Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

IDEAS ASICs and System Products 2017

361 views

Published on

Slides from my presentation at the IEEE NSS/MIC conference 2017.

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

IDEAS ASICs and System Products 2017

  1. 1. 2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   1   To  innovate     Hybrid  Image  Sensor  Systems     for  special  operaAons     and  environments  
  2. 2. ASICs  and  Imaging  Systems   IDEAS  –  Integrated  Detector  Electronics  AS     dirk.meier@ideas.no  on  behalf  of  the  IDEAS  development  team     InformaAon  about  IDEAS  company     h6p://www.ideas.no     2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   2  
  3. 3. IDEAS  Company   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   3   HQ  in  Oslo  Norway  and  Resellers  in  China,  Korea,  Russia  
  4. 4. Mission   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   4   To  innovate     Hybrid  Image  Sensor  Systems     for  special  operaAons     and  environments  
  5. 5. IDEAS  Products   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   5   SoluAons  for  radiaAon  detecAon  and  imaging   Readout  ICs  and  ASICs     and  Design  and   Development     -­‐>  chips,  wafers   RadiaAon     Detector  Modules     à  OEM  hardware   X-­‐ray  and  Gamma     Cameras   Further  informaAon  at  h6p://www.ideas.no  -­‐>  Products    
  6. 6. ApplicaAons   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   6   • Hot  Spot  Locator   • RadiaAon   Awareness   Environment   • Nuclear  Medicine   • Radiology  with  x-­‐rays   • Dosimetry  in   Radiotherapy   Healthcare   • Nuclear  and  parAcle   physics   • Neutron  faciliAes   Science   • Screening  and  portal   imaging   • Nuclear  proliferaAon   miAgaAon   Security   • RadiaAon  Monitoring   • Fundamental  physics   • Imaging  for  science   and  Earth  observaAon   Space   • Process  and  flow   tomography   • Food  processing  for   safety  and  quality   assurance   Industry  
  7. 7. IC  Overview  (“Chips  from  Stock”)   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   7   Pre-­‐amplifiers  and   shapers   VA  –  Viking  ASICs   Pre-­‐amplifiers,  shapers,   comparators,  counters   VATA,  XA  and  CA  –   Triggers  and  Counters   LNA,  ADC,  Micro-­‐ controller   IR  –  Infrared  ASICs   Further  informaAon  at  h6p://www.ideas.no/product-­‐category/readout-­‐ics/  
  8. 8. Recently  Completed  ASIC  Design  Projects   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   8   Readout  and  counters   for  space  radiaAon   sensors  in  RADEM   instrument  for  ESA   JUICE  space  mission.   Cryogenic  operaAon   readout  and  controller   system-­‐on-­‐chip  for   MCT  infrared  focal   plane  array.   SiPM   photosensor   readout  for   spectrometer s   Readout  for  CZT   for  gamma  and  x-­‐ ray  spectroscopy  
  9. 9. 2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   9   Amplifiers   These  ICs  have  several  low-­‐noise  amplifiers  and  charge  sensiAve  amplifiers  (CSA)  followed  by  track-­‐and-­‐hold   (T&H)  and  mulAplexed  output  (mux).   Source:    h6p://ideas.no/ideas-­‐ic-­‐products/  
  10. 10. LNA  for  FPA  Readout  at  77K   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   10   ArAsAc  rendering  of  ESO’s  European  Extremely  Large  Telescope,  E-­‐ELT.  Image:  ESO.   8  programmable  gains   2,  ....,  16   Noise  1Hz  to  50MHz   <50μVrms   GBW   90MHz  at  200pF  output   load   Power     17mW  
  11. 11. 2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   11   Many  CSA  for  Different  Sensors   3240um  x  3735um   IDE1162,     IDE1163   IDE1163  is  used  in  GEM  readout  in  Baryonic  Ma6er   at  Nuclotron  (BM&N)  at  JINR/Dubna  
