Édition avril 2019 – Vol.11 no.1

ÉDITORIAL

L’équipe de l’administration du ReSMiQ prépare le rapport annuel 2018, le colloque annuel, ainsi que l’assemblée générale annuelle des membres et la réunion annuelle du conseil d’administration afin de faire le bilan de l’année passée et de mettre le cap sur les orientations futures.

Colloque annuel 2019
Le programme de cette édition qui se tiendra le 9 mai prochain à Concordia est disponible en ligne via le portail web du ReMiQ (resmiq.org > activité > Colloque annuel). Nous pouvons d’ores et déjà vous annoncer la présence de conférencier dont Gabriela Nicolescu de Polytechnique Montréal, Hassan Rivaz de l’Université Concordia, tous deux membres du ReSMiQ, ainsi que messieurs Keith Bowman de Qualcomm Technologies (États-Unis), DL de la société IEEE SSCS, et Sorin Cotofana de l’Université de technologie de Delft (Pays-Bas), DL de la société IEEE CASS. Nous vous y attendons en grand nombre.

Dans le cadre du concours d’affiches scientifiques qui seront présentées lors d’une session spécialement dédiée, les étudiants de cycles supérieurs affiliés au ReSMiQ ont jusqu’au 9 avril prochain afin de nous faire parvenir leurs propositions de communications. Des prix d’excellence en argent seront décernés aux trois meilleures présentations sélectionnées par un jury spécialement formé pour cette occasion (plus de détails).

Nouveau membre
Il nous fait aussi plaisir d’annoncer que ReSMiQ compte un nouveau membre. Il s’agit du professeur Pascal Giard du département de génie électrique de l’École de technologie supérieure. Ses intérêts de recherche sont ancrés principalement dans 3 des axes du ReSMiQ soit ceux de la «Modélisation, simulation et méthodes de conception des microsystèmes», de l’ «Implémentation et validation des microsystèmes» et des «Microsystèmes pour les technologies de l’information et de télécommunications». Il applique ses connaissances informatiques à ces domaines afin de rapidement valider ou vérifier des idées, de développer des simulateurs, de généraliser et automatiser la conception, ou pour développer des prototypes. Il a conçu et optimisé de nombreux algorithmes, conçu des architectures matérielles, et réalisé des implémentations matérielles ou logicielles sur plusieurs types de plateforme incluant les systèmes embarqués. Il a réalisé de nombreux démonstrateurs, notamment des radios logicielles basées sur GNU Radio et des USRPs. Par ailleurs, une démonstration de communication en temps réel utilisant l’un des prototypes qu’il a développés a remporté le Prix de la meilleure démonstration technique lors de l’édition 2015 de la Journée de l’Innovation du ReSMiQ.

NEWCAS
En tant qu’organisation fondatrice de NEWCAS, le ReSMiQ est fier d’apporter son soutien à l’organisation des éditions en dehors de la province de Québec. Après Strasbourg (2017), Vancouver (2016), Grenoble (2015), Paris (2013), Bordeaux (2011) et Toulouse (2009), c’est à la ville de Munich d’accueillir cette conférence de calibre international grâce à l’implication du professeur Erkan Isa de l’institut de recherche Fraunhofer et de son équipe. Comme pour les éditions précédentes le ReSMiQ offrira un soutien financier à tous ses membres et leurs étudiants qui assisteront à la conférence. Plus de détails vous seront communiqués sous peu. En 2020 la conférence sera de retour à Montréal sous la présidence du professeur Yvon Savaria de Polytechnique Montréal. Un appel aux articles sera diffusé lors de la tenue de NEWCAS2019.

