In Array Time-to-Digital Converter with 10 ps LSB and 43 μM × 35 μM Area in TSMC 65 nm
Notice bibliographique
Résumé
Many applications in nuclear science and medical imaging use scintillators to convert high-energy photons or particles into multiple photons that can be detected with silicon light detectors. For applications where the time of interaction matters, such as time-of-flight (ToF) positron emission tomography and ToF computed tomography, we need to timestamp the first photon detected. Unfortunately, single-photon detectors are subject to dark counts, which adds uncertainty to the measured timestamps. To better evaluate the time of interaction, we can use an estimator constructed on the first few timestamps. Thus, multiple time-to-digital converters (TDC) are required in the detector for the estimator to operate. Our team at the Universit'e de Sherbrooke is working on a 5 mm × 5 mm photon-to-digital converter (PDC). The detector is composed of 4096 single photon avalanche diodes (SPAD) 3D integrated with a TSMC 65 nm ASIC composed of an array of 4096 quenching circuits and 512 TDCs. As a stepping stone to the full-size PDC, we developed a test chip that includes 32 SPADs, 32 quenching circuits (QC), and 16 TDCs. The TDC is a 43 μm × 35 μm ring oscillator-based cascaded Vernier TDC with 2 stages. The TDC was characterised in multiple configurations: standalone, in group of 8, and in group of 16 running at the same time. Only a difference in the integral nonlinearity was observed at the target resolution of 10 ps. At this target resolution, we measured a precision of 4.1 ps rms, an average conversion time of 8.6 ns, and a power consumption of 28.6 μW at 1 Mcps. A test campaign will be done in Q3 2025 to evaluate the stability of the device and obtain a single photon timing resolution.
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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) | 0,001 | 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) | 0,001 | 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 ».