KR102127067B1 - 디지털 집적회로 및 검출모듈 - Google Patents

디지털 집적회로 및 검출모듈 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 디지털 집적회로는, 전달받은 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부; 상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및 상기 시각 측정부로부터 전달받은 변환시점 및 유지기간에 기초하여 검출 시각과 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고, 상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성된다.

Description

디지털 집적회로 및 검출모듈{Digital integrated circuit and detection module}
실시 예는 디지털 집적회로에 관한 것이다.
실시 예는 검출모듈에 관한 것이다.
검출기의 신호를 디지털화하는 일반적인 방법은 일정 시간 주기로 입력 신호를 다수의 비교 전압과 비교하는 아날로그-디지털 변환기 (analog-to-digital converter; ADC)를 사용하는 것이다. 추가적으로 신호를 전압비교기 (voltage comparator)에 입력하고, 전압비교기의 디지털 출력을 시간-디지털 변환기에 입력하여 검출 시각을 정밀하게 측정할 수도 있다. 아날로그-디지털 변환기, 시간-디지털 변환기는 디지털 인터페이스로 디지털화한 신호 혹은 그 정보를 출력한다. 현장 프로그램 가능 게이트 배열과 같은 디지털 집적회로는 다양한 디지털 인터페이스로 프로그램 가능 입출력 포트가 있으며, 이를 통해 아날로그-디지털 변환기, 시간-디지털 변환기로부터 디지털 값을 수신하여 정보를 처리한다.
전압비교기를 사용하여 입력 신호를 문턱 전압과 비교하고, 출력 논리값을 디지털 집적회로의 디지털 수신 포트에 입력하고, 디지털 집적회로에 구현한 계수기 혹은 시간-디지털 변환기가 논리값이 변하는 시점을 획득하여 신호의 정보를 획득하는 방식은 다수의 전압비교기가 필요하다는 단점이 있다. n 개의 신호를 m 개의 문턱 전압을 사용하여 디지털화 할 때, mХn 개의 전압비교기가 필요하다. 전압비교기도 공간을 차지하며, 전력을 소모하고, 열을 발생하는 문제점이 있다.
실시 예는 방사선 검출기에 사용될 수 있는 집적도를 향상이 가능한 디지털 집적회로에 관한 것이다.
실시 예는 제조단가를 절감하고, 소비전력을 저감할 수 있는 검출모듈에 관한 것이다.
실시 예에 따른 디지털 집적회로는, 전달받은 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부; 상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및 상기 시각 측정부로부터 전달받은 변환시점에 기초한 검출시각과 유지기간에 기초하여 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고, 상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성된다.
실시 예에 따른 검출 모듈은, 검출기로부터 전달된 신호를 전처리하여 전처리 신호를 출력하는 전단회로부; 상기 전처리 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부; 상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및 상기 시각 측정부로부터 전달받은 신호의 변환시점에 기초한 검출 시각과 유지기간에 기초하여 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고, 상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성된다.
실시 예에 따른 디지털 집적회로는 신호 비교부를 단일 종단 신호 수신포트로 구성하여 집적도를 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 검출모듈은 신호비교부를 전압비교기 없이 단일 종단 수신포트로 구성하여 제조단가를 절감시키고, 소비전력을 저감시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치에서 전달되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 4는 제2 실시 예에 따른 방사선 검출장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 제2 실시 예에 따른 방사선 검출장치에서 전달되는 신호를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
실시 예에 따른 디지털 집적회로는, 전달받은 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부; 상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및 상기 시각 측정부로부터 전달받은 변환시점에 기초한 검출시각과 유지기간에 기초하여 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고, 상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성된다.
상기 신호 비교부는 상기 문턱전압을 가지는 형태로 프로그래밍될 수 있다.
상기 신호 비교부는, stub-series terminated logic (SSTL), high-speed transceiver logic (HSTL), high-speed unterminated logic (HSUL)로 프로그래밍될 수 있다.
상기 시각 측정부는 상기 이진화 신호의 라이징 에지와 폴링 에지가 발생하는 시점으로 변환시점을 검출하고, 상기 변환시점에 의해 상기 검출시각과 상기 유지기간을 검출할 수 있다.
상기 정보 처리부는 상기 변환시점 및 상기 유지기간에 기초하여 상기 검출시각과 상기 에너지 정보를 산출할 수 있다.
상기 신호 비교부는 서로 다른 문턱전압에 기초하여 신호를 이진화하여 출력하는 다수의 신호 비교 블록을 포함할 수 있다.
상기 디지털 집적회로는, 현장 프로그램 가능 게이트 배열 (field-programmable gate array; FPGA) 또는 주문형 집적회로 (application specific integrated chip; ASIC)일 수 있다.
상기 신호 비교부는 공통 문턱 전압을 가지는 인터페이스로 구현될 수 있다.
