具有亚100 ps精度与70 μm像素间距的单片MHz帧率数字SiPM集成电路
仪器与探测器
2023-11-23 v1
摘要
本文介绍了一款单片集成电路（IC）的设计与表征，该电路包含以70 μm间距排布于32×32像素矩阵中的数字硅光电倍增管（dSiPM）。该IC提供按象限的时间戳与命中图读出，并采用标准150 nm CMOS工艺制造。每个dSiPM像素由四个单光子雪崩二极管（SPAD）组成，共享淬灭及后续处理电路，填充因子为30%。一款亚100 ps精度、12位时间数字转换器（TDC）按象限提供时间戳，采集速率为3 MHz。结合命中图，该IC的持续数据吞吐总量达4 Gbps。在黑暗且温度稳定的环境以及脉冲激光环境下获得的测量结果表明了dSiPM-IC的完整功能。文中给出了暗计数率（DCR）随过压与温度的变化、TDC分辨率、微分与积分非线性（DNL/INL）以及矩阵内的传播延迟差异。借助额外的外围测试结构，对主要构建模块进行了表征并给出了关键参数。
引用
@article{arxiv.2311.13220,
title = {Monolithic MHz-frame rate digital SiPM-IC with sub-100 ps precision and 70$~\mu$m pixel pitch},
author = {I. Diehl and K. Hansen and T. Vanat and G. Vignola and F. Feindt and D. Rastorguev and S. Spannagel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.13220},
year = {2023}
}
备注
16 pages, 13 figures, 1 table