EP2885654A1 - Circuit électronique comprenant un convoyeur de courant agencé avec un dispositif anti-saturation, et dispositif de détection de photons correspondant - Google Patents

Circuit électronique comprenant un convoyeur de courant agencé avec un dispositif anti-saturation, et dispositif de détection de photons correspondant

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Publication number
EP2885654A1
EP2885654A1 EP13748315.2A EP13748315A EP2885654A1 EP 2885654 A1 EP2885654 A1 EP 2885654A1 EP 13748315 A EP13748315 A EP 13748315A EP 2885654 A1 EP2885654 A1 EP 2885654A1
Authority
EP
European Patent Office
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electronic circuit
circuit according
transistor
current
load
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13748315.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Christophe DE LA TAILLE
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2885654A1 publication Critical patent/EP2885654A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/444—Compensating; Calibrating, e.g. dark current, temperature drift, noise reduction or baseline correction; Adjusting

Definitions

  • Electronic circuit comprising a current conveyor arranged with an anti-saturation device, and corresponding photon detection device
  • the field of the invention is that of microelectronics and optoelectronics.
  • the invention relates to a technique relating to current conveyors used in many devices that can detect physical parameters related to the photons received.
  • the invention has many applications, such as for example in the medical field (and more particularly in the devices for performing positron emission tomographies, which are also called PET devices, acronym for "Positron Emission Tomography”). only in areas using photomultipliers or assimilable devices.
  • a photomultiplier comprises a photocathode which, when an incident photon comes into contact with it, releases, under the photoelectric effect, an electron. Such an electron is then directed to a succession of dynodes in order to be multiplied (via an avalanche phenomenon) to be able to perform measurements at the output of the photomultiplier.
  • Quantification of the energy received by a photomultiplier has an impact on the quality of tomographies obtained via a PET device.
  • the dynamic range characterizes the ratio of the maximum signal to the minimum signal (often the electronic noise or the single photon) and this ratio is a few thousand.
  • the current PET domain is looking for temporal accuracies of a few tens of pico-seconds (10 12 s) for a trigger threshold of a few photoelectrons and dynamic ranges of a few thousand photoelectrons.
  • This time precision requires bandwidths of the order of GHz and an amplification of the weakest signals of the order of a factor of 10 (20 dB).
  • ASICs integrated circuits
  • solid-state photodetectors or silicon photomultiplier SiPM (for "Silicon photomultipliers”
  • MPPC for "Multi-Pixel Photon Counter" which have sufficiently good intrinsic resolutions and limit the parasitic inductances, but their high capacity (a few hundred pF) requires amplifiers with low input impedance from which the use of current conveyors which make it possible to achieve this characteristic.
  • a difficulty encountered with current conveyors is to obtain a strong amplification while properly processing the strongest signals that tend to saturate the amplifier and thus distort the amplitude measurement.
  • a so-called low gain output, and a so-called high gain output which respectively feeds a so-called fast channel (or "Fast Shaper”, which makes it possible to obtain temporal information on the incident photons) and a so-called slow channel. (or "Slow Shaper”, which measures the charge of the photon or photons detected by the photomultiplier).
  • the invention in at least one embodiment, is intended in particular to overcome these various disadvantages of the state of the art.
  • one objective is to provide a technique for amplifying a current that does not use current mirror circuits and makes it possible to obtain two output voltages always directly from the current from the photodetector.
  • At least one embodiment of the invention also aims to provide such a technique that allows both to obtain precise temporal information on the first incident photons, as well as to obtain an accurate measurement of the energy level. received even at high current levels.
  • the present technique aims to best use the intrinsic performance of time and energy measurement of different types of photodetectors (conventional photomultipliers, or silicon) mentioned previously by the signal conditioning circuit.
  • an electronic circuit comprising a current conveyor connected to a load, said load providing at least a first and a second voltage output.
  • a current conveyor connected to a load, said load providing at least a first and a second voltage output.
