Thèse soutenue

Etude de conception d’ASICs de lecture et d’étiquetage en temps associés à des photomultiplicateurs pour un hodoscope de faisceau en hadronthérapie
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Auteur / Autrice : Shi-Ming Deng
Direction : Guo Neng LuDenis DauvergneHervé Mathez
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Microélectronique
Date : Soutenance le 27/11/2012
Etablissement(s) : Lyon 1
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Garda, Gérard Montarou, Jean-Michel Moreau
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Genat, Yann Hu

Résumé

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Pour développer un hodoscope de faisceau en hadronthérapie, capable de localiser les ions dans le plan transverse et de les étiqueter en temps avec une précision de 1 nc et un taux de comptage de 100 000 000 HZ, nous avons mené des études de conception d'ASICs (Aplication Specific Integrated Circuits) de lecture à associer à des photomultiplicateurs multi-anode. Un front-end ASIC 16 voies en technologieAMS BiCMOS 0,35 µm a été conçu, fabriqué et testé. Il intégre, sur chaque voie, un convoyeur de courant avec deux sorties en étage d'entrée, et deux étages de sortie séparés qui sont respectivement un comparateur en courant et un préamplificateur de charge. Il réalise à la fois la détection d'évènements et la quantification de signal détecté. L'étude de conception a apporté des performances optimisées sur la dynamique d'entrée, la consommation d'énergie, la rapidité, le bruit. Le fonctionnement du circuit de lecture incorporé dans un système de test a aussi été vérifié par une expérimentation en faisceau. D'autre part, nous avons conçu un ASIC d'étiquetage en temps utilisant la technologie AMS CMOS 0,35 µm. Il est à base d'une boucle à verrouillage de délai analogique avec la mise en oeuvre de la méthode de mesure du "temps de vol", et dispose d'un mode d'entrée d'horloge LVDS (Low Voltage Differential Singaling) et d'une sortie de 5 bits en code Gray. Il fonctionne avec une résolution temporelle de 200 ps selon les résultats de tests. Ces études nous ont permis de lancer un nouveau projet de conception : intégrer sur une puce les fonctions électroniques que nous avons réalisées et validées.