A 1.9 ps-rms Precision Time-to-Amplitude Converter With 782 fs LSB and 0.79%-rms DNL

Measuring a time interval in the nanoseconds range has opened the way to 3-D imaging, where additional information as distance of objects light detection and ranging (LiDAR) or lifetime decay fluorescence-lifetime imaging (FLIM) is added to spatial coordinates. One of the key elements of these systems is the time measurement circuit, which encodes a time interval into digital words. Nowadays, most demanding applications, especially in the biological field, require time-conversion circuits with a challenging combination of performance, including sub-ps resolution, ps precision, several ns of measurement range, linearity better than few percent of the bin width (especially when complex lifetime data caused by multiple factors have to be retrieved), and operating rates in the order of tens of Mcps. In this article, we present a time-to-amplitude converter (TAC) implemented in a SiGe 350 nm process featuring a resolution of 782 fs, a minimum timing jitter as low as 1.9 ps-rms, a DNL down to 0.79% LSB-rms, and conversion rate as high as 12.3 Mcps. With an area occupation of 0.2 mm2 [without PADs and digital-to-analog converter (DAC)], a FSR up to 100 ns, and a power dissipation of 70 mW, we developed a circuit suitable to be the core element of a densely integrated, faster and high-performance system

Time-to-digital converters and histogram builders in SPAD arrays for pulsed-LiDAR

Light Detection and Ranging (LiDAR) is a 3D imaging technique widely used in many applications such as augmented reality, automotive, machine vision, spacecraft navigation and landing. Pulsed-LiDAR is one of the most diffused LiDAR techniques which relies on the measurement of the round-trip travel time of an optical pulse back-scattered from a distant target. Besides the light source and the detector, Time-to-Digital Converters (TDCs) are fundamental components in pulsed-LiDAR systems, since they allow to measure the back-scattered photon arrival times and their performance directly impact on LiDAR system requirements (i.e., range, precision, and measurements rate). In this work, we present a review of recent TDC architectures suitable to be integrated in SPAD-based CMOS arrays and a review of data processing solutions to derive the TOF information. Furthermore, main TDC parameters and processing techniques are described and analyzed considering pulsed-LiDAR requirements

Low power VCO-based analog-to-digital conversion

textThis dissertation presents novel two stage ADC architecture with a VCO based second stage. With the scaling of the supply voltages in modern CMOS process it is difficult to design high gain operational amplifiers needed for traditional voltage domain two-stage analog to digital converters. However time resolution continues to improve with the advancement in CMOS technology making VCO-based ADC more attractive. The nonlinearity in voltage-to-frequency transfer function is the biggest challenge in design of VCO based ADC. The hybrid approach used in this work uses a voltage domain first stage to determine the most significant bits and uses a VCO based second stage to quantize the small residue obtained from first stage. The architecture relaxes the gain requirement on the the first stage opamp and also relaxes the linearity requirements on the second stage VCO. The prototype ADC built in 65nm CMOS process achieves 63.7dB SNDR in 10MHz bandwidth while only consuming 1.1mW of power. The performance of the prototype chip is comparable to the state-of-art in terms of figure-of-merit but this new architecture uses significantly less circuit area.Electrical and Computer Engineerin

Conception d'un système d'acquisition pour la tomographie optique diffuse à mesures dans le domaine temporel

La tomographie optique diffuse (TOD) est une méthode d'imagerie médicale émergente permettant de faire l'acquisition des coefficients d'absorption et de diffusion, de même que la détection d'inclusions fluorescentes ou bioluminescentes à l'intérieur d'un sujet. Ce type d'imagerie vise de nombreuses applications, dont la mammographie optique, l'imagerie cérébrale fonctionnelle et l'imagerie sur petits animaux pour la recherche préclinique. La TOD utilise la lumière laser rouge et proche infrarouge pour illuminer le sujet à l'étude. Les photons diffus ressortant du sujet sont ensuite captés par des détecteurs tout autour de l'animal. L'acquisition de données en TOD peut être réalisée dans trois régimes d'opération, soit le régime continu, les mesures dans le domaine fréquentiel et les mesures dans le domaine temporel. Ce dernier régime permet l'obtention d'information beaucoup plus riche que les autres régimes, et est donc le sujet d'intérêt du présent mémoire. Depuis plusieurs années, le laboratoire TomOptUS développe l'instrumentation nécessaire aux systèmes de TOD à mesures dans le domaine temporel (TOD-DT) pour l'imagerie moléculaire in vivo sur petits animaux. Des travaux récents ont mené à la réalisation d'un scanner TOD-DT sans contact et à angles de vue multiples, de même qu'au développement des algorithmes de reconstruction d'image. Le scanner actuel ne permet toutefois pas l'imagerie de sujets vivants, le temps d'acquisition étant trop long pour garder un animal sous anesthésie. Pour améliorer significativement la sensibilité, le nombre de canaux de détection autour du sujet doit être augmenté afin d'éviter le balayage mécanique de multiples positions de détecteurs. Le système actuel a toutefois atteint son plein potentiel, ses possibilités d'expansion étant limitées par le système d'acquisition de données. Les travaux de recherche du présent mémoire portent sur la conception de l'électronique d'un système d'acquisition spécialement conçu pour la TOD-DT et pour l'intégration d'un plus grand nombre de canaux (64 et plus) dans l'anneau de détection. Ce système propose une architecture à canaux multiples extensible permettant de combiner plusieurs canaux dans un seul système d'acquisition. Son système électronique modulaire à carte mère et cartes filles supporte tous les types de détecteurs monophotoniques sur le marché et s'adapte à tout type de signal. Le système d'acquisition offre aussi un procédé de calibration entièrement programmable permettant d'éviter l'ajustement manuel des longueurs de câble lors de l'assemblage du système. Comme le système utilise uniquement des composants électroniques disponibles sur le marché, le coût par canal est réduit de plus d'un ordre de grandeur, passant de > 10 000 CAD pour un système conventionnel à < 750 CAD pour le système dédié. Ce dernier offre des performances très compétitives par rapport aux systèmes d'acquisition commerciaux, avec une taille de bin de 13,02 ps, une précision moyenne de 19 ps largeur à la mi-hauteur (LMH) et une non-linéarité intégrale maximale de 10% LSB

