Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Electrònica, Institut de Ciències del Cosmos, Gómez Fernández, Sergio, Mauricio Ferré, Joan, Carreras Bordas, Jan, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Electrònica, Institut de Ciències del Cosmos, Gómez Fernández, Sergio, Mauricio Ferré, Joan, and Carreras Bordas, Jan
En aquest document es presenta un circuit dedicat a la digitalització de la lectura del senyal capturat per fotosensors de baixa lluminositat per imatge mèdica, en particular, per un escàner de tomografia per emissió de positrons (PET). Més específicament, es presenta un convertidor de temps a digital (TDC) compatible amb el processament analògic obtingut amb l’ASIC (circuit integrat d’aplicació específica) FastIC per la lectura de sensors fotomultiplicadors de Silici. Aquest projecte es realitza en col·laboració amb l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), responsables del disseny de l’ASIC FastIC. L’objectiu principal d’aquest treball és dissenyar un TDC basat en la tècnica de pulse-shrinking (empetitiment del pols), implementat en una FPGA mitjançant el programari Intel Quartus Prime i codi VHDL. Per finalitzar, s’han extret les característiques més rellevants del TDC implementat en la FPGA a través de proves i simulacions, per tal de verificar la seva compatibilitat envers el projecte de l’ICCUB. Amb un valor de LSB ideal de 41.5 ps, el TDC ha presentat un DNL de 0.43 LSBs i un INL de 1.02 i -0.85 LSBs en assaigs. Per altra banda, s’ha determinat un jitter eficaç de 0.343 LSBs al TDC, que suposa el 3.4% del CTR total del FastIC., En este documento se presenta un circuito dedicado a la digitalización de la lectura de la señal capturada por fotosensores de baja luminosidad para imágenes médicas, en particular, para un escáner de tomografía por emisión de positrones (PET). Más específicamente, se presenta un convertidor de tiempo a digital (TDC) compatible con el procesamiento analógico obtenido con el ASIC (circuito integrado de aplicación específica) FastIC para la lectura de sensores fotomultiplicadores de Silicio. Este proyecto se realiza en colaboración con el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), responsables del diseño del ASIC FastIC. El objetivo principal de este trabajo es diseñar un TDC basado en la técnica de pulse-shrinking (encogimiento del pulso), implementado en una FPGA mediante el software Intel Quartus Prime y código VHDL. Para finalizar, se han extraído las características más relevantes del TDC implementado en la FPGA a través de pruebas y simulaciones, para verificar su compatibilidad con el proyecto del ICCUB. Con un valor de LSB ideal de 41.5 ps, el TDC ha presentado un DNL de 0.43 LSBs y un INL de 1.02 y -0.85 LSBs en ensayos. Por otro lado, se ha determinado un jitter eficaz de 0.343 LSBs en el TDC, que supone el 3.4% del CTR total del FastIC, This paper presents a circuit dedicated to the digitization of the readout signal captured by low luminosity photosensors for medical imaging, particularly, for a positron emission tomography (PET) scanner. More specifically, it presents a time-to-digital converter (TDC) compatible with the analog processing achieved with the FastIC ASIC for the readout of silicon photomultiplier sensors. This project is performed in collaboration with the Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona (ICCUB), responsible for the design of the FastIC ASIC. The main objective of this work is to design a TDC based on the pulse-shrinking technique, implemented in an FPGA using Intel Quartus Prime software and VHDL code. Finally, the most relevant characteristics of the TDC implemented in the FPGA have been extracted through tests and simulations to verify its compatibility with the ICCUB project. With an ideal LSB value of 41.5 ps, the TDC has presented a DNL of 0.43 LSBs and an INL of 1.02 and -0.85 LSBs in tests. On the other hand, an effective jitter of 0.343 LSBs has been determined in the TDC, which is 3.4% of the total CTR of the FastIC.