硅光电倍增器触发网络的制作方法

专利名称：硅光电倍增器触发网络的制作方法
技术领域：
下面涉及光电二极管，并且尤其涉及盖革模式雪崩光电二极管阵列。它特别应用于在正电子发射断层摄影(PET)系统、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)系统、光学成像 设备、高能物理以及测量进入的光子的到达时间的其它应用中使用的探测器。
背景技术：
在医学和其它领域中的各种应用依赖于低水平(low level)光脉冲的探测。PET 系统例如包括在检查区域附近通常以一般环形或圆环形布置而设置的辐射敏感探测器。探 测指示在检查区域发生正电子衰变的时间符合的511千电子伏特(keV)伽玛光子的探测器 包括响应于所接收到的511keV光量子(gamma)而生成(通常在可见光范围中或者附近的) 较低能量光子突发的闪烁器。每个突发通常包括在大约几十到几百纳秒(ns)的时间段上 传播的大约几百到几千个光子。在飞行时间(TOF)PET系统中，符合伽玛光子的相对到达时间可以被用来估计沿 着响应线(LOR)的正电子衰变的位置。对于给定的活动性水平(activity level)和成像 时间，附加的TOF数据一般可以被用来改善重构图像的质量。传统地已将光电倍增管(PMT)用于探测由闪烁器产生的光子。然而，PMT是体积 相对较大的基于真空管的器件，不是特别适合于需要高空间分辨率的应用。最近，已引入了 硅光电倍增器(SiPM)。SIPM已包括以多行和多列布置的探测器像素阵列，其中每个像素通 常包括大约几千个雪崩光电二极管(APD)单元。每个APD单元包括响应于由该单元探测到 的光子而产生触发输出信号的光子触发电路。触发输出被提供至生成指示光量子到达时间 的数字时间标记(stamp)数据的时间数字转换器(TDC)。SiPM可以提供很多优点，包括相对紧凑的尺寸、良好的灵敏性以及良好的空间分 辨率。此外，APD及其相关的熄灭和再充电、触发、TDC、光子能量测量和其它的相关电路通 常在同一个半导体衬底上制造。见日期为2006年10月26日且名称为Digital Silicon Photomultiplierfor TOP-PET 的 PCT 公布 WO 2006/111883A2。如上所提到的那样，来自各种APD单元的触发信号已被用来触发TDC。在图1中说 明了传统的触发线体系结构，将会理解的是为了清楚地解释，已从图1省略了 APD、熄灭和 再充电电路、读出逻辑和各个单元和SiPM的其它特征。如所说明的那样，阵列中的每个单元使用N型场效应晶体管(NFET) 102来产生触 发输出信号。阵列的每一列中的单元的NFET 102以线非或(线或非)布置连接到公共触 发线(CTL) 104，并且各个列的CTL直接并行连接到沿着APD阵列的边缘延伸的线106。线 106又连接到芯片上TDC 108的输入端。因为在PET系统的实例情况中位置估计的准确性 取决于由TDC产生的时间标记数据的准确性，所以通常期望改善触发和作为结果发生的时 间数字转换过程的准确性和一致性。此外，APD可以产生输出信号，甚至在不存在所探测的光子的情况下。结果，SiPM 还包括验证电路，其抑制由暗计数产生的触发，或者反过来说，接受指示所探测的光子的那些触发信号。已与时间数字转换过程并行地执行了验证。根据这样的布置，已响应于闪烁突 发的初始光子触发了 TDC。在触发TDC之后(例如触发之后大约约5纳米(ns))，已检查了 验证电路的输出。如果计数被认为是暗计数，则APD阵列、触发线和TDC已分别被再充电和 复位。在一种变形中，如果在验证时间段中探测到给定数目的N个光子，则TDC已被触发。尽管对初始光子的触发通常产生相对准确的定时测量，但是完成验证和/或复位 过程所需的时间增加了探测器的死时间，因此倾向于限制最大的探测器计数率。这个情形 在倾向于暗计数的APD的情况下会恶化。尽管N型光子触发可以减小APD暗计数的影响， 但是定时测量的准确性通常不高。本申请的各个方面解决了这些问题和其它问题根据一个方面，一种装置包括半导体衬底；在所述衬底上制造的多个雪崩光电 二极管；在所述衬底上制造并且在操作中与所述雪崩光电二极管电通信从而产生触发信号 的多个光子触发电路；以及在所述衬底上制造的触发线。以包括第一级和第二级的分级结 构来布置所述触发线。所述第一级包括从多个触发电路接收触发信号的第一触发线。该装 置还包括第一转发器(r印eater)，其从第一级的第一触发线接收触发信号。所述第二级包 括从所述第一转发器接收触发信号的第一触发线。