실시 예에 따른 검출 모듈은, 검출기로부터 전달된 신호를 전처리하여 전처리 신호를 출력하는 전단회로부; 상기 전처리 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부; 상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및 상기 시각 측정부로부터 전달받은 신호의 변환시점에 기초한 검출 시각과 유지기간에 기초하여 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고, 상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성된다.
상기 신호 비교부는 상기 문턱전압을 가지는 형태로 프로그래밍될 수 있다.
상기 신호 비교부는, stub-series terminated logic (SSTL), high-speed transceiver logic (HSTL), high-speed unterminated logic (HSUL)로 프로그래밍될 수 있다.
상기 시각 측정부는 상기 이진화 신호의 라이징 에지와 폴링 에지가 발생하는 시점으로 변환시점을 검출하고, 상기 변환시점에 의해 상기 검출시각과 상기 유지기간을 검출할 수 있다.
상기 정보 처리부는 상기 변환시점 및 상기 유지기간에 기초하여 상기 검출시각과 상기 에너지 정보를 산출할 수 있다.
상기 전처리부는 서로 다른 전처리를 수행하는 다수의 전처리 블록을 포함하고, 상기 신호 비교부는 각각의 전처리 블록과 연결되는 신호 비교 블록을 포함하고, 각각의 신호 비교 블록은 서로 다른 문턱전압에 기초하여 신호를 이진화하여 출력할 수 있다.
상기 신호 비교부는 공통 문턱 전압을 가지는 인터페이스로 구현될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 실시 예를 설명한다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치(1)는 검출모듈(10) 및 검출기(100)를 포함할 수 있다.
상기 방사선 검출장치(1)는 양전자 단층 촬영 (positron emission tomography; PET), 단일광자 단층 촬영 (single photon emission computed tomography; SPECT) 또는 X-ray 단층 촬영 (x-ray computed tomography; X-ray CT)에 이용되는 장치일 수 있다.
상기 검출기(100)는 방사선을 검출하여 전하로 출력할 수 있다. 발생된 방사선은 대상체를 투과한 후 상기 검출기(100)로 입사될 수 있다. 상기 검출기(100)는 상기 대상체를 투과한 방사선을 검출하여 상기 검출모듈(10)로 전하형태로 출력할 수 있다. 상기 검출기는 상기 방사선을 검출하고 이를 전하형태로 변환하여 상기 검출모듈(10)로 출력할 수 있다.
상기 검출기(100)는 섬광결정(110) 및 광증폭기(120)를 포함할 수 있다.
상기 섬광결정(110)은 다수의 섬광결정(scintillation crystal) 배열을 포함할 수 있다. 상기 다수의 섬광결정 배열은 상기 광증폭기(120)와 상기 방사선 소스 사이에 위치할 수 있다. 상기 섬광결정(110)은 다수의 섬광결정이 서로 평행하게 배열된 형태일 수 있다. 상기 섬광결정(110)은 방사선을 전달받아 이를 광자형태로 변환할 수 있다. 상기 다수의 섬광결정배열은 상기 대상체를 투과한 방사선을 전달받아 상기 방사선의 에너지와 비례하는 개수의 낮은 에너지 광자를 출력할 수 있다.
상기 다수의 섬광결정 배열은 각각 BGO(Bismuth Germanate), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LYSO(Lutetium Yttrium Oxyorthosilicate), LuAP(Lutetium Aluminum Perovskite), LuYAP(Lutetium Yttrium Aluminum Perovskite), LaBr3(Lanthanum Bromide), LuI3(Lutetium Iodide), GSO(Gadolinium oxyorthosilicate), LGSO(lutetium gadolinium oxyorthosilicate), LuAG(Lutetium aluminum garnet), GAGG(Gd3Al2Ga3 O123Al2Ga3O12), LFS(Lutetium Fine Silicate), NaI(Tl) (Thallium doped Sodium Iodide), CsI(Tl) (Thallium activated Cesium Iodide) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 광증폭기(120)는 상기 섬광결정(110)으로부터 전달받은 광자를 검출하여 전기신호로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 광증폭기(120)는 상기 광자를 검출하여 상기 광자의 개수와 비례하는 전하를 출력할 수 있다.
상기 광증폭기(120)는 다수의 광센서가 어레이 형태로 배열된 구성일 수 있다. 상기 다수의 광센서는 각각 광자를 전기신호로 변경하여 출력할 수 있다. 상기 다수의 광센서는 상기 다수의 섬광결정 배열과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 각각의 광센서는 상기 다수의 섬광결정 배열과 각각 대응되는 형태로 배치될 수 있다. 이로써 각각의 광센서는 대응되는 위치에 있는 섬광결정으로부터 전달받은 광자에 기초하여 전기신호를 출력할 수 있다.