  • said second voltage output has a so-called nonlinear behavior with respect to the intensity of the input current of said electronic circuit over a given range.
  • the circuit is not saturated, and allows, by its behavior, to achieve via said first and second output voltage accurate measurements.
  • the intensity of the input current is correlated with the photons received via a photomultiplier device, it is possible to carry out measurements accurate, regardless of the intensity of the input current, on data relating to the arrival time of the photons, as well as the level of energy received.
  • said first voltage output of said load is proportional to the intensity of the input current over the entire dynamic range of said input current (low gain output), and in that said second voltage output of said load is proportional to the intensity of the input current over a fraction of said dynamic range (high gain output).
  • said load comprises at least two resistors of distinct values, and an anti-saturation device connected in parallel with the resistor having the greatest value.
  • such a circuit has a simple architecture, which allows the current conveyor not to saturate and therefore to provide an output current always identical to the input current even for the largest signals, ensuring the accuracy of the load measurement . It avoids using current mirror circuits making current copies, not necessarily identical and which present more electronic noise.
  • such a circuit because of its simplicity (few components are necessary for the realization of the circuit) makes it possible to carry out the measurements of interest (relative to the arrival time of the photons, and the energy levels received) of faster than state-of-the-art techniques with bandwidth greater than GHz.
  • the ratio between said larger value and a value of the other resistance is at least equal to 5.
  • said ratio is a real number in the range [10; 20]. This ratio makes it possible to have a maximum amplification for the small signals corresponding to the first photons received and thus to be able to discriminate more easily on which optimizes the temporal precision.
  • such an electronic circuit comprises a first resistor having a value of 100 ohms, and a second resistor having a value of 1000 ohms. These values allow, in technology integrated, to minimize the parasitic capacitances, while allowing to provide a strong amplification. Such a circuit makes it possible to reach a bandwidth greater than GHz.
  • said anti-saturation device is a diode.
  • This nonlinear device has both a very strong compression (logarithmic) over a very large dynamic range while minimizing the parasitic capacitance which limits the bandwidth, essential for the accurate measurement of time ( ⁇ 10 ps)
  • said anti-saturation device comprises at least one transistor mounted diode.
  • said current conveyor comprises at least one transistor.
  • said transistor is a bipolar transistor of PNP or NPN type.
  • said transistor is mounted in common base.
  • said transistor is a P-channel or N-channel field effect transistor.
  • said transistor is mounted as a common gate.
  • said current conveyor comprises a plurality of transistors.
  • such a circuit comprises a negative feedback control circuit.
  • a photon detection device comprising an electronic circuit as mentioned above.
  • FIG. 1 shows an electronic circuit according to a first embodiment of the invention, in which a current conveyor comprises an NPN bipolar transistor which can also be replaced by an N MOS;
  • FIG. 2 shows an electronic circuit according to a second embodiment of the invention, in which a current conveyor comprises a bipolar transistor of the PN P type or a PMOS;
  • FIG. 3 shows an electronic circuit according to a third embodiment of the invention, in which a current conveyor is made by a composite assembly of two super common base NPN transistors which can also be realized with combinations of N PNs. , NMOS, PN P or PMOS.
  • FIG. 1 shows an electronic circuit according to a first embodiment of the invention, in which a current conveyor comprises a bipolar transistor of the NPN type.
  • the induced current / 'by such a device is generally not intense enough to be measured by conventional measuring devices.
  • the circuit of FIG. 1 makes it possible to amplify the current received while being able to deal with situations in which a large flux of photons is received by the photomultiplier device 101.
  • Such a circuit comprises a bipolar transistor NPN 103 (ie a current conveyor) mounted so that the base B is connected to a DC voltage source ("common base" mounting), the collector C is connected to an active load having the two terminals a and b, and the emitter E is connected to the output of the photomultiplier device 101 and a polarization device 102 (which is a current source).
