ES2390305B1 - FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT. - Google Patents

FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT. Download PDF

Info

Publication number
ES2390305B1
ES2390305B1 ES201130565A ES201130565A ES2390305B1 ES 2390305 B1 ES2390305 B1 ES 2390305B1 ES 201130565 A ES201130565 A ES 201130565A ES 201130565 A ES201130565 A ES 201130565A ES 2390305 B1 ES2390305 B1 ES 2390305B1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
transistors
current
circuit according
transistor
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES201130565A
Other languages
Spanish (es)
Other versions
ES2390305A1 (en
Inventor
David GASCON FORA
Andreu Sanuy Charles
Lluís GARRIDO BELTRAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitat Autonoma de Barcelona UAB
Universitat de Barcelona UB
Original Assignee
Universitat Autonoma de Barcelona UAB
Universitat de Barcelona UB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitat Autonoma de Barcelona UAB, Universitat de Barcelona UB filed Critical Universitat Autonoma de Barcelona UAB
Priority to ES201130565A priority Critical patent/ES2390305B1/en
Priority to PCT/ES2012/070238 priority patent/WO2012140299A1/en
Publication of ES2390305A1 publication Critical patent/ES2390305A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2390305B1 publication Critical patent/ES2390305B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/261Amplifier which being suitable for instrumentation applications

Abstract

Circuito en modo corriente de primera etapa para la lectura de sensores y circuito integrado.#El primer circuito comprende una etapa de entrada para dividir una corriente de entrada en dos o más corrientes de salida, etapa que comprende una etapa de base/puerta común formada por una pluralidad de transistores Q{sub,O}?Q{sub,n} dispuestos formando dos o más grupos de manera que cada uno de ellos proporciona, en un respectivo nodo de salida a, b, una de las dos o más señales de corriente de salida. Para una realización preferida comprende además espejos de alta y baja ganancia conectados, respectivamente, al nodo de salida a del primer grupo y al nodo de salida b del segundo grupo, comprendiendo el espejo de corriente de alta ganancia un circuito de control para prevenir el mal funcionamiento de la etapa de base/puerta común en caso de altas corrientes de entrada.First-stage current mode circuit for reading sensors and integrated circuit. # The first circuit comprises an input stage to divide an input current into two or more output currents, stage comprising a base stage / common gate formed by a plurality of transistors Q {sub, O}? Q {sub, n} arranged forming two or more groups so that each of them provides, at a respective output node a, b, one of the two or more signals output current. For a preferred embodiment it further comprises high and low gain mirrors connected, respectively, to the output node a of the first group and to the output node b of the second group, the high-gain current mirror comprising a control circuit to prevent damage common base / door stage operation in case of high input currents.

Description

Circuito en modo corriente de primera etapa frontal para la lectura de sensores y circuito integrado Front first stage current mode circuit for reading sensors and integrated circuit

5 5
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un circuito en modo corriente de primera etapa frontal para la lectura de sensores, particularmente para fotosensores rápidos. Un segundo aspecto de la invención se refiere a un circuito integrado que comprende el circuito en modo corriente de primera etapa frontal. A first aspect of the present invention relates to a front first stage current mode circuit for sensor reading, particularly for fast photosensors. A second aspect of the invention relates to an integrated circuit comprising the front first stage current mode circuit.

1O 1O
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE ART

15 20 25 15 20 25
Actualmente hay muchos circuitos para la lectura de fotosensores ultra sensibles como el tubo fotomultiplicador (quot;photomultiplier tubequot;, PMT) o el fotomultiplicador de silicio (quot;silicon photomultiplierquot;, SiPM). Para explotar completamente las prestaciones de los PMTs o los SiPMs son deseables las siguientes características: alta velocidad y baja impedancia de entrada, alta sensibilidad y gran rango dinámico (que requiere un bajo nivel de ruido) y operación a bajo voltaje (requerido para implementaciones en circuito integrado), que se consigue trabajando en modo corriente. Recientemente, con la aparición de los fotomultiplicadores de estado sólido (SiPM, MPPC, GAPDs, etc) el interés en circuitos en modo corriente ha crecido especialmente para aplicaciones de bajo voltaje y alta velocidad. Las propuestas más relevantes respecto a los antecedentes de la presente invención se describen a continuación. Amplificadores en modo corriente para detección de radiación There are currently many circuits for reading ultra sensitive photosensors such as the photomultiplier tube ("; photomultiplier tube"; PMT) or the silicon photomultiplier ("; silicon photomultiplier", SiPM). To fully exploit the performance of PMTs or SiPMs the following features are desirable: high speed and low input impedance, high sensitivity and large dynamic range (requiring a low noise level) and low voltage operation (required for implementations in integrated circuit), which is achieved by working in current mode. Recently, with the appearance of solid state photomultipliers (SiPM, MPPC, GAPDs, etc.) the interest in circuits in current mode has grown especially for low voltage and high speed applications. The most relevant proposals regarding the background of the present invention are described below. Current mode amplifiers for radiation detection

30 30
Los amplificadores sensibles a la carga (quot;charge sensitive preamplifiersquot;, CSP) han sido usados tradicionalmente como circuitos frontales para la lectura de detectores de radiación de muchos tipos (semiconductores, fotosensores, gaseosos, etc) [1 ],[2],[3]. Sin embargo, los CSPs están bastante limitados en velocidad y por tanto no son óptimos para alcanzar buenas resoluciones temporales o para minimizar el efecto del apilamiento. Charge sensitive preamplifiersquot ;, CSP's have been traditionally used as front circuits for reading radiation detectors of many types (semiconductors, photosensors, gaseous, etc.) [1], [2], [3]. However, CSPs are quite limited in speed and therefore not optimal for achieving good temporal resolutions or to minimize the effect of stacking.

35 35
Por esta razón, en muchas aplicaciones el pulso de corriente generado por el PMT o SiPM es convertido a tensión mediante una pequeña resistencia y leído después por un amplificador de tensión. Aunque esto funciona en esas For this reason, in many applications the current pulse generated by the PMT or SiPM is converted to voltage by a small resistance and then read by a voltage amplifier. Although this works in those

aplicaciones no es óptimo en términos de ruido dado que esta resistencia applications is not optimal in terms of noise since this resistance

impone un compromiso entre ruido y BW. Los amplificadores de imposes a compromise between noise and BW. Amplifiers

transimpedancia en bucle cerrado tienen una mejor relación señal ruido Closed-loop transimpedance have a better signal to noise ratio

(SNR), no obstante su ancho de banda está limitado típicamente por (SNR), however its bandwidth is typically limited by

5 5
problemas de estabilidad y su rango dinámico por el del amplificador del bucle stability problems and its dynamic range by that of the loop amplifier

cerrado. closed.

Realizar la lectura en modo corriente con una etapa de baja impedancia de Take the reading in current mode with a low impedance stage of

entrada es una mejor solución, típicamente mediante una puerta común o entry is a better solution, typically through a common door or

1o 1st
base común. Después de esto la señal es procesada dentro del chip. Esta common base. After this the signal is processed within the chip. This

solución ofrece diversas ventajas: solution offers several advantages:

-Bajo ruido y alta velocidad pueden lograrse simultáneamente. -Low noise and high speed can be achieved simultaneously.

-Una baja impedancia de entrada puede ser útil para mejorar la resolución -Low input impedance can be useful to improve resolution

temporal, especialmente para algunos SiPM [1], y ayuda a minimizar los temporary, especially for some SiPM [1], and helps to minimize

15 fifteen
problemas de diafonía e interferencia. crosstalk and interference problems.

-Ayuda a preservar un buen rango dinámico incluso para tecnológicas -Helps preserve good dynamic range even for techies

profundamente submicrónicas donde la tensión de alimentación está limitada deeply submicron where supply voltage is limited

a 1 o 2 V. at 1 or 2 V.

20 twenty
Los circuitos en modo corriente se usan en física de altas energías (quot;High Current-mode circuits are used in high-energy physics (quot; High

Energy Physicsquot;, HEP) en grandes aceleradores [4], [5], [8], en imagen Energy Physicsquot ;, HEP) in large accelerators [4], [5], [8], in image

médica [1], [6], [7], [8], y en comunicaciones ópticas (para la lectura de medical [1], [6], [7], [8], and in optical communications (for reading

fotodiodos (PO) o PO de avalancha (APD) [9], [19], [20]. photodiodes (PO) or avalanche PO (APD) [9], [19], [20].

25 25
Alto rango dinámico High dynamic range

Los detectores para grandes colisionadores de HEP tienen que tratar con un Detectors for large HEP colliders have to deal with a

enorme rango dinámico, especialmente los subdetectores de calorimetría huge dynamic range, especially calorimetry subdetectors

donde se requieren un rango dinámico de más de 15 bits. Esto típicamente se where a dynamic range of more than 15 bits is required. This typically

30 30
consigue usando las siguientes dos técnicas: Get it using the following two techniques:

(1) Dado que, para un circuito integrado, la máxima señal está típicamente (1) Since, for an integrated circuit, the maximum signal is typically

limitada por la máxima tensión de alimentación, es crucial el diseño de una limited by the maximum supply voltage, the design of a

electrónica de bajo ruido. Un ejemplo de amplificador en modo corriente de low noise electronics. An example of current mode amplifier

bajo ruido es [4]. low noise is [4].

35 35
(2) Se usan sistemas con dos o varias ganancias: la señal detector se divide (2) Systems with two or more gains are used: the detector signal is divided

o replica y se aplican diferentes ganancias a cada camino, que tiene un or replicate and different gains are applied to each path, which has a

menor rango dinámico (usualmente 12 bits son suficientes). lower dynamic range (usually 12 bits are sufficient).

Los siguientes dos puntos importantes deben ser considerados: The following two important points should be considered:

(i) Aunque para calorimetría se ha reportado un rango dinámico de 16 o 17 (i) Although a dynamic range of 16 or 17 has been reported for calorimetry

bits, el ancho de banda requerido está por debajo de 100MHz. Dado que el bits, the required bandwidth is below 100MHz. Since the

5 5
ruido es proporcional a la raíz cuadrada del ancho de banda esto quiere decir noise is proportional to the square root of the bandwidth this means

que existe un claro compromiso entre el ruido (rango dinámico) y el ancho de that there is a clear compromise between noise (dynamic range) and the width of

banda. Por ejemplo, tomando un preamplificador [4], con muy bajo ruido band. For example, taking a preamplifier [4], with very low noise

referido a la entrada (1 OpA/sqrt (Hz)) y suponiendo un BW de 500 M Hz, el referred to the input (1 OpA / sqrt (Hz)) and assuming a BW of 500 M Hz, the

rango dinámico quedaría limitado a unos 14 bits. Dynamic range would be limited to about 14 bits.

1o 1st
(ii) La técnica de división de la señal se realiza o bien en el dominio del (ii) The signal division technique is performed either in the domain of the

voltaje, típicamente mediante divisores resistivos o amplificadores con voltage, typically by resistive dividers or amplifiers with

diferentes ganancias ([1 0], [11], [12] o mediante transistores replica [15]); o different gains ([1 0], [11], [12] or via replica transistors [15]); or

bien en el dominio de la corriente mediante espejos de corriente ([13],[6]). either in the current domain using current mirrors ([13], [6]).

15 fifteen
También es necesario un gran ancho de bando para algunas aplicaciones Large side width is also required for some applications

médicas como la tomografía por computador ([1], [14]) o para comunicaciones medical such as computed tomography ([1], [14]) or for communications

ópticas ([11 ]). optical ([11]).

Medidas de tiempo y energía para imagen médica Time and energy measurements for medical imaging

20 twenty

Tanto en HEP, como en astrofísica y en imagen médica, se requieren Both HEP, astrophysics and medical imaging require

frecuentemente medidas temporales precisas con resoluciones inferiores a often precise time measurements with resolutions lower than

los 100 ps [1], especialmente para técnicas de tiempo de vuelo (quot;Time-of-100 ps [1], especially for time-of-flight techniques (quot; Time-of-

Fiightquot;, TOF)) Fiightquot ;, TOF))

25 25

Desde hace tiempo se ha reconocido [16] que el ruido estadístico en la It has long been recognized [16] that statistical noise in the

tomografía por electrón positrón (quot;positron emission tomographyquot;, PET) se positron electron tomography ("positron emission tomography", PET) is

puede reducir mediante la medida precisa de la diferencia en el tiempo de can reduce by accurately measuring the difference in the time of

llegada de los fotones de 511 keV provenientes de la aniquilación del arrival of 511 keV photons from the annihilation of the

30 30
positrón. Se están desarrollando diversos circuitos integrados para TOF-PET positron. Various integrated circuits for TOF-PET are being developed

[8],[1 ]. [8], [1].

