(编者注:这是第三个在一系列的文章来源于一个会话在今年的globalfoundries,专注于传感器和能量收获。前一条处理聪明的括号。更多细节你是指globalfoundries程序。)
有这种感觉,你的医生正在通过你吗?我想这是x射线的目的,所以他或她可以原谅,在这个情况下。
我们使用老式的电影被撞到上面的视频观看的lightbox,伴随着刻薄的评论博士的房子。但是没有理由为什么这种技术不能数字。毕竟,光探测并不是新技术。但似乎有剩余的x射线检测可靠,廉价和低功耗。因此一个项目由巴特Dierickx sccp Caeleste et al,布鲁塞尔,比利时。
x射线,当然,只是能量的光子。这些光子探测是让他们的问题与物质相互作用并将光子流转换为电流。更具体地说,每个光子的能量创建一个包。这些包被创建,当然,当光线影响着半导体。通常他们不需要的“光子散粒噪声。“在这种情况下,他们是有用的。
有两种方法来检测x射线光子:直接和间接地。直接检测时,使用一个特殊的高阻抗光电导体或光电二极管,电荷从光子直接创建包。每一个这样的包包含的范围在5000至40000电子。这些电子通常混合包上处理一个单独的衬底。
有一个更便宜、更简单的方法去做,然而,这是间接法。这是一个两步的过程涉及一个闪烁体放置在打光检测器。闪烁体是一个透明的材料,可以吸收x射线光子和回送可见光光子。这些可见光子可以检测到一个简单的硅探测器。所以x射线光子转换为可见光光子,然后检测并变成了包。
问题是,可见光子的能量远远低于x射线光子,和他们创造的费用包有更少的电子,在100到1000的范围。所以他们不仅难以检测,但也难以真正区别于其他不需要的噪声。“噪声地板”必须低于100电子。
这是球队的主要问题着手解决他们提出的项目。
但有一个次要他们也想解决的问题,有更多的东西影响检测像素数组:像素本身的大小。x光信号的强度是由计数到达的数据包数量。一个实现使用一个标准的数字计数器最终花费数以百计的晶体管。他们想要一个更小的解决方案。
当他们尝试了各种像素配置,它们都由三个基本要素:脉冲形成器、比较器和计数器。
high-tech-sounding脉冲形成器是一个简单的电路,创建一个可检测的脉冲响应包。它使用一个电容跨阻抗放大器(CTIA)。,对于我们这些花了几年以来我们最后的运算放大器类,TIA是一个运算放大器配置,可用于将电流转换为电压,驱动输入电流(负运算放大器输入)通过反馈电阻器。更换电阻,电容,你本质上是相同的,只是现在充电脉冲响应。
他们仍然需要一个反馈电阻器来建立一个RC电路,这样他们可以得到一个形状规整的脉搏。他们选择了一个电容,会给一个像样的电压响应fF电荷——仅为0.1。电阻必须足够大给体面宽脉冲的——这意味着一些gigaohm——标准聚或扩散电阻的不实际。
而不是一个简单的电阻,他们使用的高输出阻抗运算跨导放大器(OTA,通常用于差动电压到电流——也就是说,一个压控电流源)提供必要的放松时间。疯狂的认为这种看似更复杂的电路比honkin的电阻器将更有效。
另一个挑战是计数器。而不是数字计数器,他们创建了一个模拟一个有足够的精度,真的是没有什么输了不会数字。当复位计数器开始pre-charging节点。然后,每个数,电荷会被吸引。预先节点与每次攻击会逐渐下台,送反向指数下降(也就是说,每个会略小于之前)。
关于此计数器是只用了三个晶体管和两个电容器;整个像素从数以百计的晶体管27岁至49岁之间(根据像素的变体)。
一些像素也有他们的输入电容耦合电压脉冲发生器,一个已知的、精确的包可以被注入校准像素。他们还使用可见光脉冲在实验室里描述像素的性能。与逐2到20µW的力量,他们可以每隔几个µs检测脉冲。他们可能会增加灵敏度,但会为代价的权力。
拥有这样敏感的优点是,尤其是在医疗应用程序中,这意味着可以使用小剂量的x射线,限制病人接触。或增加x射线的数量可以命令没有伤害(时间购买股票…)。所以,即使有这个技术,你的医生
(注意:你可以找到本系列的下一篇文章在这里)。