상기 광증폭기(120)는 실리콘광증배소자(SiPM: Silicon Photo multiplier), MPPC(Multi-Pixel Photon Counter), CZT(CdZnTe), CdTe, APD(Avalanche Photo Diode), PIN 다이오드, 디지털실리콘광증배소자(dSiPM: digital Silicon Photomultiplier) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 검출모듈(10)은 상기 검출기(100)로부터 전달받은 전기신호를 처리하여 디바이스로 정보를 전송할 수 있다. 상기 검출모듈(10)로부터 정보를 전송받는 디바이스는 상기 방사선 검출장치(1)의 일부 구성일 수도 있고, 상기 방사선 검출장치(1)와는 별개로 구성될 수도 있다. 상기 검출모듈(10)은 유선 또는 무선으로 상기 디바이스에 정보를 전송할 수 있다.
상기 검출모듈(10)은 상기 검출기(100)와 연결될 수 있다. 상기 검출모듈(10)은 제1 케이블(150)을 통해 상기 검출기(100)와 연결될 수 있다. 상기 검출모듈(10)은 상기 제1 케이블(150)를 통해 상기 검출기(100)로부터 전기신호를 전달받을 수 있다. 상기 검출모듈(10)은 상기 제1 케이블(150)을 통해 상기 광증폭기(120)로부터 전기신호를 전달받을 수 있다.
상기 제1 케이블(150)은 다수의 배선을 포함할 수도 있다. 상기 제1 케이블(150)이 다수의 배선을 포함하는 경우 각각의 배선은 상기 광증폭기(120)의 각각의 광센서와 연결되어, 각각의 섬광결정에 조사되는 방사선과 대응되는 전기신호를 상기 검출모듈(10)로 전달할 수 있다. 즉, 이 경우 상기 제1 케이블(150)은 상기 광증폭기(120)의 광센서의 개수와 같거나 더 많은 배선을 포함할 수 있다.
상기 검출모듈(10)은 전단회로(200), 제2 케이블(250) 및 디지털 집적회로(300)를 포함할 수 있다.
상기 전단회로(200)는 상기 제2 케이블(250)을 통해 상기 디지털 집적회로(300)와 연결될 수 있다.
상기 전단회로(200)는 상기 제1 케이블(150)을 통해 전달받은 전기신호를 전처리할 수 있다. 상기 전단회로(200)는 상기 제1 케이블(150)를 통해 전달받은 전기신호를 전처리하여 상기 제2 케이블(250)을 통해 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 상기 전단회로(200)는 상기 제1 케이블(150)을 통해 전달받은 전기신호를 증폭하여 상기 제2 케이블(250)를 통해 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다.
상기 전단회로(200)는 상기 전기신호를 전달받아 검출위치정보를 부호화하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 즉, 상기 전단회로(200)는 상기 전기신호가 전달된 상기 광증폭기(120)의 위치와 전기신호의 세기를 부호화하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 이 경우 상기 제2 케이블(250)을 구성하는 배선의 개수는 상기 제1 케이블(150)을 구성하는 배선의 개수보다 적을 수 있다. 이로써, 상기 제2 케이블(250)의 배선의 개수를 줄일 수 있어 제조단가를 절감할 수 있다.
상기 제2 케이블(250)은 상기 전단회로(200)와 상기 디지털 집적회로(300) 사이에 연결되어 상기 전단회로(200)로부터의 신호를 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 상기 제2 케이블(250)은 다수의 배선으로 구성될 수 있으며, 상기 전단회로(200)가 부호화 기능을 가지는 경우 상기 제2 케이블(250)의 배선의 개수는 상기 제1 케이블(150)의 배선의 개수보다 작을 수 있다.
상기 디지털 집적회로(300)는 상기 전단회로(200)로부터 수신된 신호를 처리하여 디바이스로 전달할 수 있다. 상기 디지털 집적회로(300)는 상기 전단회로(200)로부터 전달받은 신호에 기초하여 정보를 생성하여 상기 디바이스로 전달할 수 있다. 상기 디지털 집적회로(300)에 의해 출력되는 정보는 이진화된 정보일 수 있다. 상기 디지털 집적회로(300)에 의해 출력되는 정보는 영상정보일 수 있다. 상기 디지털 집적회로(300)에 의해 출력되는 정보는 이진화된 영상정보일 수 있다.
상기 디지털 집적회로(300)가 이진화된 정보를 출력하는 경우 상기 디바이스는 이진화된 정보에 기초하여 영상정보를 출력할 수 있다. 또는, 상기 디지털 집적회로(300)가 영상정보를 출력하는 경우 상기 디바이스는 상기 영상정보를 디스플레이에 출력할 수도 있다.
