Al utilizar la función de detección de fotones, los dispositivos pueden detectar lo que normalmente no es visible, lo que permite aplicaciones disruptivas en seguridad automotriz, imágenes médicas, robótica y automatización industrial. Al detectar un solo fotón, puede detectar pequeñas señales en tiempo real y realizar una medición precisa de la distancia para la detección temprana de enfermedades.
Los fotomultiplicadores (PMT) se inventaron en la década de 1930 y son el estándar de oro para detectar fotones, pero sus tubos de vacío de vidrio son frágiles y demasiado grandes para integrarse en aplicaciones críticas como automóviles, vehículos aéreos no tripulados, dispositivos portátiles o dispositivos de consumo. Por el contrario, los fotodiodos de avalancha (APD) de estado sólido son más prácticos, pero menos sensibles que los PMT.
Cuando los diseñadores de productos necesitan una alternativa a nivel de chip que combine la sensibilidad PMT con la utilidad APD, pueden probar una nueva generación de tecnología de detección fotónica: tubos fotomultiplicadores de silicio (SiPM). La serie AFBR-S4 SiPM de Broadcom ofrece capacidades de detección fotónica de última generación y los diseñadores pueden integrarlas fácilmente en LiDAR, escáneres médicos, sensores industriales u otras aplicaciones exigentes.
Enciende la luz de la innovación
La luz puede transferir información importante como distancia, movimiento, química y radiación a través de cada fotón. Detectar estos fotones, especialmente cuando son raros o instantáneos, es fundamental para habilitar tecnologías como LiDAR, escáneres médicos avanzados y sensores industriales ultraprecisos en vehículos autónomos.
El desafío es que los fotones son tan pequeños y fugaces que se necesitan detectores especiales para capturarlos y amplificarlos hasta convertirlos en señales utilizables. El PMT convierte fotones individuales en electrones, que luego son amplificados por electrodos en un tubo de vacío para producir pulsos eléctricos mensurables. A pesar de su alta sensibilidad y bajo nivel de ruido, no se instalan fácilmente en sistemas compactos modernos.
APD es una alternativa de estado sólido más práctica que amplifica fotones mediante un proceso de avalancha interna en un diodo de silicio como una solución más pequeña y más rápida. Sin embargo, en condiciones de luz débil, a estos dispositivos les resulta difícil detectar de forma fiable un solo fotón, por lo que la señal generada por la luz débil es correspondientemente débil.
SiPM detecta fotones individuales como PMT, pero su chip es compacto, de bajo voltaje, resistente e incluso la luz más débil se puede medir inmediatamente. El dispositivo consta de una serie de pequeñas microcélulas, cada una de las cuales funciona en modo Geiger, de modo que un fotón produce un pulso eléctrico completo y uniforme.
La función de cada microcélula es esencialmente como un interruptor digital, que se enciende cuando se capturan fotones. Cuando se activa, la célula se reinicia y está lista para el siguiente fotón, de modo que un sensor, que funciona con miles de células, cuenta un solo fotón y procesa una señal óptica más fuerte.
DETECTOR DE FOTONES COMPACTO DE ALTO RENDIMIENTO
La serie AFBR-S4 SiPM de Broadcom integra sensibilidad de fotón único, sincronización rápida y rendimiento potente en un paquete compacto y práctico para simplificar la complejidad y facilitar la integración de tecnologías avanzadas de detección de luz en productos comercializables.
AFBR-S4E001 Assessment Suite de Broadcom (Figura 1) ayuda a los diseñadores de productos a llevar rápidamente al mercado aplicaciones basadas en SiPM. Esta suite proporciona una plataforma lista para usar para pruebas, creación de prototipos e integración de sensores AFBR-S4 sin la necesidad de diseñar circuitos específicamente para ellos. Esto reduce el riesgo de desarrollo y permite realizar pruebas repetidas de hardware y software antes de comprometerse con diseños de producción o diseños de PCB personalizados.