根据另一个方面，一种方法包括使用硅光电倍增器的雪崩光电二极管来探测光 子；响应于来自所述雪崩光电二极管的信号生成光子触发信号；在第一触发线处接收所述 光子触发信号；以及经由所述硅光电倍增器的第一转发器在第二触发线处从所述第一触发 线接收触发信号。根据另一个方面，一种装置包括半导体衬底；在所述衬底上制造的多个光电传 感器；在所述衬底上制造的第一触发线。所述第一触发线接收响应于来自第一多个光电传 感器的信号而产生的光子触发信号。所述装置还包括在所述衬底上制造的第二触发线。所 述第二触发线接收响应于来自第二多个光电传感器的信号而产生的光子触发信号。所述装 置还包括在所述衬底制造上并且在操作中与所述第一和第二触发线电通信的时间数字转 换器和光子触发验证逻辑的至少一个。根据另一个方面，提供了一种使用装置的方法，所述装置包括在半导体衬底上制 造的光电传感器阵列、在所述衬底上制造的第一触发线、以及在所述衬底上制造的第二触 发线。所述第一和第二触发线的每一个都接收响应于来自光电传感器的不同子集的信号而 产生的光子触发信号，并且所述方法包括在第一触发线处接收光子触发信号，并且使用在 所述衬底上制造的电路来执行下述各项的至少一个(i)确定光子触发信号是否被所述第 一触发线接收，确定光子是否被所述第二触发线接收，以及使用第一和第二确定步骤的结 果来产生触发有效信号；以及(ii)执行作为由所述衬底的第三触发线接收的触发信号的 函数的时间数字转换，其中在所述第三触发线中从所述第一和第二触发线接收触发信号。根据另一个方面，一种方法包括响应于来自雪崩光电二极管阵列的雪崩光电二 极管的信号来生成光子触发信号；根据验证标准验证光子触发信号；改变所述验证标准； 并重复生成和验证步骤。根据另一个方面，一种装置包括雪崩光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括 第一、第二和第三阵列部分。所述第一和第二部分相对于所述第一和第三部分更倾向于串 扰。所述装置还包括验证来自所述阵列的信号的信号验证器。信号包括由阵列的光电二极管探测到的光子产生的有效信号以及由串扰产生的信号。验证器使用来自第一和第三部分 的信号来产生第一组验证信号以及使用来自第二部分的信号来产生第二组验证信号。该布 置减少了第一和第二阵列部分之间的串扰效应。根据对下面详细描述的阅读和理解，本领域技术人员将会认识到本发明的其它方面。


本发明可以采用各种部件以及部件的布置的形式以及和各种步骤和步骤的布置 的形式。附图仅为了说明优选实施例的目的并且不应该被解释为限制本发明。图1描绘现有技术的触发线体系结构；图2描绘成像系统；图3是分级的触发线体系结构；图4描绘硅光电倍增器的触发线；图5描绘蝶形结构；图6描绘验证电路；以及图7描绘方法。
具体实施例方式参考图2，实例成像系统200包括一个或多个辐射敏感探测器202、数据采集系统 203、图像生成器204和操作员接口 206。辐射敏感探测器202包括一个或多个SiPM 208"，其产生指示由探测器接收的辐 射的能量、到达时间、位置和/或其它特性的输出数据。可以提供波长移动器210(例如闪烁 器)以便将入射辐射的(一个或多个)波长移动成与(一个或多个)敏感波长或例如PET 系统情况下的SiPM 208更密切地匹配。如将在下面详细描述的那样，SiPM 208包括低时 间偏斜(temporal skew)光子触发网络212、可配置的光子验证电路214以及在操作中与触 发网络212和验证电路214电通信的TDC216。来自探测器202的信号被数据采集系统203接收，所述数据采集系统203产生指示所探测的辐射的数据。此外，在PET系统的实例情况下，数据采集系统204产生指示由各 种SiPM接收的时间符合的光子的投影数据。在系统包括飞行时间能力的情况下，飞行时间 确定器使用由各种SiPM 208接收的符合511keV光量子的相对到达时间，以便产生飞行时 间数据。图像生成器204使用来自采集系统204的数据以便产生指示所探测的辐射的(一 个或多个)图像或其它数据。此外，在PET系统的实例中，图像生成器204包括重构投影数 据以形成测容积的或图像空间数据的迭代的或其它重构器。用户经由操作员接口 206与系统200交互，例如以便控制系统200的操作、查看或 另外操纵来自图像生成器204的数据、配置可配置的验证电路214等等。暂时返回到图1，各种单元和TDC 108之间的空间距离以及进而线长度作为阵列 中单元的位置的函数而改变。根据分布式电阻-电容(RC)模型，沿着电线的传播延迟按照 线长度的二次方而增加
