Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2022 - zeszyt 2

Design of Prototype Readout Integrated Circuit for Time-of- Arrival and Time-over-Threshold Measurement for Hybrid Pixel X-ray Detectors in 28 nm CMOS

10.15199/48.2022.02.23

nr katalogowy: 136083
10.15199/48.2022.02.23

Streszczenie

Artykuł przedstawia projekt i wyniki symulacji prototypowego scalonego układu odczytowego do pomiaru czasu uderzenia (ToA) oraz pośredniego pomiaru energii (ToT) fotonów promieniowania X. Układ zawiera matrycę 8×4 pikseli. Piksel ma wymiary 50 μm × 50 μm i zawiera przetwornik czas-cyfra w architekturze Verniera z dwoma oscylatorami pierścieniowymi. Planowana rozdzielczość pomiaru ToA jest rzędu dziesiątek pikosekund. Układ może pracować w trybie ToA/ToT lub w trybie zliczania pojedynczych fotonów. Aktualnie jest w produkcji. (Projekt prototypowego układu odczytowego do pomiaru czasu uderzenia oraz energii fotonów w hybrydowych pikselowych detektorach promieniowania X w technologii CMOS 28 nm).

Abstract

This paper introduces the design and simulation results of a chip prototype dedicated for time-of-arrival (ToA) and time-over-threshold (ToT) measurement of X-ray photons. It consists of 8×4-pixel matrix with 50 μm pitch. Vernier time-to-digital converter with two ring oscillators is implemented in each pixel and aimed ToA resolution is on the order of tens of picoseconds. The chip may work in ToA/ToT mode or single photon counting mode. It is currently in fabrication.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

Ballabriga R., Campbell M., Llopart X., Asic developments for radiation imaging applications: The medipix and timepix family, Nucl. Instr. Meth. A, 878 (2018), 10-23 Llopart X., Alozy J., Ballabriga R., Campbell M., Egidos N., Fernandez J.M., Heijne E., Kremastiotis I., Santin E., Tlustos L., Sriskaran V., Poikela T., Study of low power front-ends for hybrid pixel detectors with sub-ns time tagging, J. Instrum., 14 (2019), n.1, C01024 Kruth A., Brezina C., Celik S., Gromov V., Kluit R., Zappon F., Desch K., Graaf H. van der, GOSSIPO-3: measurements on the prototype of a read-out pixel chip for Micro-Pattern Gaseous Detectors, J. Instrum., 5 (2010), n.12, C12005 Llopart X., Timepix4 detectors, 2nd MUonE Collaboration Meeting at CERN, 2020, presentation available online: https://indico.cern.ch/event/876275/contributions/3729426/ Drozd A., Maj P., Problemy korekcji w hybrydowych pikselowych detektorach promieniowania X, Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), nr.5, 86-89 Kłeczek R., Gryboś P., Szczygieł R., Maj P., Single photon- counting pixel readout chip operating up to 1.2 Gcps/mm2 for digital X-ray imaging systems, IEEE J. Solid-State Circuits, 53 (2018), n.9, 2651-2662 Kmon P., Kaczmarczyk P., Kadłubowski Ł., Design of analog pixels front-end active feedback, J. Instrum., 13 (2018), P01018 Kmon P., Deptuch G., Fahim F., Grybos P., Maj P., Szczygiel R., Zimmerman T, Active feedback with leakage current compensation for charge sensitive amplifier used in hybrid pixel detector, IEEE Trans. Nucl. Sci., 66 (2019), 664-673 Carini G.A., Deptuch G.W., Fahim F., Kadlubowski L.A., Klabbers P., Lauxtermann S., Petterson P.-O., Zimmerman T., Hybridized MAPS with an in-pixel A-to-D conversion readout ASIC, Nucl. Instruments Methods A, vol. 935, pp. 232–238, 2019. Kadłubowski Ł.A., Kmon P., Pomiar krótkich odcinków czasu z wykorzystaniem przetwornika czas-cyfra w architekturze Verniera z oscylatorami pierścieniowymi w technologii CMOS 28 nm, Przegląd Elektrotechniczny, 12 (2020), 115-118 (in Polish)
[11]Kadlubowski L.A., Kmon P., Test and Verification Environment and Methodology for Vernier Time-to-Digital Converter Pixel Array, 24th Int. Symp. Design Diagnostics Electronic Circuits & Systems (DDECS), 2021, 137-140
[12]Kadlubowski L.A., Kmon P., Vernier Time-to-Digital Converter with Ring Oscillators for in-Pixel Time-of-Arrival and Time-over- Threshold measurement in 28 nm CMOS, 22nd Int. Workshop Radiation Imaging Detectors, 2021, to be presented
[13]Nolet F., Roy N., Carrier S., Bouchard J., Fontaine R., Charlebois S.A., Pratte J.-F., 22 μW, 5.1 ps LSB, 5.5 ps RMS jitter Vernier time-to-digital converter in CMOS 65 nm for single photon avalanche diode array, Electron. Lett., 56 (2020), n.9, 424-426
[14]Roy N., Nolet F., Dubois F., Mercier M., Fontaine R., Pratte J., Low Power and Small Area, 6.9 ps RMS Time-to-Digital Converter for 3-D Digital SiPM, IEEE Trans. Radiation Plasma Medical Sci., 1 (2017), n.6, 486-494

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2022-2 , nr katalogowy 136083 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2022-2

Twój Koszyk

Publikacja

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma