Desde a década de 60, o aprimoramento das técnicas de fabricação de circuitos integrados que usam lógica binária tem levado ao aumento exponencial na densidade de dispositivos, melhoria do desempenho, redução da energia consumida e redução dos custos de fabricação dos circuitos integrados no estado da arte. Esse avanço tem sido alcançado historicamente pela miniaturização dos dispositivos que, já em escala nanométrica, começam a encontrar limites físicos para a sua redução. Com o intuito de dar continuidade ao avanço tecnológico, muitos trabalhos têm proposto a compactação da informação através do uso de lógica não binária como solução alternativa para a melhoria de desempenho de circuitos no estado da arte. Nesse sentido, diversos trabalhos foram desenvolvidos em diferentes tecnologias que vão de circuitos bipolares a dispositivos quânticos, entretanto, até o presente momento, nenhuma tecnologia demonstrou ao mesmo tempo os requisitos de desempenho, consumo, área e confiabilidade, necessários à aplicação em circuitos de alta escala de integração. Este trabalho apresenta uma nova família de circuitos de lógica quaternária com alto desempenho, baixos consumo e área e que usa tecnologia CMOS. Os circuitos desenvolvidos neste trabalho fazem uso de três fontes de alimentação e até oito diferentes transistores com diferentes tensões de limiar para realizar a lógica quaternária. São apresentados circuitos elementares como inversores e circuitos literais e com eles construídos circuitos aritméticos e multiplexadores. Os circuitos são simulados com a ferramenta SPICE usando a tecnologia TSMC 0,18 μm e os resultados são comparados com circuitos equivalentes em lógica binária. Na comparação de um somador completo quaternário de quatro bits, por exemplo, com o circuito equivalente em lógica binária, a implementação quaternária apresenta melhoria 55% na velocidade, 63% no consumo de potência e utiliza pouco mais de duas vezes o número de transistores. Este trabalho também propõe o uso de lógica quaternária em FPGA e são desenvolvidos blocos lógicos programáveis quaternários. Resultados de mapeamento lógico de circuitos aritméticos em blocos lógicos programáveis apresentam grande redução em área e consumo de potência na implementação quaternária quando comparado aos equivalentes binários. Em alguns circuitos quaternários, o consumo de potência e o número de transistores usados são reduzidos a 3% do consumo e do número de transistores usados nos circuitos equivalentes binários, enquanto o atraso crítico é duas vezes maior do que o atraso crítico binário.

The Compact Muon Solenoid (CMS) detector is described. The detector operates at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. It was conceived to study proton-proton (and lead-lead) collisions at a centre-of-mass energy of 14 TeV (5.5 TeV nucleon-nucleon) and at luminosities up to 10(34)cm(-2)s(-1) (10(27)cm(-2)s(-1)). At the core of the CMS detector sits a high-magnetic-field and large-bore superconducting solenoid surrounding an all-silicon pixel and strip tracker, a lead-tungstate scintillating-crystals electromagnetic calorimeter, and a brass-scintillator sampling hadron calorimeter. The iron yoke of the flux-return is instrumented with four stations of muon detectors covering most of the 4 pi solid angle. Forward sampling calorimeters extend the pseudo-rapidity coverage to high values (vertical bar eta vertical bar <= 5) assuring very good hermeticity. The overall dimensions of the CMS detector are a length of 21.6 m, a diameter of 14.6 m and a total weight of 12500 t.

The CMS detector will be upgraded for the HL-LHC to include a MIP Timing Detector (MTD). The MTD will consist of barrel and endcap timing layers, BTL and ETL respectively, providing precision timing of charged particles. The BTL sensors are based on LYSO:Ce scintillation crystals coupled to SiPMs with TOFHIR2 ASICs for the front-end readout. A resolution of 30-60 ps for MIP signals at a rate of 2.5 Mhit/s per channel is expected along the HL-LHC lifetime. We present an overview of the TOFHIR2 requirements and design, simulation results and measurements with TOFHIR2 ASICs. The measurements of TOFHIR2 associated to sensor modules were performed in different test setups using internal test pulses or blue and UV laser pulses emulating the signals expected in the experiment. The measurements show a time resolution of 24 ps initially during Beginning of Operation (BoO) and 58 ps at End of Operation (EoO) conditions, matching well the BTL requirements. We also showed that the time resolution is stable up to the highest expected MIP rate. Extensive radiation tests were performed, both with x-rays and heavy ions, showing that TOFHIR2 is not affected by the radiation environment during the experiment lifetime.