Domenico Lo Presti - Dipartimento di Fisica e Astronomia and

Domenico Lo Presti
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Contenuti dell’indirizzo di Elettronica
•  Fisica dello Stato Solido e dei dispositivi elettronici sia attivi
che passivi, discreti ed integrati
•  Numerosi Corsi di progettazione
elettronica Analogica e Digitale
con
applicazioni
di
•  In Laboratorio:
•  Progettazione di circuiti con componenti discreti ed
integrati
•  Simulazione della risposta del circuito mediante CAD
Elettronico
•  Realizzazione e test dei circuiti progettati mediante
strumentazione moderna
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Sinergia tra Fisica ed Elettronica: Fisico elettronico
Astrofisica
..e tanto altro
ancora
Fisica delle
particelle
Fisica
Medica
Fisica dello spazio
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Schema generale di un apparato sperimentale di
rivelazione
Radiazion
e incidente
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Progettazione di dispositivi VLSI full-custom Analogici-Digitali
Preamplificatori di carica
CaSh_06
Power dissipation 6 mW/ch
input range 70 MeV
shaping time 2.4 µs
Enc 2000e- @ 200 pF
Sensibility 30 mV/ MeV
Size 12 mm2 x 6 ch
OSCAR (ieee pub.)
Power diss.
10 mW/ch
input range
100 MeV
shaping time 800 ns
Sens.
20 V/MeV
Size
10 mm2 x 6 ch
MAREA
Input dynamic 12.500 ePeak Time
650 ns
Noise 238 e- @ Cd =2 pF
Output dyn. 1 V @12.500 eLinearity < 0,5%
Power supply 5 V
Driving Capability 5 pF
Shaping Order CR-RC4
Sistemi di Readout
LIRA
2 x 3 channels 256 cells Analogue Memory
200 MHz sampling 10 MHz readout rate
buffer mode write/read
For Optical Module readout
Internal Trigger Unit
x10 PLL
Slow Control Interface
200 mW total power dissipation
ADELIAS
16 channels 256 cells Analogue Memory
+ Preamplifier + Shaper
For Silicon Drift Detector (ALICE)
Internal Control Unit
40 MHz sampling rate
1 MHz readout rate
1 mW per channel
FAR14
Integrated Front-end for ΔE/E silicon
monolithic telescope
ΔE: dyn. 220fC, shaping time 2ms,
S/N 8 bit @ 700 pF
E: dyn. 4.4pC,shaping time 2ms,
S/N 10 bit@ 30 pF
Induced ΔE: shaping time 200ns.
Low Power Dissipation
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Attività di ricerca principali
  PRIMA
Imaging con Protoni - pCT
  OFFSET
Rivelatori innovativi di particelle real time
  NEMO-KM3NET
Telescopio sottomarino neutrini multi-sito nel
Mediterraneo
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Tomografia con protoni: PrIma
Passo 1: Radiografia computerizzata con protoni
(hardware fisso, fantoccio fisso)
Passo 2: Tomografia computerizzata con protoni
(pCT)
(hardware fisso, fantoccio rotante)
Passo 3: Tomografia computerizzata con protoni
“completa” (con gantry rotante)
Il fascio usato per il trattamento viene impiegato
(selezionando energia cinetica opportuna) anche
per la Pct
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Tomografia con protoni: PrIma
Preamplificatore+shaper
Calorimetro
6,6 x 1,6 mm2
32 ingressi – 32 uscite
14,5 mW/canale, 460 mW/chip
Vcc=+3,3 V
Uniformità dei canali: 2,5 %
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•  Rivelatore Tracciatore innovativo di grande area fino a 40x40 cmq
