energia E) S La formatura è data da questo tutt’uno ! Preamplificatore Amplificatore formatore E  Q Area = Q elettroni INGRESSO I(t) impulsivo I t Rivelatore HPGe USCITA Vo(t) Ampiezza = H H Q  H Vo t Dalla misura di H si ricavano a ritroso Q ed E. Segnale: ENC = Equivalent Noise Charge (Rumore della misura espresso in carica rms all’ingresso) Il rumore visto all’uscita dell’amplificatore formatore va anch’esso riferito all’ingresso dividendolo per il guadagno H/Q della catena elettronica S. ENC = Equivalent Noise Charge (Rumore della misura di H espresso in carica rms all’ingresso) Rumore:

6 Perchè “formare” (o filtrare) il segnale ?
Segnale del preamplificatore Stesso segnale dopo la formatura s2 s1 50 µs 50 µs Amplificatore formatore analogico quasi Gaussiano (spectroscopy amplifier ORTEC mod. 572) s2 << s1 : la formatura abbatte il rumore elettronico !

7 Tempo di formatura Esiste un tempo di for-matura ottimo dove il rumore è minimo. E’ il giusto compromesso per il rumore serie (formatura stretta) e il rumore parallelo (formatura larga). Per tempi di formatura crescenti Vo(t) si allarga ma non cambia di forma

8 L’amplificatore formatore modifica la forma del segnale del preamplificatore per ridurre il rumore elettronico.

9 Formatura ottima “a cuspide”
a) Cuspide infinita, ottimo assoluto (senza rum 1/f) b) Triangolare, ENC cresce solo dell’8% tC = noise corner time CT = capacità totale ingresso preamp. (dovuta al preamp stesso e al rivelatore) a,b = intensità rumori elettronici di tipo serie e parallelo Per ridurre il pileup, cioè la sovrapposizione di più segnali si può utilizzare una fz peso tempo limitata (ad es. triangolare).

10 Formature sub-ottime Rumore serie bianco Rumore par bianco Rum 1/f c c
1.10 Rum 1/f ( senza rumore 1/f )

11 Formatura a campionamento correlato

12 Esempi di formature a campionamento correlato
b) a) tp = 25 ns, b) tp = 150 ns, c) tp = 400 ns, d) tp = 800 ns, e) tp = 1200 ns

13 Classificazione eventi
Conteggi A canale A t MCA Gli eventi vanno classificati. Per fare ciò è necessario istogrammare l’informazione d’interesse (ampiezza, tempo di arrivo, o altro). Lo strumento che conta gli eventi in molti possibili “canali” (v. Figura) è detto MCA (Multi-Channel Analyzer). Fa uso di un convertitore analogico-digitale (ADC). SCA In alcuni casi può essere sufficiente selezionare solo alcuni eventi e contarli. In questo caso basta un analizzatore a singolo canale, SCA (Single-Channel Analyzer).

14 Esempio di segnali classificati: spettro energetico

15 Convertitori ADC veloci (flash)
I flash ADC sono molto veloci (tempo di conversione dell’ordine del ns). E’ possibile campionare l’intera forma d’onda del preampli-ficatore e formare il segnale tramite filtraggio numerico. preamp Filtro numerico Prefiltro Flash ADC (a) preamp Anti aliasing Flash ADC Filtro numerico (b) Tconv  ns

16 Sintesi dei pesi {ai} del filtro numerico
Y = campioni un … u1 u2 × yk … y1 y2 pesaggio a1, a2, …, an Rif. Rib1 Questa sottomatrice opzionale consente di minimizzare il rumore di quantizzazione (QN). Più è grande P maggiore è la reiezione al QN. Tipici valori di P: da 0.01 a 1 Da risolvere ai minimi quadrati Questo sistema in matlab si risolve immediatamente, digitando: A=U\Y

17 Ci vediamo mercoledì