等式1 t = k I2其中t是传播延迟、k体现分布的电阻和电容，且1是线的长度。因此，由处于阵列中的不同位置的单元生成的触发信号经历不同的传播延迟。例 如，由位于离TDC 108相对较远的单元110生成的触发信号将展现比由较靠近TDC 108而 定位的单元112生成的触发信号更长的传播延迟。传播延迟时间的差异在所测量的光子到 达时间中引入时间偏斜。随着阵列的尺寸而增加的偏斜损害光子到达时间测量的准确性。图3说明了 SiPM 208的典型探测器像素的光子触发网络，将会理解SiPM 208 一 般包括多个相似配置的探测器像素。如所说明的那样，触发网络包括分级的树状结构触发 线体系结构，在该分级的树状结构触发线体系结构中，以三个(3)级来组织触发线较低级 或段触发线(STL)302、中间触发线(ITL) 304、以及较高级或主触发线(MTL)306。SiPM 208包括多个APD单元308，在半导体衬底301上制造所述SiPM 208的部 件。响应于所探测的光子而生成输出信号的单元308包括电路，例如偏置成处于盖革模式 的APD 310、读出电路316、熄灭和复位电路314以及光子触发电路312，所述光子触发电路 312包括以线或非或其它适当布置连接到段触发线302的NFET或其它有源半导体器件。本领域普通技术人员将会理解，单元308通常包括各种数据和其它输入和输出， 并且SiPM包括各种光子计数电路、能量测量电路以及为了清楚地解释已从图2中省略的其 它电路。在上面提到的PCT公布PCT 2006/111883A2和2007年6月25日提交且名称为 PhotodiodeSelf-Test的美国专利申请序列号No. 60/945, 998中更详细地描述了单元308 和SiPM 208的这些和其它特征的实例，所述公布和申请的全文清楚地在此引作参考。继续参考图3，段触发线302从一个或多个APD单元308接收触发信号。中间触发 线304经由(一个或多个)转发器318从一个或多个段触发线接收触发信号，并且主触发 线306经由(一个或多个)转发器320从一个或多个中间触发线304接收触发信号。主触 发线306被用来或者直接或者通过验证或其它逻辑324来触发TDC 322，将在下面详细描述 其连接和操作。对于处于层级的每一级的实例触发线，如图3通常所示，各种触发线302、304、306 被连接到适当的预充电器或上拉电路326，将会理解触发线网络的每个触发线通常被连接 到单独的预充电器或上拉电路326。转发器318、320优选地包括一个或多个NFET或其它半 导体开关。在一个实施方式中，NFET被配置成处于漏极开路配置，其中它们的漏极以线或非 布置连接到较高级触发线。取决于在转发器318、320各自的输入端处接收到的信号的数目 和性质，该转发器318、320还可以包括反相器或其它逻辑，将在下面更详细地讨论其实例。对于给定的单元308-TDC 322的距离，与图1的布置相比，在单元308和TDC 322 之间插入一个或多个转发器318、320倾向于减小单个触发线202、204、206的长度，其中减 小的程度取决于例如下面的因素转发器318、320的数目和放置、各种线302、304、306的路 线选择、它们的电阻和电容等等。除了减小各种线(经历由转发器318、320引入的延迟) 中的整体传播延迟之外，还可以减小传播延迟中的变化，尤其在根据I2考虑到由等式1的 分布RC模型假定的延迟相关性的时候。此外，在电气上和/或物理上对称的触发线302、 304、306布置可以被用来提供沿着层级的一个或多个级处的触发线的相似传播延迟。现在转到图4，将关于SiPM像素来描述实例触发线体系结构，所述SiPM像素包括 被布置在具有边界或周界400的阵列中的多个APD单元。为了本实例的目的假定，阵列的单元通常以N个行414^和M个列416^来布置。尽管针对两个⑵实例列416m和416m+1 示出了触发线302、304，但是相似地布置了其它列的触发线。
为了触发线布置的目的，每个列416被分成K个段418m.κ，其中每个段包括段 触发线302。段触发线302经由转发器318连接到在列416m、416m+1之间延伸的中间触发线 304。该中间触发线304接着又经由转发器320连接到主触发线306。如在图4中所说明的那样，主触发线306在周界400外面延伸，并且通常沿着阵列 的边缘延伸。可替换地，主触发线306可以位于阵列的中心或者另外位于阵列的期望行414 之间。这样的布置开发了阵列结构的物理对称性，并由此进一步减小了由中间触发线304 引入的传播延迟的变化。另外参考图5，相邻列和段的段触发线302基本上形成了在空间上对称的蝶形结 构502。在所说明的实施例中，每个中间触发线304连接到K/2蝶形结构502。如所说明的那样，蝶形结构502包括四个(4)段触发线302h。