144 Kanal Auswertebaustein für CZT-Sensoren mit Energie- und Zeitmessung

Abstract:
Die Bildgebung mit nuklearen Tracermaterialien erreicht in der Medizintechnik eine sehr hohe Auflösung, da mit empfindlichen Detektoren auch Einzel-Zerfallsereignisse in einem Körper erkannt und räumlich zugeordnet werden können. Der elektronische Schaltungsaufwand für die erforderlichen Multisensorsysteme ist jedoch enorm und kann nur durch höchste Integration analoger und digitaler Funktionen erreicht werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines 144-kanaligen Auswertebausteins für die Ladungsmessung mit Cadmium Zink Tellur (CZT) Sensoren, in denen einfallende Strahlungsquanten direkt Ladungen generieren. Die Ladungen werden in jedem Kanal integriert und über zwei Filterbänke mit unterschiedlichen Zeitkonstanten in Spannungssignale geformt. Aus den Signalverläufen wird zum einem auf den exakten Zeitpunkt eines Ereignisse zurückgerechnet und zum anderen die Energiemenge diskriminiert. Weiterhin kann zu Forschungszwecken die Pulsform eines jeden Kanals über einen Multiplexer einem schnellen Pipelineumsetzer zugeführt und digitalisiert werden. Die Zeitzuordnung eines Ereignisses in einem Kanal erfolgt mit einer Genauigkeit von bis zu 737 ps. Die äquivalente Eingangsrauschladung beträgt rund 800 Elektronen. Der Baustein, der in einer 180 nm CMOS Technologie auf 100 mm² implementiert wurde, hat vielfältige Einstellmöglichkeiten für Verstärkungs- und Filterkennwerte, um die Evaluierung einer verschiedener Sensoren zu ermöglichen.