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Richard Jung

• In this thesis, the radiation sensitivity of the novel Cologne Chip GateMate A1 field-programmable gate array (FPGA) is evaluated. An initial introduction of radiation mechanisms and their effects on electronics is given, followed by a brief overview of radiation test standards. The common elements present in FPGAs are discussed, which is followed by details of the GateMate FPGA device and a description of the software design flow. Afterwards, the development of a purpose-built printed circuit board (PCB) for radiation tests with the GateMate FPGA is detailed. Four components of the GateMate have been tested during three radiation campaigns, as well as a benchmark circuit to compare the radiation performance of the GateMate with other FPGAs tested at the European Organization for Nuclear Research (CERN). The test architecture consists of the device under test (DUT) FPGA and a TESTER FPGA whose task is to provide inputs to the DUT and record its response. The DUT and TESTER designs developed for all tests are discussed in detail. Finally, the results obtained during the irradiation campaigns are presented, showing that the GateMate FPGA performs similarly to other FPGAs using the same process technology. Only the benchmark test was not finalized, as implementation problems prevented its completion in the given time frame. The thesis concludes with a comprehensive summary and outlook.
• In dieser Arbeit wird die Strahlungsempfindlichkeit des neuartigen Cologne Chip GateMate A1 FPGA untersucht. Zunächst wurde eine Einführung in Strahlungseffekte und ihre Auswirkungen auf elektronische Komponenten gegeben, gefolgt von einem kurzen Überblick auf aktuelle Strahlungsteststandards. Die üblichen Elemente in FPGAs werden diskutiert, gefolgt von Details über GateMate spezifische Elementen sowie eines Überblicks über den Software-Design-Flow für GateMate FPGA Anwendungen. Im Anschluss wird die Entwicklung eines PCBs für Bestrahlungstests des GateMates detailliert. Vier Komponenten des GateMate wurden während drei Strahlungskampagnen getestet, sowie eine Benchmark-Schaltung, um die Strahlungsempfindlichkeit des GateMate mit anderen am CERN getesteten FPGAs zu vergleichen. Die Testarchitektur besteht aus dem DUT FPGA und einem TESTER FPGA, dessen Aufgabe es ist, Eingaben an das DUT zu liefern und dessen Reaktion aufzuzeichnen. Die für alle Tests entwickelten DUT- und TESTER-Designs werden im Detail diskutiert. Schließlich werden die während der Bestrahlungskampagnen erzielten Ergebnisse vorgestellt, die zeigen, dass der GateMate FPGA ähnliche wie andere FPGAs mit vergleichbarer Prozesstechnologie liefert. Lediglich der Benchmark-Test wurde nicht finalisiert, da Probleme bei der Implementierung die Fertigstellung im vorgegebenen Zeitrahmen verhinderten. Die Arbeit schließt mit einer umfassenden Zusammenfassung und einem Ausblick ab.