The design and implementation in 0.13¿m cmos of an algorithm permitting spectroscopic imaging with high spatial resolution for hybrid pixel detectors
- Autores: Rafel Ballabriga Suñé
- Directores de la Tesis: Michael J. Campbell (dir. tes.), Xavier Vilasís-Cardona (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat Ramon Llull ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Erik Henricus M. Heijne (presid.), Jordi Riera Baburés (secret.), Sebastià A. Bota (voc.), Christer Fröjdh (voc.), François Krummenacher (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La innovación en la tecnología de detectores de píxel está abriendo nuevas posibilidades en multitud de campos de investigación. En experimentos en el ámbito de la física de partículas se utilizan detectores de píxel en sistemas de tracking. Estos sistemas requieren una excelente resolución espacial y temporal y una elevada relación señal-ruido para la reconstrucción precisa de las trazas depositadas en los detectores. Muchos grupos a nivel internacional están utilizando esta tecnología en campos como la radiografía, el análisis de la estructura de las proteínas o la imagen con neutrones.
Medipix3 es un chip de lectura de detectores de píxel con 256x256 canales con procesado por contaje individual fotones. El chip implementa una arquitectura innovadora que mitiga los efectos de la repartición de carga entre pixeles adyacentes causado por la difusión en sensores semiconductores. Esto proporciona una mejora de la resolución del espectro de energía medido en cada píxel.
El chip contiene circuitos para realizar la reconstrucción, por grupos de 4 pixeles, de la señal depositada por una partícula ionizante en el material semiconductor. La reconstrucción se realiza mediante sumas en el dominio analógico. La partícula se asigna al circuito sumador con mayor cantidad de señal detectada. En la situación en la que se generen fotones de fluorescencia, la carga depositada por estos se incluye en la reconstrucción en el caso que el fotón de fluorescencia deposite su energía en el volumen del sensor correspondiente a los pixeles adyacentes a la primera interacción.
Cada píxel ocupa una superficie de 55µmx55µm y contiene circuitos de procesado analógico y digital. El circuito de procesado analógico contiene un preamplificador, un shaper y dos comparadores.
El primer comparador se utiliza para definir el umbral inferior para la comparación y para determinar la asignación del contaje cuando el sistema funciona en modo de suma de cargas. El segundo comparador se utiliza para definir el segundo nivel de comparación.
El chip puede ser programado de forma que cada grupo de cuatro pixeles se convierte en una sola unidad de detección. En este caso, la señal puede ser procesada y clasificada según 8 niveles de comparación. El algoritmo de reconstrucción de carga también se puede activar en este modo de funcionamiento.
El circuito de procesado digital esta formado por lógica de control, módulos de arbitraje para la asignación del contaje, unidades de memoria para almacenar los datos de la configuración del píxel y dos registros que pueden ser configurados como dos contadores de 1-bit, 4-bits o 12-bits o como un solo contador de 24-bits.
El chip ha sido diseñado y fabricado en tecnología CMOS de 0.13µm. Contiene alrededor de 115 millones de transistores. Cada canal presenta un ruido de 70e- rms cuando cada píxel funciona independientemente de sus pixeles adyacentes y un ruido de 140e- cuando se activa el circuito de reconstrucción de señales para mejorar la resolución espectrométrica.