La señal de tiempo se obtiene habitualmente después de la discriminación de The time signal is usually obtained after discrimination of

la señal de entrada, por tanto es el jitter de la señal discriminada lo que limita the input signal, therefore it is the jitter of the discriminated signal that limits

35 35
la resolución temporal de la electrónica. El jitter aleatorio (at) (correlacionado the temporary resolution of the electronics. The random jitter (at) (correlated

con el ruido) es proporcional al ruido e inversamente proporcional a la with noise) is proportional to noise and inversely proportional to

pendiente de la señal dS/dt, por tanto, inversamente proporcional al BW de la the slope of the dS / dt signal, therefore, inversely proportional to the BW of the

señal: signal:

5 5
(1) (one)

En consecuencia, tanto el SNR (o S/N) como el ancho de banda deben ser Consequently, both SNR (or S / N) and bandwidth must be

optimizados para alcanzar la mínima resolución temporal. Los circuitos en optimized to achieve minimum temporal resolution. The circuits in

1o 1st
modo corriente pueden ser útiles para lograr esto. Running mode can be helpful in achieving this.

Como se ha discutido anteriormente, los circuitos en modo corriente tienen un As discussed above, current mode circuits have a

mayor BW, porque todos los nodos de señal son nodos de baja impedancia. higher BW, because all signal nodes are low impedance nodes.

15 fifteen
En el caso de los SiPM, la corriente de pico se incrementa al disminuir la In the case of SiPMs, the peak current increases with decreasing

impedancia de entrada del amplificador [1]. Esto mejora el término dS/dt. Sin input impedance of the amplifier [1]. This improves the dS / dt term. Without

embargo, esta tendencia limita el rango dinámico de los circuitos en modo However, this trend limits the dynamic range of circuits in mode

corriente habituales. Hay la siguientes dos aproximaciones típicas: usual stream. There are the following two typical approaches:

-Permitir la saturación del preamplificador y realizar medidas de energía -Allow saturation of the preamplifier and perform energy measurements

20 twenty
usando técnicas de tiempo sobre umbral (quot;Time-over-Thresholdquot;, ToT) [8]. using time over threshold techniques ("Time-over-Threshold", ToT) [8].

-Crear un camino doble, uno para medidas temporales y otro, con menor -Create a double path, one for temporary measures and one with less

ganancia, para medidas de energía. Sin embargo, las limitaciones en el rango gain, for energy measurements. However, limitations in range

dinámico están presentes todavía en este tipo de soluciones en modo dynamic are still present in these kinds of solutions so

corriente (en la primera etapa frontal) [6]. current (in the first front stage) [6].

25 25

Como se ha afirmado antes, [13], i.e. la solicitud de patente W02009046151, As stated before, [13], i.e. patent application W02009046151,

describe un amplificador que usa la técnica de división de la señal mediante describes an amplifier that uses the signal division technique by

espejos de corriente mencionada anteriormente. En particular, incluye un current mirrors mentioned above. In particular, it includes a

espejo de corriente de entrada que replica la corriente de entrada y la envía a input current mirror that replicates the input current and sends it to

30 30
espejos secundarios de respectivas alta y baja ganancias. Para altas Secondary mirrors of respective high and low earnings. For high

corrientes de entrada algunos transistores del espejo de corriente de entrada input currents some input current mirror transistors

entrarían en la región óhmica y por tanto la replica de corriente precisa would enter the ohmic region and therefore the precise current replica

cesaría. Se podría alegar que se podría incrementar el rango dinámico would cease. It could be argued that the dynamic range could be increased

aumentado la W/L de los transistores del espejo. Sin embargo, esto conduce increased the W / L of the mirror transistors. However, this leads

35 35
típicamente a una degradación del ancho de banda. En resumen, existe un typically a degradation of bandwidth. In summary, there is a

claro compromiso entre rango dinámico y ancho de banda en los clear compromise between dynamic range and bandwidth in

amplificadores de corriente basados en espejos de corriente. current mirrors-based current amplifiers.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN EXPLANATION OF THE INVENTION

5 1o 15 5 1st 15
Resulta deseable ofrecer un alternativa al estado de la técnica que cubra los vacíos aquí encontrados, y que, en particular, supere los anteriormente mencionados inconvenientes que existen en las propuestas que usan técnicas de de división de la señal en el dominio de la corriente mediante espejos de corriente. Con esa finalidad, la presente invención proporciona un circuito en modo corriente de primera etapa frontal para lectura de sensores, que comprende una etapa de entrada para dividir una señal de corriente de entrada en dos o más corrientes de salida, y donde, contrariamente a las propuestas conocidas en que toda la corriente es sensada por una etapa de entrada de espejo de corriente, la etapa de entrada del circuito en modo corriente de la invención comprende, de manera característica, una etapa de base/puerta común formada por una pluralidad de transistores dispuestos formando dos o más grupos de manera que cada una de ellas proporciona, en un respectivo nodo, una de las las dos o más señales de corriente de salida. It is desirable to offer an alternative to the state of the art that covers the gaps found here, and that, in particular, overcomes the aforementioned drawbacks that exist in the proposals that use techniques for dividing the signal in the current domain by means of mirrors. current. To that end, the present invention provides a front-first-stage current mode circuit for sensor reading, comprising an input stage for dividing an input current signal into two or more output currents, and where, contrary to Known proposals in which all the current is sensed by a current mirror input stage, the input stage of the current mode circuit of the invention characteristically comprises a common base / gate stage formed by a plurality of transistors arranged in two or more groups so that each of them provides, at a respective node, one of the two or more output current signals.

20 twenty
Para una realización, el primero de los dos o más grupos de transistores proporciona, en su nodo de salida, una corriente más alta que el segundo en su nodo de salida. For one embodiment, the first of the two or more groups of transistors provides, at its output node, a higher current than the second at its output node.

25 25
El primer grupo de transistores comprende, para diversas realizaciones, n ramas de transistores en paralelo, cada una formada por uno o más transistores, y el segundo grupo comprende una o dos ramas de transistores formadas por uno o más transistores. The first group of transistors comprises, for various embodiments, n parallel transistor branches, each consisting of one or more transistors, and the second group comprising one or two transistor branches formed of one or more transistors.

30 30
Cada una de las las ramas de transistores está formada, para una realización, por un primer transistor y un segundo transistor o transistor cascado, conectados en serie. Each of the branches of transistors is formed, for one embodiment, by a first transistor and a second transistor or cased transistor, connected in series.

35 35
Según una realización, la etapa en base/puerta común comprende un circuito de realimentación en voltaje o corriente para disminuir la impedancia de entrada de la misma. According to an embodiment, the common base / gate stage comprises a feedback circuit in voltage or current to decrease the input impedance thereof.

El circuito en modo corriente del primer aspecto de la invención comprende, para una realización, una unidad de alta ganancia con una entrada conectada al nodo de salida del primer grupo y una unidad de ganancia baja con una entrada conectada al nodo de salida de segundo grupo, siendo las unidades de alta y baja ganancia, para un realización preferida, espejos de corriente formados por dos respectivos transistores para, respectivamente, copiar la corriente procedente de los nodos de salida. El espejo de corriente de alta ganancia incluye un circuito de control saturación dedicado a estabilizar el punto de operación de la etapa en base común. The current mode circuit of the first aspect of the invention comprises, for one embodiment, a high gain unit with an input connected to the output node of the first group and a low gain unit with an input connected to the output node of the second group , being the units of high and low gain, for a preferred embodiment, current mirrors formed by two respective transistors to respectively copy the current from the output nodes. The high-gain current mirror includes a saturation control circuit dedicated to stabilizing the operating point of the common-base stage.

Las salidas de los espejos de corriente mencionados en el parágrafo anterior, están conectados a las entradas de respectivos dispositivos de una etapa frontal proporcionando diferentes caminos de lectura, de acuerdo con una realización aplicada, o posible uso, como el relacionado al prototipo de amplificador para detectores de un único fotón (PMT i SiPM) construido por los presentes inventores y diseñado para el observatorio quot;Cherenkov Telescope Arrayquot; (CTA) (http://www.ctaobservatory.org), que será descrito en un sección subsiguiente. The outputs of the current mirrors mentioned in the previous paragraph, are connected to the inputs of respective devices of a front stage, providing different reading paths, according to an applied embodiment, or possible use, such as that related to the prototype amplifier for single photon detectors (PMT and SiPM) built by the present inventors and designed for the observatory "Cherenkov Telescope Arrayquot; (CTA) (http://www.ctaobservatory.org), which will be described in a subsequent section.

Para una segunda realización aplicada, o posible uso, relacionado con un sistema de lectura, la salida del espejo de corriente de alta ganancia está conectado a la entrada de una unidad de medida de tiempo, y al menos la salida del espejo de corriente de ganancia baja está conectada a la entrada de una unidad de medida de energía, perteneciendo las unidades de medida a un sistema de lectura. For a second applied embodiment, or possible use, related to a reading system, the output of the high gain current mirror is connected to the input of a time measurement unit, and at least the output of the gain current mirror Low is connected to the input of an energy measurement unit, the measurement units belonging to a reading system.

Dependiendo de la realización, parte o todos los transistores que forman las diferentes secciones del circuito en modo corriente de la primera etapa frontal del primer aspecto de la invención son transistores son FET y/o BJT. Depending on the embodiment, part or all of the transistors that make up the different sections of the current mode circuit of the first front stage of the first aspect of the invention are transistors are FET and / or BJT.

Otras realizaciones del circuito en modo corriente de la primera etapa frontal de la invención están descritas en las reivindicaciones anexadas 2 a 25, y en una sección subsiguiente relacionada con la descripción detallada de varias realizaciones. Other embodiments of the current mode circuit of the first front stage of the invention are described in appended claims 2 to 25, and in a subsequent section related to the detailed description of various embodiments.

Un segundo aspecto de la invención se relaciona con un circuito integrado que comprende el circuito en modo corriente del primer aspecto. A second aspect of the invention relates to an integrated circuit comprising the current mode circuit of the first aspect.

El circuito integrado está implementado, para una realización, en tecnología BiCMOS. The integrated circuit is implemented, for one embodiment, in BiCMOS technology.

5 1o 5 1st
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra quot;comprendequot; y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. Throughout the description and claims the word quot; comprisesquot; and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will emerge in part from the description and in part from the practice of the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. Furthermore, the present invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments indicated herein.

15 fifteen
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La Figura 1 muestra esquemáticamente el circuito en modo corriente de la invención, para una realización. Figure 1 schematically shows the current mode circuit of the invention, for one embodiment.

20 twenty
La Figura 2 muestra el circuito interno de la etapa de entrada en base/puerta común mostrado en la Figura 1, para una realización. Figure 2 shows the internal circuit of the common base / door entry stage shown in Figure 1, for one embodiment.

25 25
La Figura 3 muestra un circuito alternativo al ilustrado en la Figura 2, para otra realización implementando un esquema cascado. La Figura 4 muestra un esquema similar al de la Figura 3, pero incluyendo un circuito de realimentación en tensión. Figure 3 shows an alternative circuit to that illustrated in Figure 2, for another embodiment implementing a cascaded scheme. Figure 4 shows a diagram similar to that of Figure 3, but including a voltage feedback circuit.

30 30
La Figura 5 muestra un esquema similar al de la Figura 4, pero incluyendo en este caso un circuito de realimentación en corriente. Figure 5 shows a diagram similar to that of Figure 4, but including in this case a current feedback circuit.

La Figura 6 muestra un espejo de corriente de baja ganancia, alternativo al ilustrado en la Figura 1, para una realización incluyendo un amplificador en base común y un esquema cascado. Figure 6 shows a low gain current mirror, alternative to that illustrated in Figure 1, for an embodiment including a common base amplifier and a schematic schematic.

La Figura 7 muestra también un espejo de corriente de alta ganancia, Figure 7 also shows a high gain current mirror,

alternativo al ilustrado en la Figura 1, para una realización incluyendo un amplificador en base común, un esquema cascado y un circuito de control. alternative to that illustrated in Figure 1, for an embodiment including a common base amplifier, a schematic schematic, and a control circuit.