L = Ν/Κ APD个单 元308^的触发输出端经由NFET 504以线或非布置连接到每个段触发线302"。段触发线 302连接到与非(NAND)门512的输入端。NAND门512的输出端接着又连接到NFET 504的 栅极，其漏极以线或非布置连接到中间触发线304。可以看出，段触发线302η和所连接的单元308基本上关于转发器318和中间触 发线304在空间上对称，并且NFET 504基本上在相同的位置处连接到中间触发线304。如 将会认识到的那样，沿着段触发线302的长度的传播延迟将基本上相似；当通过TDC 322测 量时，由连接到蝶形结构502的单元308生成的触发信号将同样倾向于具有基本上相似的 传播延迟。还设想了其它的转发器318布置。例如，各种段触发线302可以连接到单个的四 个(4)输入NAND门，在这种情况下可以省略其中一个NFET 504。在另一个实例中，各种段 触发线302可以通过一个或多个NOR门连接到中间触发线304，在这种情况下可以省略(一 个或多个)NFET 504。在又一个实例中，各种段触发线302可以通过单独的NFET 504连接 到中间触发线304，其中在NFET 504的输入端处提供合适的反相器以提供正确的逻辑。还 可以提供正负逻辑的其它组合。还可以设想不同于蝶形结构的布置。例如，段触发线302可以以单个或成对的方 式连接到中间触发线304。在前面的情况下，每个段触发线302可以在期望的位置例如通过 专用转发器318连接到中间触发线304。在成对连接的实例中，第一 302i和第二 3022段触 发线可以在第一位置处连接到中间触发线304，第三3023和第四3024段触发线可以在第二 位置处连接到中间触发线，等等。现在转向图6，验证逻辑324的验证电路602包括多个触发线群组(grouper) 604 和验证器606。每个群组604从两个或更多个中间触发线304接收触发信号。尽管图6说 明了从八个中间触发线304接收信号的电路602的实例情况，但是将会理解验证电路602 通常被配置成容纳出现在给定探测器像素中的中间触发线304的数目。尤其在探测器倾向于串扰的场合，向每个群组604提供的中间触发线304有利地 从APD阵列的非连续区域(例如从非相邻行、列或其它区)接收触发信号。如果在触发时 间窗口期间(例如在PET系统的情况下大约约为5ns)在Q个或更多个群组604的输入端 处接收到触发信号，则该每个群组604产生组触发信号608。如果在触发时间窗口中从R个或更多个群组604接收到组触发信号，则验证器606从各种群组604接收信号并且产生有 效的光子触发信号610。可以基于在每个群组处接收到的中间触发线302的数目、群组604的数目以及像 素和/或探测器的期望性能特性来建立Q和R的期望值。如在图6中所说明的那样，例如 每个群组604从两个中间触发线304接收触发信号。根据这样的实施方式，Q可以被设置 成2，在这种情况下群组604可以被认为是执行逻辑与功能。因此，将仅在于至少R个群组 604的两个输入端处都接收到触发信号的情况下，才产生有效的输出信号610。再次，对于 倾向于串扰的探测器的实例，这样的实施方式减小了作为这样的串扰结果而产生有效输出 信号610的可能性。注意，R的值还可以被用来告知对于验证的能量阈值，其中R的较高值 倾向于增大能量阈值。像素可以通过与系统200的操作相协调地例如经由验证逻辑324选择性地将TDC 322的触发输入端连接到验证电路602的输出端或主触发线306来在第一光子触发模式和 第R-光子触发模式之间进行改变。另外或可替换地，可以通过在SiPM的操作期间改变Q 和R中的一个或这二者的值来改变触发模式。在一个这样的实例中，Q可以被设置成1，在 这种情况下群组604可以被认为是执行逻辑或功能。根据这样的实施方式，如果在任意R 个输入触发线304处接收到触发信号，则将Q的值从2改变成1将使得验证器606产生有 效输出信号610。如果R被设置成1，则验证电路602响应于由APD阵列探测的第一光子产 生有效输出信号，从而提供第一光子触发模式。群组604也可以被省略，在这种情况下，如 果在确切的R个中间触发线304处接收到触发信号则将产生有效输出信号610。可以基于SiPM 208的性能特性、由系统200执行的检查协议、来自人类用户的输 入、温度值或其它环境参数等等来选择触发验证模式。在一个实例中，SiPM 208的暗计数性能可随着制造过程中的变化而改变。同时， 各种类型的系统200可以具有不同的暗计数和/或定时需求。因此，SiPM 208可以被分等 级或者另外被选择来在适合的系统200类型中使用。