16-channel SiPM high-frequency readout with time-over-threshold discrimination for ultrafast time-of-flight applications
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Over the past five years, ultrafast high-frequency (HF) readout concepts have advanced the timing performance of silicon photomultipliers (SiPMs). The shown impact in time-of-flight (TOF) techniques can further push the limits in light detection and ranging (LiDAR), time-of-flight positron-emission tomography (TOF-PET), time-of-flight computed tomography (TOF-CT) or high-energy physics (HEP). However, upscaling these electronics to a system-applicable, multi-channel readout, has remained a challenging task, posed by the use of discrete components and a high power consumption. To this day, there are no means to exploit the high TOF resolution of these electronics on system scale or to measure the actual timing performance limits of a full detector block. METHODS: In this work, we present a 16-channel HF readout board, including leading-edge discrimination and a linearized time-over-threshold (TOT) method, which is fully compatible with a high-precision time-to-digital converters (TDCs), such as the picoTDC developed at CERN. The discrete implementation allows ideal adaptation of this readout to a broad range of detection tasks. As a first step, the functionality of the circuit has been tested using the TOFPET2 ASIC as back-end electronics to emulate the TDC, also in view of its properties as a highly scalable data acquisition solution. RESULTS: The produced board is able to mitigate influences of baseline shifts in the TOFPET2 front end, which has been shown in experiments with a pulsed laser, increasing the achievable intrinsic coincidence timing resolution (CTR) of the TOFPET2 readout electronics from 70 ps (FWHM) to 62 ps (FWHM). Single-channel coincidence experiments including a [Formula: see text]-source, 2[Formula: see text]2[Formula: see text]3 mm[Formula: see text] LYSO:Ce,Ca crystals and Broadcom NUV-MT SiPMs resulted in a CTR of 118 ps (FWHM). For a 4[Formula: see text]4 matrix of 3.88[Formula: see text]3.88[Formula: see text]19 mm[Formula: see text] LYSO:Ce,Ca crystals one-to-one coupled to a 4[Formula: see text]4 array of Broadcom NUV-MT SiPMs, an average CTR of 223 ps (FWHM) was obtained. CONCLUSION: The implemented 16-channel HF electronics are fully functionall and have a negligible influence on the timing performance of the back-end electronics used, here the TOFPET2 ASIC. The ongoing integration of the picoTDC with the 16-channel HF board is expected to further set the path toward sub-100 ps TOF-PET and sub-30ps TOF resolution for single-photon detection.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».