Impacto de la Arquitectura del Discriminador de Circuito de Enfriamiento en una Resolución de Tiempo de Fotón Único SPAD de FWHM Inferior a 10 ps
Autores: Nolet, Frédéric; Gauthier, Valérie; Parent, Samuel; Vachon, Frédéric; Roy, Nicolas; St-Jean, Nicolas; Charlebois, Serge A.; Pratte, Jean-François
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Impacto de la Arquitectura del Discriminador de Circuito de Enfriamiento en una Resolución de Tiempo de Fotón Único SPAD de FWHM Inferior a 10 ps
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión del conocimiento
Palabras clave
Instrumentación de radiación
Resolución temporal FWHM de menos de 10 ps
Detector de un solo fotón
Diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD)
Discriminador de borde ascendente
Circuitos de apagado (QCs)
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
En el campo de la instrumentación de radiación, existe el deseo de alcanzar una resolución temporal FWHM sub-10 ps para aplicaciones como la tomografía por emisión de positrones con tiempo de vuelo, la tomografía computarizada por positrones con tiempo de vuelo y la calorimetría resolutiva en el tiempo. Una de las partes clave de la cadena de detección para estas aplicaciones es un detector de un solo fotón y, en los últimos años, se presentó el primer diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD) con una resolución temporal sub-10 ps. Para alcanzar tal resolución temporal, el SPAD fue leído por un amplificador operacional operado en bucle abierto como un comparador. Este documento presenta una comparación entre comparadores e inversores para determinar qué tipo de discriminador de borde ascendente puede obtener la mejor resolución temporal de un solo fotón. Se probaron seis circuitos de apagado (QC) diferentes implementados en TSMC 65 nm con SPADs de la misma arquitectura y en las mismas condiciones de operación. Esto nos permite comparar resultados experimentales entre los diferentes QC. Este documento también presenta un método para medir la pendiente de la señal del SPAD, la variación de voltaje en exceso del SPAD y simulaciones para determinar el jitter añadido de diferentes discriminadores de borde ascendente. Para algunas arquitecturas de discriminadores, se requirió un transistor cascode para aumentar el voltaje en exceso máximo del QC. Este documento también presenta el impacto en la resolución temporal de un solo fotón de agregar un transistor cascode para un comparador o un discriminador basado en inversores. Este documento informa una SPTR FWHM de 6.3 ps para un SPAD leído por un comparador de bajo umbral y una SPTR FWHM de 6.8 ps para un inversor optimizado de 1 V utilizando un transistor cascode para un mayor voltaje en exceso.
Descripción
En el campo de la instrumentación de radiación, existe el deseo de alcanzar una resolución temporal FWHM sub-10 ps para aplicaciones como la tomografía por emisión de positrones con tiempo de vuelo, la tomografía computarizada por positrones con tiempo de vuelo y la calorimetría resolutiva en el tiempo. Una de las partes clave de la cadena de detección para estas aplicaciones es un detector de un solo fotón y, en los últimos años, se presentó el primer diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD) con una resolución temporal sub-10 ps. Para alcanzar tal resolución temporal, el SPAD fue leído por un amplificador operacional operado en bucle abierto como un comparador. Este documento presenta una comparación entre comparadores e inversores para determinar qué tipo de discriminador de borde ascendente puede obtener la mejor resolución temporal de un solo fotón. Se probaron seis circuitos de apagado (QC) diferentes implementados en TSMC 65 nm con SPADs de la misma arquitectura y en las mismas condiciones de operación. Esto nos permite comparar resultados experimentales entre los diferentes QC. Este documento también presenta un método para medir la pendiente de la señal del SPAD, la variación de voltaje en exceso del SPAD y simulaciones para determinar el jitter añadido de diferentes discriminadores de borde ascendente. Para algunas arquitecturas de discriminadores, se requirió un transistor cascode para aumentar el voltaje en exceso máximo del QC. Este documento también presenta el impacto en la resolución temporal de un solo fotón de agregar un transistor cascode para un comparador o un discriminador basado en inversores. Este documento informa una SPTR FWHM de 6.3 ps para un SPAD leído por un comparador de bajo umbral y una SPTR FWHM de 6.8 ps para un inversor optimizado de 1 V utilizando un transistor cascode para un mayor voltaje en exceso.