La Figura 8a muestra una realización alternativa a la ilustrada en la Figura 7, implementando un circuito de control diferente. Figure 8a shows an alternative embodiment to that illustrated in Figure 7, implementing a different control circuit.

La Figura 8b muestra un realización alternativa a la ilustrada en la Figura 8a, añadiendo capacidad de ajuste al límite de saturación. Figure 8b shows an alternative embodiment to that illustrated in Figure 8a, adding adjustability to the saturation limit.

Las Figuras 9a, 9b y 9c son gráficas relacionadas con un prototipo llamado PACTA diseñado y construido para implementar el circuito en modo corriente de primera etapa frontal de la presente invención, para una realización, donde la Figura 9a muestra los pulsos de entrada aplicados, y las Figuras 9b y 9c muestran respectivamente las salidas de alta y baja ganancia del mismo, para diferentes amplitudes del pulso de entrada; Figures 9a, 9b and 9c are graphs related to a prototype called PACTA designed and built to implement the front first stage current mode circuit of the present invention, for an embodiment, where Figure 9a shows the applied input pulses, and Figures 9b and 9c show respectively the high and low gain outputs thereof, for different amplitudes of the input pulse;

Las Figuras 1 Oa y 1 Ob muestran la función de transferencia de la ganancia de transimpedancia para los caminos de alta y baja ganancia, obtenidos del prototipo PACTA, para, respectivamente, valores pico a pico y valores en término de carga (integrales del pulso). Figures 1 Oa and 1 Ob show the transfer function of the transimpedance gain for the high and low gain paths, obtained from the PACTA prototype, for, respectively, peak-to-peak and load-term values (pulse integrals). .

Las Figuras 11 a y 11 b son gráficos que muestran la no-linealidad relativa para, respectivamente, la ganancia de transimpedancia y la ganancia en carga. Figures 11 a and 11 b are graphs showing the relative non-linearity for, respectively, the transimpedance gain and the load gain.

La Figura 12 muestra la respuesta en frecuencia para pequeña señal de los caminos de ganancia alta y ganancia baja del prototipo PACTA. Figure 12 shows the small signal frequency response of the high gain and low gain paths of the PACTA prototype.

La Figura 13 muestra el espectro de fotoelectrón único medido con el prototipo PACTA a la ganancia nominal del PMT (4.5x104). Figure 13 shows the single photoelectron spectrum measured with the PACTA prototype at the nominal gain of the PMT (4.5x104).

La Figura 14 muestra el circuito en modo corriente de primera etapa frontal del primer aspecto de la invención aplicado a medidas precisas de tiempo y energía. Figure 14 shows the front first stage current mode circuit of the first aspect of the invention applied to precise measurements of time and energy.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PARTICULARES DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR REALIZATIONS

El circuito en modo corriente descrito en esta invención fue diseñado, en The current mode circuit described in this invention was designed, in

forma de preamplificador, para un amplificador con el siguiente conjunto de preamplifier form, for an amplifier with the following set of

exigentes requerimientos: demanding requirements:

5 5

Ancho de banda mayor que 500 M Hz Bandwidth greater than 500 M Hz

Rango dinámico de unos 16 bits: Dynamic range of about 16 bits:

-Umbral de ruido de unos 500 nA rms, esto se traduce en una distribución -Noise threshold of about 500 nA rms, this translates into a distribution

espectral de potencia de ruido referido a la entrad de unos 1 OpNraíz(Hz), noise power spectral referred to the input of about 1 Root Op (Hz),

1o 1st
para una lectura en modo corriente y el BW requerido. for a current mode reading and the required BW.

-Máxima corriente de pico que exceda 20 mA. -Maximum peak current exceeding 20 mA.

Baja impedancia de entrada(lt; 20 Ohm) Low input impedance (lt; 20 Ohm)

Error relativo de no linealidad por debajo del 2% Relative nonlinearity error below 2%

Operación en bajo voltaje: Low voltage operation:

15 fifteen
-Minimización del consumo de potencia. -Minimization of power consumption.

-Implementado como circuito integrado. -Implemented as an integrated circuit.

A fin de cumplir con el ancho de banda, la impedancia de entrada y la In order to meet the bandwidth, the input impedance and the

operación en bajo voltaje se elige una solución de modo corriente. Sin Under low voltage operation a current mode solution is chosen. Without

20 twenty
embargo, es muy difícil alcanzar el rango dinámico requerido, incluso con un However, it is very difficult to achieve the required dynamic range, even with a

esquema de muy bajo ruido ([4], [5]). Por esta razón, un sistema de pre-very low noise scheme ([4], [5]). For this reason, a system of

amplificador con dos ganancias ha sido investigado y propuesto por la amplifier with two gains has been researched and proposed by the

presente invención. present invention.

25 25
Una solución clásica de creación de doble ganancia por espejos de corriente A classic solution for creating double gain by current mirrors

[6] no es válida para esta aplicación, ya que la búsqueda de alto rango [6] is not valid for this application, since the search of high rank

dinámico(gt; 20 mA) conduce a un aumento de la relación W/L de los dynamic (gt; 20 mA) leads to an increase in the W / L ratio of the

transistores y esto causa degradación del ancho de banda en el caso de que transistors and this causes bandwidth degradation in the event that

ya se utilizasen transistores de mínima longitud, cosa necesaria para transistors of minimum length are already used, which is necessary for

30 30
aplicaciones de banda ancha. Por lo tanto, los amplificadores en los que toda broadband applications. Therefore, the amplifiers in which all

la corriente de entrada es detectada por un único espejo de corriente the input current is detected by a single current mirror

presentan un compromiso entre rango dinámico y ancho de banda. Por el they present a compromise between dynamic range and bandwidth. For him

contrario, ha sido explorada una nueva solución basada en la generación de On the contrary, a new solution has been explored based on the generation of

la ganancia doble por división de corriente en la primera etapa frontal del the double current division gain in the front first stage of the

35 35
circuito por medio una etapa de entrada en base/puerta común, según lo circuit by means of a common base / gate input stage, as

dispuesto por la presente invención. provided by the present invention.

La invención descrita aquí consiste en dividir la corriente de entrada que fluye The invention described here is to divide the flowing input current

a través de la etapa de entrada de base común (en el caso de los transistores through the common base input stage (in the case of transistors

BJT) o de puerta común (en el caso de los transistores FET), como se BJT) or common gate (in the case of FET transistors), as

muestra en la Figura 1. Esto se logra dividiendo el transistor en base o puerta shown in Figure 1. This is accomplished by dividing the transistor into base or gate

5 5
común en n +1 componentes iguales y apareados. La implementación a nivel common in n +1 equal and paired components. Implementation at the level

de transistor se describe a continuación. Con el fin de realizar una división de Transistor is described below. In order to carry out a division of

corriente precisa el punto de operación de todos los componentes apareados precise current the point of operation of all paired components

dispuestos en paralelo debe ser casi igual. La corriente de entrada se divide arranged in parallel should be almost the same. The input current is divided

por un factor n a 1 simplemente conectando el colector (o terminal drenador) by a factor of n to 1 simply by connecting the collector (or drain terminal)

1o 1st
den dispositivos apareados, por lo que la mayor parte de la corriente de give paired devices, so most of the current

entrada (idealmente un factor n 1n +1) fluye a través del camino de alta input (ideally a factor n 1n +1) flows through the high path

ganancia, mientras que sólo alrededor de 1 1n +1 de la corriente de entrada gain, while only about 1 1n +1 of the input current

de fluye a través del camino de baja ganancia. of flows through the low gain path.

15 fifteen
Esta idea se basa en una división de corriente precisa incluso cuando el This idea is based on a precise current division even when the

camino de alta ganancia entra en saturación. El método para sensar la High gain path enters saturation. The method for sensing the

corriente después de la división es tan importante como el mecanismo para current after division is as important as the mechanism for

dividir la corriente de entrada; porque, tal como se ha dicho anteriormente, el divide the input current; because, as previously stated, the

punto de operación de todos los componentes paralelos apareados debe ser operating point of all paired parallel components must be

20 twenty
tan similar como sea posible debido a efectos de segundo orden como el as similar as possible due to second order effects like the

efecto Early o la modulación de la longitud del canal. Esto es muy complicado Early effect or modulation of channel length. This is very complicated

cuando se considera la intención de trabajar con altas corrientes (corrientes when considering the intention to work with high currents (currents

de pico de hasta 20 mA). De hecho, el factor limitativo no es el valor de la peak up to 20 mA). In fact, the limiting factor is not the value of the

corriente de pico dado que, por ejemplo, la relación W/L de M1 en la Figura 1 peak current since, for example, the W / L ratio of M1 in Figure 1

25 25
puede ser incrementada tanto como sea necesario para minimizar la variación can be increased as much as necessary to minimize variation

de voltaje en el nodo a. Sin embargo, esto conduce a un menor BW, dado voltage at node a. However, this leads to a lower BW, given

que de todas formas, debe usarse longitud mínima de canal para maximizar that anyway, minimum channel length should be used to maximize

el BW. the BW.

30 30
Por lo tanto, lo que realmente es un reto es preservar las prestaciones de So what is really challenging is preserving the performance of

rango dinámico (corriente máxima) y de alta frecuencia (BW) dynamic range (maximum current) and high frequency (BW)

simultáneamente. Esto es algo que se relaciona con la presente invención. simultaneously. This is something that relates to the present invention.

Básicamente, hay las siguientes dos formas de sensar la corriente AC de la Basically, there are the following two ways to sense the AC current of the

35 35
etapa en base (puerta) común: common base (gate) stage:

-Usando un amplificador de transimpedancia. Para la operación lineal en -Using a transimpedance amplifier. For linear operation in

pequeña señal es capaz de proporcionar baja impedancia de entrada, por small signal is capable of providing low input impedance, for

tanto la tensión en el terminal colector (drenador) del transistor en base both the voltage at the collector terminal (drain) of the transistor based

(puerta) común (nodo a en la Figura 1) es estable tal y como se requiere. Sin Common (gate) (node a in Figure 1) is stable as required. Without

embargo, para corrientes de de entrada grandes el camino de alta ganancia However, for large input currents the high gain path

se saturará y la retroacción en lo que se refiere a la impedancia de entrada se will saturate and the feedback in terms of input impedance will

5 5
pierde. misses.

-Usando un espejo de corriente. Los espejos de corriente de alta frecuencia -Using a current mirror. High frequency current mirrors

pueden proporcionar gran ancho de banda y baja impedancia de entrada can provide high bandwidth and low input impedance

empleando una adecuada realimentación interna [20]. Sin embargo, using adequate internal feedback [20]. However,

corrientes grandes también conducen a la saturación del espejo (algunos large currents also lead to mirror saturation (some

1o 1st
transistores entrarán en la región óhmica). Esto no es un problema siempre y transistors will enter the ohmic region). This is not a problem as long as

cuando el bloque de división de la corriente funcione adecuadamente ya que when the current division block works properly since

la señal será leída mediante el camino de baja ganancia. Pero una corriente the signal will be read through the low gain path. But a current

grande en espejos de corriente convencionales llevará a una variación de large in conventional current mirrors will lead to a variation of

tensión en el nodo a que podría afectar la exactitud de la división de corriente. voltage at the node which could affect the accuracy of the current division.

15 fifteen
Se introduce un nuevo circuito en el espejo de corriente de alta ganancia para A new circuit is inserted into the high gain current mirror to

evitarlo (bloque quot;Circuito de control de saturaciónquot; en la Figura 1 ), esto avoid it (block "Saturation Control Circuit" in Figure 1), this

también es parte de la invención y será descrito a nivel de transistor más it is also part of the invention and will be described at the transistor level more

adelante. ahead.

20 twenty
El esquema básico de la división de corriente en la etapa de base común se The basic scheme of current division in the common base stage is

representa en la Figura 2 a nivel del transistor, para una realización. La depicted in Figure 2 at the transistor level, for one embodiment. The

corriente de entrada se divide por un factor n+1 siempre y cuando los input current is divided by a factor n + 1 as long as the

transistores On a Oo estén en la región de operación lineal activa (saturación transistors On to Oo are in the region of active linear operation (saturation

para FETs) y sean iguales y apareados. Técnicas de disposición como el for FETs) and are equal and paired. Disposal techniques such as

25 25
baricentro común de los transistores On a Oo hacen posible un apareamiento common barycenter of On to Oo transistors make pairing possible

preciso. Como en los espejos de corriente, la corriente de las diferentes precise. As in current mirrors, the current of the different

ramas debe ser igual porque la tensión base-emisor (o puerta-fuente) es igual branches must be equal because the base-emitter (or gate-source) voltage is equal

por construcción para todos los transistores (siempre que estos sean iguales). by construction for all transistors (provided they are the same).