Design and investigation of nanometric integrated circuits for all-digital frequency synthesisers

Disertacijoje nagrinėjami daugiajuosčių dažnio sintezatorių blokai, modeliai bei jų kūrimas taikant nanometrines integrinių grandynų technologijas. Iškeliama ir įrodoma hipotezė, kad taikant nanometrines technologijas visiškai skaitmeniniai dažnio sintezatoriai įgalina gauti parametrus, reikiamus daugiajuosčiams belai- džio ryšio siųstuvams-imtuvams. Darbo tikslas – sukurti visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus blokus, kuriuos naudojant galima pasiekti reikiamus sinte- zatoriaus, skirto daugiajuosčiams belaidžio ryšio siųstuvams-imtuvams, paramet- rus taikant nanometrines integrinių grandynų gamybos technologijas. Darbe išsp- ręsti tokie uždaviniai: ištirtos dažnio sintezatorių struktūros ir sukurta struktūra, tinkama įgyvendinti taikant nanometrines technologijas, sukurti ir ištirti siūlomos struktūros sintezatorių sudarančių blokų modeliai ir integriniai grandynai. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatū- ros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir keturi priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašo- mas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma ty- rimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, gi- namieji teiginiai bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje apžvelgiamos dažnio sintezatorių rūšys, aprašomi pag- rindiniai dažnio sintezatorių parametrai ir dažniausiai naudojamos kokybės funk- cijos. Apžvelgiami dažnio sintezatorių modeliai ir jų veikimas fazės ir dažnio sri- tyse. Aprašomi visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus triukšmų šaltiniai. Skyriaus pabaigoje suformuluojami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pasiūlyta ir taikoma nauja kokybės funkcija, leidžianti at- likti daugiajuosčių dažnio sintezatorių palyginamąją analizę. Iškeliami reikalavi- mai pagrindiniams sintezatoriaus blokams, nagrinėjami laikinio skaitmeninio kei- tiklio skiriamosios gebos didinimo būdai, sukurtas naujas laikinio skaitmeninio keitiklio modelis. Siūloma dažnio sintezatoriaus struktūra daugiajuosčiams siųs- tuvams-imtuvams. Trečiajame skyriuje pagal iškeltus reikalavimus daugiajuosčio dažnio sinte- zatoriaus blokams, taikant kompiuterinių skaičiavimų ir eksperimentinius meto- dus yra kuriami ir tiriami laikinio skaitmeninio keitiklio, skaitmeniniu būdu val- domo generatoriaus bei skaitmeninio filtro integriniai grandynai. Disertacijos tema yra atspausdinti 7 moksliniai straipsniai: 4 – mokslo žurna- luose, įtrauktuose į Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazę, 1 – tarp- tautinių konferencijų medžiagoje, įtrauktoje į Clarivate Analytics Proceedings duomenų bazę, 2 – mokslo žurnaluose, referuojamuose kitose tarptautinėse duo- menų bazėse. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo paskelbti devyniose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje

SPATIAL TRANSFORMATION PATTERN DUE TO COMMERCIAL ACTIVITY IN KAMPONG HOUSE

ABSTRACT Kampung houses are houses in kampung area of the city. Kampung House oftenly transformed into others use as urban dynamics. One of the transfomation is related to the commercial activities addition by the house owner. It make house with full private space become into mixused house with more public spaces or completely changed into full public commercial building. This study investigate the spatial transformation pattern of the kampung houses due to their commercial activities addition. Site observations, interviews and questionnaires were performed to study the spatial transformation. This study found that in kampung houses, the spatial transformation pattern was depend on type of commercial activities and owner perceptions, and there are several steps of the spatial transformation related the commercial activity addition. Keywords: spatial transformation pattern; commercial activity; owner perception, kampung house; adaptabilit