因此，具有倾向于暗计数的单元308 的SiPM可以被安装在具有相对不那么严格的时间测量需求的系统200中，在这种情况下， 验证模式通常被设置成处于第R-光子触发模式，其中R大于1。作为另一个实例，给定SiPM 208的像素可以包括一个或多个倾向于暗计数的单 元308。因此，可以基于像素的测量的暗计数性能以逐个像素(pixel-by-pixel)为基础改 变验证模式。还可以以逐个组(group-by-group)为基础例如通过忽视来自那些从倾向于 暗计数的(一个或多个)单元308接收触发信号的触发线的触发信号来改变验证模式。在 单独的单元308可以被禁用或禁止的场合，具有不可接受的性能的那些单元308也可以被 禁用。因此，如果在给定像素中的单元308或单元308的组展现了比第一暗计数率阈值大 的暗计数率，则用于单元308或单元308的组的验证标准可以增加。如果单元308或单元 308的组的性能超过第二相对较高的阈值，则该受到影响的单元或多个单元308可以被禁 用。在其它实例中，SiPM 208的性能特性可以随着例如时间和/或温度的变量而改 变。因此，在将SiPM安装在给定系统200中之后，可以测量或另外确定性能特性，并且相应 地调整验证模式。这样的操作可以例如通过与系统200的安装和授权(commissioning)或 系统200的周期性或其它服务有关的服务工程师来执行。还可以在所建议的调整的用户发起的测量或确认之后自动或半自动地调整验证模式。
在又一个实例中，系统200的性能要求可以随着由该系统200执行的检查协议的 变化而变化。例如，第一检查协议可以关于定时测量的准确性来强调计数率，而第二检查协 议可以要求相对较低的计数率但具有较高的定时准确性要求。因此，可以基于所确定的协 议需求来选择验证模式，例如以逐个SiPM 208、逐个像素、或逐个组为基础。现在将参考图7来描述操作。在步骤702中探测一个或多个光子。在步骤704中生成指示所探测的(一个或多个)光子的(一个或多个)光子触发信号。 在706中，在一个多个段触发线302处接收(一个或多个)光子触发信号。在708中，在一个多个中间触发线304处经由(一个或多个)转发器318接收(一 个或多个)光子触发信号。在710处，在主触发线306处经由(一个或多个)转发器320接收(一个或多个)
光子触发信号。在710处执行触发信号验证。在SiPM 208包括可配置的触发验证电路的场合，根 据所选择的触发验证模式改变验证逻辑。在步骤712处触发TDC，并且开始数据采集序列。注意可以在触发TDC之后或者另 外地在时间上与TDC的触发并行地执行验证710。在步骤714处采集指示所探测的(一个或多个)光子的数据。在系统200包括多 个SiPM 208的场合，从各种SiPM采集光子数据并且如期望的那样对其进行合计或处理。 在TOF PEF系统的情况下，例如，指示时间符合光子的数据被用来产生投影数据，其中相对 到达时间被用来估计沿着LOR的正电子湮灭的位置。在步骤716中处理所采集的数据。在成像系统的情况下，例如，所采集的数据可以 被用来生成指示所探测的辐射的图像数据。在步骤718中以人可觉察的形式呈现经处理的数据。可以设想变化和替换物。例如可以以具有少于或多于三个级的结构组织各种触发 线。在这样的情况下，触发验证电路602可以从层级中的期望级(或多个级)接收触发信号。上面的论述集中于以多个行和列组织的APD阵列。各个行和/或列可以是不规则 的，例如其中一个或多个单元308可以偏移APD节距(pitch) —小部分。此外，将会理解各 个列不需要是垂直的并且行不需要是水平的。因此，例如列可以是水平的并且行可以是垂直的。 SiPM 208可以被用在不同于PET系统并且具有不同于APD的光电探测器的成像以 及非成像系统中。 已参考优选实施例描述了本发明。一旦阅读并理解了之前详细的描述，就可以进 行修改和替换。本发明旨在被解释成包括所有这样的修改和替换，只要它们落入所附权利 要求或其同等物的范围内。
权利要求
一种装置包括半导体衬底(301)；在所述衬底上制造的多个雪崩光电二极管(310)；在所述衬底上制造并且在操作中与所述雪崩光电二极管电通信从而产生触发信号的多个光子触发电路(312)；在所述衬底上制造并且以分级结构布置的触发线(302、304、306)，所述分级结构包括第一级和第二级，其中所述第一级包括从多个所述触发电路接收触发信号的第一触发线(302、304)；从所述第一级的第一触发线接收触发信号的第一转发器(318、320)，其中所述第二级包括从所述第一转发器接收触发信号的第一触发线(304)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二级的第一触发线从第一多个转发器接收 