  • a bipolar transistor NPN 103 ie a current conveyor mounted so that the base B is connected to a DC voltage source ("common base" mounting), the collector C is connected to an active load having the two terminals a and b, and the emitter E is connected to the output of the photomultiplier device 101 and a polarization device 102 (which is a current source).
  • such an active load comprises two resistors 104 and 105, the resistor 104 having a value greater than that of the resistor 105, and an anti-saturation device 106 connected in parallel with the resistor.
  • the measurements obtained at the level of the first output 107 enable the energy conveyed by the photons received by the photomultiplier device 101 to be determined quickly and precisely.
  • the measurements obtained at the second output 108 make it possible to determine the arrival time of the photons received by the photomultiplier device
  • the NPN type bipolar transistor can be replaced by an NMOS transistor.
  • FIG. 2 presents an electronic circuit according to a second embodiment of the invention, in which a current conveyor comprises a bipolar transistor of the PNP type.
  • the current conveyor corresponds to a bipolar transistor PNP type mounted so that the base B 'is connected to ground, the collector C is connected to an active load having both terminals a and b, and the emitter E 'is connected to the output of the photomultiplier device 101 and to a polarization device 201.
  • the PNP bipolar transistor may be replaced by a PMOS transistor.
  • FIG. 3 presents an electronic circuit according to a third embodiment of the invention, in which a current conveyor is made by a composite assembly of two super common base NPN transistors.
  • the current conveyor corresponds to the combination of two NPN transistors 302, 303 mounted so that the emitter E of the NPN type bipolar transistor 302 is connected to ground, the collector C of the bipolar transistor of the type NPN 302 is connected to the base of the NPN type bipolar transistor 303, and to a biasing device 304, and the base B of the NPN type bipolar transistor 302 is connected to the emitter E of the NPN type bipolar transistor 303, to the output of the photomultiplier device 101, and a polarization device 301.
  • such a current conveyor may also be realized with combinations of NPN, NMOS, PNP or PMOS transistors.
  • the resistor 104 has a value of 1000 ohms and the resistor 105 has a value of 100 ohms.

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Abstract

Il est proposé un circuit électronique comprenant un convoyeur de courant (103) relié à une charge, ladite charge fournissant au moins une première (107) et une deuxième sortie (108) en tension. Un tel circuit est remarquable en ce que ladite deuxième sortie (108) en tension possède un comportement dit non linéaire par rapport à l'intensité du courant d'entrée dudit circuit électronique sur une plage donnée.

Description

Circuit électronique comprenant un convoyeur de courant agencé avec un dispositif anti-saturation, et dispositif de détection de photons correspondant
1. DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine de l'invention est celui de la microélectronique et de l'optoélectronique.
Plus précisément, l'invention concerne une technique relative aux convoyeurs de courant utilisés dans de nombreux dispositifs pouvant détecter des paramètres physiques liés aux photons reçus.
L'invention a de nombreuses applications, telles que par exemple dans le domaine médical (et plus particulièrement dans les dispositifs permettant de réaliser des tomographies par émission de positons, qui sont aussi appelés dispositifs PET, acronyme anglais pour « Positron Emission Tomography), ainsi que dans les domaines utilisant des photomultiplicateurs ou des dispositifs assimilables.
2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On s'attache plus particulièrement dans la suite de ce document à décrire la problématique existant dans le domaine des photomultiplicateurs, à laquelle ont été confrontés les inventeurs de la présente demande de brevet. L'invention ne se limite bien sûr pas à ce domaine particulier d'application, mais présente un intérêt pour toute technique d'amplification de courant devant faire face à une problématique proche ou similaire.
Traditionnellement, un photomultiplicateur comprend une photocathode qui, lorsqu'un photon incident entre en contact avec celle-ci, libère, sous l'effet photoélectrique, un électron. Un tel électron est ensuite dirigé vers une succession de dynodes en vue d'être multiplié (via un phénomène d'avalanche) pour pouvoir effectuer des mesures en sortie du photomultiplicateur.
