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timepix4 - nuova sigla
Acronym: Timepix4 Project Duration: 3 Years (2025, 2026, 2027) Research Area: Interdisciplinary / Detectors Principal Investigator: Massimiliano Fiorini (Infn Section of Ferrara) Participating Units: Ferrara, National Laboratories of the South, Naples, Padua, Pisa, Trieste,
Medipix 系列 ASIC 简介
第一个 Medipix 芯片于 20 世纪 90 年代中期开发，旨在实现对大量像素矩阵进行单光子计数。在随后的 20 年中，从最初的努力中发展出了两个芯片系列。Medipix 光子计数芯片系列包括 Medipix、Medipix2 和 Medipix3。第四代芯片 Medipix4 正在开发中。Timepix 芯片最初更侧重于单粒子检测，该系列包括 Timepix、最新的 Timepix2 芯片（在本期特刊中介绍）和 Timepix3。第四代 Timepix4 也在开发中，第一个版本将于 2019 年生产。本文旨在简要介绍 Medipix 系列的各个成员，并提供文献中已有的更详细描述的参考。
tupi（基于时机的超快速光子成像）检测器
提出了一个名为Tupi的混合像素光子计数检测器系列，以符合Orion的[1]柔性X射线梁的规格。这将是有史以来第一个连接到同步子束线的最大生物安全实验室。TUPI检测器将基于3x1 TimePix4 [2] ASIC（应用程序特定集成电路）的基本模块，该模块可以铺有瓷砖以组装较大的活动区域。基本模块具有1344 x 512像素（55μm像素尺寸），在约74 mm x 28 mm面积上达到688 kpixels。它可以在所谓的“数据驱动”模式（读取TOT和TOA数据时）达到最高11 kHz的成像采集率，并区分3 x 10 6 pH/s/mm 2，返回像素中沉积的光子能量信息。可以在16位计数深度的情况下达到近44 kHz，并且可以区分高达5 x 10 9 pH/s/mm 2的命中率。
高速率、高分辨率单光子 X 射线成像
在过去的二十年中，Medipix 已建立了四个连续的合作项目。这些合作旨在利用从高能物理学进步中获得的知识来开发尖端的混合像素探测器，从而能够精确探测每个事件中的单个 X 射线光子或粒子[1]。这些技术在多个科学领域有广泛的应用，包括医学成像、同步加速器 X 射线相机、基于 X 射线的材料分析、电子显微镜等。首先，Medipix1 芯片演示了在 170 µ m 像素间距内单光子计数架构的原理，并展示了通过使用脉冲处理前端在将检测阈值设置在远高于背景噪声水平的情况下实现无噪声 X 射线成像的可行性[2]。Medipix2 通过使用每像素双阈值证明了在 55 µ m 紧凑像素间距下进行光谱成像的可行性[3]。然而，由于电荷收集过程中的扩散以及高 Z 材料中的荧光光子，像素尺寸的减小导致像素间出现严重的电荷共享 [4,5]。随着 Medipix3RX 的推出，读出电子器件从单光子计数转变为单光子处理架构。一种直接在 55 µ m 像素上实施像素间算法的新方案消除了电荷扩散产生的能谱畸变 [6,7]。Medipix3RX 还引入了将 4 个像素中的 1 个连接到像素间距为 110 µ m 的传感器的选项。尽管如此，Medipix3RX 探测器只能在三侧邻接，因为芯片的一侧保留用于控制逻辑和 I/O。这使连续大面积探测器的实现变得复杂。本文介绍的 Medipix4 延续了 Timepix4 芯片的进步，使专用集成电路 (ASIC) 能够沿四侧覆盖，同时将死区降至最低 [8]。医学 X 射线计算机断层扫描 (CT) 和 X 射线成像的另一个限制因素是脉冲堆积，这是由于
2024 Jinst 19 P02024
在过去的二十年中，已经建立了4个连续的Medipix合作。这些合作旨在利用从高能物理学的进步中获取的知识来开发尖端的混合像素探测器，从而使个人X射线光子或颗粒的精确检测[1]。这些技术在科学领域中具有多种应用，包括医学成像，同步性X射线摄像机，基于X射线的材料分析，电子显微镜等。首先，Medipix1芯片在170μm的像素螺距中展示了单个光子计数体系结构的原理，并通过使用脉冲处理前端展示了X射线成像无噪声的可行性，同时将检测阈值设置为高于背景噪声的水平[2]。medipix2通过使用每个像素的双阈值[3]，用紧凑的像素螺距的光谱成像证明了光谱成像的可行性。然而，缩小的像素尺寸导致像素在电荷收集期间扩散和高Z材料中的荧光光子之间的显着电荷分布[4，5]。随着Medipix3Rx的引入，读出电子设备从单个光子计数到单个光子加工体系结构进行了过渡。一种新的方案，直接在55μm像素上实现像素间算法，消除了电荷扩散产生的能谱失真[6，7]。Medipix3rx还引入了将一个像素中的一个像素连接到具有110μm像素螺距的传感器的选项。这使实现连续的大区域检测器的实现复杂化。尽管如此，由于芯片的一侧保留用于控制逻辑和IO，因此只能在三个侧伸入Medipix3Rx检测器。本文介绍的MEDIPIX4遵循TimePix4芯片的进步，并使特定于应用的集成电路（ASIC）沿所有四个侧面耕种，而死区则最小[8]。医学X射线计算机断层扫描（CT）和X射线成像中的另一个约束是由脉冲堆积产生的，这归因于计数系统的固有死亡时间[9]。一些最近的光子计数检测器已经开始开发像素方案，以补偿这种效果并在使用单色源时增加计数速率的性能[10-12]。