触发信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一级包括第二触发线，所述第一级的第一 触发线从所述触发电路的第一子集接收触发信号，所述第一级的第二触发线从所述触发电 路的第二子集接收触发信号，所述装置包括从所述第一级的第二触发线接收触发信号的第 二转发器，并且所述第二级的第一触发线从所述第一和第二转发器接收触发信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述雪崩光电二极管和光子触发电路被布置成单 元(308)，所述单元以第一(416J和第二(416m+1)列布置，并且所述第一和第二转发器在物 理上位于所述第一列和第二列之间。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一多个转发器包括第一转发器和第二转发 器，并且所述第一和第二转发器的输出端以线或非布置而连接。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述分级结构包括第三级，所述第三级包括第一 触发线(306)，并且所述第三级的第一触发线从第二多个转发器(320)接收触发信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述雪崩光电二极管和触发电路被布置成形成探 测器像素的单元，所述单元以周界(400)为界限，并且所述第三级的第一触发线的至少一 部分位于所述周界的内部。
8.根据权利要求1所述的装置，包括在所述衬底上制造的时间数字转换器(322)，其中 所述时间数字转换器包括触发输入端，并且其中所述第一级的第一触发线、第一转发器和 第二级的第一触发线形成所述触发电路和所述触发输入端之间的电信号路径的至少一部 分。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一级包括多个触发线，其中所述多个触发 线的每一个触发线从多个触发电路接收触发信号，并且被连接到转发器的输入端，并且其 中沿着所述多个触发线的长度的传播延迟基本上相等。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述多个触发线的长度基本上相等。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述雪崩光电二极管被布置成单元，所述单元被 布置在包括第一列和第二列的阵列中，并且所述第一级包括以碟形结构(502)布置的从所 述第一列和第二列的单元接收触发信号的四个触发线。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一级包括多个碟形结构。
13.根据权利要求1所述的装置，包括在所述衬底上制造的触发验证逻辑(324)，其中逻辑根据第一第Q-光子验证模式和第二第R-光子验证模式来操作，其中R比Q大。
14.根据权利要求1所述的装置，包括与所述多个雪崩光电二极管光学通信的闪烁器 (210)材料。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置形成正电子发射断层摄影系统(200)的 部件。
16.一种方法，包括使用硅光电倍增器(208)的雪崩光电二极管(308)来探测光子；响应于来自所述雪崩光电二极管的信号生成光子触发信号；在第一触发线(302)处接收所述光子触发信号；经由所述硅光电倍增器的第一转发器(318)在第二触发线(304)处从所述第一触发线 接收触发信号。
17.根据权利要求16所述的方法，包括经由所述硅光电倍增器的第二转发器(320)在 第三触发线(306)处从所述第二触发线接收触发信号。
18.根据权利要求16所述的方法，其中硅光电倍增器包括时间数字转换器(322)，所述 方法包括使用时间数字转换器以根据在所述第二触发线处接收的触发信号执行时间数字 转换。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述硅光电倍增器包括多个雪崩光电二极管， 所述方法包括在第一多个触发线的每一个处接收指示由所述雪崩光电二极管的子集探测的光子的 光子触发信号；在第二多个触发线的每一个处并且经由所述硅倍增器的转发器从所述第一多个触发 线的子集接收触发信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中沿着所述第一多个触发线的每一个的长度的触 发信号的传播延迟基本上相等。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述硅倍增器包括多个雪崩光电二极管，所述 方法包括在第一多个触发线的每一个处接收响应于由所述雪崩光电二极管的子集产生的信号 而生成的光子触发信号，其中所生成的光子触发信号包括响应于所探测的光子并且响应于 暗计数而生成的触发信号；确定所述第一多个触发线的至少R个触发线是否接收到触发信号；如果所述第一多个触发线的至少R个触发线接收到触发信号，则产生有效光子触发信 号(610)。
