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【24h】

A 2D imager for X-ray FELs with a 65 nm CMOS readout based on per-pixel signal compression and 10 bit A/D conversion

机译:用于X射线FEL的2D成像器,具有基于每像素信号压缩和10位A / D转换的65 nm CMOS读数

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摘要

A readout channel for applications to X-ray diffraction imaging at free electron lasers has been developed in a 65 nm CMOS technology. The analog front-end circuit can achieve an input dynamic range of 100 dB by leveraging a novel signal compression technique based on the non-linear features of MOS capacitors. Trapezoidal shaping is accomplished through a transconductor and a switched capacitor circuit, performing gated integration and correlated double sampling. A small area, low power 10 bit successive approximation register (SAR) ADQ operated in a time-interleaved fashion, is used for numerical conversion of the amplitude measurement. Operation at 5 MHz of the analog channel including the shaper was demonstrated. Also, the channel was found to be compliant with single 1 keV photon resolution at 1.25 MHz. The ADC provides a signal-to-noise ratio (SNR) of 56 dB, corresponding to an equivalent number of bits (ENOB) of 9 bits, and a differential non linearity DNL < 1 LSB at a sampling rate slightly larger than 1.8 MHz.
机译:已经在65 nm CMOS技术中开发了一种用于自由电子激光器X射线衍射成像的读出通道。通过利用基于MOS电容器非线性特性的新颖信号压缩技术,模拟前端电路可以实现100 dB的输入动态范围。梯形整形是通过跨导和开关电容器电路完成的,执行门控积分和相关双采样。以时间交错的方式操作的小面积,低功耗10位逐次逼近寄存器(SAR)ADQ用于幅度测量的数值转换。演示了包括整形器在内的模拟通道在5 MHz下的操作。此外,发现该通道符合1.25 MHz的单个1 keV光子分辨率。 ADC的信噪比(SNR)为56 dB,相当于9位的等效位数(ENOB),并且采样率略高于1.8 MHz,差分非线性DNL <1 LSB。

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  • 作者单位

    Universita di Pavia, Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione, Via Ferrata 5, I-27100 Pavia, Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Pavia, Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione, Via Ferrata 5, I-27100 Pavia, Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Bergamo, Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Via Marconi 5, I-24044 Dalmine (BG), Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy,Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN, USA;

    Universita di Pavia, Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione, Via Ferrata 5, I-27100 Pavia, Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Pavia, Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione, Via Ferrata 5, I-27100 Pavia, Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Pavia, Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione, Via Ferrata 5, I-27100 Pavia, Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Bergamo, Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Via Marconi 5, I-24044 Dalmine (BG), Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Bergamo, Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Via Marconi 5, I-24044 Dalmine (BG), Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Bergamo, Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Via Marconi 5, I-24044 Dalmine (BG), Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Pavia, Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell'Informazione, Via Ferrata 5, I-27100 Pavia, Italy,INFN, Sezione di Pavia, Via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Pisa, Dipartimento di Fisica, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy,INFN, Sezione di Pisa, Largo Pontecorvo 3, I-56127, Pisa, Italy;

    Universita di Trento, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Via Sommarive 9, I-38123, Povo (TN), Italy,TIFPA - INFN, Via Sommarive 14, I-38123, Povo (TN), Italy;

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    Universita di Modena e Reggio, Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria, Via Amendola 2, I-42122, Modena, Italy,TIFPA - INFN, Via Sommarive 14, I-38123, Povo (TN), Italy;

    Universita di Trento, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Via Sommarive 9, I-38123, Povo (TN), Italy,TIFPA - INFN, Via Sommarive 14, I-38123, Povo (TN), Italy;

    Universita di Trento, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Via Sommarive 9, I-38123, Povo (TN), Italy,TIFPA - INFN, Via Sommarive 14, I-38123, Povo (TN), Italy;

  • 收录信息
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  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Low noise amplifiers; CMOS technologies; Non-linear circuits; Low power ADC; X-ray imaging;

    机译:低噪声放大器;CMOS技术;非线性电路;低功耗ADC;X射线成像;

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