Plus précisément, il est important de pouvoir déterminer précisément à la fois l'instant auquel un photon arrive sur la photocathode (et donc potentiellement d'ordonnancer les photons incidents), ainsi que de quantifier avec précision l'énergie véhiculée par les photons incidents.
En effet, plus on est capable de déterminer avec précision l'instant d'arrivé d'un photon, et plus on est capable de déterminer si deux photons sont arrivés simultanément. Ce critère est crucial, notamment dans le domaine médical où l'on cherche à identifier l'annihilation d'un positon via la détection de deux photons émis simultanément, qui s'échappent d'un patient, via l'utilisation d'au moins deux photomultiplicateurs positionnés à l'opposé l'un de l'autre (on considère que deux photons qui sont arrivés sur des photocathodes de photomultiplicateurs dans une telle configuration, avec un écart de l'ordre de la pico seconde sont signalés comme étant détectés simultanément).
La quantification de l'énergie reçue par un photomultiplicateur a quant à elle un impact sur la qualité des tomographies obtenues via un dispositif PET. Plus la quantification est précise, et plus la qualité des tomographies obtenues est grande. La gamme dynamique caractérise le rapport du signal maximum au signal minimum (souvent le bruit électronique ou le photon unique) et ce rapport est de quelques milliers.
Le domaine PET actuel recherche des précisions temporelles de quelques dizaines de pico-secondes (10 12 s) pour un seuil déclenchement de quelques photoélectrons et des gammes dynamiques de quelques milliers de photoélectrons. Cette précision temporelle requiert des bandes passantes de l'ordre du GHz et une amplification des plus faibles signaux de l'ordre d'un facteur 10 (20 dB). Ces bandes passantes élevées sont maintenant possibles à puissance raisonnable grâce aux progrès des circuits intégrés (ASICs), en particulier en technologie BiCMOS Silicium Germanium et au progrès des photodétecteurs « solid-state » (ou photomultiplicateur en silicium SiPM (pour « Silicon photomultipliers ») ou MPPC (pour « Multi-Pixel Photon Counter ») qui ont des résolutions intrinsèques suffisamment bonnes et limitent les inductances parasites. Par contre leur capacité élevée (quelques centaines de pF) nécessite des amplificateurs à faible impédance d'entrée d'où l'utilisation de convoyeurs de courants qui permettent de réaliser cette caractéristique.
Une difficulté rencontrée avec les convoyeurs de courant est cependant d'obtenir une forte amplification tout en traitant convenablement les plus forts signaux qui tendent à saturer l'amplificateur et faussent donc la mesure d'amplitude.
On connaît, dans l'état de la technique, différents types de techniques permettant de résoudre ces deux problèmes simultanément. Une première technique décrite dans l'article « A front end read out chip for the OPERA scintillator tracker » de A. Lucotte et al. publié en 2004 dans la revue : « Nuclear instruments & methods in physics research. Section A, Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment », présente un circuit intégré spécialisé (i.e un ASIC, acronyme anglais de « Application-specific integrated circuit ») positionné en sortie d'un photomultiplicateur. Un tel circuit comprend un bloc de pré amplification et de correction de gain, comprenant des transistors et des circuits miroir de courant (visant à réaliser des copies de courant, en vue d'être utilisé séparément), qui permet d'amplifier un courant d'entrée d'un large facteur. Plus précisément, le bloc de pré amplification (« current preamplifier ») et de correction de gain fournit deux sorties
(une sortie dite de bas gain, et une sortie dite de haut gain), qui alimente respectivement un canal dit rapide (ou « Fast Shaper », qui permet l'obtention d'informations temporelles sur les photons incidents) et un canal dit lent (ou « Slow Shaper », qui mesure la charge du ou des photons détectés par le photomultiplicateur).