상기 디지털 집적회로(300)는 현장 프로그램 가능 게이트 배열(field-programmable gate array, FPGA)로 구성될 수 있다. 또는 상기 디지털 집적회로(300)는 주문형 집적회로 (application specific integrated chip; ASIC)로 구성될 수 있다. 상기 디지털 집적회로(300)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치를 나타내는 블록도이고, 도 3은 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치에서 전달되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 방사선 검출장치(1)는 검출모듈(10) 및 검출기(100)를 포함할 수 있다.
상기 검출모듈(10)은 전단회로부(200) 및 디지털 집적회로(300)를 포함할 수 있다.
상기 검출기(100)는 상기 전단회로부(200)와 제1 배선(151)을 통해 연결될 수 있다. 상기 제1 배선(151)은 도 1의 제1 케이블(150)을 구성하는 배선 중 어느 하나일 수 있다. 상기 검출기(100)와 상기 전단회로부(200)는 다수의 배선으로 구성되는 제1 케이블(150)을 통해 연결되나 설명의 편의를 위해 제1 배선(151) 하나로만 연결되는 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 검출기(100)는 상기 제1 배선(151)을 통해 상기 전단회로부(200)로 신호를 전달한다. 상기 제1 배선(151)을 통해 상기 전단회로부(200)에 전달되는 신호는 상기 검출기(100)를 구성하는 광센서 어레이 중 하나의 광센서로부터 출력되는 전기신호일 수 있다. 즉, 상기 제1 배선(151)은 상기 검출기(100)를 구성하는 다수의 광센서 중 어느 하나의 광센서와 연결될 수 있다. 상기 제1 배선(151)으로 전달되는 신호는 다수의 섬광결정 배열 중 하나의 섬광결정으로 입사되는 방사선에 대응되는 신호일 수 있다.
상기 전단회로부(200)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 전처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 전단회로부(200)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 증폭시킬 수 있다. 또는, 상기 전단회로부(200)는 다수의 제1 배선(151)를 통해 전달되는 신호를 광센서의 위치정보와 함께 부호화하여 상기 제2 배선(251)으로 전달할 수 있으나, 제1 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 하나의 제1 배선(151)으로부터 전달되는 신호를 전처리하여 제2 배선(251)으로 전달되는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 3과 같이 검출기(100)로부터 출력된 신호가 상기 전단회로(200)를 거치는 경우 신호의 변경없이 상기 디지털 집적회로(300)로 전달될 수도 있다.
상기 전단회로부(200)는 디지털 집적회로(300)와 상기 제2 배선(251)을 통해 연결될 수 있다. 상기 제2 배선(251)은 도 2의 제2 케이블(250)을 구성하는 배선 중 어느 하나 일 수 있다. 상기 전단회로부(200)와 상기 디지털 집적회로(300)는 다수의 배선으로 구성되는 제2 케이블(250)을 통해 연결되나 설명의 편의를 위해 제2 배선(251) 하나로만 연결되는 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 디지털 집적회로(300)는 신호 비교부(310), 시각 측정부(330), 정보 처리부(350) 및 정보 전송부(370)를 포함할 수 있다.
상기 신호 비교부(310)는 상기 제2 배선(251)을 통해 전달받은 신호를 문턱전압(Vth)과 비교할 수 있다. 상기 신호 비교부(310)는 도 3과 같이 문턱전압(Vth)보다 높은 레벨의 전압은 하이 레벨로 출력하고, 상기 문턱전압(Vth)보다 낮은 레벨의 전압은 로우 레벨로 출력할 수 있다. 상기 신호 비교부(310)는 상기 제2 배선(251)을 통해 전달받은 신호 중 문턱전압(Vth)보다 높은 구간에서는 하이레벨로 출력하고, 문턱전압(Vth)보다 낮은 구간에서는 로우레벨로 출력할 수 있다. 결과적으로 상기 신호 비교부(310)는 상기 제2 배선(251)을 통해 전달받은 신호를 이진화하여 출력할 수 있다. 상기 신호 비교부(310)는 상기 제2 배선(251)을 통해 전달받은 신호를 상기 문턱전압(Vth)과 비교하여 펄스형태로 출력할 수 있다.
상기 신호 비교부(310)는 단일 종단 신호 수신포트일 수 있다. 상기 신호 비교부(310)가 단일 종단 신호 수신포트로 구성되는 경우 상기 신호 비교부(310)는 문턱전압(Vth)을 가지는 형태로 프로그래밍될 수 있다. 상기 신호 비교부(310)가 단일 종단 수신포트로 구성되는 경우 상기 신호 비교부(310)는 공통 문턱 전압을 가지는 인터페이스로 프로그래밍 될 수 있다. 상기 신호 비교부(310)는 stub-series terminated logic (SSTL), high-speed transceiver logic (HSTL), high-speed unterminated logic (HSUL) 등으로 프로그래밍될 수 있다.