Desde luego, si se consideran efectos de segundo orden, el apareamiento de Of course, if second order effects are considered, the pairing of

30 30
corrientes depende también de la tensión colector-emisor (drenador-fuente), y currents also depends on the collector-emitter voltage (drain-source), and

por tanto de la variación de tensión en los nodos a y b. therefore of the voltage variation in nodes a and b.

Es posible lineal izar la transconductancia, y por tanto la impedancia de It is possible to linearize the transconductance, and therefore the impedance of

entrada, de los transistores mediante degeneración de emisor; si se conecta input of the transistors by emitter degeneration; if you connect

35 35
una resistencia entre el terminal emisor de cada transistor y el nodo de a resistance between the emitter terminal of each transistor and the

entrada y todas las resistencias están apareadas también la división de input and all resistors are paired also the division of

corriente se realiza adecuadamente todavía. De hecho, puede mejorar la current is still properly performed. In fact, it can improve the

exactitud de la división de corriente en tecnologías en las que el current division accuracy in technologies where the

apareamiento de los resistores sea mejor que el de los transistores, que es un pairing of resistors is better than that of transistors, which is a

caso típico. Es bien conocido que la degeneración de emisor se usa en typical case. It is well known that emitter degeneration is used in

espejos de corriente bipolares para incrementar las impedancias de entrada y bipolar current mirrors to increase input impedances and

5 5
salida y mejorar el apareamiento [21 ]. Aunque no será recordado para cada output and improve mating [21]. Although it won't be remembered for every

versión del circuito, se puede usar degeneración de emisor (o fuente) en version of the circuit, emitter (or source) degeneration can be used in

cualquiera de las variaciones siguientes del circuito básico. any of the following variations of the basic circuit.

Este es un circuito clase AB, dado que la corriente de pico puede exceder This is a class AB circuit, since the peak current can exceed

1o 1st
ampliamente la corriente de reposo establecida por lbias. El valor de la fuente widely the quiescent current set by lbias. The value of the source

de corriente de polarización lbias depende de un compromiso entre: Bias current bias depends on a compromise between:

-Bajar la corriente lbias, lo que disminuye el ruido paralelo e incrementa la -Lower the current lbias, which decreases the parallel noise and increases the

corriente máxima de pico; por tanto, cuanto menor sea lbias mayor será el peak peak current; therefore, the less lbias the greater the

rango dinámico. Dynamic range.

15 fifteen
-Subir la corriente lbias, lo que aumenta la transconductancia -y por tanto -Upload the lbias current, which increases transconductance -and therefore

disminuye la impedancia de entrada-y aumenta el ancho de banda y también decreases input impedance-and increases bandwidth and also

la linealidad para pequeñas señales. linearity for small signals.

Como se ha dicho antes, la exactitud de la división de corriente depende As stated before, the accuracy of the current division depends

20 twenty
también de una concordancia adecuada en los potenciales de los nodos a y also of an adequate agreement in the potentials of the nodes a and

b, para minimizar el impacto del efecto Early en BJTs o el de la modulación b, to minimize the impact of the Early effect on BJTs or that of modulation

de la longitud del canal en FETs. Esta concordancia debe ser preserva para of the length of the channel in FETs. This concordance must be preserved for

todo el rango dinámico. Se puede encontrar un problema similar en espejos the entire dynamic range. A similar problem can be found in mirrors

de corriente, y tal como se muestra en la realización de la Figura 3, se usa un current, and as shown in the embodiment of Figure 3, a

25 25
método típico para estabilizar la tensión colector-emisor (drenador-fuente) de typical method to stabilize the collector-emitter (drain-source) voltage of

cada transistor O¡ que consiste en añadir un transistor cascado Oc¡ en serie each transistor O, which consists of adding a cased transistor Oc, in series

con cada uno de ellos. De esta forma, el efecto de la variación de tensión en With each one of them. In this way, the effect of the voltage variation in

los nodos a y b tiene mucho menor impacto en la tensión colector-emisor nodes a and b have much less impact on collector-emitter voltage

(drenador-fuente) de O¡ (se aumenta la impedancia de salida) siempre que los (drain-source) of O¡ (the output impedance is increased) whenever the

30 30
transistores cascado Oc¡ trabajen también en la región lineal activa Oc¡ hull transistors also work in the active linear region

(saturación para FETs). (saturation for FETs).

Como se ha comentado antes, puede ser útil reducir la impedancia de As discussed before, it may be useful to reduce the impedance of

entrada del cuircuito, que es circuit entry, which is

z. = 1 (2)z. = 1 (2)

(n+I)Gm (n + I) Gm

donde Gm=gm sin degeneración de emisor; gm es la transconductancia de cada uno de los transistores en base (puerta) común Q¡. Con degeneración de emisor Re, Gm=gm/(1 +gmRe). Empleando realimentación de tensión ([4], [19]) la impedancia de entrada queda where Gm = gm without emitter degeneration; gm is the transconductance of each of the transistors on the common base (gate) Q¡. With degeneration of emitter Re, Gm = gm / (1 + gmRe). Using voltage feedback ([4], [19]) the input impedance remains

(3) (3)

donde A es la ganancia del amplificador de error de la Figura 4. Este tipo de realimentación se aplica directamente al preamplificador de la invención, para una realización. El amplificador de error debe ser de gran ancho de banda para evitar efectos inductivos significativos en la impedancia de entrada, este típicamente se implemente como una etapa en emisor (fuente) común. También con el amplificador, todos los transistores de esta etapa deben operar en la región lineal activa. where A is the gain of the error amplifier of Figure 4. This type of feedback is applied directly to the preamplifier of the invention, for one embodiment. The error amplifier must be wide bandwidth to avoid significant inductive effects on the input impedance, it is typically implemented as a common emitter (source) stage. Also with the amplifier, all transistors in this stage must operate in the active linear region.

La realimentación por corriente del estilo de la descrita en [9] o [6] degrada la exactitud de la división de corriente, porque una gran fracción de la corriente de entrada es tomada por la realimentación y el efecto de la variación dinámica en la división de corriente no está bien controlado como sí lo está en nuestra propuesta. Si embargo, se implementa una realimentación por corriente alternativa, para otra realización, basada en un transistor en base (puerta) común QF y en un amplificador diferencial de transimpedancia de banda ancha (TIA), como se muestra en la Figura 5. La impedancia de entrada sería entonces, The current feedback of the style described in [9] or [6] degrades the accuracy of the current division, because a large fraction of the input current is taken by the feedback and the effect of dynamic variation in the division current is not well controlled as it is in our proposal. However, alternative current feedback is implemented, for another embodiment, based on a QF common base (gate) transistor and a broadband transimpedance differential amplifier (TIA), as shown in Figure 5. The impedance input would then be,

(4) (4)

Cuando se compara a una realimentación de tensión donde A es una etapa When compared to a voltage feedback where A is a stage

en emisor (fuente) común, esta realimentación es interesante por las in common emitter (source), this feedback is interesting for

siguientes razones: following reasons:

-Operación en bajo voltaje. El margen requerido se disminuye en 1 voltage -Low voltage operation. The required margin is decreased by 1 voltage

5 5
Vbe (o Vgs), el de la etapa en emisor (fuente) común de A. Vbe (or Vgs), that of the stage in common emitter (source) of A.

-Menor consumo de corriente, típicamente el transistor en base (puerta) -Lower current consumption, typically the base transistor (gate)

común QF y el TIA en bucle cerrado de banda ancha presentan menor Common QF and Broadband Closed Loop TIA have lower

consumo de potencia que el amplificador de voltaje de banda ancha A. El Power consumption than broadband voltage amplifier A. The

ancho de banda de transimpedancia puede ser casi tan grande como la Transimpedance bandwidth can be almost as large as

1o 1st
frecuencia de ganancia unidad del amplificador del TIA. unity gain frequency of the TIA amplifier.

-La tensión en la base (puerta) de los transistores Q¡ se controla con -The voltage at the base (gate) of transistors Q¡ is controlled with

precisión mediante un bucle de realimentación negativa (siempre que el precision by a negative feedback loop (as long as the

amplificador del TIA tenga baja impedancia de salida). TIA amplifier has low output impedance).

15 fifteen
El esquema del espejo de corriente básico M1/M2, usado para el camino de The scheme of the basic current mirror M1 / M2, used for the path of

baja ganancia es descrito en la Figura 6, para una realización incluyendo los low gain is described in Figure 6, for an embodiment including the

transistores cascado M1 e y M2c (en la Figura 1 se muestra un realización M1 e and M2c sheathed transistors (one embodiment is shown in Figure 1)

más simple donde ambos espejos de corriente de alta y baja ganancia no simpler where both high and low gain current mirrors do not

incluyen tales transistores cascado). Es un espejo de corriente de alta include such blasted transistors). It is a high current mirror

20 twenty
frecuencia con las siguientes características [20]: frequently with the following characteristics [20]:

-Cascado (M1 c/M2c): para mejorar la linealidad y el apareamiento de -Hulling (M1 c / M2c): to improve linearity and pairing of

corrientes, incluso para FETs con longitud de canal cercana al tamaño currents, even for FETs with channel length close to size

mínimo. minimum.

-Amplificador en puerta (base) común Mcg. La realimentación disminuye la -Common door amplifier (base) Mcg. Feedback decreases the

25 25
impedancia de entrada. La fuente de corriente Iba se necesita para polarizar input impedance. Iba current source is needed to polarize

este amplificador. Mcg puede ser un FETo un BJT. this amp. Mcg can be a FET or a BJT.

El esquema representado en la Figura 6 funciona bien cuando todos los The scheme represented in Figure 6 works well when all the

transistores operan en saturación (para FETs) o en la región activa lineal transistors operate in saturation (for FETs) or in the linear active region

30 30
(para BJTs). Este es el caso para el camino de baja ganancia para todo el (for BJTs). This is the case for the low gain path for all

rango dinámico. Sin embargo, cuando la corriente de entrada crece algunos Dynamic range. However, when the input current grows some

de los transistores del espejo de corriente pueden entrar en la región óhmica of current mirror transistors can enter the ohmic region

(para FETs, saturación para BJTs). Esto sucede para el espejo de corriente (for FETs, saturation for BJTs). This happens for the current mirror

del camino de alta ganancia. Esto no es un problema siempre y cuando la of the high gain path. This is not a problem as long as the

35 35
división de corriente descrita en la sección previa funcione con exactitud current division described in the previous section work exactly

porque el camino de baja ganancia proveerá la señal de salida. Pero, si because the low gain path will provide the output signal. But yes

algunos transistores están trabajando en la región óhmica, cuanto mayor sea some transistors are working in the ohmic region, the higher

la corriente de drenador de M1 y M1 e menor será el voltaje en el drenador de the drain current of M1 and M1 e the lower the voltage in the drain of

M1 e, y si es excesivamente bajo afectará al funcionamiento del circuito de M1 e, and if it is excessively low it will affect the operation of the

división de corriente, porque los transistores de corriente Ocien la Figura 3 o current division, because current transistors occur in Figure 3 or

Figura 4 entrarán en la región de saturación y la división ya no será precisa. Figure 4 will enter the saturation region and the split will no longer be accurate.

5 5

Para evitar este problema, el espejo de corriente de la Figura 6 debe ser To avoid this problem, the current mirror in Figure 6 should be

modificado para ser usado en el camino de alta ganancia, añadiendo un modified to be used on the high gain road, adding a

circuito de control para impedir el mal funcionamiento de la etapa en control circuit to prevent the malfunction of the stage in

base/puerta común evitando que, en caso de alta corriente de entrada, los common base / door avoiding that, in case of high input current, the

1 O 1 O
transistores Oo, ...On;Oco, ...Ocn de la etapa en base/puerta común entren en transistors Oo, ... On; Oco, ... Stage ocn on base / common gate enter

la región de saturación, si son BJTs, o en la región óhmica, si son FETs. the saturation region, if they are BJTs, or in the ohmic region, if they are FETs.

