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ams의 초저 노이즈혼성 신호 칩, 지멘스 엑스레이 컴퓨터 단층촬영 스캐너에서 탁월한 성능 발휘

ams의 혁신적인 칩 설계와 생산으로 아날로그와 혼성 신호 ASIC을 저노이즈 저출력으로 구현

소비재 및 통신, 산업 및 의료와 자동차 애플리케이션을 위한 고성능 아날로그 IC의 세계적인 선도 제조 및 설계업체인 ams (지사장: 이종덕)가 컴퓨터 단층 촬영(CT)용으로 저 방사선량에서도 고해상도를 구현할 수 있는 지멘스의 신제품 사진 검출기 모듈에 작동되는 고집적 ASIC를 공급한다고 밝혔다.

ams의 ASIC 는 지멘스의 신제품 Stella CT 사진 검출기 모듈의 일부분으로 환자의 신체 이미지를 캡처하고 디지털화한다. 이 칩은 고해상도 포토다이오드를 3D로 배열된 스택 다이스의 저소음 ADC와 통합한 것이다.

ams의 ASIC 는 암 연구진을 비롯해 의료 전문가들의 요구에 따라 급속도로 개선된 사진 검출기 모듈을 생산하고 있는 지멘스와 2005년에 시작한 기술 협력의 결과물이다.

AMS, 지멘스 메디컬
AMS, 지멘스 엑스레이 컴퓨터 단층촬영 스캐너에서 탁월한 성능 발휘

 

의료 연구진은 다음과 같은 두 가지의 주요 CT 기능을 요구했다.

1) 환자의 상태를 정밀하게 진단할 수 있는 보다 높은 고해상도의 이미지
2) 환자의 신체를 스캔 할 때 발생되는 위험도를 낮출 수 있는 낮은 방사선량

이 ASIC는 포토다이오드와 ADC간의 민감한 아날로그 시그널 체인을 통해 극적으로 소음을 낮춘 아날로그 센서 성능을 지원함으로써 기술적 돌파구를 마련했다. 이렇듯 획기적인 성과를 바탕으로 신제품을 생산하기 위해 ams는 다음과 같은 광범위한 기능을 통해 ASIC 개발 프로젝트에 접근했다.

  • 독특한 ams의 IP. 혁신적인 2단계 ADC는 ADC 작동에 일반적으로 필요한 낭비 시간을 제거함으로써 전체 입력 신호의 샘플링이 가능할 뿐 아니라 출력의 선형도를 최대화한다.
  • 광범위한 광학적 입력에 고도로 정확한 출력의 가능케 하는 정교한 게인과 오프셋 교정
  • 소음을 최소화하기 위한 트랜지스터 습성의 정교한 튜닝. ASIC 다이는 오스트리아의 그라츠에 위치한 ams의 웨이퍼 팹에서 가공되어 소자 회로 디자인의 중요한 성능을 가능케 한다.
  • 혼성 신호 소자의 3D 통합을 가능케 하는 신공정 기술의 애플리케이션. ams의 스택 다이스(적재 단층) 기술은 실리콘을 통해 250µm으로 이루어진 이전 검출기 모듈을 사용하여 센서에서 ADC까지 긴 보드 레벨 의 신호경로를 대체하는 포토 센서와 ADC를 집적하는 기술이다. 이 기술은 민감한 아날로그 신호의 노이즈와 크로스토크를 낮추는 효과를 지닌다.

ams는 선형성을 극적으로 향상시켰고 ASIC을 통한 소음감소와 속도도 개선함으로써 이전 제품을 대체할 수 있는 Stella 사진 검출기 모듈의 성능을 업그레이드시켰다. 지멘스에 따르면 신제품 Stella 검출기는 다음과 같은 기능이 있다.

1) 기존 검출기에 비해 저방사산량 스캔을 통해 20% 감소된 소음
2) 기존 검출기에 대해 0.3mm 개선돼 0.5mm정도로 정교해진 이미지 해상도
3) 저방사선량 스캔을 광범위하게 지원
4) 1,000W에서 300W까지 일반 전력 소모를 절감함으로써 열 생성 낭비를 줄이는 동시에 신호 품질과 이미지 해상도를 향상

ams의 산업용/메디컬 사업부 마케팅 이사인 미카엘 레이트너(Michael Leitner)는 “당사는 지멘스와의 긴밀한 협업과 팀워크를 통해 획기적인 기술 진전을 이루어 ASIC 성능을 성공적으로 구현하게 되었다. ams는 2005년에 지멘스와의 기술 협력을 시작하여 이번에 Stella 검출기를 개발할 수 있었다. 고성능 의료 애플리케이션을 위한 지멘스의 특별한 요구를 만족시킨 ASIC의 성공적인 출시를 거쳐 당사는 이제 Stella 제품 생산을 위해 제품을 출하하고 있다”고 언급했다.

지멘스 헬스케어 사업부는 이 검출기 개발을 위해 신호 통로를 줄여 CT 역사상 최초로 단일 주문형 집적 회로(ASIC)를 통해 포토다이오드와 ADC를 성공적으로 결합했다. 이 ASIC 신제품은 전력소모를 85% 줄이고 열을 덜 방출할 뿐만 아니라 전기 노이즈도 상당량 줄였다.

아이씨엔 매거진 오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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