Используя функцию обнаружения фотонов, устройства способны обнаруживать то, что обычно не видно, что позволяет использовать революционные приложения в области автомобильной безопасности, медицинской визуализации, робототехники и промышленной автоматизации. Обнаружив одиночный фотон, он может обнаруживать крошечные сигналы в режиме реального времени и осуществлять точное измерение расстояния для раннего обнаружения заболеваний.
Фотоумножители (ФЭУ) были изобретены в 1930-х годах и являются золотым стандартом для обнаружения фотонов, но их стеклянные вакуумные трубки хрупкие и слишком большие для интеграции в критически важные приложения, такие как автомобили, беспилотные летательные аппараты, портативные устройства или потребительские устройства. Напротив, твердотельные лавинные фотодиоды (ЛФД) более практичны, но менее чувствительны, чем ФЭУ.
Когда разработчикам продуктов нужна альтернатива на уровне кристалла, которая сочетает в себе чувствительность ФЭУ с утилитой APD, они могут попробовать новое поколение технологии фотонного обнаружения — кремниевые фотоумножители (SiPM). Серия SiPM AFBR-S4 от Broadcom предлагает самые современные возможности фотонного обнаружения, и разработчики могут легко интегрировать их в LiDAR, медицинские сканеры, промышленные датчики или другие требовательные приложения.
Зажгите свет инноваций
Свет может передавать важную информацию, такую как расстояние, движение, химический состав и излучение, через каждый фотон. Обнаружение этих фотонов, особенно когда они редкие или мгновенные, имеет основополагающее значение для использования таких технологий, как LiDAR, передовые медицинские сканеры и сверхточные промышленные датчики в беспилотных автомобилях.
Проблема в том, что фотоны настолько малы и мимолетны, что необходимы специальные детекторы для захвата фотонов и усиления их в полезные сигналы. ФЭУ преобразует отдельные фотоны в электроны, которые затем усиливаются электродами в вакуумной трубке для создания измеримых электрических импульсов. Несмотря на высокую чувствительность и низкий уровень шума, их нелегко установить в современные компактные системы.
APD — это более практичная твердотельная альтернатива, которая усиливает фотоны посредством внутреннего лавинного процесса в кремниевом диоде в качестве меньшего по размеру и более быстрого решения. Однако в условиях слабого освещения этим устройствам трудно надежно обнаружить одиночный фотон, поэтому сигнал, генерируемый слабым светом, соответственно слаб.
SiPM обнаруживает одиночные фотоны, как ФЭУ, но его чип компактен, низковольтный, прочный, и даже самый слабый свет можно измерить немедленно. Устройство состоит из множества крошечных микроячеек, каждая из которых работает в режиме Гейгера, так что один фотон производит полный и однородный электрический импульс.
Функция каждой микроячейки по сути подобна цифровому переключателю, который включается при захвате фотонов. При срабатывании ячейка перезагружается и готова принять следующий фотон, поэтому датчик, работающий с тысячами ячеек, считает один фотон и обрабатывает более сильный оптический сигнал.
КОМПАКТНЫЙ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР ФОТОНОВ
Серия SiPM AFBR-S4 от Broadcom объединяет однофотонную чувствительность, быстрое время и высокую производительность в компактном, практичном корпусе, что упрощает интеграцию передовых технологий обнаружения света в рыночные продукты.
Пакет оценки AFBR-S4E001 компании Broadcom (рис. 1) помогает разработчикам продуктов быстро выводить на рынок приложения на основе SiPM. Этот пакет представляет собой готовую к использованию платформу для тестирования, создания прототипов и интеграции датчиков AFBR-S4 без необходимости разработки схем специально для них. Это снижает риск разработки и позволяет повторно тестировать аппаратное и программное обеспечение, прежде чем приступать к разработке индивидуальных макетов печатных плат или серийному проектированию.