상기 문턱전압(Vth)은 집적회로 외부에서 인가되거나 내부에서 생성될 수 있다. 상기 문턱전압(Vth)이 내부에서 생성되는 경우 상기 문턱전압(Vth)은 저장부에 저장될 수 있다. 상기 문턱전압(Vth)은 상기 저장부에 디지털 값으로 저장된 상태에서 디지털-아날로그 변환기를 통해 아날로그 값으로 변환되어 상기 신호 비교부(310)에 인가될 수 있다.
상기 신호 비교부(310)가 상기 현장 프로그램 가능 게이트 배열 (field-programmable gate array; FPGA) 이나 주문형 집적회로 (application specific integrated chip; ASIC)와 같은 집적회로의 일부구성으로 구현됨으로써 별도의 전압 비교기를 필요로하지 않아 제조단가가 절감되고, 소모전력이 감소되며, 시스템의 집접도가 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 신호 비교부(310)를 단일 종단 신호 수신포트로 구성하여 차분 신호 수신포트와 달리 입력포트를 절반으로 줄일 수 있어 신호선을 줄일 수 있어 집적도가 향상될 수 있는 효과가 있다.
상기 신호 비교부(310)는 시각 측정부(330)로 신호를 전달할 수 있다. 상기 신호 비교부(310)는 상기 시각 측정부(330)로 이진화된 신호를 전달할 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 신호 비교부(310)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 변환시점과 논리 값이 1로 유지되는 기간을 측정할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 시각 측정부(330)는 상기 신호 비교부(310)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2)을 검출할 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 신호 비교부(310)로부터 전달받은 신호의 라이징 에지와 폴링 에지가 발생하는 시점을 검출할 수 있다. 상기 시각 측정부(330)는 상기 신호 비교부(310)로부터 전달받은 신호의 라이징 에지가 발생하는 제1 시점(t1)과 폴링 에지가 발생하는 제2 시점(t2)을 검출하고, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2)의 시점 차이에 의해 논리 값이 유지되는 유지기간(d1)을 측정할 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 계수기(counter) 또는 시간-디지털 변환기 (time-to-digital converter; TDC) 등으로 구성될 수 있다. 상기 시각 측정부(330)가 계수기로 구성되는 경우 레지스터 (register)와 대조테이블 (look-up table; LUT) 혹은 디지털 신호처리 장치 (digital signal processor; DSP)로 구현될 수 있다. 상기 시각 측정부(330)가 시간-디지털 변환기로 구성되는 경우 캐리가산기 (carry adder) 등을 이용해 지연선을 구현하여 클럭 주기 이하의 시간을 측정할 수 있도록 설계될 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 변환시점과 상기 유지기간을 포함하는 신호를 상기 정보 처리부(350)로 전달할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 상기 시각 측정부(330)로부로부터 전달받은 신호에 기초하여 검출 시각과 검출 에너지 정보를 획득할 수 있다. 상기 정보 처리부(350)는 상기 시각 측정부(330)로부터 전달받은 변환시점과 유지기간에 기초하여 검출 시각과 검출 에너지 정보를 획득할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 상기 제1 시점(t1)에 의해 검출 시각을 산출할 수 있다.
또한, 상기 전단회로부(200)가 검출 위치를 부호화한 경우 상기 정보 처리부(350)는 검출 위치를 함께 획득할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 검출 시각과 검출 에너지 정보를 포함하는 신호를 상기 정보 전송부(370)로 전달할 수 있다. 상기 정보 처리부(350)는 상기 검출 시각과 상기 검출 에너지 정보와 상기 검출 위치를 함께 상기 정보 전송부(370)로 전달할 수 있다.
상기 정보 전송부(370)는 검출 시각과 검출 에너지 정보를 디바이스로 전송할 수 있다. 상기 정보 전송부(370)는 상기 검출 위치별 검출 시각과 검출 에너지 정보를 디바이스로 전송할 수 있다.
상기 정보 전송부(370)가 검출 시각과 검출 에너지 정보를 디바이스로 전송하는 경우 상기 디바이스는 각각의 검출 위치별 시각과 에너지 정보를 취합하여 영상을 생성하여 디스플레이에 표시할 수 있다.
또한, 상기 정보 전송부(370)가 검출 위치별 검출 시각과 검출 에너지 정보를 디바이스로 전송하는 경우 상기 디바이스는 상기 정보 전송부(370)로 전달받은 검출 위치별 검출 시각과 검출 에너지 정보를 재구성하여 영상을 생성하여 디스플레이에 출력할 수 있다.
또는, 상기 정보 처리부(350)가 검출 위치별 검출 시각과 검출 에너지 정보를 모두 처리하여 영상정보 형태로 정보 전송부(370)로 전달하고, 상기 정보 전송부(370)는 영상정보를 상기 디바이스로 전달하여 디바이스에 의해 제어되는 디스플레이를 통해 영상을 출력할 수도 있다.
