采用 Broadcom Sensors 的尖端光子检测技术

使用光子检测功能，设备能够感知通常看不见的东西，从而在汽车安全、医疗成像、机器人和工业自动化领域实现突破性应用。通过检测单个光子，可以实时检测微小信号，能够实现从精确测量距离到早期疾病检测。

光电倍增管 (PMT) 发明于 20 世纪 30 年代，是检测光子的黄金标准，但其玻璃真空管易碎且体积过大，难以集成在汽车、无人机、手持设备或消费类设备等关键应用中。相比之下，固态雪崩光电二极管 (APD) 更为实用，但灵敏度不及 PMT。

当产品设计人员需要一种兼具 PMT 灵敏度和 APD 实用性的芯片级替代品时，可以尝试新一代光子检测技术——硅光电倍增管 (SiPM)。Broadcom 的 AFBR-S4 SiPM 系列实现了最先进的光子检测功能，且设计人员可轻松将其集成到 LiDAR、医疗扫描仪、工业传感器或其他需求旺盛的应用中。

点亮创新之光

光可以通过每个光子传递距离、运动、化学和辐射等重要信息。检测这些光子，尤其是当它们稀少或瞬间到达时，是实现自动驾驶汽车中的 LiDAR、先进的医疗扫描仪和超精密工业传感器等技术的基础。

面临的挑战是，光子极其微小且稍纵即逝，因此需要专门的检测器来捕捉光子并将其放大为可用信号。PMT 将单个光子转换成电子，然后通过真空管中的电极放大，产生可测量的电脉冲。虽然灵敏度高、噪音低，但它们并不容易安装到现代紧凑型系统中。

APD 是一种更实用的固态替代品，通过硅二极管中的内部雪崩过程放大光子，成为一种更小、更快的解决方案。然而，在弱光条件下，这些设备很难可靠地检测到单光子，因此弱光产生的信号也相应较弱。

SiPM 像 PMT 一样检测单光子，但其芯片结构紧凑、电压低、坚固耐用，即使是最微弱的光也能立即测量到。这种设备由微小的微电池阵列组成，每个微电池都以盖革模式工作，因此一个光子就能产生一个完整、均匀的电脉冲。

每个微电池的功能本质上就像一个数字开关，在捕捉到光子的瞬间打开。触发后，电池复位并准备好迎接下一个光子，这样，由数千个电池共同工作的传感器即可对单个光子进行计数，并处理更强的光信号。

紧凑型高性能光子检测器

Broadcom 的 AFBR-S4 SiPM 系列将单光子灵敏度、快速定时和强大的性能集成在一个紧凑实用的封装中，从而化繁为简，将先进的光检测技术轻松集成到适销产品中。

Broadcom 的 AFBR-S4E001 评估套件（图 1）可帮助产品设计人员快速将基于 SiPM 的应用推向市场。该套件为 AFBR-S4 传感器的测试、原型设计和集成提供了一个即用型平台，无需专门为其设计电路。这就降低了开发风险，在承诺定制 PCB 布局或生产设计之前，可以对硬件和软件进行反复试验。

图 1：AFBR-S4E001 评估套件包括一个中档 SiPM 器件和一个带两个 50 Ω 输出的前置放大器电路板。(图片来源：Broadcom Limited）

该评估套件包括支持软件和参考设计，因此工程师可以探索系统级特性、验证光学耦合策略并试验阵列配置。设计人员可以将 SiPM 阵列与标准接口连接，试验偏置电压，并在实际条件下测量光子检测效率、定时和噪声等关键性能参数。

设计人员还可以利用 AFBR-S4 系列的灵活的配置格式，包括：

AFBR-S4N22P014M（图 2）的外形非常紧凑，每个输出元件有 2,464 个微电池，有源阵列面积为 2 mm²，适用于手持扫描仪或汽车保险杠模块等空间受限的应用。

图 2：AFBR-S4N22P014M 为空间受限的应用提供了紧凑型 SiPM，并可堆叠以覆盖更大的区域。(图片来源：Broadcom Limited）

AFBR-S4N44P014M（图 3）将微电池数量增加到 8334 个，有源阵列面积为 13.47 mm²，从而提高了光子计数能力和灵敏度。这是一种多功能器件，适用于小型激光雷达、医疗成像和工业传感器等应用。

图 3：AFBR-S4N44PP014M SiPM 属于 Broadcom 系列的中档产品。AFBR-S4E001 评估套件中包含其中一个传感器。(图片来源：Broadcom Limited）

AFBR-S4N66P014M（图 4）的规模更大，在 36 mm² 的有源阵列中配备了 22,428 个微电池，最大限度地提高了光子检测效率和信噪比性能。该器件适用于需要高灵敏度和较大检测面积的应用，如先进的医疗成像和远距离汽车或 3D 测绘 LiDAR。

图 4：AFBR-S4N66P014M 是 Broadcom 系列中最大的型号，具有远距离、高分辨率光子捕捉功能。(图片来源： Broadcom Limited）

Broadcom 设计的这些器件最大限度地减少了暗计数、串扰和后脉冲，可确保即使在恶劣环境中也能保持纯净信号。

结语

Broadcom 的 AFBR-S4 SiPM 使设计人员能够在汽车 LiDAR 和医疗成像等各种应用中集成高性能光检测功能。AFBR-S4 系列分为大中小三种型号，以及用于快速原型开发的 AFBR-S4E001 评估套件。因此，设计人员可以优化灵敏度、速度和占用面积，在精确光检测功能极其重要的市场中进行创新。