Design of a monolithic front-end readout chip with a high-precision TDC and a time-based ADC in CMOS technology for PET imaging

par Wu Gao

Thèse de doctorat en Instrumentation et microélectronique

Sous la direction de Yann Hu et de Deyuan Gao.

Soutenue en 2011

à Strasbourg en cotutelle avec Xi'an, Northwestern Polytechnical University - Chine .

  • Titre traduit

    Conception d'un circuit de lecture monolithique "Front-End" avec un CTN haute précision et un CAN basé sur le temps en technologie CMOS pour l'imagerie TEP


  • Résumé

    La technique de tomographie à émission de positrons (TEP) se présente comme une imagerie non invasive moléculaire mesurant la biodistribution in vivo d'agents etiquettes pour l'imagerie avec des radioisotopes. Le principe se base sur la détection des radiations gamma est la désintégration de positrons émis par le radiotraceur. Cette thèse porte sur la conception d'un ASIC de lecture dédié au photodétecteur multi-canaux (MCP, Photonis Corp. ) munis de cristaux LYSO. Dans cette étude, les cristaux sont orientés dans la direction axiale mesurés des deux côtés par des canaux individuels de photo détecteurs permettant d'obtenir une résolution spatiale et une efficacité de détection indépendantes les unes des autres. Depuis 2007, trois prototypes ont été conçus et fabriqués en technologies CMOS 0,35 m. Il s'agit d'un circuit analogique "front-end" de traitement du signal, d'un CTN basé sur des techniques de compteur et de matrice des DLLs, et enn d'un CAN multi-canaux basé sur le temps à haute résolution. Pour les futures conceptions, l'intégration des circuits de lecture en mode courant et de convertisseur de données basé sur le temps sera effectuée en fonction des applications spécifiques. Parce que la technologie CMOS a développé à l'ordre de nanomètres, les considérations de conception pour les dés en raison de l'échelle de la technologie seront prises en compte.


  • Résumé

    Positron Emission Tomography (PET) is a noninvasive molecular imaging that measures in vivo biodistribution of imaging agents labeled with positron-emitting radionuclides. The physical principle is based on the detection of gamma radiations resulting from the disintegration of positrons emitted by the radiotracer. This thesis focuses on the design of a full-custom front-end readout ASIC dedicated to the Photonics Corp. Multi-channel plate photodetector (MCP) with LYSO crystals. In this study, the crystals are oriented in the axial direction and read out on both sides by individual photodetector channels allowing the spatial resolution and the detection efficiency to be independent of each other. Both the energy quantity and the time information should be measured. Three prototype chips are designed in AMS 0. 35 μm CMOS technology. They include front-end analog signal processing circuits, a high-precision multi-channel time-to-digital converter, and a high-resolution multi-channel time-based ADC. For the future developments, the performance evaluation of a monolithic front-end readout ASIC including front-end analog processing circuits, multi-channel TDC circuits and proposed time-based ADC circuits will be carried out. Moreover, since CMOS technology scaling has moved the process node to nanometers, design considerations for the challenges due to technology scaling will be taken into account.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXII-179 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 165-176

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;0896
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