22.根据权利要求21所述的方法，其中R大于或等于2。
23.根据权利要求21所述的方法，包括改变R的值。
24.根据权利要求21所述的方法，包括使用有效光子触发信号来触发时间数字转换。
25.一种装置，包括半导体衬底(301)；在所述衬底上制造的多个光电传感器(310)；在所述衬底上制造的第一触发线(302、304)，其中所述第一触发线接收响应于来自第一多个光电传感器的信号而产生的光子触发信号；在所述衬底上制造的第二触发线(302、304)，其中所述第二触发线接收响应于来自第 二多个光电传感器的信号而产生的光子触发信号；在所述衬底上制造并且在操作中与所述第一和第二触发线电通信的时间数字转换器 (322)和光子触发验证逻辑(324)的至少一个。
26.根据权利要求25所述的装置，包括在所述衬底上制造的第三触发线(304、306)，其 中所述第三触发线从所述第一和第二触发线接收光子触发信号。
27.根据权利要求25所述的装置，包括 第一列(416J，其包括第一 &个光电传感器；第一 &个触发线，其中所述第一多个触发线中的每个触发线接收响应于来自第一列的 N/Ki个光电传感器的信号而产生的触发信号。
28.根据权利要求27所述的装置，包括从所述第一多个触发线接收触发信号的第三触 发线(304)。
29.根据权利要求28所述的装置，包括 第二列(416m+1)，包括第二 N2个光电传感器；第二 K2个触发线，其中所述第二多个触发线中的每个触发线接收响应于来自第二列的 N2/K2个光电传感器的信号而产生的触发信号；其中Ni = N2、Ki = K2，并且第三触发线从所述第二多个触发线接收触发信号。
30.根据权利要求25所述的装置，包括验证逻辑，其中所述验证逻辑包括第一输入端 和第二输入端，所述第一输入端连接到所述第一触发线，并且所述第二输入端连接到所述 第二触发线。
31.根据权利要求30所述的装置，包括第三多个光电传感器，其被制造在所述衬底上并且在物理上被设置在所述第一和第二 多个光电传感器之间；第一群组(604)，其包括第一输入端、第二输入端和群组输出端，其中所述第一输入端 从第一触发线接收触发信号，所述第二输入端从所述第二触发线接收触发信号，并且所述 群组执行所述第一输入端和第二输入端的逻辑与和逻辑或的至少一个； 验证器(606)，其使用所述群组的输出来产生有效光子输出信号(610)。
32.根据权利要求25所述的装置，包括第三触发线，其接收响应于来自第三多个光电传感器的信号而产生的光子触发信号； 第四触发线，其接收响应于来自第三多个光电传感器的信号而产生的光子触发信号； 第一群组(604)，其至少包括第一输入端和第二输入端； 第二群组，其至少包括第一输入端和第二输入端； 验证器(606)；其中所述第一群组的第一输入端从所述第一触发线接收触发信号，所述第一群组的第 二输入端从所述第二触发线接收触发信号，所述第二群组的第一输入端从所述第三触发线 接收触发信号，所述第二群组的第二输入端从所述第四触发线接收触发信号，并且所述验 证器使用所述第一群组的输出和所述第二群组的输出来产生有效光子触发信号(610)。
33.根据权利要求32所述的装置，其中如果触发信号被第一群组中的至少Q个输入端接收，则所述第一群组产生逻辑真输出信号，其中Q大于或者等于2。
34.根据权利要求33所述的装置，其中在制造所述装置之后，Q的值是可调整的。
35.根据权利要求25所述的装置，包括验证逻辑，其中所述验证逻辑能够被调整到第 Q-光子触发操作模式和第R-光子操作模式，其中R大于Q。
36.根据权利要求25所述的装置，其中所述光电传感器包括偏置成处于盖革模式的雪 崩光电二极管。
