ETD

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Il presente elaborato spiega la progettazione di un rivelatore di picco per applicazioni di imaging a raggi X, sviluppato all’interno del progetto ASIX in collaborazione con l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) di Pisa. Il circuito, realizzato in tecnologia CMOS a 65 nm, elabora impulsi semi Gaussiani discendenti provenienti dal rivelatore, garantendo un’accurata estrazione del picco.
Il primo capitolo introduce i fondamenti della fisica dei raggi X: i meccanismi di generazione, i principali metodi di classificazione e le interazioni con la materia. Presenta inoltre la legge di Lambert–Beer, una panoramica dei sistemi di imaging, i parametri chiave dell’immagine e le problematiche legate al charge sharing e al pile up.
Il secondo capitolo descrive le innovazioni introdotte dal progetto ASIX, con particolare attenzione alla tecnica event driven e al metodo sviluppato per la ricostruzione della posizione del fotone.
Il terzo capitolo esamina lo stato dell’arte dei rivelatori di picco, evidenziandone i limiti e le incompatibilità con l’approccio ASIX.
Il quarto capitolo presenta le topologie proposte, tutte innovative e non riportate nella letteratura esistente, sviluppate a partire da uno schema di principio introdotto da Krummenacher. Viene inoltre fornita una caratterizzazione completa, ottenuta tramite analisi statiche e dinamiche, valutazioni sui corner tecnologici e simulazioni Monte Carlo.

The present thesis explains the design of a peak detector for X-ray imaging applications, developed within the ASIX project in collaboration with INFN (National Institute of Nuclear Physics) of Pisa. The circuit, implemented in 65 nm CMOS technology, processes descending semi-Gaussian pulses from the detector, ensuring accurate peak extraction.
The first chapter introduces the fundamentals of X-ray physics: the generation mechanisms, the main classification methods, and the interactions with matter. It also presents the Lambert–Beer law, an overview of imaging systems, the key image parameters, and the issues related to charge sharing and pile-up.
The second chapter describes the innovations introduced by the ASIX project, with particular focus on the event-driven technique and on the method developed for photon position reconstruction.
The third chapter reviews the state of the art in peak detectors, highlighting their limitations and their incompatibilities with the ASIX approach. The fourth chapter presents the proposed topologies, all of which are innovative and not reported in the existing literature, developed starting from a principle scheme proposed by Krummenacher. A comprehensive characterization is also provided, carried out through static and dynamic analyses, evaluations across technological corners, and Monte Carlo simulations.