•  Fibre ottiche scintillanti
•  Risoluzione circa 100 µm
•  Rate eventi massimo 100 MHz
•  Sistema di riduzione dei canali
Modello di rivelatore 40x40cmq 256
canali BCF-20 500 µm
L’attività di ricerca spazia dalla
costruzione e caratterizzazione
del
sensore
all’elettronica
associata fino al sistema di
acquisizione e visualizzazione 9
OFFSET
Tracker
Fantocci
Calorimetro
o PMMA
PRIMA
Fascio protoni
Ei
(X,Y)
i
Prototipo del rivelatore sotto
fascio di protoni da 62 Amev
(Catana)
Radiografia di fantoccio PMMA con
protoni Offset + calorimetro PRIMA
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Base PMT
Moduli Ottici
•  Sfere di vetro boro-silicato resistenti
alla pressione che alloggiano i
fotosensori e l’elettronica di front-end
•  Circa 4000 per tutto il rivelatore
•  Caratterizzazione
•  Affidabilità
•  Ripetibilità
•  Basso consumo
Front-End
Schermo
Gel
magnetico
NEMO: front-end moduli ottici
catturano segnali veloci e li
immagazzinano per restituirli a
comando al momento opportuno
CHIP SAS
 Campionamento a 200 MHz
 Lettura a 20 MHz
 Dissipazione circa 100mW
 Gain circa 0.8-0.99
 Range Dinamico 2V
 Dinamica 9bit
 Tecnologia 0.35 µm
FPGA
Layout del chip SAS
Scheda FE Moduli
Ottici
13 cm
diametr
o
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Argomenti di Tesi
Un considerevole numero di Docenti,
Ricercatori ed Ingegneri opera nell’ambito
delle attività di ricerca connesse all’indirizzo e
le tesi a disposizione sono numerose e tutte
qualificabili come tesi sperimentali di ricerca
Nuovi rivelatori di particelle a fibre scintillanti
Misure su sensori Ottici
Radiografia con protoni
Telescopio per Neutrini
Applicazioni dei Laser
Applicazioni dei rivelatori di particelle
Progettazione e test di circuiti integrati
Misure di proprietà fisiche dell’acqua profonda
Sistemi per il posizionamento acustico
Uso delle FPGA
Misure con rivelatori di particelle
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Dotazione
•  Cluster di macchine da Calcolo per la progettazione
di circuiti integrati
•  Strumentazione moderna per il test e la
caratterizzazione di sensori e dell’elettronica
associata analogica e digitale
•  Camera iperbarica – pressione equivalente 4000 m
•  Camere oscure per misure di ottica fino a 1,5x1,5x1,5
m3
•  Camera pulita classe 1000 – microposizionatrice e
microsaldatrice per circuiti integrati
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Durante la tesi:
In questo Dipartimento opera un consistente gruppo di giovani ricercatori
Fisici ed Ingegneri che si occupa delle applicazioni dell’elettronica alla
Fisica delle particelle ed alla fisica medica. Esso si è dotato di
apparecchiature all’avanguardia. Esse sono utilizzate dagli studenti sia nel
corso di Laboratorio che per lo svolgimento delle attività di
tesi.
Dopo la tesi:
Ormai da anni gli studenti dell’indirizzo trovano immediato sbocco nel
mondo del lavoro in attività consone alla loro specifica preparazione, se
questa e la loro aspirazione. Tuttavia alcuni di loro hanno avuto la
possibilità di inserirsi in pieno in attività di ricerca sia dentro le strutture
universitarie che degli Enti preposti che nell’ambito delle industrie.