상기 정보 전송부(370)는 상기 디바이스와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다.
도 4는 제2 실시 예에 따른 방사선 검출장치를 나타내는 블록도이고, 도 5는 제2 실시 예에 따른 방사선 검출장치에서 전달되는 신호를 나타내는 도면이다.
제2 실시 예는 제1 실시 예와 비교하여 전단회로부와 디지털 집적회로의 구성이 상이하고 나머지 구성은 동일하다. 따라서, 제2 실시 예를 설명함에 있어서, 제1 실시 예와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 실시 예에 따른 방사선 검출장치(1)는 검출모듈(10) 및 검출기(100)를 포함할 수 있다.
상기 검출모듈(10)은 전단회로부(200) 및 디지털 집적회로(300)를 포함할 수 있다.
상기 검출기(100)는 상기 전단회로부(200)와 제1 배선(151)을 통해 연결될 수 있다. 상기 검출기(100)는 상기 제1 배선(151)을 통해 상기 검출기(100)의 광센서에 의해 검출되는 신호를 전달할 수 있다.
상기 전단회로부(200)는 상기 검출기(100)로부터 전달받은 신호를 전처리하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 상기 전단회로부(200)는 상기 검출기(100)로부터 전달받은 신호를 다양한 기능으로 전처리하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 상기 전단회로부(200)는 서로 병렬로 연결되어 서로 다른 전처리를 수행하는 전처리 블록들을 포함할 수 있다.
상기 전단회로부(200)는 바이패스부(210), 증폭부(220), 성형부(230) 및 변조부(240)를 포함할 수 있다. 상기 바이패스부(210), 증폭부(220), 성형부(230) 및 변조부(240)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 바이패스부(210)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 입력받을 수 있고, 상기 증폭부(220)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 입력받을 수 있고, 상기 성형부(230)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 입력받을 수 있고, 상기 변조부(240)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 입력받을 수 있다.
상기 바이패스부(210)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달되는 신호를 별도의 처리없이 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다.
상기 증폭부(220)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달받은 신호를 증폭시켜 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 상기 증폭부(220)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달받은 신호의 크기를 조절하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다.
상기 성형부(230)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달받은 신호의 형태를 변경하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다. 상기 성형부(230)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달받은 신호의 기울기를 조절하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다.
상기 변조부(240)는 상기 제1 배선(151)을 통해 전달받은 신호를 변조하여 상기 디지털 집적회로(300)로 전달할 수 있다.
상기 디지털 집적회로(300)는 신호 비교부(310), 시각 측정부(330), 정보 처리부(350) 및 정보 전송부(370)를 포함할 수 있다.
상기 신호 비교부(310)는 상기 전단회로부(200)로부터 전달되는 다수의 신호를 각각의 문턱 전압과 비교하여 펄스형태로 상기 시각측정부(330)에 출력할 수 있다. 여기서의 문턱 전압은 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
상기 신호 비교부(310)는 제1 신호 비교부(311), 제2 신호 비교부(313), 제3 신호 비교부(315) 및 제4 신호 비교부(317)를 포함할 수 있다. 도면에서는 상기 신호 비교부(310)의 세부 구성을 4개의 신호 비교부로 예로 들어 설명하였으나, 상기 신호 비교부는 4개 이상으로 구성될 수 있으며, 상기 신호 비교부의 개수는 상기 전단회로부(200)의 전처리 수행 블록의 개수에 종속될 수 있다. 각각의 신호 비교부는 신호 비교 블록으로도 표현될 수 있다.
상기 신호 비교부(310)에는 문턱전압이 인가될 수 있다. 상기 문턱전압(Vth)은 집적회로 외부에서 인가되거나 내부에서 생성될 수 있다. 상기 문턱전압(Vth)은 내부에서 분기되어 상기 신호 비교부(310)에 인가될 수 있다.
또는 상기 저장부(390)는 다수의 문턱 전압을 저장할 수 있다. 상기 저장부(390)는 제1 내지 제4 문턱전압(Vth1 내지 Vth4)을 저장할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 문턱전압(Vth1 내지 Vth4)는 서로 다른 값을 가질 수도 있고, 적어도 둘 이상은 동일한 값을 가질 수도 있다.
상기 저장부(390)에는 다수의 문턱 전압이 아날로그 형태로 저장되어 있는 상태에서 각각의 신호 비교부에 인가될 수 있다. 상기 저장부(390)는 다수의 문턱 전압과 대응되는 디지털 값이 저장되어 있는 상태에서 이를 아날로그 값으로 변환하여 각각의 신호 저장부에 인가할 수 있다. 상기 저장부(390)는 뱅크 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 저장부(390)에 하나의 문턱전압이 저장되고, 상기 저장부(390)가 상기 저장된 문턱전압의 레벨을 변경하여 각각의 서로 다른 문턱 전압 값으로 변경하여 각각의 신호 비교부에 인가할 수도 있다.