  12. 12. IDE1162  IDE1163     Features  and  FuncAons   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   12   Parameter   IDE1162   IDE1163   Number  of  input  channels   32   32   Number  of  analog  mux   output   1   1   Input  charge  range   -­‐1500fC  to  +1500fC   -­‐750fC  to  +750fC   Shaping  Ame   2us   0.5us   ENC   2000e  at  50pF   1797e  at  120pF   Power   66mW   77mW  
  13. 13. Charge  SensiAve  Amplifiers  with  Triggers   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   13   These  ICs  have  a  number  of  CSA  followed  by  T&H  and  comparators  to  generate  a  trigger.  The  trigger  signal  can  be  used  for  Aming,  counAng   or  to  starAng  the  readout  of  charge  values.   Source:    h6p://ideas.no/ideas-­‐ic-­‐products/  
  14. 14. SIPHRA  IDE3380  SiPM  ROIC   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   14   Chip  acAve  area:  7.6  mm×6.8  mm     Package  TBD:  LFBGA  12x12  mm2     DOI:  10.13140/RG.2.1.1460.8882   Bare  chips  from  stock   N-­‐03-­‐010  –  Using  the  SIPHRA  ASIC  with  an  SiPM  array  and  scinLllators  for  gamma  spectroscopy   A.  Ulyanov,  D.  Murphy,  A.  Fredriksen,  J.  Ackermann,  D.  Meier,  S.  McBreen,  L.  Hanlon   Session:  N-­‐03  -­‐  NSS  Poster  Session  I  
  15. 15. SIPHRA  Features  and     Block  Diagram   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   15   IDE3380  SIPHRA  Features       16  channels  for  SiPM/PMT  readout   16  current  sensiAve  inputs  (≤  16  nC)   1  summing  channel   Programmable  aRenuaLon  to  handle  charge  up  to   -­‐16  nC,  -­‐8  nC,  -­‐4  nC,  -­‐400  pC  at  AIN  inputs,  or   +40  pC,  +4  pC,  +0.4  pC  at  FIN  inputs   Programmable  shaping  Lme   200  ns,  400  ns,  800  ns,  1600  ns   16  inputs  (AIN)  with  programmable  offset  voltage   Pulse  height  spectroscopy   16  shapers  followed  by  track-­‐and-­‐hold   Programmable  hold  Aming    12-­‐bit  SAR  ADC  digital  and/or  analog  readout   3  ksps/channel  max.   Trigger  generaLon    Internal  from  charge  discriminator  via     programmable  threshold  in  every  channel   External  (trigger  on  input,  trigger  on  sum)   Power   15  mW  without  CMIS,  30  mW  with  CMIS  acAve    Flexible  power  down  scheme  of  channels  or  funcAons   SEL/SEU  radiaLon  hardened   SPI  Interface   h6p://www.ideas.no/products/ide3380/    
  16. 16. Current  Integrator  and  Shaper   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   16   Current Integrator Shaper
  17. 17. Dynamic  Range,  Trigger  Range   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   17   CMIS   gain Trigger  threshold     charge  range Minimum Maximum 1/10 -­‐4  pC -­‐560  pC 1/100   -­‐43  pC -­‐5.4  nC 1/200 -­‐87  pC -­‐10.8  nC   1/400 -­‐175  pC -­‐20.9  nC
  18. 18. 12-­‐bit  ADC   50+  ksps   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   18  
  19. 19. IDEAS  RadiaAon   Tolerant  Standard   Cell  Libray   2017-­‐10-­‐24  dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   19  of  18   •  0.35µm  AMS  CMOS   •  Small  Library  (<50  cells)   •  Synthesis  and  ImplementaAon    with  Cadence  tools   •  SEE  tests  at  UCL  HIF   •  SEU  LETth    50  MeVcm 2 /mg   •  SEL  LETth  ≥  135  MeVcm 2 /mg   Pahlsson  et  al.,  SPIE  DSS  IR  Technology,     h6p://dx.doi.org/10.1117/12.2180439  
  20. 20. SIPHRA  LaBr/SiPM   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   20   0   500   1000   1500   2000   2500   3000   3500   4000   0   2000   4000   6000   8000   10000   12000   14000   16000   18000   20000   22000   24000   26000   28000   ADC  value   Input  charge  [pC]  (negaAve)   CMIS  gain   1/10   CMIS  gain   1/100   Na-­‐22   4%  FWHM   511  keV  