37.一种使用装置的方法，所述装置包括在半导体衬底(301)上制造的光电传感器 (310)的阵列、在所述衬底上制造的第一触发线以及在所述衬底上制造的第二触发线，其中 所述第一和第二触发线的每一个都接收响应于来自光电传感器的子集的信号而生成的光 子触发信号，所述方法包括在所述第一触发线处接收光子触发信号；使用在所述衬底上制造的电路来执行下述各项的至少一个确定光子触发信号是否被所述第一触发线接收；确定光子是否被所述第二触发线接 收，并使用第一和第二确定步骤的结果来产生触发有效信号(610)；以及取决于由所述衬底的第三触发线接收的触发信号来执行时间数字转换，其中所述第三 触发线从所述第一和第二触发线接收触发信号。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述第一和第二触发线以线或非布置连接到第 三触发线。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述装置包括多个触发线，其中所述多个触发 线的每一个触发线都接收响应于来自光电传感器的不同子集的信号而生成的光子触发信 号，所述方法包括确定触发信号是否被所述多个触发线的第一子集的至少Qi个构件接收，其中Qi大于1 ；确定触发信号是否被所述多个触发线的第二子集的至少Q2个构件接收，其中Q2大于1。
40.根据权利要求37所述的方法，其中所述装置包括多个触发线，其中所述多个触发 线的每一个触发线都接收响应于来自光电传感器的不同子集的信号而生成的光子触发信 号，所述方法包括确定触发信号是否被至少R个触发线接收，其中R大于等于1。
41.根据权利要求37所述的方法，其中所述装置形成检查装置的部件，所述方法包括 确定使用所述装置而执行的检查的协议；使用确定的结果来改变用于产生所述有效触发信号的逻辑。
42.根据权利要求37所述的方法，包括 确定光电传感器的操作特性；使用所述确定的结果来改变用于产生所述有效触发信号的逻辑。
43.一种方法，包括响应于来自雪崩光电二极管阵列的雪崩光电二极管的信号来生成光子触发信号； 根据验证标准验证所述光子触发信号； 改变所述验证标准； 重复生成和验证步骤。
44.根据权利要求43所述的方法，包括确定所述光电二极管阵列的性能特性，其中改 变包括随着所确定的性能特性的变化来改变所述验证标准。
45.根据权利要求44所述的方法，其中确定包括确定所述阵列的雪崩光电二极管的暗 计数性能。
46.根据权利要求44所述的方法，其中确定包括测量所述阵列的操作环境的特性。
47.根据权利要求44所述的方法，其中所述阵列包括雪崩光电二极管单元(308)，所述 方法包括随着所确定的性能特性的变化来改变所述单元的操作。
48.根据权利要求43所述的方法，其中所述阵列包括雪崩光电二极管单元(308)，所述 方法包括评估所述单元的性能特性；如果所评估的性能特性满足第一标准则禁用所述单元的操作；改变包括如果所评估的 性能特性满足第二标准则改变所述验证标准。
49.根据权利要求43所述的方法，其中所述阵列形成检查装置的部件，所述方法包括确定使用所述装置而执行的检查的协议；随着所确定的协议的变化来调整所述验证标准。
50.一种装置，包括雪崩光电二极管阵列，该雪崩光电二极管阵列包括第一(30、)、第二(304》和第三 (3044)阵列部分，其中所述第一和第二部分相对于所述第一和第三部分更倾向于串扰；信号验证器(606)，其验证来自所述阵列的信号，其中所述信号包括由所述阵列的光电 二极管探测到的光子产生的有效信号以及由串扰产生的信号，其中所述验证器使用来自第 一和第三部分的信号来产生第一组验证信号(608)以及使用来自第二部分的信号来产生 第二组验证信号，从而减少了所述第一和第二阵列部分之间的串扰效应。
51.根据权利要求50所述的装置，其中所述信号是光子触发信号。
52.根据权利要求50所述的装置，其中所述第一和第三部分在物理上是不连接的。
53.根据权利要求52所述的装置，其中所述阵列包括多个列，并且所述第一、第二和第 三阵列部分包括所述阵列的相应的第一、第二和第三列。
54.根据权利要求50所述的装置，其中所述阵列包括与所述第二阵列部分不连接的第 四阵列部分，并且所述验证器使用来自所述第二和第四阵列部分的信号来产生第二组验证 信号。
55.根据权利要求50所述的装置，其中所述验证器使用所述第一和第二组验证信号来 产生有效的输出信号(610)。
全文摘要
一种装置(208)包括多个光电传感器(310)。响应于来自所述传感器的信号而产生的光子触发信号由包括段线(302)、中间线(304)和主线(306)的触发线网络接收。所述触发网络被配置成减小由所述触发线网络引入的时间偏斜。验证逻辑(324)提供触发验证输出信号(610)。
文档编号G01T1/24GK101861527SQ200880102281
公开日2010年10月13日 申请日期2008年8月6日 优先权日2007年8月8日
发明者A·索恩, G·普雷谢尔, T·弗拉克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司