상기 제1 신호 비교부(311)는 상기 바이패스부(210)로부터 전달되는 신호와 제1 문턱전압(Vth1)을 비교할 수 있다. 상기 제1 신호 비교부(311)는 상기 바이패스부(210)로부터 전달되는 신호와 제1 문턱전압(Vth1)을 비교하여 도 5와 같이 제1 문턱전압(Vth1)보다 높은 레벨의 전압은 하이 레벨로 출력하고, 상기 제1 문턱전압(Vth1)보다 낮은 레벨의 전압은 로우 레벨로 출력할 수 있다.
상기 제2 신호 비교부(313)는 상기 증폭부(220)로부터 전달되는 신호와 제2 문턱전압(Vth2)을 비교할 수 있다. 상기 제2 신호 비교부(313)는 상기 증폭부(220)로부터 전달되는 신호와 제2 문턱전압(Vth2)을 비교하여 도 5와 같이 제2 문턱전압(Vth2)보다 높은 레벨의 전압은 하이 레벨로 출력하고, 상기 제2 문턱전압(Vth2)보다 낮은 레벨의 전압은 로우 레벨로 출력할 수 있다.
상기 제3 신호 비교부(315)는 상기 성형부(230)로부터 전달되는 신호와 제3 문턱전압(Vth3)을 비교할 수 있다. 상기 제3 신호 비교부(315)는 상기 성형부(230)로부터 전달되는 신호와 제3 문턱전압(Vth3)을 비교하여 도 5와 같이 제3 문턱전압(Vth3)보다 높은 레벨의 전압은 하이 레벨로 출력하고, 상기 제3 문턱전압(Vth3)보다 낮은 레벨의 전압은 로우 레벨로 출력할 수 있다.
상기 제4 신호 비교부(317)는 상기 변조부(240)로부터 전달되는 신호와 제4 문턱전압(Vth4)을 비교할 수 있다. 상기 제4 신호 비교부(317)는 상기 변조부(240)로부터 전달되는 신호와 제4 문턱전압(Vth4)을 비교하여 도 5와 같이 제4 문턱전압(Vth4)보다 높은 레벨의 전압은 하이 레벨로 출력하고, 상기 제4 문턱전압(Vth4)보다 낮은 레벨의 전압은 로우 레벨로 출력할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)는 각각 단일 종단 신호 수신포트일 수 있다. 상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)가 각각 단일 종단 신호 수신포트로 구성되는 경우 상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)는 각각 제1 내지 제4 문턱 전압(Vth1 내지 Vth4)를 가지는 형태로 프로그래밍될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)가 단일 종단 수신포트로 구성되는 경우 상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)는 공통 문턱 전압을 가지는 인터페이스로 프로그래밍될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)는 stub-series terminated logic (SSTL), high-speed transceiver logic (HSTL), high-speed unterminated logic (HSUL) 등으로 프로그래밍될 수 있다.
상기 신호 비교부(310)에서 출력되는 이진화된 신호는 상기 시각 측정부(330)로 전달될 수 있다. 도면에서는 하나의 시각 측정부(330)가 하나인 것으로 도시하였으나, 시각 측정부(330) 또한 상기 신호 비교부(310)와 동일한 개수로 구성될 수 있다. 이 경우 각각의 시각 측정부(330)는 상기 제1 내지 제4 신호 비교부(311 내지 317)와 연결될 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 신호 비교부(310)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 변환시점과 논리 값이 1로 유지되는 유지기간을 측정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 시각 측정부(330)는 상기 제1 신호 비교부(311)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2)을 변환시점으로 검출하고, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2)의 시점 차이에 의해 논리 값이 유지되는 제1 유지기간(d1)을 측정할 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 제2 신호 비교부(313)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 제1 시점(t1)과 제3 시점(t3)을 변환시점으로 검출하고, 제1 시점(t1)과 제3 시점(t3)의 시점 차이에 의해 논리 값이 유지되는 제2 유지기간(d2)을 측정할 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 제3 신호 비교부(315)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 제1 시점(t1)과 제4 시점(t4)을 변환시점으로 검출하고, 제1 시점(t1)과 제4 시점(t4)의 시점 차이에 의해 논리 값이 유지되는 제3 유지기간(d3)을 측정할 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 제4 신호 비교부(317)로부터 전달받은 신호의 논리 값이 변하는 제1 시점(t1)과 제5 시점(t5)을 변환시점으로 검출하고, 제1 시점(t1)과 제5 시점(t5)의 시점 차이에 의해 논리 값이 유지되는 제4 유지기간(d4)을 측정할 수 있다.
도면에서는 라이징 에지가 발생하는 제1 시점(t1)을 동일 시점으로 도시하였으나, 제1 시점(t1)은 파형에 따라 달라질 수 있다.
