02 dez 2024
10:00 Defesa de Mestrado Sala 85 do IC2
Tema
Sistema de Readout Eficiente em Energia para ASICs Detectores de Radiação
Aluno
Guilherme Paulino
Orientador / Docente
Lucas Francisco Wanner
Breve resumo
Em diversos experimentos de pesquisa científica, as técnicas de imagem de raios X são usadas em aceleradores síncrotron para permitir estudos mais avançados de vários aspectos físicos nos campos da biologia, química e ciência dos materiais em escala micro e nano. E nas últimas duas décadas, chips detectores de pixels híbridos de contagem de fótons têm sido amplamente usados com o propósito de permitir imagens espectrais e multidimensionais nesses contextos. No entanto, com a evolução das fontes de luz síncrotron de quarta geração, que permitem um aumento considerável no brilho e um aumento dramático no fluxo de radiação de raios X coerentes, torna-se necessário o desenvolvimento de câmeras de grande área, com diferentes geometrias de conjuntos de sensores, que podem ter sistemas de refrigeração resfriados a água compatíveis com vácuo e devem atender às especificações de acordo com os requisitos de cada aplicação.
Este trabalho se concentra na otimização da eficiência energética dos chips de leitura Medipix3RX usados no contexto de detectores de contagem de fótons de raios X de grande área. Introduzimos várias técnicas de otimização de energia, incluindo escala dinâmica de frequência e tensão (DVFS), e a incorporação de modos de suspensão na operação do sensor. Esses métodos reduziram significativamente o consumo de energia, permitindo assim simplificar os sistemas de refrigeração e aumentar a durabilidade sem comprometer a robustez e a confiabilidade do sistema. Os resultados experimentais demonstram que a aplicação de escala dinâmica de tensão e frequência pode reduzir o consumo de energia em 5%, enquanto a técnica de clock gating pode reduzi-lo em até 23%. Além disso, a implementação de um modo de espera durante períodos de inatividade reduz a dissipação de calor, melhorando a estabilidade da temperatura do sensor, ao mesmo tempo em que reduz os requisitos gerais de energia em até 40% em comparação à operação contínua. Uma caracterização detalhada dos parâmetros internos do front-end analógico Medipix3RX nos permitiu identificar pontos operacionais ideais que equilibram baixo consumo de energia com alto desempenho, o que é crucial para manter baixos níveis de ruído e taxas de contagem rápidas em ambientes experimentais desafiadores.
Banca examinadora
Titulares:
| Lucas Francisco Wanner | IC/UNICAMP |
| Rodolfo Jardim de Azevedo | IC/UNICAMP |
| Alessandra Tomal | IFGW/UNICAMP |
Suplentes:
| Sandro Rigo | IC/UNICAMP |
| José Augusto Miranda Nacif | IEF/UFV |