El circuito de control se dispone en el espejo de corriente de alta ganacia para The control circuit is arranged in the high gain current mirror to

evitar una variación de tensión significativa en el nodo de drenador/colector avoid significant voltage variation at the drain / collector node

15 fifteen
del transistor que esté conectado al nodo de salida a del primer grupo (ver of the transistor that is connected to the output node a of the first group (see

Figura 1) de la etapa de base/puerta común, proveyendo un camino Figure 1) of the common base / gate stage, providing a path

alternativo a la parte de corriente excesiva de la corriente de entrada. Alternative to the excessive current portion of the input current.

Para las realizaciones ilustradas por las Figuras 7, 8a y 8b, el transistor es el For the embodiments illustrated by Figures 7, 8a, and 8b, the transistor is the

20 twenty
transistor cascado M1 e, pero para una realización más simple que no incluya blasted transistor M1 e, but for a simpler embodiment that does not include

el transistor cascado, este seria el transistor M1. the blasted transistor, this would be transistor M1.

Las Figuras 7, 8a y 8b ilustran diferentes realizaciones del circuito de control Figures 7, 8a and 8b illustrate different embodiments of the control circuit.

(designado como circuito de control de saturación, aunque como se ha (designated as saturation control circuit, although as has been

25 25
afirmado antes evita que la etapa en base/puerta común entre en saturación o stated above prevents the common base / gate stage from saturating or

región óhmica, dependiendo del tipo de transistores usados), teniendo en ohmic region, depending on the type of transistors used), taking into account

común que incluyen, para proveer el camino alternativo, un transistor en base common including, to provide the alternative path, a transistor based

común Ocb (que para la realización ilustrada es un transistor BJT, pero para common Ocb (which for the illustrated embodiment is a BJT transistor, but for

otras realizaciones es un FET) con su emisor conectado al nodo de salida a other embodiments is a FET) with its emitter connected to the output node at

30 30
del primer grupo de la etapa en base/puerta común y su colector conectado a of the first group of the common base / door stage and its collector connected to

la puerta de los transistores del espejo de corriente M1, M2. the gate of the transistors of the current mirror M1, M2.

Para la realización de la Figura 7, el circuito de control comprende además, For the embodiment of Figure 7, the control circuit further comprises,

para proveer el camino alternativo, dos transistores conectados como diodos to provide the alternative path, two transistors connected as diodes

35 35
Ooc1 y Ooc2 con el colector de uno Ooc1 de ellos conectado a las fuentes de los Ooc1 and Ooc2 with the collector of one Ooc1 of them connected to the sources of the

transistores del espejo de corriente M1, M2 y el emisor del otro Ooc2 current mirror transistors M1, M2 and the emitter of the other Ooc2

conectado a las puertas/bases de los transistores del espejo de corriente connected to the gates / bases of the current mirror transistors

M1/M2. La idea es evitar una variación significativa de tensión en el drenador M1 / M2. The idea is to avoid a significant variation of tension in the drain

de M1c haciendo que el exceso de corriente fluya a través del transistor en of M1c causing excess current to flow through the transistor at

base común Ocb y a través de los transistores conectados como diodos Ooc1 y common base Ocb and through connected transistors like diodes Ooc1 and

Ooc2· Ooc2

5 5

La tensión puerta-fuente (Vgs) de M1 es proporcional (cuadráticamente en The gate-source voltage (Vgs) of M1 is proportional (quadratically in

inversión fuerte) a su corriente de drenador. Para la corriente de reposo, M1 strong investment) to your drain stream. For quiescent current, M1

es dimensionado de forma que su Vgs sea tal que la corriente de colector de is dimensioned such that its Vgs is such that the collector current of

Ooc1 y Ooc2 sea casi despreciable. Para corrientes de entrada pequeñas, la Ooc1 and Ooc2 are almost negligible. For small input currents, the

1O 1O
tensión base-emisor (Vbe) de Ooc1 y Ooc2 está todavía por debajo del valor de base-emitter voltage (Vbe) of Ooc1 and Ooc2 is still below the value of

conducción. Pero para corrientes de entrada grandes, cuando la Vgs de M1 driving. But for large input currents, when the Vgs of M1

es aproximadamente dos veces el valor de conducción de los transistores is approximately twice the conduction value of the transistors

conectados como diodo Ooc1 y Ooc2, la corriente de estos diodos será connected as diode Ooc1 and Ooc2, the current of these diodes will be

apreciable y como crece exponencialmente con la tensión Vgs de M1, appreciable and as it grows exponentially with the Vgs voltage of M1,

15 fifteen
cualquier exceso de corriente circulará a través de la rama compuesta por by any excess current will flow through the branch consisting of b

Ocb, Ooc1 y Ooc2· Dado ningún exceso de corriente circulará a traves de la Ocb, Ooc1 and Ooc2 · Given that no excess current will circulate through the

rama M1/M1 e, la variación de la tensión en el drenador de M1 e no será branch M1 / M1 e, the variation of the voltage in the drain of M1 e will not be

significativa. Por esta razón en las realizaciones ilustradas de las Figuras 7, significant. For this reason in the illustrated embodiments of Figures 7,

8a y 8b, se usa un BJT (Qcb) para el amplificador en base común, pero el uso 8a and 8b, a BJT (Qcb) is used for the common base amplifier, but use

20 twenty
de un FET está también contemplado para otras realizaciones no ilustradas. A FET is also contemplated for other non-illustrated embodiments.

Como se ha dicho antes el circuito de control de la Figura 7 puede ser As mentioned before, the control circuit of Figure 7 can be

aplicado también a espejos de corriente simples, sin transistores cascado. Also applied to simple current mirrors, without blasted transistors.

25 25
En la Figura 8a se muestra un circuito de control mejorado que, a parte del An improved control circuit is shown in Figure 8a which, apart from the

transistor en base (o puerta) común mencionado antes Ocb, además transistor on common base (or gate) mentioned before Ocb, in addition

comprende, para proporcionar el camino alternativo, un transistor Ooc1 con su it comprises, to provide the alternative path, an Ooc1 transistor with its

colector conectado a las fuentes/emisores de los transistores del espejo de collector connected to the sources / emitters of the transistors of the

corriente M1/M2, su emisor conectado a las puertas/bases de los transistores M1 / M2 current, its emitter connected to the gates / bases of the transistors

30 30
del espejo de corriente M 1 /M2 y su base conectada al drenador/colector del of the M 1 / M2 current mirror and its base connected to the drain / collector of the

transistor del espejo de corriente M2 que no está conectado al nodo de salida M2 current mirror transistor that is not connected to the output node

a del primer grupo de la etapa de base/puerta común (ver Figura 1 ). a of the first group of the common base / door stage (see Figure 1).

El transistor Ooc1 está controlado por la tensión Vc-Vm, que es igual a su Vbe: The Ooc1 transistor is controlled by the Vc-Vm voltage, which is equal to its Vbe:

35 35
-En reposo o para corrientes bajas (cuando el camino de ganancia alta -Idle or for low currents (when the path of high gain

funciona) el circuito está diseñado para que Vc-Vmlt;lt;Vbe_ON, donde works) the circuit is designed so that Vc-Vmlt; lt; Vbe_ON, where

Vbe_ON és la tensión de conducción de Ooc1· Por tanto, para corrientes de Vbe_ON is the conduction voltage of Ooc1 · Therefore, for currents of

entrada bajas este espejo de corriente trabaja como un espejo de corriente low input this current mirror works like a current mirror

HF normal y el camino de ganancia alta es válido. -Cuando la corriente de entrada crece, la corriente de drenador de M1, M2, M1 e y M2c crece también. Por tanto Ve crece para una corriente de drenador más alta (Vc=Vcas+VgsM2C, y VgsM2C crece con la corriente), mientras que Vm disminuye (Vm=Vcc-VgsM1, VgsM1 crece con la corriente). Cuando Vc-Vmgt;Vbe_ON el exceso de corriente es tomado por Ooc1· Normal HF and the high gain path is valid. -When the input current grows, the drain current of M1, M2, M1 e and M2c grows too. So Ve grows for a drain stream higher (Vc = Vcas + VgsM2C, and VgsM2C grows with the current), while that Vm decreases (Vm = Vcc-VgsM1, VgsM1 increases with the current). When Vc-Vmgt; Vbe_ON excess current is taken by Ooc1 ·

El punto de conducción de Ooc1 puede ser controlado mediante las dimensiones de los transistores M1 y M2c y mediante la tensión de polarización de los cascados Veas. De hecho, en la Figura 8b se presenta una variación de este circuito de control. En esta variación el límite de corriente de saturación de la ganancia alta puede ser controlado mediante la tensión Vlim, que establece la tensión de puerta del transistor cascado M3c de un replica del espejo que incluye también el transistor M3. Este espejo puede ser subdimensionado, par evitar una degradación del BW. The Ooc1 conduction point can be controlled by dimensions of transistors M1 and M2c and by means of the polarization of the Veas waterfalls. In fact, Figure 8b shows a variation of this control circuit. In this variation the limit of High gain saturation current can be controlled by voltage Vlim, which sets the gate voltage of the M3c blasted transistor of a mirror replica that also includes the M3 transistor. This mirror It can be undersized to avoid degradation of the BW.

El circuito de control de saturación de las Figuras 8a y 8b presenta las siguientes ventajas: -Realimentación negativa. Una vez que Ooc1, entra en conducción (en región activa lineal): si la corriente de drenador crece, Vc-Vm crece, así que la Vbe de Ooc1 crece también, entonces la corriente de colector de Ooc1 crece llevando a disminuir la corriente de drenador de M1 e y así la de M1. -Tan sólo hace falta un transistor de alta velocidad, por tanto la respuesta es muy rápida. -El circuito de la Figura 8b permite ajustar el límite de saturación del espejo de alta ganancia. The saturation control circuit of Figures 8a and 8b presents the following advantages: -Negative feedback. Once Ooc1 enters conduction (in region linear active): if the drain current increases, Vc-Vm increases, so the Vbe of Ooc1 grows too, so the collector current of Ooc1 grows leading to decrease the drain current of M1 e and thus that of M1. -It only takes a high speed transistor, so the answer is very fast. -The circuit of Figure 8b allows adjusting the saturation limit of the mirror high gain.

La implementación con sólo transistores CMOS también es posible; FETs de canal n con una relación W/L grande (no ilustrada) pueden reemplazar a los transistores Ooc1 y Ooc2· El punto clave es que la rama correspondiente no conduzca prácticamente corriente en reposo y que absorba todo el exceso de corriente para corrientes de entrada grandes; esto se puede lograr a través de un dimensionamiento adecuado de los transistores (W y L de M1, y de los FETs que substituyan a Ooc1 y Ooc2). De hecho, todos los transistores ilustrados pueden ser transistores FETo BJT, dependiendo de la realización. Implementation with only CMOS transistors is also possible; FETs channel n with a large W / L ratio (not shown) can replace the transistors Ooc1 and Ooc2 · The key point is that the corresponding branch does not conduct virtually quiescent current and absorb all excess current for large input currents; this can be accomplished through proper dimensioning of the transistors (W and L of M1, and of the FETs that replace Ooc1 and Ooc2). In fact, all transistors Illustrated may be FETo BJT transistors, depending on the embodiment.

Resultados de las medidas Measurement results

Un prototipo, llamado PACTA, del preamplificador para el proyecto CTA que A prototype, called PACTA, of the preamplifier for the CTA project that

incluye las innovación discutida aquí ha sido diseñado y fabricado como includes the innovations discussed here has been designed and manufactured as

5 5
circuito integrado de aplicación específica (quot;Application Specific lntegrated Application Specific Integrated Circuit (quot; Application Specific lntegrated

Circuitquot;, ASIC) en la tecnología de SiGe de 0.35 um de Austriamicrosystems, Circuitquot ;, ASIC) on the 0.35 um SiGe technology from Austriamicrosystems,

que combina dispositivos CMOS y BJT. that combines CMOS and BJT devices.

Un amplificador de transimpedancia diferencial en bucle cerrado sigue a cada A closed-loop differential transimpedance amplifier follows each

1o 1st
uno de los espejos de corriente presentados previamente; por tanto el one of the current mirrors presented previously; therefore the

preamplificador tiene una salida diferencial en tensión y una ganancia de Preamplifier has a differential voltage output and a gain of

transimpedancia. El esquema de división de corriente descrito en la Figura 4 transimpedance. The current division scheme described in Figure 4

se ha usado para el prototipo, con degeneración de emisor para los has been used for the prototype, with emitter degeneration for the

transistores Qi y con el circuito descrito en la Figura 8. Qi transistors and with the circuit described in Figure 8.