상기 시각 측정부(330)는 상기 변환시점과 상기 유지기간을 포함하는 신호를 상기 정보 처리부(350)로 전달할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 상기 시각 측정부(330)로부로부터 전달받은 신호에 기초하여 검출 시각과 검출 에너지 정보를 획득할 수 있다. 상기 정보 처리부(350)는 상기 시각 측정부(330)로부터 전달받은 변환시점과 유지기간에 기초하여 검출 시각과 검출 에너지 정보를 획득할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 제1 시점(t1)에 의해 검출 시각을 산출할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 상기 검출기(100)의 하나의 광센서에서 출력된 신호를 상기 전단회로부(200)에서 서로 다른 전처리를 거쳐서 출력된 신호를 각각 문턱 전압과 비교하여 에너지 정보를 획득함으로써 보다 정확한 검출 시각 및 에너지 정보를 연산할 수 있다.
상기 정보 처리부(350)는 검출 시각과 검출 에너지 정보를 포함하는 신호를 상기 정보 전송부(370)로 전달할 수 있다. 상기 정보 처리부(350)는 검출 시각과 상기 검출 에너지 정보와 상기 검출 위치를 함께 상기 정보 전송부(370)로 전달할 수 있다.
상기 정보 전송부(370)는 검출 시각과 검출 에너지 정보를 디바이스로 전송할 수 있다. 상기 정보 전송부(370)는 상기 검출 시각과 상기 검출 위치별 검출 에너지 정보를 디바이스로 전송할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 검출기
200: 전단회로부
300: 디지털 집적회로

Claims (15)

  1. 전달받은 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부;
    상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및
    상기 시각 측정부로부터 전달받은 변환시점에 기초한 검출시각과 유지기간에 기초하여 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고,
    상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성되는 디지털 집적회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 비교부는 상기 문턱전압을 가지는 형태로 프로그래밍되는 디지털 집적회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 비교부는, stub-series terminated logic (SSTL), high-speed transceiver logic (HSTL), high-speed unterminated logic (HSUL)로 프로그래밍되는 디지털 집적회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시각 측정부는 상기 이진화 신호의 라이징 에지와 폴링 에지가 발생하는 시점으로 변환시점을 검출하고, 상기 변환시점에 의해 상기 검출시각과 상기 유지기간을 검출하는 디지털 집적회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정보 처리부는 상기 변환시점 및 상기 유지기간에 기초하여 상기 검출시각과 상기 에너지 정보를 산출하는 디지털 집적회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 비교부는 서로 다른 문턱전압에 기초하여 신호를 이진화하여 출력하는 다수의 신호 비교 블록을 포함하는 디지털 집적회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 집적회로는, 현장 프로그램 가능 게이트 배열 (field-programmable gate array; FPGA) 또는 주문형 집적회로 (application specific integrated chip; ASIC)인 디지털 집적회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호 비교부는 공통 문턱 전압을 가지는 인터페이스로 구현되는 디지털 집적회로.
  9. 검출기로부터 전달된 신호를 전처리하여 전처리 신호를 출력하는 전단회로부;
    상기 전처리 신호와 문턱전압을 비교하여 이진화 신호를 출력하는 신호 비교부;
    상기 신호 비교부로부터 전달받은 이진화 신호의 변환시점과 유지기간을 검출하는 시각 측정부; 및
    상기 시각 측정부로부터 전달받은 신호의 변환시점에 기초한 검출 시각과 유지기간에 기초하여 에너지 정보를 산출하는 정보 처리부를 포함하고,
    상기 신호 비교부는 단일 종단 신호 수신 포트로 구성되는 검출모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 신호 비교부는 상기 문턱전압을 가지는 형태로 프로그래밍되는 검출모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 신호 비교부는, stub-series terminated logic (SSTL), high-speed transceiver logic (HSTL), high-speed unterminated logic (HSUL)로 프로그래밍되는 검출모듈.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 시각 측정부는 상기 이진화 신호의 라이징 에지와 폴링 에지가 발생하는 시점으로 변환시점을 검출하고, 상기 변환시점에 의해 상기 검출시각과 상기 유지기간을 검출하는 검출모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정보 처리부는 상기 변환시점 및 상기 유지기간에 기초하여 상기 검출시각과 상기 에너지 정보를 산출하는 검출모듈.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전단회로부는 서로 다른 전처리를 수행하는 다수의 전처리 블록을 포함하고,
    상기 신호 비교부는 각각의 전처리 블록과 연결되는 신호 비교 블록을 포함하고,
    각각의 신호 비교 블록은 서로 다른 문턱전압에 기초하여 신호를 이진화하여 출력하는 검출모듈.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 신호 비교부는 공통 문턱 전압을 가지는 인터페이스로 구현되는 검출모듈.
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