Cependant, un inconvénient de cette première technique est que la branche de miroir « Grand Gain » qui sature entraîne une distorsion sur la branche « bas gain » et donc une copie imparfaite du courant en provenance du détecteur. De plus ces miroirs rajoutent des capacités parasites qui réduisent la bande passante à faible puissance. Enfin, les copies de courant augmentent la consommation du circuit.
Une deuxième technique utilisée dans le calorimètre à tuiles scintillantes
(Tilecal) du détecteur ATLAS au sein du LHC, et décrite dans l'article « the Tilecal 3-in-l PMT Base concept and the PMT block assembly» de Z. Ajaltouni et al., consiste à amplifier non un courant en sortie du photomultiplicateur, mais une tension (« voltage preamplifier ») en ayant converti le courant du détecteur sur une résistance passive (en général 50 ohm) Le comportement en saturation est alors excellent et il est facile d'attaquer simultanément les deux étages de mesure de charge et de temps, mais le rapport signal sur bruit pour les faibles signaux est bien moins bon car la résistance de 50 ohm domine le bruit électronique. I l faut alors utiliser un amplificateur très bas bruit qui consomme typiquement des dizaines de mW.
3. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique.
Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un objectif est de fournir une technique permettant d'amplifier un courant qui n'utilise pas de circuits de miroirs de courant et permet d'obtenir deux tensions de sortie toujours directement issues du courant provenant du photodétecteur.
Au moins un mode de réalisation de l'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui permette à la fois d'obtenir des informations temporelles précises sur les premiers photons incidents, ainsi que d'obtenir une mesure précise du niveau d'énergie reçu, même à des niveaux de courant élevés.
En outre, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, il est proposé une technique n'utilisant que peu de composants électroniques, et minimisant la puissance dissipée, permettant de limiter réchauffement du photodétecteur situé à proximité immédiate et très sensibleà la température.
La présente technique a pour objectif d'utiliser au mieux les performances intrinsèques de mesure de temps et d'énergie des différents types de photodétecteurs (photomultiplicateurs classiques, ou en silicium) mentionnés précédemment par le circuit de conditionnement du signal.
4. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un circuit électronique comprenant un convoyeur de courant relié à une charge, ladite charge fournissant au moins une première et une deuxième sortie en tension. Un tel circuit est remarquable en ce que ladite deuxième sortie en tension possède un comportement dit non linéaire par rapport à l'intensité du courant d'entrée dudit circuit électronique sur une plage donnée.
Ainsi, quand bien même l'intensité du courant est élevée, le circuit n'est pas saturé, et permet, de par son comportement, de réaliser via lesdites première et deuxième sortie en tension des mesures précises.
Notamment, lorsque l'intensité du courant d'entrée est corrélée aux photons reçus via un dispositif photomultiplicateur, il est possible de réaliser des mesures précises, quelle que soit l'intensité du courant d'entrée, sur des données relatives au temps d'arrivée des photons, ainsi que du niveau d'énergie reçu.
Selon un aspect particulier de l'invention, pour un tel circuit électronique, ladite première sortie en tension de ladite charge est proportionnelle à l'intensité du courant d'entrée sur toute la gamme dynamique dudit courant d'entrée (sortie bas gain), et en ce que ladite deuxième sortie en tension de ladite charge est proportionnelle à l'intensité du courant d'entrée sur une fraction de ladite gamme dynamique (sortie haut gain).
Selon un aspect particulier de l'invention, ladite charge comprend au comprend au moins deux résistances de valeurs distinctes, et un dispositif anti-saturation monté en parallèle de la résistance possédant la plus grande valeur.
Ainsi, un tel circuit présente une architecture simple, qui permet au convoyeur de courant de ne pas saturer et donc de fournir un courant de sortie toujours identique au courant d'entrée même pour les plus grands signaux, garantissant la précision de la mesure de charge. Il évite d'utiliser des circuits de miroirs de courant réalisant des copies de courant, non nécessairement à l'identique et qui présentent davantage de bruit électronique. De plus, un tel circuit, de par sa simplicité (peu de composants sont nécessaires à la réalisation du circuit) permet de réaliser les mesures d'intérêt (relatives au temps d'arrivée des photons, et des niveaux d'énergie reçu) de manière plus rapide que les techniques de l'état de l'art en présentant une bande passante supérieure au GHz.