  21. 21. Readout  and  Controller  Integrated  Circuits  for   Large  Area  Imaging  Arrays   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   21   The  following  ICs  have  been  designed  for  the  readout  and  control  or  large  area  imaging  arrays.  These  circuits  have   a  micro-­‐controller  for  the  control  of  the  imaging  array,  and  a  number  of  low-­‐noise  voltage  amplifiers  and  data   converters  (ADCs  and  DACs).   Source:    h6p://ideas.no/ideas-­‐ic-­‐products/  
  22. 22. 2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   22   NIRCA  –  V2   FPA  Controller     Programmable  sequencer   ECC  RAM   16  x  14-­‐bit,  20Msps  ADCs   Programmable  gain/offset   Programmable  bias  &   supplies  for  FPA  ROIC   Radhard  by  design  and   process   IC  engineering  samples     in  stock  
  23. 23. ASIC  IP  Library   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   23   Analogue  processing   Converters  &  Power   Charge  SensiAve   Amplifiers  (CSA)   Shaping  Amplifiers   Pre-­‐Amplifiers   Current  Conveyor   Fast  Trigger  Generators   Analogue-­‐to-­‐Digital   Converters  (ADC)   Digital-­‐to-­‐Analogue   Converters  (DAC)   Sampling  Pipeline   Time-­‐to-­‐Digital  Converters   (TDC)   Trigger  Processing   StaAc  RAM  (SRAM)  with   EDAC   Custom  Microcontroller   (μC)   Buffer  Amplifiers   Programmable  Trigger   Coincidence  Logic   External  Control   Interfaces  (SPI,  etc.)   Custom  High-­‐Speed  Serial   Data  Links   Data  Encoders     (8b/10b  etc.)   Digital   Fast  Mono-­‐Stable   MulAvibrators   Reference  and  Bias   Generators   Low-­‐Dropout  Regulators   (LDO)   Full-­‐Custom  Digital   Rad-­‐Hard   Triple-­‐Redundant   Parity  Check     Rad-­‐Hard  by  Design   SEL  immune   SEU  tolerant     Rad-­‐Hard  by  Process   TID  tolerant     Extended  Temp  Range   Cryogenic  
  24. 24. Galao  ROIC  Development  Kit   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   24   The  Galao  ROIC   Development  Kit Readout  system  made  by  IDEAS  for   accessing  and  working  with  IDEAS   ROICs     Kit  consisDng  of  all  the  hardware  and   soEware  needed  for  ROIC  control  and   readout Galao  ROIC  Development  Kit  with  IDE1163  Test  Card Example:  IDE1163  wire-­‐bonded  for  tests  
  25. 25. Galao  ROIC  Development  Kit   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   25   Galao  board General  purpose  board  with  control  circuitry ROIC  test  board Interchangeable  ROIC-­‐specific  board IDEAS  Testbench SoEware  for  performing  readouts
  26. 26. Galao  ASIC  Testcard  Family   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   26   VATA450/460   IDE3380   SIPHRA  –  SiPM/PMT     Readout  ASIC   VATA64HDR16   SiPM/PMT  Readout   ASIC   VATAGP7,   VATAGP8  
  27. 27. ASIC  Design  and  Development   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   27   Ideas   • Needs,  wishes   • Requirements   • Budgets   • Constraints   Engineering   Process   • ECSS-­‐Q-­‐ST-­‐60-­‐02  ASIC/FPGA   development  standard   • Review  milestones   • Payment  milestones   SoluAon   • Documents   • Chips  (samples,  LAT,   wafers,  KGD)   • OEM  modules/systems  
  28. 28. CZT-­‐based  Gamma  Camera   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   28   Detector   CZT,  5mm  thick,  6400  pixels   Pixel  pitch   1.6  mm   SensiAve  area   12.7  cm  x  12.7  cm     Power   18  W   Weight   2  kg  (without  shield)   Gamma  ray  energies   18  keV  to  490  keV   Energy  resoluAon   6  keV  FWHM   Input  rate  max   100  kcps  per  camera   Output  rate  max   100  kcps  list  mode   Interface   Ethernet,  API   <  3  months  lead  Ame   Possible  to  configure  number   and  placement  of  modules  