15 fifteen

En las Figuras 9a, 9b y 9c se muestran respectivamente los pulsos de In Figures 9a, 9b and 9c the pulses of

entrada y los de salida de la ganancia alta y baja. Los pulsos de entrada input and output gain of high and low gain. The input pulses

emulan la forma de los pulsos de los PMTs más rápidos. El camino de they emulate the pulse shape of the faster PMTs. The way of

ganancia alta funciona hasta corrientes de entrada de 1 mA high gain works up to 1 mA input currents

20 twenty
aproximadamente, más allá de este umbral el camino de alta ganancia está approximately beyond this threshold the high gain path is

saturado. Sin embargo, la división de corriente funciona adecuadamente y la saturated. However, the current division works properly and the

ganancia baja opera linealmente hasta corrientes pico de entrada de más de Low gain operates linearly up to peak input currents of more than

20 mA. 20 mA.

25 25
Vale la pena comentar que el tiempo de saturación del camino de alta It is worth commenting that the saturation time of the high path

ganancia es muy corto, incluso para corrientes muy grandes. Esta gain is very short, even for very large currents. This

característica hace posible el uso de técnicas de tiempo sobre umbral o feature makes it possible to use time-over-threshold techniques or

amplificación bi-lineal para compresión del rango dinámico. La función de bi-linear amplification for compression of the dynamic range. The function of

transferencia para ambas ganancias se muestra en las Figuras 1 Oa y 1 Ob. Transfer for both gains is shown in Figures 1 Oa and 1 Ob.

30 30
Como se comentado anteriormente el camino de alta ganancia trabaja As previously discussed the high gain path works

linealmente para corrientes de pico de entrada de entre O y 1 mA. La baja linearly for peak input currents between 0 and 1 mA. The low

ganancia es bastante lineal para todo el rango dinámico. Gain is fairly linear for the entire dynamic range.

El error de linealidad relativo está por debajo del 3% (Figura 11 a y 11 b), tanto The relative linearity error is below 3% (Figure 11 a and 11 b), both

35 35
para medidas de pico como para medidas de carga, para el rango lineal de for peak measurements as for load measurements, for the linear range of

ambas ganancias. Por tanto, el rango dinámico excede los 16 bits. both gains. Therefore, the dynamic range exceeds 16 bits.

El ancho de banda de los caminos de alta y baja ganancia es de unos 500 The bandwidth of the high and low gain roads is about 500

MHz (Figura 12). La respuesta frecuencial muestra un cierto pico de MHz (Figure 12). The frequency response shows a certain peak of

resonancia a alta frecuencia que puede ser minimizado en caso de que sea high frequency resonance that can be minimized if it is

necesario. necessary.

5 5

El espectro de fotoelectrón único (Figura 13) ha sido medido con PACTA a la The single photoelectron spectrum (Figure 13) has been measured with PACTA at

ganancia nominal de del PMT (4.5x1 04). La distribución espectral de potencia nominal gain of PMT (4.5x1 04). The spectral power distribution

de ruido referida a la entrada es de unos 1 OpNraíz(Hz), esto se traduce en of noise referred to the input is about 1 Root Op (Hz), this translates into

una carga de ruido equivalente (quot;Equivalent Noise Chargequot; ENC) de unos an equivalent noise load ("Equivalent Noise Charge"; ENC) of about

1o 1st
5000 electrones para un tiempo de integración de unos 1 Ons. 5000 electrons for an integration time of about 1 Ons.

En resumen, el preamplificador funciona adecuadamente y cumple los In summary, the preamplifier works properly and meets the

requerimientos. Por lo que respecta a la presente invención, el chip PACTA requirements. As regards the present invention, the PACTA chip

constituye una prueba experimental de que funciona correctamente. A it is an experimental test that it works correctly. TO

15 fifteen
continuación, se describen diferentes posibles aplicaciones del Next, different possible applications of the

preamplificador o circuito en modo corriente correspondiente a la invención: preamplifier or current mode circuit corresponding to the invention:

Aplicaciones de gran rango dinámico High dynamic range applications

20 twenty
Como se ha discutido anteriormente, varias aplicaciones del campo de la As discussed above, various applications in the field of

instrumentación científica requieren circuitos en modo corriente de gran rango Scientific instrumentation require wide-range current mode circuits

dinámico y gran ancho de banda a la vez, a saber: dynamic and high bandwidth at the same time, namely:

-Calorímetros en detectores de física de altas energías. -Calorimeters in high energy physics detectors.

-Observatorios y experimentos de Astropartículas. -Observatories and experiments of Astroparticles.

25 25

Existen otras aplicaciones de lectura de fotosensores que requieren gran There are other photo sensor reading applications that require great

ancho de banda para las que la aplicación de las innovaciones discutidas bandwidth for which the implementation of the innovations discussed

aquí podría ser investigada, a saber: here it could be investigated, namely:

-Sincrotrones, fuentes de espalación de neutrones y otras instalaciones -Synchrotrons, neutron spallation sources and other facilities

30 30
nucleares. nuclear.

-Tomografía computerizada -Computerized tomography

-Comunicaciones ópticas -Optical communications

Medidas precisas de tiempo y energía Accurate measurements of time and energy

35 35

En la Figura 14 se presenta una interesante realización del preamplificador de Figure 14 presents an interesting embodiment of the preamplifier of

la invención, donde la salida del espejo de corriente de alta ganancia se the invention where the output of the high gain current mirror is

conecta a la entrada de una unidad de medidas de tiempo, y la salida del connects to the input of a time measurement unit, and the output of the

espejo de corriente de baja ganancia se conecta a la entrada de unidad de Low gain current mirror connects to the drive input

medidas de energía, perteneciendo las unidades a un sistema de lectura de energy measurements, the units belonging to a reading system of

los que ([1 ],[6]) realizan medidas exactas de tiempo y energía y donde la those who ([1], [6]) make exact measurements of time and energy and where

5 5
señal es dividida en dos caminos, por ejemplo para sistemas TOF. Un camino signal is divided into two paths, for example for TOF systems. One Way

de ganancia alta se utiliza para medidas temporales y uno de ganancia baja high gain is used for temporary measurements and one low gain

para medidas de energía, dado que la señal típica está sobradamente por for energy measurements, since the typical signal is more than

encima del umbral de ruido (como en el caso del PET). above the noise threshold (as in the case of PET).

1o 1st
Sin embargo, el rango dinámico de los sistemas en modo clásicos está However, the dynamic range of classic mode systems is

limitado por el rango dinámico del espejo de corriente [6]. La presente limited by the dynamic range of the current mirror [6]. The present

invención permite explotar mucho mejor las capacidades de la solución en invention allows to better exploit the capabilities of the solution in

modo corriente: current mode:

-Mayor rango dinámico -Wider dynamic range

15 fifteen
o Ruido más bajo para minimizar el jitter: Mejorar la exactitud temporal o Lower noise to minimize jitter: Improve temporal accuracy

o Señal de pico máxima más alta: derivada de la señal más alta para o Highest maximum peak signal: derived from the highest signal for

minimizar el jitter: Mejorar la exactitud temporal minimize jitter: improve temporal accuracy

o Más flexibilidad en el punto de operación del sensor (ganancia) e o More flexibility in the point of operation of the sensor (gain) and

incluso en el tipo. even in type.

20 twenty
-Se puede conseguir una menor impedancia de entrada sin alcanzar la -A lower input impedance can be achieved without reaching the

saturación para los SiPM saturation for SiPM

o Para los SiPM la corriente de pico se incremente con la disminución de o For the SiPM the peak current increases with the decrease of

la impedancia de entrada the input impedance

o Señal de pico máxima más alta: derivada de la señal más alta para o Highest maximum peak signal: derived from the highest signal for

25 25
minimizar el jitter: Mejorar la exactitud temporal minimize jitter: improve temporal accuracy

o Minimizar el tiempo de recuperación para los SiPM (sólo limitado por o Minimize recovery time for SiPMs (only limited by

RqCq, donde Rq y Cq son la resistencia y capacidad de apagado RqCq, where Rq and Cq are the resistance and shutdown capacity

respectivamente). respectively).

-Cada espejo de corriente de cada camino puede ser optimizado -Each stream mirror of each path can be optimized

30 30
completamente o bien para linealidad (p. ej. la ganancia baja para medidas de completely or for linearity (eg low gain for measurement of

energía) o bien para velocidad (BW: exactitud temporal). energy) or for speed (BW: temporal accuracy).

o Se puede conseguir un mayor ancho de banda, para una misma o Greater bandwidth can be achieved for the same

tecnología, comparado con un solución donde un único espejo de technology, compared to a solution where a single mirror of

corriente sirve a los dos caminos ([6]). current serves both paths ([6]).

35 35

Estas consideraciones son especialmente importantes para sistemas TOF, These considerations are especially important for TOF systems,

como el TOF-PET, acerca del cual ha aumentado el interés durante los such as TOF-PET, about which interest has increased during

últimos años. Además, estudios recientes [22] sostienen que la resolución temporal óptima se obtiene para discriminadores por flanco de subida con un umbral muy bajo, consiguiendo una resolución temporal incluso mejor que la de los discriminadores de fracción constante (quot;constant fraction discriminatorsquot; CFDs). Esto tiene implicaciones en el rango dinámico. La señal típica (511 KeV) es de unos 2000 fotones, con una eficiencia de fotodetección de alrededor del 50%, y el ruido debería estar al nivel de 0.1 fotoelectrones para poder establecer un umbral muy bajo (aunque para los SiPM, la frecuencia de cuentas de oscuridad podría obligar a incrementarlo). Por lo tanto, el rango dinámico para medidas óptimas de tiempo y energía está de hecho al nivel de los 14 bits. Claramente, este rango dinámico está más allá de las prestaciones de una solución en modo corriente de alta frecuencia clásica y la innovación presentada aquí resulta potencialmente muy interesante para aplicaciones de TOF, como la de TOF-PET. last years. Furthermore, recent studies [22] argue that the optimal temporal resolution is obtained for leading edge discriminators with a very low threshold, achieving a temporal resolution even better than that of constant fraction discriminators (CFDs) . This has implications for dynamic range. The typical signal (511 KeV) is about 2000 photons, with a photodetection efficiency of around 50%, and the noise should be at the level of 0.1 photoelectrons in order to establish a very low threshold (although for SiPM, the frequency of Darkness accounts might compel you to increase it.) Therefore, the dynamic range for optimal measurements of time and energy is in fact at the 14-bit level. Clearly, this dynamic range is beyond the capabilities of a classic high-frequency current mode solution, and the innovation presented here is potentially very interesting for TOF applications, such as TOF-PET.

Referencias References

[1] K. lniewski quot;Eiectronics for Radiation Detectionquot;, Taylor & Francis, 201 O. [1] K. lniewski quot; Eiectronics for Radiation Detectionquot ;, Taylor & Francis, 201 O.

