Door gebruik te maken van fotonendetectiemogelijkheden kunnen apparaten dingen waarnemen die doorgaans onzichtbaar zijn, waardoor baanbrekende toepassingen op het gebied van autoveiligheid, medische beeldvorming, robotica en industriële automatisering worden bereikt. Door individuele fotonen te detecteren, kunnen kleine signalen in realtime worden gedetecteerd, waardoor nauwkeurige afstandsmetingen en vroege ziektedetectie mogelijk zijn.
Fotomultiplicatorbuis (PMT) werd uitgevonden in de jaren dertig van de vorige eeuw en is de gouden standaard voor het detecteren van fotonen. De glazen vacuümbuis is echter kwetsbaar en te groot om te worden geïntegreerd in belangrijke toepassingen zoals auto's, drones, draagbare apparaten of consumentenapparaten. Daarentegen zijn solid-state lawinefotodiodes (APD's) praktischer maar minder gevoelig dan PMT.
Wanneer productontwerpers een alternatief op chipniveau nodig hebben dat PMT-gevoeligheid en APD-functionaliteit combineert, kunnen ze een nieuwe generatie fotonendetectietechnologie uitproberen: silicium fotomultiplicatorbuizen (SiPM). De AFBR-S4 SiPM-serie van Broadcom biedt ultramoderne fotonendetectiemogelijkheden en ontwerpers kunnen deze eenvoudig integreren in LiDAR, medische scanners, industriële sensoren of andere toepassingen waar veel vraag naar is.
Verlicht het licht van innovatie
Licht kan via elk foton belangrijke informatie overbrengen, zoals afstand, beweging, chemie en straling. De detectie van deze fotonen, vooral wanneer ze zeldzaam zijn of onmiddellijk arriveren, vormt de basis voor het realiseren van technologieën zoals LiDAR, geavanceerde medische scanners en ultraprecieze industriële sensoren in autonome voertuigen.
De uitdaging is dat fotonen extreem klein en vluchtig zijn, waardoor gespecialiseerde detectoren nodig zijn om ze op te vangen en te versterken tot bruikbare signalen. PMT zet individuele fotonen om in elektronen, die vervolgens worden versterkt door elektroden in een vacuümbuis om meetbare elektrische pulsen te genereren. Hoewel ze een hoge gevoeligheid en weinig ruis hebben, zijn ze niet eenvoudig te installeren in moderne compacte systemen.
APD is een praktischer solid-state alternatief dat fotonen versterkt via het interne lawineproces in siliciumdiodes, waardoor het een kleinere en snellere oplossing wordt. Bij weinig licht vinden deze apparaten het echter moeilijk om op betrouwbare wijze afzonderlijke fotonen te detecteren, wat resulteert in overeenkomstig zwakkere signalen die worden gegenereerd door weinig licht.
SiPM detecteert afzonderlijke fotonen zoals PMT, maar de chipstructuur is compact, heeft een lage spanning en is duurzaam, waardoor zelfs het zwakste licht onmiddellijk kan worden gemeten. Dit apparaat is samengesteld uit kleine microbatterijarrays, die elk in de Geiger-modus werken, zodat één foton een volledige en uniforme elektrische puls kan genereren.
De functie van elke microbatterij lijkt in essentie op een digitale schakelaar die opengaat op het moment dat er een foton wordt gevangen. Na activering wordt de batterij gereset en is deze klaar om het volgende foton te ontvangen, zodat sensoren die samenwerken met duizenden batterijen individuele fotonen kunnen tellen en sterkere lichtsignalen kunnen verwerken.
Compacte krachtige fotonendetector
De AFBR-S4 SiPM-serie van Broadcom integreert gevoeligheid voor één foton, snelle timing en krachtige prestaties in een compact en praktisch pakket, waardoor de complexiteit wordt vereenvoudigd en geavanceerde lichtdetectietechnologie eenvoudig kan worden geïntegreerd in verhandelbare producten.
Broadcom's AFBR-S4E001 evaluatiekit (Afbeelding 1) kan productontwerpers helpen om op SiPM gebaseerde applicaties snel op de markt te brengen. Deze kit biedt een kant-en-klaar platform voor het testen, prototypen en integreren van AFBR-S4-sensoren, zonder de noodzaak van gespecialiseerd circuitontwerp. Dit vermindert de ontwikkelingsrisico's, omdat hardware en software herhaaldelijk kunnen worden getest voordat wordt besloten tot een aangepaste PCB-indeling of productieontwerp.