Selon un aspect particulier de l'invention, le rapport entre ladite plus grande valeur et une valeur de l'autre résistance est au moins égal à 5.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit rapport est un nombre réel compris dans l'intervalle [10 ; 20]. Ce rapport permet d'avoir une amplification maximale pour les petits signaux correspondant aux premiers photons reçus et donc de pouvoir discriminer plus facilement dessus ce qui optimise la précision temporelle
Selon un aspect particulier de l'invention, un tel circuit électronique comprend une première résistance possédant une valeur de 100 ohms, et une deuxième résistance possédant une valeur de 1000 ohms. Ces valeurs permettent, en technologie intégrée, de minimiser les capacités parasites, tout en permettant de fournir une forte amplification. Un tel circuit permet d'atteindre une bande passante supérieure au GHz.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit dispositif anti-saturation est une diode. Ce dispositif non linéaire présente à la fois une très forte compression (logarithmique) sur une très grande gamme dynamique tout en minimisant la capacité parasite qui limite la bande passante, essentielle à la mesure précise du temps (<10 ps) Selon un aspect particulier de l'invention, ledit dispositif anti-saturation comprend au moins un transistor monté en diode.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit convoyeur de courant comprend au moins un transistor.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit transistor est un transistor bipolaire de type PNP ou de type NPN.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit transistor est monté en base commune.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit transistor est un transistor à effet de champ de canal P ou de canal N.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit transistor est monté en grille commune.
Selon un aspect particulier de l'invention, ledit convoyeur de courant comprend une pluralité de transistors.
Selon un aspect particulier de l'invention, un tel circuit comprend un circuit de rétro-contrôle négatif.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un dispositif de détection de photons comprenant un circuit électronique tel que mentionné précédemment.
5. LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 présente un circuit électronique selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel un convoyeur de courant comprend un transistor bipolaire de type NPN qui peut aussi être remplacé par un N MOS; la figure 2 présente un circuit électronique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel un convoyeur de courant comprend un transistor bipolaire de type PN P ou un PMOS;
la figure 3 présente un circuit électronique selon un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel un convoyeur de courant est réalisé par un montage composite de deux transistors NPN « super common base » qui peut aussi être réalisé avec des combinaisons de N PN, NMOS, PN P ou PMOS.
6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Sur toutes les figures du présent document, les éléments et étapes identiques sont désignés par une même référence numérique.
La figure 1 présente un circuit électronique selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel un convoyeur de courant comprend un transistor bipolaire de type NPN .
Lorsqu'un photon est reçu 100 par un dispositif photomultiplicateur 101, le courant induit /' par un tel dispositif n'est généralement pas assez intense pour pouvoir être mesuré par des dispositifs de mesure classiques. Le circuit de la figure 1 permet d'amplifier le courant reçu tout en étant capable de traiter des situations où un flux important de photons est reçu par le dispositif photomultiplicateur 101.
Un tel circuit comprend un transistor bipolaire NPN 103 (i.e un convoyeur de courant) monté de sorte que la base B soit relié à une source de tension continue (montage « base commune »), le collecteur C soit relié à une charge active possédant les deux bornes a et b, et l'émetteur E soit relié à la sortie du dispositif photomultiplicateur 101 et d'un dispositif de polarisation 102 (qui est une source de courant).
Selon ce mode de réalisation, une telle charge active comprend deux résistances 104 et 105, la résistance 104 ayant une valeur plus grande que celle de la résistance 105, et un dispositif anti-saturation 106 monté en parallèle de la résistance
104. Les mesures obtenues au niveau de la première sortie 107 permettent de déterminer de manière rapide et avec précision l'énergie véhiculée par les photons reçus par le dispositif photomultiplicateur 101.