[2] Callier, S.; Dulucq, F.; Fabbri, R.; de La Taille, C.; Lutz, B.; Martin Chassard, G.; Raux, L.; Shen, W.; quot;Silicon Photomultiplier integrated readout chip (SPIROC) for the ILC: Measurements and possible further development,quot; Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC), 2009 IEEE, vol., no., pp.42-46, Oct. 24 2009-Nov. 1 2009 [2] Callier, S .; Dulucq, F .; Fabbri, R .; de La Taille, C .; Lutz, B .; Martin Chassard, G .; Raux, L .; Shen, W .; quot; Silicon Photomultiplier integrated readout chip (SPIROC) for the ILC: Measurements and possible further development, quot; Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS / MIC), 2009 IEEE, vol., No., Pp.42-46, Oct. 24 2009-Nov. 1 2009

[3] IL148555 quot;Readout circuit for particle detectorquot; [3] IL148555 "Readout circuit for particle detector";

[4] R. L. Chase and S. Rescia quot;A linear low power remote preamplifier for the ATLAS liquid argon EM calorimeterquot;, IEEE Trans. Nucl. Sci., 44:1028, 1997 [4] R. L. Chase and S. Rescia quot; A linear low power remote preamplifier for the ATLAS liquid argon EM calorimeterquot ;, IEEE Trans. Nucl. Sci., 44: 1028, 1997

[5] N. Dressnandt, M. Newcomer, S. Rescia and E. Vernon quot;LAPAS: A SiGe Front End Prototype for the Upgraded ATLAS LAr Calorimeterquot;, TWEPP-09: Topical Workshop on Electronics for Particle Physics, Paris, France, 21 -25 Sep 2009 [5] N. Dressnandt, M. Newcomer, S. Rescia and E. Vernon quot; LAPAS: A SiGe Front End Prototype for the Upgraded ATLAS LAr Calorimeterquot ;, TWEPP-09: Topical Workshop on Electronics for Particle Physics, Paris, France , 21-25 Sep 2009

[6] Corsi, F.; Foresta, M.; Marzocca, C.; Matarrese, G.; Del Guerra, A.; quot;A self-triggered CMOS front-end for Silicon Photo-Multiplier detectors,quot;, Advances in sensors and Interfaces, 2009. IWASI 2009. 3rd lnternational Workshop on, vol., no., pp.79-84, 25-26 June 2009 [6] Corsi, F .; Foresta, M .; Marzocca, C .; Matarrese, G .; Del Guerra, A .; quot; A self-triggered CMOS front-end for Silicon Photo-Multiplier detectors, quot ;, Advances in sensors and Interfaces, 2009. IWASI 2009. 3rd lnternational Workshop on, vol., no., pp.79-84, 25- June 26, 2009

[7] Herrero-Bosch, V.; Colom, R.J.; Gadea, R.; Espinosa, J.; Monzo, J.M.; Esteve, R.; Sebastia, A.; Lerche, C.W.; Benlloch, J.M.; quot;PESIC: An lntegrated [7] Herrero-Bosch, V .; Colom, R.J .; Gadea, R .; Espinosa, J .; Monzo, J.M .; Esteve, R .; Sebastia, A .; Lerche, C.W .; Benlloch, J.M .; quot; PESIC: An lntegrated

Front-End for PET Applications,quot; Nuclear Science, IEEE Transactions on, Front-End for PET Applications, quot; Nuclear Science, IEEE Transactions on,

vol. 55, no.1, pp.27 -33, Feb. 2008 vol. 55, no.1, pp.27 -33, Feb. 2008

[8] Powolny, F.; Auffray, E.; Hillemanns, H.; Jarron, P.; Lecoq, P.; Meyer, T.C.; [8] Powolny, F .; Auffray, E .; Hillemanns, H .; Jarron, P .; Lecoq, P .; Meyer, T.C .;

Moraes, D.; quot;A Novel Time-Based Readout Scheme for a Combined PET-CT Moraes, D .; quot; A Novel Time-Based Readout Scheme for a Combined PET-CT

5 5
Detector Using APDsquot; Nuclear Science, IEEE Transactions on, vol.55, no.5, Detector Using APDsquot; Nuclear Science, IEEE Transactions on, vol.55, no.5,

pp.2465-2474, Oct. 2008 pp.2465-2474, Oct. 2008

[9] F. Yuan, quot;Low-Voltage CMOS Current-Mode Preamplifier: Analysis and [9] F. Yuan, quot; Low-Voltage CMOS Current-Mode Preamplifier: Analysis and

Designquot;, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 53, No. 1, 2006 Designquot ;, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 53, No. 1, 2006

[1 O] V. Radeka, quot;Eiectroncis for Calorimeters at the LHCquot;, Proceedings of the [1 O] V. Radeka, quot; Eiectroncis for Calorimeters at the LHCquot ;, Proceedings of the

1o 1st
ylh Workshop on Electronics for LHC Experiments, BNL-68655, Stockholm, ylh Workshop on Electronics for LHC Experiments, BNL-68655, Stockholm,

Sweden, September, 2001 Sweden, September, 2001

[11] US2008217516 quot;Photodetectorquot; [11] US2008217516 quot; Photodetectorquot;

[12] US7825735 quot;Dual-range linearized transimpedance amplifier systemquot; [12] US7825735 "Dual-range linearized transimpedance amplifier system";

[13] W02009046151 quot;Dual-path current amplifierquot; [13] W02009046151 quot; Dual-path current amplifierquot;

15 fifteen
[14] W02007029191 quot;Determination of low currents with high dynamic range [14] W02007029191 quot; Determination of low currents with high dynamic range

for optical imagingquot; for optical imagingquot;

[15] US2007182506 quot;Splitter circuit including transistorsquot; [15] US2007182506 quot; Splitter circuit including transistorsquot;

[16] Moses, W.W.; Ullisch, M.; quot;Factors influencing timing resolution in a [16] Moses, W.W .; Ullisch, M .; quot; Factors influencing timing resolution in a

commercial LSO PET camera,quot; Nuclear Science, IEEE Transactions on , commercial LSO PET camera, quot; Nuclear Science, IEEE Transactions on,

20 twenty
vol. 53, no.1, pp. 78-85, Feb. 2006 doi: 10.11 09/TNS.2005.862980 vol. 53, no.1, pp. 78-85, Feb. 2006 doi: 10.11 09 / TNS.2005.862980

[17] The CTA Consortium, quot;Design Concepts for the Cherenkov Telescope [17] The CTA Consortium, quot; Design Concepts for the Cherenkov Telescope

Arrayquot;, August 201 O, http://arxiv.org/abs/1 008.3703 Arrayquot ;, August 201 O, http://arxiv.org/abs/1 008.3703

[18] S. Vorobiov et al., quot;NECTAr: New Electronics for the Cherenkov [18] S. Vorobiov et al., Quot; NECTAr: New Electronics for the Cherenkov

Telescope Arrayquot;, Nucl. lnstrum. Meth. Article in press (201 0), Telescope Arrayquot ;, Nucl. lnstrum. Meth. Article in press (201 0),

25 25
DOI:1 0.1 016/j.nima.201 0.08.112 DOI: 1 0.1 016 / j.nima.201 0.08.112

[19] Park, S.M.; Toumazou, C.; quot;Low noise current-mode CMOS [19] Park, S.M .; Toumazou, C .; quot; Low noise current-mode CMOS

transimpedance amplifier for gigabit optical communicationquot;, Proceedings of transimpedance amplifier for gigabit optical communicationquot ;, Proceedings of

the 1998 IEEE lnternational Symposium on Circuits and Systems, 1998. the 1998 IEEE lnternational Symposium on Circuits and Systems, 1998.

ISCAS '98, pp. 293-296 vol.1, 1998 ISCAS '98, pp. 293-296 vol.1, 1998

30 30
[20] F. Yuan quot;CMOS Current-Mode Circuits for Data Communicationsquot;, [20] F. Yuan quot; CMOS Current-Mode Circuits for Data Communicationsquot ;,

Springer, 2006. Springer, 2006.

[21] Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Robert G. Meyer, Stephen H. Lewis, [21] Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Robert G. Meyer, Stephen H. Lewis,

quot;Analysis And Design Of Analog lntegrated Circuitsquot;, 4th Edition, Wiley, 2008. quot; Analysis And Design Of Analog lntegrated Circuitsquot ;, 4th Edition, Wiley, 2008.

[22] W.Moses: quot;TOF PET lssues and constraintsquot;, Picosecond Workshop at [22] W. Moses: quot; TOF PET lssues and constraintsquot ;, Picosecond Workshop at

35 35
Clermont Ferrand, 201 O Clermont Ferrand, 201 O

Claims (14)

