Eine IC-Lösung von ams erhöht die Performance von Siemens-Computertomografie-Systemen.

Eine IC-Lösung von ams erhöht die Performance von Siemens-Computertomografie-Systemen.ams

Der Spezialist für analoge Hochleistungs-ICs, ams zeigte auf der Electronica ein Computertomografie-ASIC. Der Baustein erlaubt einem neuen Siemens-Fotodetektormodul für CT-Systeme, hochauflösendere Bilder bei deutlich verringerten Röntgendosen zu liefern. Der ASIC erfasst und digitalisiert Bilder des Körpers eines Patienten und ist Teil des Stellar-CT-Fotodetektormoduls. Der kundenspezifische Baustein kombiniert eine hochauflösende Fotodiode und einen rauscharmen A/D-Wandler in einer Stacked-Die-Konfiguration (3D-integriert). Der ASIC ist das Ergebnis einer im Jahr 2005 begonnenen Zusammenarbeit mit Siemens, die zum Ziel hatte, eine neue Generation von Fotodetektormodulen zu entwickeln. Mediziner stellen dabei zwei Hauptanforderungen:

  • Hochauflösendere Bilder, die eine genauere Diagnose des Zustands von Patienten ermöglichen.
  • Niedrigere Röntgendosen, die das Gesundheitsrisiko für Patienten bei der Untersuchung verringern

Mit dem neuen ASIC gelang laut ams ein technologischer Durchbruch in der analogen Sensorleistung, da das Rauschen in der empfindlichen analogen Signalkette zwischen Fotodiode und A/D-Wandler erheblich reduziert werden konnte. Ein zweistufiger A/D-Wandler ist in der Lage, das gesamte Eingangssignal abzutasten, und erreicht so maximale Linearität am Ausgang. Die Verstärkungs- und Offset-Korrektur liefert ein hochpräzises Ausgangssignal über einen großen Dynamikbereich der optischen Eingänge liefert. Für den ASIC nutzt ams ein neues Herstellungsverfahren für die 3D-Integration eines Mixed-Signal-Bauteils: Die Stacked-Dice-Technik integriert den Fotosensor und den A/D-Wandler in einem kompakten Baustein. Eine lange Verbindung vom Sensor zum A/D-Wandler auf Boardebene in der vorherigen Generation des Detektormoduls konnte so durch eine 200-µm-Durchführung im Silizium ersetzt werden. Siemens war hierdurch in der Lage, die Auswirkungen von Rauschen und Übersprechen bei empfindlichen analogen Signalen zu verringern und die Laufzeit der Signale zwischen dem Sensor und dem A/D-Wandler erheblich zu verkürzen.

Michael Leitner, Marketing Director bei ams.

Michael Leitner, Marketing Director bei ams.Achim Leitner

Nach Angaben von Siemens bietet der neue Stellar-Detektor um 20 % weniger Rauschen bei CT-Scans mit niedriger Dosis im Vergleich zu konventionellen Detektoren. Er erreicht eine Auflösung bis hinunter zu 0,5 mm, was gegenüber herkömmlichen Detektoren eine Verbesserung von 0,3 mm darstellt. Der Dynamikbereich vergrößert die Einsatzmöglichkeiten von CT-Scans mit niedriger Dosis und die typische Leistungsaufnahme sinkt von 1000 W auf 300 W. Damit sinkt auch die Verlustwärme, was die Signalqualität und Bildauflösung verbessert.

Michael Leitner, Marketing Director bei ams, erläutert: „Das erfolgreiche Design und die Herstellung eines ASIC mit bahnbrechender Leistungsverbesserung verlangen nach enger Zusammenarbeit und Teamwork mit dem Kunden. Wir haben bereits im Jahr 2005 zusammen mit Siemens die Arbeit an dem Projekt begonnen, das heute als Stellar-Detektor in Serienproduktion ist. Unser tiefes Verständnis der Anforderungen in medizinischen Highend-Anwendungen und der spezifischen Anforderungen von Siemens war entscheidend für die erfolgreiche Umsetzung des ASICs.“