Quenching Circuit Discriminator Architecture Impact on a Sub-10 ps FWHM Single-Photon Timing Resolution SPAD
Notice bibliographique
Résumé
In the field of radiation instrumentation, there is a desire to reach a sub-10 ps FWHM timing resolution for applications such as time-of-flight positron emission tomography, time-of-flight positron computed tomography and time-resolved calorimetry. One of the key parts of the detection chain for these applications is a single-photon detector and, in recent years, the first single-photon avalanche diode (SPAD) with a sub-10 ps timing resolution was presented. To reach such a timing resolution, the SPAD was read out by an operational amplifier operated in open-loop as a comparator. This paper presents a comparison between comparators and inverters to determine which type of leading-edge discriminator can obtain the best single-photon timing resolution. Six different quenching circuits (QCs) implemented in TSMC 65 nm are tested with SPADs of the same architecture and in the same operation conditions. This allows us to compare experimental results between the different QCs. This paper also presents a method to measure the SPAD signal slope, the SPAD excess voltage variation and simulations to determine the added jitter of different leading-edge discriminators. For some discriminator architectures, a cascode transistor was required to increase the maximum excess voltage of the QC. This paper also presents the impact on the single-photon timing resolution of adding a cascode transistor for a comparator or an inverter-based discriminator. This paper reports a 6.3 ps FWHM SPTR for a SPAD read out by a low-threshold comparator and a 6.8 ps FWHM SPTR for an optimized 1 V inverter using a cascode transistor for a higher excess voltage.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».