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Curriculum Fisica Applicata
Esempio di Piano di Studio «Elettronica»
Didattica I anno
I Semestre
CFU
II semestre
CFU
Metodi Matem. per la
Fisica II
G. Fonte
6
Fisica dei Dispositivi
Elettronici
G. V. Russo
6
Meccanica
Quantistica Avanzata
U. Lombardo
6
Elettronica per Fisica
Nucleare
D. Lo Presti
6
G. Angilella
6
Analisi per Immagini
A. Gueli
6
Fisica Nucleare e
Subnucleare
V. Bellini
6
G. Palumbo
6
Fondamenti di
Elettronica
C. Petta
6
Corso libero
Consigliato
(Elettronica Digitale)
Introduzione alla
fisica dei
semiconduttori
F. Priolo
6
Struttura della
Materia
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Didattica II anno
I Semestre
CFU
Elettronica per Fisica Applicata
Applicata
G. V. Russo
6
Laboratorio di Elettronica per
Fisica Applicata
D. Lo Presti
6
B. Andò
6
Corso Libero consigliato
(Sensori e sistemi di misura
avanzati a Ingegneria)
TESI
II
semestre
CFU
42
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Didattica I anno
•  Prof. F. Priolo
•  Introduzione alla fisica dei semiconduttori
6 CFU
I semestre
•  Prof. G. Di Cataldo
•  Elettronica digitale
6 CFU I semestre
L’elettronica digitale è alla base di quasi tutte le applicazioni
Corso a scelta consigliato
•  Prof.ssa A. Gueli
•  Analisi per immagini
6 CFU
II semestre
Didattica II anno
•  Prof. B. Andò
•  Sensori e attuatori
6 CFU I semestre
Il corso tratta dei dispositivi che collegano la fisica all’elettronica
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Corso a scelta consigliato
Didattica I anno
Prof.ssa C. Petta
6 cfu I semestre I Anno
Obiettivo del corso è di fornire gli elementi di base per lo studio e
l’applicazione dell’elettronica.
Argomenti principali del corso:
•  Segnali, Sistemi
• Metodi matematici per lo studio dell’elettronica
• Reti elettriche
• La trasmissione dei segnali nei sistemi lineari
• Linee di trasmissione
Modalità di esame: prova orale
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Didattica I anno
Prof. G. V. Russo
6 cfu II semestre I Anno
Il corso provvede a fornire agli studenti gli elementi conoscitivi dei
dispositivi impiegati in elettronica.
• La Fisica dei dispositivi: metalli, isolanti e semiconduttori
• Dispositivi elettrici: resistori; condensatori; induttori; trasformatori.
• Diodi Semiconduttori. Dalla fisica ai modelli
• Transistor Bipolari: BJT. Dalla fisica ai modelli
• Transistor ad effetto di campo: JFET e MOSFET. Dalla fisica ai
modelli.
• Tecnologie elettroniche: processi di fabbricazione dei dispositivi
discreti e integrati.
• Applicazione dei componenti attivi e passivi nei semplici
amplificatori
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Didattica I anno
Prof. Lo Presti
6 cfu II semestre I Anno
Negli esperimenti di Fisica Nucleare e delle Particelle Elementari
l’elettronica è indispensabile. Il corso tratta dei dispositivi che hanno
particolare applicazione in questo campo.
•  Conversione Digitale-Analogica e viceversa
•  Trattamento dei segnali
• Rivelatori per la Fisica delle particelle
• Caratteristiche e trattamento dei segnali dei rivelatori. Rumore.
• Amplificatori di tensione e di carica
• Formatori. Circuiti di temporizzazione
• Discriminatori
• Convertitori Tempo-ampiezza
• Applicazione agli esperimenti di Fisica Nucleare, delle Particelle e di
Astrofisica
Modalità di esame: prova orale
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Didattica II anno
Prof. G. V. Russo
6 cfu I semestre II Anno
Il corso tratta di alcuni dispositivi elettronici impiegati in particolare
nella Fisica medica.
Argomenti principali del corso
• Circuiti di elaborazione dei segnali: limitatori, raddrizzatori
• Campionatori. Sample&Hold. Stretcher.
• Amplificatori a larga banda.
• Elettronica per applicazioni in campo fisico e biomedico.
• Ecografia
• Radiografia Digitale
• TAC
• PET
Modalità di esame: prova orale
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Didattica II anno
Prof. D. Lo Presti
6 cfu I semestre II Anno
Nel corso vengono trattati gli Amplificatori Operazionale e le loro
applicazioni e i rivelatori che si impiegano per la biomedicina
Argomenti del corso
• Gli Amplificatori Operazionali. Applicazioni lineari
• Amplificatori differenziali
• Sommatori
• Derivatori ed Integratori
• Applicazioni lineari e non lineari degli Amplificatori Operazionali
• Amplificatori logaritmici ed antilogaritmici con applicazioni.
• Moltiplicatori e divisori analogici.
• Rivelatori e sorgenti per la biomedicina.
• Esperimenti di laboratorio con AO
Modalità di esame: prova orale e tesina di laboratorio
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