NOUVELLES DES MEMBRES

Réussites

– Dr. Martel de Polytechnique Montréal a reçu le prix Pythagore de l’UQTR célébrant l’excellence des diplômés de l’université trifluvienne.
Plus de détails

Daniel Massicotte, Sylvain Martel

– Dr. Pratte de l’Université de Sherbrooke à reçu le prix 2io018 Radiation Instrumentatn Early Career Award lors de la conférence annuelle sur les sciences nucléaires et l’imagerie médicale IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference.
Plus de détails

Jean-François Pratte 

Dr. Nabki et Dr. Deslandes de l’École de technologie supérieure qui ont co-fondé SPARK Microsystems, une entreprise basé à Montréal, ont vu leur entreprise couronnée grande gagnante du 6e Nokia Open Innovation Challenge (NOIC) devant plus de 300 compagnies internationales.
Plus de détails : ETS Nouvelles / Nokia.com / Au sujet de SPARK

Frédéric Nabki, Dominique Deslandes

Implication

– Dr. Langlois de Polytechnique Montréal est coprésident de la conférence DASIP qui se tiendra à Montréal du 16 au 18 octobre 2019. Plus de détails

ACTIVITÉS DU RESMIQ

Concours d’affiches scientifiques – Appel aux propositions
DATE LIMITE DE DÉPÔT: 9 avril 2018
Plus de détails

Colloque annuel ReSMiQ
Date : 9 mai 2019,

Lieu : Université Concordia
Inscription : Veuillez contacter marie-yannick.laplante@polymtl.ca
Programme détaillé

NOUVELLES DU NET

A MEMS Device Harvests Vibrations to Power the IoT: Scientists in Japan have developed a MEMS energy harvester charged by an off-chip electret. Plus de détails…

The Ultimate in Personalized Medicine, Your Body on a Chip: One day your doctor could prescribe drugs based on how a biochip version of you reacts to them. Plus de détails…

Teeny-Tiny Bluetooth Transmitter Runs on Less Than 1 Milliwatt: Bluetooth Low-Energy data packets can now be sent by millimeter-size IoT motes. Plus de détails…

Hash Your Way To a Better Neural Network: Industry has been focused on speeding the many matrix multiplications involved, but a search algorithm may provide better performance. Plus de détails…

A Peek into the Future of Wearables: Mind reading glasses, goggles that erase chronic pain, a wristband that can hear what the wearer can’t, and more futuristic wearables are on the horizon. Plus de détails…


SIGNAL est le principal outil de diffusion de nouvelles du Regroupement Stratégique en Microsystèmes du Québec (ReSMiQ). Ce bulletin se veut un lien entre les membres du ReSMiQ et toute autre personne intéressée par la recherche et l’innovation dans le domaine des microsystèmes. Nous nous engageons à valoriser les travaux de nos membres et augmenter la visibilité du ReSMiQ.

ReSMiQ est un centre de recherche soutenu par les Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT) et compte sur neuf (9) universités québécoises impliquées dans la recherche sur les microsystèmes dont le mandat est de servir ses membres et favoriser les conditions aux chercheurs étudiants d’aller au bout de leurs capacités à innover.

Publié dans Non classifié(e)

CONFÉRENCES À SURVEILLER

Invitation à participer

32nd IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE),
du 5 au 8 mai 2019, Edmonton, Canada.
Tous les détails

2019 International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS),
du 26 au 29 mai 2019, Sapporo, Japon.

Tous les détails

17th IEEE International NEWCAS Conference (NEWCAS),
du 23 au 26 juin 2019, Munich, Allemagne.
Tous les détails

The 32nd International Conference on Industrial, Engineering & Other Applications of Applied Intelligent Systems (IAE-AIE)
Du 9 au 11 juillet 2019, Graz, Autriche.

Tous les détails

62nd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS),
du 4 au 7 août 2019, Dallas, États-Unis.

Tous les détails

Invitation à contribuer

XXXIV Conference on design of circuits and integrated systems (DCIS),
du 20 au 22 novembre 2019, Bilbao, Espagne.

Date butoir de soumission : 30 avril 2019.
Plus de détails

The Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing (DASIP)
du 16 au 18 octobre 2019, Montréal, Canada.

