A 3D photon-to-digital converter readout for low-power and large-area applications
Notice bibliographique
Résumé
Abstract A new trend in large area noble liquid experiments is to measure the scintillation light with photodetectors and their electronics inside the active volume. Compared to the typical approach of using silicon photomultipliers (SiPM) with an analog readout chain leading to an analog-to-digital converter, this paper presents a new 3D photon-to-digital converter (PDC) readout that takes advantage of the binary nature of the single-photon avalanche diodes (SPAD). The readout contains 4096 pixels over 25 mm 2 , each including a 3D bonding pad and a quenching circuit. The readout features three different outputs: a fast flag to get the timestamp of each event from an external time-to-digital converter, a digital sum to retrieve the number of pixels triggered during an event, and an analog monitor to generate an analog SiPM-like output. The analog monitor is also used to validate the two former digital outputs. The readout also includes 61 2D CMOS SPADs for validation purpose prior to the final 3D integration with SPADs custom made according to our design by Teledyne DALSA (Bromont, Canada). As a first system integration toward large-area detector applications, a mini-tile of 2 × 2 readouts has been developed to test all the functionalities. The measured single-photon timing resolution ranges from 72 to 93 ps FWHM across the mini-tile SPAD channels population (i.e. 4 × 61 channels). The flag timing resolution is below 95 ps RMS, which includes the contribution of the optimized flag H-tree but also an additional trigger tree that replaces the 3D SPAD array at this stage of development. Once bonded with the 3D SPADs, the trigger tree won't be required to measure the flag timing resolution. With the removed contribution of the trigger tree, the estimated flag timing resolution should be below 45 ps RMS. The extent of the benefits of the digital sum output depend on the application, and this paper focuses on two cases. First, a low-power coincidence scheme such as required by the nEXO liquid xenon experiment, leading to a power consumption as low as 140 μ W per PDC. With a finer sampling of the scintillation light such as required for pulse shape discrimination in liquid argon, the power consumption remains below 100 μ W per PDC. Overall, this readout is designed as a replacement for a typical analog SiPM chain, without compromise on the performances.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
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 | 0,000 |
| 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 ».