Design of a programmable low-noise and low-powerreadout channel for solid-state detectors
Programlanabilir düşük gürültü ve düşük güç tasarımıkatı hal dedektörleri için okuma kanalı
- Tez No: 680399
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYHAN BOZKURT, PROF. DR. EMRAH KALEMCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Günümüzün X-ısını ve gamma ısını tabanlı tıbbi görüntüleme uygulamaları, yarıiletken algılayıcıların gelen ısınları zaman içinde toplayarak kaydetmesi temeline dayanır. Her ne kadar bu sistemler ümit verici sonuçlar verse de, hastaların yüksek dozda radyasyon almalarına sebep verirler. Ayrıca bu sistemler bazı doku türleri arasında ayrım yapabilmek için yeterli kontrast çözünürlügüne sahip degiller. Algılayıcılarda , yeni teknoloji imkanları kullanılarak, yüksek sayım oranı, yeteri miktarda enerji çözünürlügü ve verimlilik gibi özellikler elde edildigi takdirde, hastaya verilen doz miktarı, görüntü kalitesi ve doku türlerin ayırt edilebilmesi konularında oldukça önemli gelismeler kaydedilebilir. Daha iyi enerji çözünürlügü ve algılama verimliligi vaddeden, pozitron emisyon tomografisi (PET) ve X-ısını kırınımı ile görüntüleme (X-ray diffraction imaging) gibi uygulamalar için bir çok foton-sayıcı algılayıcı sistemleri gelistirilmistir. Dolayısıyla, daha verimli algılayıcıların ihtiyaçlarını karsılamak için özellestirilmis, hızlı, düsük gürültülü ve düsük enerji tüketimine sahip Uygulamaya Özel Tümlesik Devre (Application Specific Integrated Circuit - ASIC ) sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalısmada, Cadmium Zinc Telluride (CdZnTe or CZT) yarı-iletken algılayıcıları için tasarlanmıs programlanabilir, düsün enerji tüketimine sahip, düsük gürültülü okuma devresi sunulmaktadır. CdZnTe algılayıcıları tıbbi görüntüleme, astrofizik gibi oldukça genis uygulama alanlarına sahiptir. Ön-uç elektronigi, yüke duyarlı yükseltici (charge sensitive amplifier – CSA), programlanabilir ve kara akım telafi edici özellige sahip bir ag sıfırlama(reset network), 5-dereceli, pole-zero geçersiz kılma özellikli bir yarı-Gauss filtresi, bir karsılastırıcı (comparator) ve harici mikrokontrol ile iletisim için kullanılan bir seri arayüze sahiptir. Ag sıfırlayıcının programlama özelligini kullanmak için, CSA 256 farklı desarj zaman sabiti sunmaktadır. Bu zaman sabitleri 60 nano saniyeden 60 mikro saniyeye kadar degiserek okuma elektronigi için genis olay oranı (event-rate) aralıklarına imkan vermektedir. Gelistirdigimiz ASIC, her bir kanal için 2mW degerinden daha az güç tüketimine sahiptir. Ayrıca CSA sadece 260 micro W enerji harcamaktadır. Esdeger gürültü yükü (Equivalent Noise Charge – ENC), 0 pF algılayıcı kapasitansında 98 erms degerini vermektedir.
Özet (Çeviri)
Current medical X- and Gamma-ray imaging applications benefit from the usage of semiconductor detectors that sum up the incident flux over time. Although these systems have shown promising results, they expose a large radiation dose to the patient, and they do not have sufficient contrast resolution to discriminate between some tissue types. Significant improvements in patient dose, image quality, and ability to perform tissue discrimination can be achieved by utilizing new technologies and readout methods if requirements for high count rates, good efficiency, and reasonable energy resolution can be met. Photon-counting detectors for energy and timing measurements have been developed for applications such as Positron Emission Tomography (PET) and X-ray diffraction imaging offering better energy resolution and prominent detection efficiency. Hence, to meet the requirements, there is a demand for customized fast, low-noise, and low-power Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) [1, 2, 3]. In this work, A programmable low-power, low-noise readout circuit for Cadmium Zinc Telluride (CdZnTe or CZT) detectors is presented. CdZnTe detectors encompass a wide range of applications such as medical imaging and astrophysics. The front-end comprises a charge-sensitive amplifier (CSA), a programmable reset network with dark current compensation capability, a fifth-order semi-Gaussian filter with pole-zero cancellation, a comparator, and a serial interface to communicate with an external microcontroller. Utilizing the programmability of the reset network, the CSA can provide 256 different discharge time constants, ranging from 60n to 600 μ seconds , making the readout suitable for a wide range of event-rates. The application specific integrated circuit (ASIC) is designed and simulated in a 0.35-μm 3.3V C35 CMOS process of Austria Micro-Systems. The ASIC has a power consumption of less than 2 mW per channel and the CSA only consumes 260 μW, stable with a feedback capacitance of 60 fF which contributes to a conversion gain of 135 mV/fC. Equivalent Noise Charge (ENC) is 98 erms @ 0 pF detector capacitance.
Benzer Tezler
- Genel amaçlı biopotansiyel kuvvetlendirici
General purposes biomedical signal amplifying
CEYHUN SEZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. MEHMET KORÜREK
- Üstel fonksiyon için yeni bir yaklaşım kullanarak CMOS kazancı ayarlanabilir kuvvetlendirici tasarımı
Design of CMOS variable gain amplifier using a new exponential function approximation
MUHAMMET SAİT ALTUNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN YAZGI
- Field programmable analog array design for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalar için alan programlanabilir analog dizi tasarımı
COŞKUN ÇÖMLEKÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FAİK BAŞKAYA
- 2-8 MBit/s fiber optik hat teçhizatı arayüz devresinin sahada programlanabilir kapı dizisi ile tasarlanması ve gerçeklenmesi
Designing and implementing 2MBit/s and 8 MBit/s fiber optic line terminating equipment interface circuit by using field programmable gate array
ÜMİT GÖĞÜSGEREN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. AHMET DERVİŞOĞLU
- Low phase noise frequency synthesizer
Düşük faz gürültülü frekans sentezleyicisi
IHSAN F. I. ALBITTAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiElektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. HAKAN DOĞAN