  29. 29. CZT-­‐based     Gamma  Camera   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   29  
  30. 30. XCS  –  Xray  CounAng  System   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   30   Detector   CZT,  900  pixels   Pixel  pitch   0.4,  0.8,  1.6  mm   SensiAve  area   18.2  cm  x  1.28  cm     Power   12  W   Weight   3  kg     Energy   30  keV  to  130  keV   Erg.  Res.   6keV  FWHM   Input  rate   1000  kcps  per  pixel   Output  rate   10  kHz  per  frame   I/F   Ethernet,  API   <  6  months  lead  Ame   OpAonal:  3  or  6    energy  bins  
  31. 31. XCS  in  Flow  Tomograph   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   31   5  XCS  units     assembled  in  the     flow  tomograph   Image  from  phantom   h6p://prototech.no/projects/10503/gamma-­‐ray-­‐tomographer/   Images:  University  of  Bergen  
  32. 32. CZT-­‐based  SRE3020  –  VAST   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   32   Detector   CZT,  242  pixels   Pixel  pitch   1.72  mm   SensiAve  area   18.2  cm  x  1.28  cm     Power   10  W   Weight   0.3  kg     Energy   40  keV  to  3000  keV   Erg.  Res.   <2%  FWHM  at  662keV   Input  rate   20  kcps   Output  rate   20  kcps   I/F   Ethernet,  API   <  4  months  lead  Ame  
  33. 33. LaBr/SiPM/IDE3380   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   33   Monolithic  LaBr/SiPM   Image  Univ.  College  Dublin,   SensL  SiPM  array  16  SiPMs   SiPM  Readout  with  IDE3380  and  Zync  ARM  
  34. 34. Development  System  with  SiPM/LaBr   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   34   Readout  <  1  month  lead  Ame  
  35. 35. LaBr/SiPM/IDE3380   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   35   LaBr/SiPM  housing   LaBr  crystal   SiPM  carrier   board   connectors   IDE3380  ASIC  N-­‐03-­‐010  –  Using  the  SIPHRA  ASIC  with  an  SiPM  array  and  scinLllators  for  gamma  spectroscopy   A.  Ulyanov,  D.  Murphy,  A.  Fredriksen,  J.  Ackermann,  D.  Meier,  S.  McBreen,  L.  Hanlon   Session:  N-­‐03  -­‐  NSS  Poster  Session  I  
  36. 36. SoNDe  SKADI  Neutron  at  ESS   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   36   Detector   Li-­‐Glass  scinLllator/H8500   SensiAve  area  per  module   5  x  5  cm2   Power   3W  per  module   Weight   100g  w/o  detector   Input  charge   80  pC  max.   Erg.  Res.   6keV  FWHM   Input  rate     100kcps  per  pixel   Output  rate   1000Hz  frames  or   50kps  list  mode   I/F   Ethernet,  API   h6ps://europeanspallaAonsource.se/arAcle/skadi-­‐diffractometer-­‐enlarging-­‐field-­‐small-­‐angle-­‐neutron-­‐sca6ering   DOI:  10.1016/j.nima.2014.04.024   RO  modules  <  3  month  lead  Ame  
  37. 37. Space  RadiaAon  Monitors   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   37   h6ps://www.ruag.com/fileadmin/ruag/Divisions/Space/Products/ Satellite_Instruments/RadiaAon_Monitors/PDF/NGRM_datasheet.pdf   Norway  RadiaAon  Monitor   (NORM)  concept  proposal   N-­‐23-­‐017  –  CharacterisaAon  of  an  ASIC  for  Small  Satellite  Space  RadiaAon   Monitors,  T.  A.  Stein,  D.  Meier,  K.  Røed,  Session:  N-­‐23  -­‐  NSS  Poster  Session  II  
  38. 38. Silicon  Tracker  Readout   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   38   DAMPE   launched  2015-­‐12-­‐17   IDEAS  designed  FM  STK  readout     STK  has  1152  chips  of  IDE1140     IDEAS  also  designed  FM  readout  
  39. 39. Thank  You   2017-­‐10-­‐24   dirk.meier@ideas.no,  h6p://www.ideas.no   39   IDEAS  engineers   develop  integrated   circuits  (ASICs)  and   systems.     We  would  be  happy   to  work  with  YOU  on   your  innovaAons  and   science  projects.  

×