광자 감지 기능을 사용하면 장치는 일반적으로 눈에 보이지 않는 사물을 인식할 수 있어 자동차 안전, 의료 영상, 로봇 공학 및 산업 자동화 분야에서 획기적인 애플리케이션을 달성할 수 있습니다. 개별 광자를 감지함으로써 작은 신호를 실시간으로 감지할 수 있어 정확한 거리 측정과 조기 질병 감지가 가능합니다.
광전자 증배관(PMT)은 1930년대에 발명되었으며 광자 검출을 위한 최적의 표준입니다. 그러나 유리 진공관은 깨지기 쉽고 너무 커서 자동차, 드론, 휴대용 장치 또는 소비자 장치와 같은 주요 응용 분야에 통합할 수 없습니다. 이와 대조적으로 고체 애벌런치 포토다이오드(APD)는 PMT보다 실용적이지만 덜 민감합니다.
제품 설계자가 PMT 감도와 APD 실용성을 결합한 칩 레벨 대안이 필요한 경우 차세대 광자 감지 기술인 SiPM(실리콘 광전자 증배관)을 사용해 볼 수 있습니다. Broadcom의 AFBR-S4 SiPM 시리즈는 최첨단 광자 감지 기능을 구현하며 설계자는 이를 LiDAR, 의료용 스캐너, 산업용 센서 또는 수요가 높은 기타 응용 분야에 쉽게 통합할 수 있습니다.
혁신의 빛을 밝히다
빛은 각 광자를 통해 거리, 운동, 화학, 방사선과 같은 중요한 정보를 전달할 수 있습니다. 특히 드물거나 순간적으로 도착하는 광자를 감지하는 것은 LiDAR, 고급 의료용 스캐너, 자율주행차의 초정밀 산업용 센서와 같은 기술을 구현하는 기초입니다.
문제는 광자가 매우 작고 순간적이기 때문에 이를 포착하고 사용 가능한 신호로 증폭하려면 특수 검출기가 필요하다는 것입니다. PMT는 개별 광자를 전자로 변환한 다음 진공관의 전극에 의해 증폭되어 측정 가능한 전기 펄스를 생성합니다. 감도가 높고 노이즈가 적음에도 불구하고 현대의 컴팩트 시스템에 설치하기는 쉽지 않습니다.
APD는 실리콘 다이오드의 내부 애벌런치 프로세스를 통해 광자를 증폭시켜 더 작고 빠른 솔루션이 되는 보다 실용적인 고체 대안입니다. 그러나 저조도 조건에서는 이러한 장치가 단일 광자를 안정적으로 감지하기 어렵기 때문에 저조도에서 생성되는 신호가 약해집니다.
SiPM은 PMT와 같은 단일 광자를 감지하지만 칩 구조가 작고, 전압이 낮으며, 내구성이 뛰어나 가장 희미한 빛도 즉시 측정할 수 있습니다. 이 장치는 작은 마이크로 배터리 어레이로 구성되어 있으며 각각은 가이거 모드에서 작동하므로 하나의 광자가 완전하고 균일한 전기 펄스를 생성할 수 있습니다.
각 마이크로배터리의 기능은 본질적으로 광자를 포착하는 순간 열리는 디지털 스위치와 같습니다. 트리거 후 배터리는 재설정되고 다음 광자를 수신할 준비가 되므로 수천 개의 배터리와 함께 작동하는 센서가 개별 광자를 계산하고 더 강한 광 신호를 처리할 수 있습니다.
소형 고성능 광자 검출기
Broadcom의 AFBR-S4 SiPM 시리즈는 단일 광자 감도, 빠른 타이밍, 강력한 성능을 컴팩트하고 실용적인 패키지에 통합하여 복잡성을 단순화하고 고급 광 감지 기술을 시장성 있는 제품에 쉽게 통합합니다.
Broadcom의 AFBR-S4E001 평가 키트(그림 1)는 제품 설계자가 SiPM 기반 응용 제품을 시장에 신속하게 출시하는 데 도움이 됩니다. 이 키트는 특수 회로 설계 없이도 AFBR-S4 센서의 테스트, 프로토타이핑 및 통합을 위해 즉시 사용할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 맞춤형 PCB 레이아웃이나 생산 설계를 시작하기 전에 하드웨어와 소프트웨어를 반복적으로 테스트할 수 있으므로 개발 위험이 줄어듭니다.