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단일포톤계수형 센서를 위한 CMOS readout 설계
황윤금(Yoon-Geum Hwang),전성채(Sungchae Jeon),김봉회(Bonghoe Kim),송광섭(Kwang-Soup Song),이동훈(Donghoon Lee),허영(Young Huh),하판봉(Pan-Bong Ha),김영희(Young-Hee Kim) 대한전기학회 2009 정보 및 제어 심포지엄 논문집 Vol.2009 No.10
본 논문에서는 의료용 x-선 영상검출을 위한 단일 포톤계수형 망식의 readout을 설계하고 개발한 내용에 대해 논하였다. 포톤계수형 readout 방식은 기존의 x-선 검출 방식(Charge integrating)과는 다르게, 입사되는 개개의 포톤을 계수하여 검출하는 방식이다. 미세한 x-선 신호를 검출하기 위하여 저 잡음 특성과 10?(㎐/㎟) 이상의 counting rate가 요구되어진다. 구현된 각 픽셀은 포톤계수형 동작을 위하여 Preamplifier, Discriminator, Counter,로 구성 되어져있다. Preamplifier는 자체바이어스 Folded cascode OPAMP를 채용한 CSA(Charge Sensitive Amplifier)로 구현하였고, 광자의 신호를 구분하기 위한 Discriminator는 칩 내외부에서 입력할 수 있도록 설계하였다. Counter는 신호의 펄스를 계수하는 counting mode와 저장된 데이터를 외부로 출력하는 readout (shift register)의 동작을 수행한다. 이러한 동작 수행을 위하여 고속 동작이 가능하며 layout 면적이 작은 LFSR(Linear Feedback Shift Resister) counter를 이용하여 설제하였다. 설계된 포톤계수형 readout는 100㎛×100㎛ 픽셀크기, 50㎛×50㎛ bump bonding용 패드, 15bit counting bit, 32×32개의 픽셀로 이루어져 있으며, 4-metal 0.18㎛ triple-well CMOS 공정을 이용하여 제작하였다.
포톤 계수 방식의 $32{\times}32$ 픽셀 어레이를 갖는 디지털 CMOS X-ray 이미지 센서 설계
성관영,김태호,황윤금,전성채,진승오,허영,하판봉,박무훈,김영희,Sung, Kwan-Young,Kim, Tae-Ho,Hwang, Yoon-Geum,Jeon, Sung-Chae,Jin, Seung-Oh,Huh, Young,Ha, Pan-Bong,Park, Mu-Hun,Kim, Young-Hee 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.7
본 논문에서는 $0.18{\mu}m$ triple-well CMOS 공정을 사용하여 포톤계수 방식의 $32{\times}32$ 픽셀 어레이를 갖는 CMOS ray 영상센서를 설계하였다. 설계된 영상센서의 카픽셀은 $100{\times}100\;{\mu}m2$ 면적을 가지고 있고 약 400개의 트랜지스터로 구성되어 있으며, 범프 본딩을 통해 ray 검출기와 CSA(Charge Sensitive Amplifier)의 연결을 위한 $50{\times}50{\mu}m2$의 오픈패드를 가지고 있다. 각각의 싱글픽셀 CSA에서 전압 바이어스 회로를 사용한 folded cascode CMOS OP amp 대신 레이아웃 면적을 줄이기 위하여 self biased folded cascode CMOS OP amp를 이용하였으며, 계수 모드 진입 전후에 CLK에서 발생 할 수 있는 short pulse를 제거하는 15bit LFSR 계수기 (Linear Feedback Shift Register Counter) 클럭 발생회로를 제안하였으며, 읽기 모드에서 CMOS X-ray 영상센서의 최대 전류를 줄이기 위하여 열 어드레스 디코더를 이용하여 한 열씩 읽도록 설계하였다. In this paper, x-ray image sensor of photon counting type having a $32{\times}32$ pixel array is designed with $0.18{\mu}m$ triple-well CMOS process. Each pixel of the designed image sensor has an area of loot $100{\times}100\;{\mu}m2$ and is composed of about 400 transistors. It has an open pad of an area of $50{\times}50{\mu}m2$ of CSA(charge Sensitive Amplifier) with x-ray detector through a bump bonding. To reduce layout size, self-biased folded cascode CMOS OP amp is used instead of folded cascode OP amp with voltage bias circuit at each single-pixel CSA, and 15-bit LFSR(Linear Feedback Shift Register) counter clock generator is proposed to remove short pulse which occurs from the clock before and after it enters the counting mode. And it is designed that sensor data can be read out of the sensor column by column using a column address decoder to reduce the maximum current of the CMOS x-ray image sensor in the readout mode.
허영(Young Huh),전성채(Sungchae Jeon),이동훈(Dong Hoon Lee),김봉회(Bonghoe Kim),황윤금(Yoon Geum Hwang),서창우(Changwoo Seo),차보경(Bo Kyung Cha),마미연(Mi Yeon Ma) 대한전자공학회 2010 대한전자공학회 학술대회 Vol.2010 No.6
Our imaging system called 3D CT(Computed Tomography)-fluoroscopy system which has developed through our project is a mobile x-ray system designed for interventional radiology to assist physician and diagnostic evaluation. Traditionally, spine surgery patients have had preoperative imaging procedures such as CT scans, MRIs, and x-ray to provide diagnostic information to the surgeon. Especially, 2D-fluoroscopy using C-arm has been the standard work horse for intra-operative spine and orthopedic imaging for decades, among other. But x-rays with conventional C-arm show only 2D fluoroscopy image during surgery. Compared to these, CT-fluoroscopy system provide a 2D real time image(fluoroscopy-like) and 3D image of spinal anatomy(CT-like). The system uses a state-of-the-art flat-panel detector as x-ray detection and cone-beam based CT realization. The authors provide some introduction of development of this technology.