Durch den Einsatz von Photonendetektionsfunktionen können Geräte Dinge wahrnehmen, die normalerweise unsichtbar sind, und so bahnbrechende Anwendungen in der Automobilsicherheit, der medizinischen Bildgebung, der Robotik und der industriellen Automatisierung erzielen. Durch die Erkennung einzelner Photonen können kleine Signale in Echtzeit erfasst werden, was eine präzise Abstandsmessung und eine frühzeitige Krankheitserkennung ermöglicht.
Die Photomultiplier-Röhre (PMT) wurde in den 1930er Jahren erfunden und ist der Goldstandard für die Detektion von Photonen. Allerdings ist die gläserne Vakuumröhre zerbrechlich und zu groß, um in wichtige Anwendungen wie Autos, Drohnen, Handgeräte oder Verbrauchergeräte integriert zu werden. Im Gegensatz dazu sind Festkörper-Avalanche-Photodioden (APDs) praktischer, aber weniger empfindlich als PMT.
Wenn Produktdesigner eine Alternative auf Chipebene benötigen, die PMT-Empfindlichkeit und APD-Praktikabilität kombiniert, können sie eine neue Generation der Photonendetektionstechnologie ausprobieren – Silizium-Photomultiplier-Röhren (SiPM). Die SiPM-Serie AFBR-S4 von Broadcom bietet hochmoderne Photonendetektionsfunktionen und Designer können sie problemlos in LiDAR, medizinische Scanner, Industriesensoren oder andere Anwendungen mit hoher Nachfrage integrieren.
Erhellen Sie das Licht der Innovation
Licht kann durch jedes Photon wichtige Informationen wie Entfernung, Bewegung, Chemie und Strahlung übertragen. Die Erkennung dieser Photonen, insbesondere wenn sie selten sind oder sofort eintreffen, ist die Grundlage für die Realisierung von Technologien wie LiDAR, fortschrittlichen medizinischen Scannern und hochpräzisen Industriesensoren in autonomen Fahrzeugen.
Die Herausforderung besteht darin, dass Photonen extrem klein und flüchtig sind und spezielle Detektoren erfordern, um sie einzufangen und in nutzbare Signale zu verstärken. PMT wandelt einzelne Photonen in Elektronen um, die dann durch Elektroden in einer Vakuumröhre verstärkt werden, um messbare elektrische Impulse zu erzeugen. Obwohl sie eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Rauschen aufweisen, sind sie in modernen Kompaktsystemen nicht einfach zu installieren.
APD ist eine praktischere Festkörperalternative, die Photonen durch den internen Lawinenprozess in Siliziumdioden verstärkt und so zu einer kleineren und schnelleren Lösung wird. Allerdings fällt es diesen Geräten bei schlechten Lichtverhältnissen schwer, einzelne Photonen zuverlässig zu erkennen, was zu entsprechend schwächeren Signalen führt, die bei schlechten Lichtverhältnissen erzeugt werden.
SiPM erkennt einzelne Photonen wie PMT, aber seine Chipstruktur ist kompakt, spannungsarm und langlebig, sodass selbst das schwächste Licht sofort gemessen werden kann. Dieses Gerät besteht aus winzigen Mikrobatterie-Arrays, die jeweils im Geiger-Modus arbeiten, sodass ein Photon einen vollständigen und gleichmäßigen elektrischen Impuls erzeugen kann.
Die Funktion jeder Mikrobatterie ähnelt im Wesentlichen einem digitalen Schalter, der sich öffnet, sobald sie ein Photon einfängt. Nach der Auslösung wird die Batterie zurückgesetzt und ist bereit, das nächste Photon zu empfangen, sodass Sensoren im Zusammenspiel mit Tausenden von Batterien einzelne Photonen zählen und stärkere Lichtsignale verarbeiten können.
Kompakter Hochleistungs-Photonendetektor
Die AFBR-S4 SiPM-Serie von Broadcom vereint Einzelphotonenempfindlichkeit, schnelles Timing und leistungsstarke Leistung in einem kompakten und praktischen Paket, vereinfacht die Komplexität und integriert problemlos fortschrittliche Lichterkennungstechnologie in marktfähige Produkte.
Das Evaluierungskit AFBR-S4E001 von Broadcom (Abbildung 1) kann Produktdesignern dabei helfen, SiPM-basierte Anwendungen schnell auf den Markt zu bringen. Dieses Kit bietet eine gebrauchsfertige Plattform zum Testen, Prototyping und zur Integration von AFBR-S4-Sensoren, ohne dass ein spezielles Schaltungsdesign erforderlich ist. Dies reduziert Entwicklungsrisiken, da Hardware und Software wiederholt getestet werden können, bevor man sich auf ein individuelles PCB-Layout oder Produktionsdesign einlässt.