REIVINDICACIONES
5 1o 5 1st
1. Circuito en modo corriente de primera etapa frontal para la lectura de sensores, que comprende una etapa de entrada para dividir una señal de entrada de corriente en al menos dos señales de corriente de salida, caracterizado porque la etapa de entrada comprende una etapa en base/puerta común formada por una pluralidad de transistores (Oo, ... On) dispuestos formando al menos dos grupos de manera que cada uno de ellos proporciona, en un respectivo nodo de salida (a, b), una de las al menos dos señales de corriente de salida. 1. Front first stage current mode circuit for reading sensors, comprising an input stage for dividing a current input signal into at least two output current signals, characterized in that the input stage comprises a stage in common base / gate formed by a plurality of transistors (Oo, ... On) arranged forming at least two groups so that each of them provides, at a respective output node (a, b), one of the at least two output current signals.
15 20 15 20
2. Circuito según la reivindicación 1, donde el primero de los al menos dos grupos de transistores (Oo, ...On), proporciona, en su nodo de salida (a), una corriente mayor que un segundo grupo en su nodo de salida (b). 3. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el primer grupo comprende n ramas de transistores en paralelo, cada una formada por al menos un transistor (01, ... On), y el segundo grupo comprende al menos una rama de transistor formada por al menos un transistor (Oo). 4. Circuito según la reivindicación 3, donde los transistores (Oo, ...On) son transistores iguales, o sustancialmente iguales, y apareados, teniendo puntos de operación iguales o próximos. 2. Circuit according to claim 1, where the first of the at least two groups of transistors (Oo, ... On), provides, at its output node (a), a current greater than a second group at its output (b). 3. Circuit according to any of the preceding claims, where the first group comprises n branches of transistors in parallel, each one formed by at least one transistor (01, ... On), and the second group comprises at least one branch of transistor formed by at least one transistor (Oo). 4. Circuit according to claim 3, where the transistors (Oo, ... On) are equal, or substantially equal, and paired transistors, having equal or close operating points.
25 25
5. Circuito según la reivindicación 4, donde unos primeros extremos de todas las ramas de transistores están mutuamente conectados a un punto común en el que entra la señal de corriente de entrada. 5. Circuit according to claim 4, where first ends of all the branches of transistors are mutually connected to a common point where the input current signal enters.
30 30
6. Circuito según la reivindicación 5, donde unos segundos extremos de las n ramas de transistores en paralelo están conectados al nodo de salida (a) del primer grupo, y un segundo extremo de la rama de al menos un transistor está conectado al nodo de salida (b) del segundo grupo. Circuit according to claim 5, where a few second ends of the n branches of transistors in parallel are connected to the output node (a) of the first group, and a second end of the branch of at least one transistor is connected to the node of output (b) of the second group.
35 35
7. Circuito según la reivindicación 6, donde cada una de las ramas de transistores está formada por un transistor (Oo, ...On), siendo los primeros extremos los emisores/fuentes de los transistores (Oo, ...On) y siendo los segundos extremos los colectores/drenadores de los mismos, o viceversa, 7. Circuit according to claim 6, where each of the branches of transistors is formed by a transistor (Oo, ... On), the first ends being the emitters / sources of the transistors (Oo, ... On) and the second ends being the collectors / drains thereof, or vice versa,
estando las bases/puertas de todos los transistores (Oa, ...On) conectadas the bases / gates of all transistors (Oa, ... On) being connected
entre sí. each.
8. Circuito según la reivindicación 6, donde cada una de las ramas de 8. Circuit according to claim 6, where each of the branches of
5 5
transistores está formada por un primer transistor (Oa, ...On) y un segundo transistors consists of a first transistor (Oa, ... On) and a second
transistor o transistor cascado (Oca, ...Ocn) conectados en serie, y donde: transistor or cascade transistor (Oca, ... Ocn) connected in series, and where:
-los primeros extremos son los emisores/fuentes de los primeros transistores -the first ends are the emitters / sources of the first transistors
(Oa, ...On) y los segundos extremos son los colectores/drenadores de los (Oa, ... On) and the second ends are the collectors / drains of the
segundos transistores (Oca, ...Ocn), o second transistors (Oca, ... Ocn), or
1o 1st
-los primeros extremos son los colectores/drenadores de los primeros -the first ends are the collectors / drains of the first
transistores (Oa, ...On) y los segundos extremos son los emisores/fuentes de transistors (Oa, ... On) and the second ends are the emitters / sources of
los segundos transistores (Oca, ...Ocn). the second transistors (Oca, ... Ocn).
9. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, donde las ramas de 9. Circuit according to any of claims 3 to 8, where the branches of
15 fifteen
al menos un transistor comprenden solamente un transistor. at least one transistor comprise only one transistor.
1O. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, donde la etapa de 1O. Circuit according to any of claims 5 to 9, where the step of
base/puerta común comprende un circuito de realimentación de tensión o common base / door comprises a voltage feedback circuit or
corriente para disminuir la impedancia de entrada de la misma. current to decrease its input impedance.
20 twenty
11. Circuito según la reivindicación 1 O, donde el circuito de realimentación de 11. Circuit according to claim 1 O, wherein the feedback circuit of
tensión comprende un amplificador de error (A) de gran ancho de banda con voltage comprises a wide bandwidth error amplifier (A) with
su entrada conectada al punto común en el que la señal de corriente entra, y its input connected to the common point where the current signal enters, and
con su sal ida conectada a las bases/puertas de todos los transistores with its output connected to the bases / gates of all transistors
25 25
(Oa, ...On). (Oa, ... On).
12. Circuito según la reivindicación 1 O, donde el circuito de realimentación de 12. Circuit according to claim 1 O, wherein the feedback circuit of
corriente comprende un transistor en base/puerta común (OF) y un current comprises a common gate / base transistor (OF) and a
amplificador diferencial de transimpedancia (TIA) de gran ancho de banda, high bandwidth transimpedance differential amplifier (TIA),
30 30
donde el emisor/fuente del transistor en base/puerta común (OF) está where the emitter / source of the base / common gate (OF) transistor is
conectado al punto común en el que la señal de corriente entra, las entradas connected to the common point where the current signal enters, the inputs
negativa y positiva del amplificador diferencial de transimpedancia (TIA) de negative and positive transimpedance differential amplifier (TIA) of
gran ancho de banda están respectivamente conectadas al colector/drenador large bandwidth are respectively connected to the collector / drain
y base/puerta del transistor en base/puerta común (OF), y su salida está and base / gate of the transistor in base / common gate (OF), and its output is
35 35
conectada a las bases/puertas de todos los transistores (Oa, ...On). connected to the bases / gates of all transistors (Oa, ... On).
13. 13.
Circuito según la reivindicación 2 o cualquiera de las reivindicaciones 3-12 en tanto dependen de la reivindicación 2, que además comprende al menos una unidad de ganancia alta con una entrada conectada al nodo de salida (a) del primer grupo y una unidad de ganancia baja con una entrada conectada al nodo de salida (b) del segundo grupo. Circuit according to claim 2 or any of claims 3-12 insofar as they depend on claim 2, which further comprises at least one high gain unit with an input connected to the output node (a) of the first group and a gain unit It goes down with an input connected to the output node (b) of the second group.
14. 14.
Circuito según la reivindicación 13, donde las unidades de ganancia alta y baja son espejos de corriente formados por al menos dos respectivos transistores (M1, M2) para, respectivamente, copiar la corriente que procede de los nodos de salida (a, b). Circuit according to claim 13, where the high and low gain units are current mirrors formed by at least two respective transistors (M1, M2) to respectively copy the current coming from the output nodes (a, b).
15. fifteen.
Circuito según la reivindicación 14, donde al menos la unidad de ganancia alta comprende un circuito de control para prevenir el malfuncionamiento de la etapa en base/puerta común evitando que, en caso de una alta corriente de entrada, los transistores (Oo, ... On;Oco, ... Ocn) de la etapa en base/puerta común entren en la región de saturación, si son BJTs, o en la región óhmica, si son FETs.). Circuit according to claim 14, where at least the high gain unit comprises a control circuit to prevent the malfunction of the stage in base / common gate preventing that, in case of a high input current, the transistors (Oo, .. .On; Oco, ... Ocn) of the common base / gate stage enter the saturation region, if they are BJTs, or the ohmic region, if they are FETs.).
16. 16.
Circuito según la reivindicación 15, que está dispuesto en el espejo de corriente de forma que se evite una variación significativa del voltaje en el nodo correspondiente al colector/drenador del transistor (M1 o M1 e) conectado al nodo de salida (a) del primer grupo de la etapa en base/puerta común, proporcionando un camino alternativo para la parte excesiva de corriente de la alta corriente de entrada. Circuit according to claim 15, which is arranged in the current mirror so as to avoid a significant variation in the voltage at the node corresponding to the collector / drain of the transistor (M1 or M1 e) connected to the output node (a) of the first Common base / gate stage group, providing an alternative path for excessive current portion of the high input current.
17. 17.
Circuito según la reivindicación 16, que comprende, para proporcionar el camino alternativo, al menos un transistor en base/puerta común (Ocb) con su emisor/fuente conectado al nodo de salida (a) del primer grupo de la etapa en base/puerta común y su colector/drenador conectado a la puerta/base de los transistores del espejo de corriente (M1, M2). Circuit according to claim 16, comprising, to provide the alternative path, at least one common base / gate transistor (Ocb) with its emitter / source connected to the output node (a) of the first group of the base / gate stage and its collector / drain connected to the gate / base of the current mirror transistors (M1, M2).
18. 18.
Circuito según la reivindicación 17, que comprende, para proporcionar el camino alternativo, dos transistores conectados como diodos (Ooc1 and Ooc2) con el colector/drenador de uno (Ooc1) de ellos conectado a las fuentes/emisores de los transistores (M1, M2) del espejo de corriente y el emisor/fuente del otro (Ooc2) conectado a las puertas/bases de los transistores (M1, M2) del espejo de corriente. Circuit according to claim 17, comprising, to provide the alternative path, two transistors connected as diodes (Ooc1 and Ooc2) with the collector / drain of one (Ooc1) of them connected to the sources / emitters of the transistors (M1, M2 ) of the current mirror and the emitter / source of the other (Ooc2) connected to the doors / bases of the transistors (M1, M2) of the current mirror.
5 5
19. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, donde cada uno de los espejos de corriente comprende transistores cascado (M 1e, M2c), cada uno de ellos conectado en serie a uno respectivo de los transistores del espejo de corriente (M1, M2). 19. Circuit according to any one of claims 14 to 18, wherein each of the current mirrors comprises cased transistors (M 1e, M2c), each connected in series to a respective one of the current mirror transistors (M1, M2).
1o 15 1st 15
20. Circuito según la reivindicación 19 cuando depende de la reivindicación 16, que comprende además, para proveer el camino alternativo, un transistor (Ooc1) con su colector/drenador conectado a las fuentes/emisores de los dos transistores del espejo de corriente (M1, M2), su emisor/fuente conectado a las puertas/bases de los dos transistores del espejo de corriente (M1, M2), y su base/puerta conectada al drenador/colector del transistor (M2) de los dos transistores (M1, M2) del espejo de corriente que no está conectado al nodo de salida (a) del primer grupo de la etapa en base/puerta común o de un tercer transistor (M3) conectado en paralelo a los dos transistores (M1, M2) con su puerta/base conectada a las de los mismos. 20. Circuit according to claim 19 when it depends on claim 16, further comprising, to provide the alternative path, a transistor (Ooc1) with its collector / drain connected to the sources / emitters of the two current mirror transistors (M1 , M2), its emitter / source connected to the gates / bases of the two transistors of the current mirror (M1, M2), and its base / gate connected to the drain / collector of the transistor (M2) of the two transistors (M1, M2) of the current mirror that is not connected to the output node (a) of the first group of the common base / door stage or of a third transistor (M3) connected in parallel to the two transistors (M1, M2) with its door / base connected to theirs.
20 twenty
21. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, donde las salidas de los espejos de corriente están conectadas a las entradas de respectivos dispositivos de una etapa frontal proporcionando caminos de lectura con diferentes ganancias. 21. Circuit according to any of claims 14 to 20, where the outputs of the current mirrors are connected to the inputs of respective devices of a front stage providing reading paths with different gains.
25 25
22. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, donde la salida del espejo de corriente de ganancia alta está conectada a una entrada de una unidad de medidas de tiempo, y al menos la salida del espejo de corriente de ganancia baja está conectada a una entrada de una unidad de medida de energía, perteneciendo las unidades de medida a un sistema de lectura. 22. Circuit according to any one of claims 14 to 20, wherein the output of the high gain current mirror is connected to an input of a time measurement unit, and at least the output of the low gain current mirror is connected to an input of an energy measurement unit, the measurement units belonging to a reading system.
30 30
23. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde al menos parte de los transistores (Oo, ... On; Oco, ... Ocn; M1, M2; M1c, M2c; Ooc1, Ooc2; Ocb) son transistores FET. 23. Circuit according to any of the preceding claims where at least part of the transistors (Oo, ... On; Oco, ... Ocn; M1, M2; M1c, M2c; Ooc1, Ooc2; Ocb) are FET transistors.
35 35
24. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde al menos parte de los transistores (Oo, ... On; Oco, ... Ocn; M1, M2; M1c, M2c; Ooc1, Ooc2; Ocb) son transistores BJT. 24. Circuit according to any of the preceding claims where at least part of the transistors (Oo, ... On; Oco, ... Ocn; M1, M2; M1c, M2c; Ooc1, Ooc2; Ocb) are BJT transistors.
25. 25.
Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un preamplificador. Circuit according to any of the preceding claims, which it comprises at least one preamplifier.
26. 26.
Circuito integrado que comprende el circuito en modo corriente de primera etapa frontal tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores. Integrated circuit comprising the front first stage current mode circuit as defined in any one of the preceding claims.
27.-Circuito integrado según la reivindicación 26, que está implementado en tecnología CMOS. 27.-Integrated circuit according to claim 26, which is implemented in CMOS technology.
ES201130565A 2011-04-11 2011-04-11 FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT. Active ES2390305B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201130565A ES2390305B1 (en) 2011-04-11 2011-04-11 FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT.
PCT/ES2012/070238 WO2012140299A1 (en) 2011-04-11 2012-04-10 First front stage current-mode circuit for reading sensors and integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201130565A ES2390305B1 (en) 2011-04-11 2011-04-11 FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2390305A1 ES2390305A1 (en) 2012-11-08
ES2390305B1 true ES2390305B1 (en) 2013-10-16

Family

ID=47008869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201130565A Active ES2390305B1 (en) 2011-04-11 2011-04-11 FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT.

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2390305B1 (en)
WO (1) WO2012140299A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7017918A (en) * 1970-12-09 1972-06-13
US5721512A (en) * 1996-04-23 1998-02-24 Analog Devices, Inc. Current mirror with input voltage set by saturated collector-emitter voltage
US7724092B2 (en) * 2007-10-03 2010-05-25 Qualcomm, Incorporated Dual-path current amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012140299A1 (en) 2012-10-18
ES2390305A1 (en) 2012-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9513386B2 (en) Reading device and method for measuring energy and flight time using silicon photomultipliers
Orita et al. The current mode Time-over-Threshold ASIC for a MPPC module in a TOF-PET system
EP2936207B1 (en) Readout circuits for multi-channel photomultiplier arrays
CN107843914B (en) A kind of PET time calibrating method and PET system
Huang et al. Characterization of 1-inch CLYC scintillator coupled with 8× 8 SiPM array
ES2390305B1 (en) FIRST STAGE FRONT STAGE CURRENT MODE FOR READING SENSORS AND INTEGRATED CIRCUIT.
De Geronimo et al. Front-end ASIC for a silicon compton telescope
Moses Photodetectors for nuclear medical imaging
Baharmast et al. A low noise, wide dynamic range TOF laser radar receiver based on pulse shaping techniques
Decker et al. The digital-analog SiPM approach: A story of electronic and excess noise
Fiorini et al. Small prototype of Anger camera with submillimeter position resolution
Chandratre et al. ANUSPARSH-II frontend ASIC for avalanche mode of RPC detector using regulated cascode trans-impedance amplifier
Gere et al. Active DC restoration in nuclear pulse spectrometry
Kasinski et al. TOT01, a time-over-threshold based readout chip in 180nm CMOS technology for silicon strip detectors
KR101749920B1 (en) Radiation detector for detecting x-ray using silicon drift detector
Dey et al. A CMOS front-end interface ASIC for SiPM-based positron emission tomography imaging systems
Orita et al. Time and Energy Resolving Time-over-Threshold ASIC for MPPC module in TOF-PET system (ToT-ASIC2)
Namboodiri et al. A current-mode photon counting circuit for long-range LiDAR applications
Nadig et al. 16-channel SiPM high-frequency readout with time-over-threshold discrimination for ultrafast time-of-flight applications
Thil et al. Pixel readout ASIC for an APD based 2D X-ray hybrid pixel detector with sub-nanosecond resolution
Kasinski et al. Dual stage charge-sensitive amplifier with constant-current feedback for Time-over-Threshold processing dedicated for silicon strip detectors
Gascon et al. Wideband (500 MHz) 16 bit dynamic range current mode input stage for photodetector readout
Yeom et al. Multichannel CMOS ASIC preamplifiers for avalanche photodiode and microstrip gas chamber readouts
US9933302B2 (en) Electronic circuit comprising a current conveyor arranged with an anti-saturation device and corresponding device for detecting photons
Zheng et al. Design of linear dynamic range and high sensitivity matrix quadrant APDs ROIC for position sensitive detector application

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2390305

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20131016