Les mesures obtenues au niveau de la deuxième sortie 108 permettent de déterminer le temps d'arrivée des photons reçus par le dispositif photomultiplicateur
101.
Dans un autre mode de réalisation, le transistor bipolaire de type NPN peut être remplacé par un transistor NMOS.
La figure 2 présente un circuit électronique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel un convoyeur de courant comprend un transistor bipolaire de type PNP.
Dans ce mode de réalisation, le convoyeur de courant correspond à un transistor bipolaire de type PNP monté de sorte que la base B' soit relié à la masse, le collecteur C soit relié à une charge active possédant les deux bornes a et b, et l'émetteur E' soit relié à la sortie du dispositif photomultiplicateur 101 et d'un dispositif de polarisation 201.
Dans un autre mode de réalisation, le transistor bipolaire de type PNP peut être remplacé par un transistor PMOS.
La figure 3 présente un circuit électronique selon un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel un convoyeur de courant est réalisé par un montage composite de deux transistors NPN « super common base ».
Dans ce mode de réalisation, le convoyeur de courant correspond à la combinaison de deux transistors NPN 302, 303 montés de sorte que l'émetteur E du transistor bipolaire de type NPN 302 soit relié à la masse, le collecteur C du transistor bipolaire de type NPN 302 soit relié à la base du transistor bipolaire de type NPN 303, et à un dispositif de polarisation 304, et la base B du transistor bipolaire de type NPN 302 soit reliée à l'émetteur E du transistor bipolaire de type NPN 303, à la sortie du dispositif photomultiplicateur 101, et à un dispositif de polarisation 301.
Dans un autre mode de réalisation, un tel convoyeur de courant peut aussi être réalisé avec des combinaisons de transistors NPN, NMOS, PNP ou PMOS. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la résistance 104 possède une valeur de 1000 ohms et la résistance 105 possède une valeur de 100 ohms.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit électronique comprenant un convoyeur de courant (103 ; 202 ; 303, 302) relié à une charge, ladite charge fournissant au moins une première (107) et une deuxième sortie (108) en tension, caractérisé en ce que ladite deuxième sortie en tension possède un comportement dit non linéaire par rapport à l'intensité du courant d'entrée dudit circuit électronique sur une plage donnée.
2. Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première sortie (107) en tension de ladite charge est proportionnelle à l'intensité du courant d'entrée sur toute la gamme dynamique dudit courant d'entrée, et en ce que ladite deuxième sortie (108) en tension de ladite charge est proportionnelle à l'intensité du courant d'entrée sur une fraction de ladite gamme dynamique.
3. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite charge comprend au comprend au moins deux résistances de valeurs distinctes, et un dispositif anti-saturation monté en parallèle de la résistance possédant la plus grande valeur.
4. Circuit électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport entre la dite plus grande valeur et une valeur de l'autre résistance est au moins égal à 5.
5. Circuit électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit rapport est un nombre réel compris dans l'intervalle [10 ; 20].
6. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'une première résistance a une valeur de 100 ohms, et en ce qu'une deuxième résistance a une valeur de 1000 ohms.
7. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif anti-saturation est une diode.
8. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif anti-saturation comprend au moins un transistor monté en diode.
9. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit convoyeur de courant comprend au moins un transistor.
10. Circuit électronique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit transistor appartient au groupe comprenant :
- des transistors bipolaires de type PNP ou de type NPN ; et
- des transistors à effet de champ de canal P ou de canal N.
11. Circuit électronique selon la revendication 10, caractérisé en ce que lorsque ledit transistor est un transistor bipolaire, il est monté en base commune, et lorsque ledit transistor est un transistor à effet de champ, il est monté en grille commune.
12. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit convoyeur de courant comprend une pluralité de transistors.
13. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de rétro-contrôle négatif.
14. Dispositif de détection de photons caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
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