Ao usar recursos de detecção de fótons, os dispositivos podem perceber coisas que normalmente são invisíveis, alcançando aplicações inovadoras em segurança automotiva, imagens médicas, robótica e automação industrial. Ao detectar fótons individuais, pequenos sinais podem ser detectados em tempo real, permitindo a medição precisa da distância e a detecção precoce de doenças.
O tubo fotomultiplicador (PMT) foi inventado na década de 1930 e é o padrão ouro para detecção de fótons. No entanto, seu tubo de vácuo de vidro é frágil e grande demais para ser integrado em aplicações importantes, como automóveis, drones, dispositivos portáteis ou dispositivos de consumo. Em contraste, os fotodiodos de avalanche de estado sólido (APDs) são mais práticos, mas menos sensíveis que o PMT.
Quando os projetistas de produtos precisam de uma alternativa em nível de chip que combine sensibilidade PMT e praticidade APD, eles podem tentar uma nova geração de tecnologia de detecção de fótons - tubos fotomultiplicadores de silício (SiPM). A série AFBR-S4 SiPM da Broadcom alcança recursos de detecção de fótons de última geração e os projetistas podem integrá-la facilmente em LiDAR, scanners médicos, sensores industriais ou outras aplicações com alta demanda.
Ilumine a luz da inovação
A luz pode transmitir informações importantes como distância, movimento, química e radiação através de cada fóton. A detecção desses fótons, especialmente quando são raros ou chegam instantaneamente, é a base para a realização de tecnologias como LiDAR, scanners médicos avançados e sensores industriais de ultra precisão em veículos autônomos.
O desafio é que os fótons são extremamente pequenos e fugazes, exigindo detectores especializados para capturá-los e amplificá-los em sinais utilizáveis. O PMT converte fótons individuais em elétrons, que são então amplificados por eletrodos em um tubo de vácuo para gerar pulsos elétricos mensuráveis. Embora tenham alta sensibilidade e baixo ruído, não são fáceis de instalar em sistemas compactos modernos.
APD é uma alternativa de estado sólido mais prática que amplifica fótons através do processo de avalanche interna em diodos de silício, tornando-se uma solução menor e mais rápida. No entanto, sob condições de pouca luz, estes dispositivos têm dificuldade em detectar de forma fiável fotões únicos, resultando em sinais correspondentemente mais fracos gerados por pouca luz.
O SiPM detecta fótons únicos como o PMT, mas sua estrutura de chip é compacta, de baixa voltagem e durável, permitindo que até mesmo a luz mais fraca seja medida imediatamente. Este dispositivo é composto por minúsculos conjuntos de microbaterias, cada um operando no modo Geiger, de modo que um fóton pode gerar um pulso elétrico completo e uniforme.
A função de cada microbateria é essencialmente como a de um interruptor digital que se abre no momento em que captura um fóton. Após o disparo, a bateria é reiniciada e fica pronta para receber o próximo fóton, de modo que os sensores trabalhando em conjunto com milhares de baterias possam contar fótons individuais e processar sinais de luz mais fortes.
Detector de fótons compacto de alto desempenho
A série AFBR-S4 SiPM da Broadcom integra sensibilidade de fóton único, temporização rápida e desempenho poderoso em um pacote compacto e prático, simplificando a complexidade e integrando facilmente tecnologia avançada de detecção de luz em produtos comercializáveis.
O kit de avaliação AFBR-S4E001 da Broadcom (Figura 1) pode ajudar os projetistas de produtos a lançar rapidamente aplicativos baseados em SiPM no mercado. Este kit fornece uma plataforma pronta para uso para teste, prototipagem e integração de sensores AFBR-S4, sem a necessidade de projeto de circuito especializado. Isso reduz os riscos de desenvolvimento, pois o hardware e o software podem ser testados repetidamente antes de serem comprometidos com um layout de PCB personalizado ou design de produção.