Date butoir de soumission : 17 mai 2019.
Plus de details

IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS),
du 17 au 19 octobre, 2019, Nara, Japon.

Date butoir de soumission : 10 juin 2018.
Tous les détails

PROFIL DES MEMBRES

Prof. Jean-François Pratte
Université de Sherbrooke

Membre du ReSMiQ depuis 2009

Jean-François Pratte a obtenu le doctorat en Génie électrique de l’Université de Sherbrooke, Québec, Canada. Il a été ingénieur de recherch à la division Instrumentation du Laboratoire national de Brookhaven (BNL) à Upton, NY, États-Unis. Il était l’un des principaux concepteurs du scanner PET de rats éveillés et a participé à la mise en œuvre du premier scanner d’imagerie à double modalité par PET et résonance magnétique. Il est actuellement professeur agrégé au Département de génie électrique et de génie informatique de l’Université de Sherbrooke. Ses recherches portent sur la conception et l’intégration de microsystèmes pour l’instrumentation des rayonnements. Plus précisément, ces microsystèmes sont intégrés verticalement en 3D, où une matrice de photodiodes à avalanche monophotonique est superposée sur une matrice de circuits CMOS qui contient l’électronique frontale et le traitement avancé des signaux, d’où l’appellation 3D digital Silicon Photomultiplier — 3DdSiPM (voir Fig.1). D’ailleurs, l’impact au niveau international de ses travaux et son leadership lui ont valu le prestigieux prix IEEE 2018 Nuclear and Plasma Sciences Society Radiation Instrumentation Early Career Award, qui lui a été remis pour « For Spearheading the Development of per Pixel Picosecond Timing with Single Photon Avalanche Diodes Three-Dimensionally Integrated to Custom Readout Circuits » (voir section "Nouvelles des membres"). Les champs d’applications de ses travaux englobent l’imagerie médicale (scanners TEP), la distribution de clés quantiques pour des communications sol-satellite sécurisées et l’instrumentation de grands détecteurs pour la physique des particules. Notamment, il est membre de la collaboration nEXO (150 scientifiques du monde entier, projet de 250 M$USD) qui vise à : 1) démontrer que les neutrinos sont leur propre antimatière, ce qui remettrait en question le modèle standard de la physique et 2) déterminer la masse absolue des neutrinos. Il est l’auteur ou le coauteur de trois brevets et de plusieurs articles dans des revues et conférences scientifiques, dont une contribution à la revue Nature Methods. Il a également contribué à la création d’une entreprise.


Fig.1 Schéma d’un 3D digital Silicon Photomultiplier (3DdSiPM)

En savoir plus

Voici une sélection de ses publications dans les dernières années, suivie d’un article représentatif de ses travaux de recherche.

  1. Nolet, Frédéric; Parent, Samuel; Roy, Nicolas; Mercier, Marc-Olivier; Charlebois, Serge A.; Fontaine, Réjean; Pratte, Jean-Francois, ”Quenching Circuit and SPAD Integrated in CMOS 65 nm with 7.8 ps FWHM Single Photon Timing Resolution”, MDPI - Instrument - Special Issue Advances in Particle Detectors and Electronics for Fast Timing, Vol 2, (4), 2018
  2. C. Therrien; W. Lemaire; P. Lecoq; R. Fontaine; J.-F. Pratte, ”Energy discrimination for positron emission tomography using the time information of the first detected photons”, Journal of Instrumentation, vol 13, (1), p01012, 2018.
  3. Nolet, Frédéric and Dubois, Frédérik and Roy, Nicolas and Parent, Samuel and Lemaire, William and Massie-Godon, Alexandre and Charlebois, Serge A and Fontaine, Réjean and Pratte, J.-F.. "Digital SiPM channel integrated in CMOS 65 nm with 17.5 ps FWHM single photon timing resolution", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol 912, 2018.
  4. Roy, Nicolas; Nolet, Frederic; Dubois, Frederik; Mercier, Marc-Olivier; Fontaine, Rejean; Pratte, Jean-Francois, "Low Power and Small Area, 6.9 ps RMS Time-to-Digital Converter for 3-D Digital SiPM", IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences, vol. 1, (6), pp. 486-494, 2017.
  5. Bouchard, Jonathan; Samson, Arnaud; Lemaire, William; Paulin, Caroline; Pratte, Jean-Francois; Berube-Lauziere, Yves; Fontaine, Rejean, "A Low-Cost Time-Correlated Single Photon Counting System for Multiview Time-Domain Diffuse Optical Tomography," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 66, (10), pp. 2505-2515, 2017.
  6. Tetrault, MA; Therrien, AC; Lemaire, W; Fontaine, R; Pratte, Jean-Francois, "TDC Array Tradeoffs in Current and Upcoming Digital SiPM Detectors for Time-of-Flight PET," IEEE Transactions on Nuclear Science,  64, (3), pp. 925-932, 2017.
  7. Convert, L; Lebel, R; Gascon, S; Fontaine, R; Pratte, Jean-Francois; Charette, P; Aimez, V; Lecomte, R, "Real-Time Microfluidic Blood-Counting System for PET and SPECT Preclinical Pharmacokinetic Studies," Journal of Nuclear Medicine,  57, (9), pp. 1460-1466, 2016.
  8. Nolet, F; Rheaume, VP; Parent, S; Charlebois, SA; Fontaine, R; Pratte, Jean-Francois, "A 2D Proof of Principle Towards a 3D Digital SiPM in HV CMOS With Low Output Capacitance," IEEE Transactions on Nuclear Science,  63, (4), pp. 2293-2299, 2016.
  9. Tetrault, MA; Therrien, AC; Lamy, ED; Boisvert, A; Fontaine, R; Pratte, Jean-Francois, "Dark Count Impact for First Photon Discriminators for SPAD Digital Arrays in PET," Ieee Transactions on Nuclear Science,  62, (3), pp. 719-726, 2015.
  10. Therrien, AC; Berube, BL; Charlebois, SA; Lecomte, R; Fontaine, R; Pratte, Jean-Francois, "Modeling of Single Photon Avalanche Diode Array Detectors for PET Applications," Ieee Transactions on Nuclear Science,  61, (1), pp. 14-22, 2014.

TRAVAUX DE RECHERCHE

Low Power and Small Area, 6.9 ps RMS Time-to-Digital Converter for 3-D Digital SiPM

Time-of-flight measurements are becoming essential to the advancement of several fields, such as preclinical positron emission tomography and high energy physics. Recent developments in single photon avalanche diode (SPAD)-based detectors have spawned a great interest in digital silicon photomultipliers (dSiPMs). To overcome the tradeoff between the photosensitive area and the processing capabilities in current 2-D dSiPM, we propose a novel 3-D digital SiPM, where the SPAD, designed for maximal photosensitive area, will be stacked in 3-D over the electronic circuits, designed in a CMOS node technology (Fig.1). All readout circuits will be implemented directly under the SPAD real estate, including quenching circuit, time-to-digital converter (TDC) and digital readout electronics. This paper focusses on the TDC element of this system, designed in TSMC CMOS 65 nm (Fig. 2). This ring oscillator-based Vernier TDC requires only 25 × 50 μm 2 and 160 μW, and achieves 6.9 ps rms timing accuracy (Table I).

Fig. 1. 3-D architecture of a 50 × 50 μm2 single pixel.

 

Fig. 2. The 25 × 50 μm2 ring oscillator-based Vernier TDC built in TSMC CMOS 65 nm technology.

Eq. 1. Figure of merit proposed in the paper. The variable  is the total jitter of the TDC.

TABLE I TDC Performance and Comparison, including the FOM proposed above.