onsemi ArrayC系列硅光电倍增管阵列：特性、应用与设计要点

引言

在现代光电检测领域，硅光电倍增管（SiPM）因其高灵敏度、快速响应等特性，成为了众多应用的理想选择。onsemi的ArrayC系列SiPM传感器阵列，以其紧凑、可扩展的设计，为光电检测系统的设计带来了新的可能性。本文将详细介绍ArrayC系列产品的特性、结构、应用以及设计要点，帮助电子工程师更好地理解和使用这些产品。

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ArrayC系列产品概述

产品特点

onsemi的C - 系列SMT（表面贴装技术）SiPM传感器被用于创建紧凑且可扩展的阵列。传感器安装在PCB板上，死区空间极小。ArrayC产品有多种格式可供选择，由不同尺寸的像素组成。

连接方式

每个ArrayC的背面有一个或多个多路连接器，或者是BGA（球栅阵列）。这些连接方式允许访问阵列中每个像素的快速输出*和标准I/O，以及像素基板总和的公共I/O。

应用场景

ArrayC系列产品适用于各种需要高灵敏度光电检测的应用，如医疗成像、粒子物理实验、激光雷达等。

具体产品介绍

ARRAYC - 60035 - 4P - BGA

• 结构：由4个6mm的C - 系列传感器以2 x 2阵列排列组成。
• 连接：通过BGA（球栅阵列）提供与每个传感器的连接，可使用回流焊将阵列安装在用户的电路板上。
• 性能：单个像素的性能和偏置细节可在C - 系列数据手册中找到。

ARRAYC - 60035 - 64P - PCB

• 结构：由64个6mm的SMT传感器以8 x 8阵列排列组成。
• 连接：通过两个Samtec 80 - 路连接器提供连接，这些连接器可与Samtec QSE - 040 - 01 - F - D - A板对板连接器和Samtec EQCD高速电缆组件配合使用。
• 性能：同样，单个像素的性能和偏置细节可在C - 系列数据手册中找到。

ARRAYC - 30035 - 16P - PCB

• 结构：由16个3mm的C - 系列传感器以4 x 4阵列排列组成。
• 连接：通过一个40 - 路Hirose插头型板对板连接器提供连接，该连接器可与Hirose DF17(3.0) - 40DS - 0.5V(57)配合使用。
• 性能：单个像素的性能和偏置细节可在C - 系列数据手册中找到。

ARRAYC - 30035 - 144P - PCB

• 结构：由144个3mm的C - 系列传感器以12 x 12阵列排列组成。
• 连接：通过四个Samtec 80 - 路连接器提供连接，这些连接器可与Samtec QSE - 040 - 01 - F - D - A板对板连接器和Samtec EQCD高速电缆组件配合使用。
• 性能：单个像素的性能和偏置细节可在C - 系列数据手册中找到。

评估板介绍

ARRAYX - BOB6 - 64P

这是一个评估板，可轻松访问onsemi ARRAYC - 60035 - 64P的所有信号。它具有两个Samtec 80 - 路连接器，可与阵列上的Samtec QTE - 040 - 03 - F - D - A板对板连接器配合使用。

ARRAYX - BOB6 - 64S

该评估板可轻松访问onsemi ARRAYC - 60035 - 64P所有像素标准信号的总和，以及所有单个快速输出信号。

ARRAYX - BOB3 - 16P

用于轻松访问onsemi ARRAYC - 30035 - 16P的信号，具有一个位于中心的Hirose 40 - 路连接器。

ARRAYX - BOB3 - 16S

可轻松访问onsemi ARRAYC - 30035 - 16P所有像素标准信号的总和，以及所有单个快速输出信号。

ARRAYX - BOB3 - 144P

用于轻松访问onsemi ARRAYC - 30035 - 144P的信号，由四个Samtec 80 - 路连接器组成。

设计要点

连接与断开

在断开ArrayC PCB与配对连接器时，无论是在评估板上还是用户自己的电路板上，都要格外小心。应轻轻撬动电路板，逐步围绕电路板操作，使PCB从连接器的各个侧面稍微抬起，然后重复此过程，直到连接器彼此分离。需要注意的是，BGA ArrayC不能从其评估板上移除。

焊接

BGA封装与标准回流焊工艺（J - STD - 20）兼容，适用于大批量制造。应根据CAD文件中指定的焊盘图案安装ARRAYC - 60035 - 4P - BGA。必须将焊膏（建议使用免清洗焊膏）均匀地涂在每个焊盘上，以确保阵列的正确连接和定位。焊接后，至少等待三分钟，让组件冷却至室温后再进行进一步操作。

信号处理

• SMA连接器：每个评估板都有三个SMA连接器，可用于提供偏置电压和访问信号。每个SMA旁边都有一个巴伦变压器，用于快速信号的阻抗匹配。
• 巴伦变压器：巴伦变压器（RFMD RFXF9503）可实现快速输出信号与读出电子设备的阻抗匹配。如果读出放大器靠近阵列的传感器像素放置，则不需要巴伦变压器。

EMI考虑

在评估板的未屏蔽导线上可能会拾取到电磁干扰（EMI）。建议遇到过多EMI的客户在实验室中尽量减少EMI，最好从源头解决。如果无法做到，则应使用更好的屏蔽措施。在所有情况下，SiPM传感器的测试都应在完全黑暗的环境中进行。

应用示例

读取快速信号

以ARRAYX - BOB6 - 64P为例，使用SMA1提供偏置电压，SMA2读取像素49的快速输出。通过将SMA1的内部（“I”）连接到S49引脚，将阴极连接到SMA1的外部（“O”），并将F49引脚连接到SMA2的Fin，可实现快速信号的读取。

读取标准信号

同样以ARRAYX - BOB6 - 64P为例，使用SMA1提供偏置电压，SMA2读取像素49的标准输出。通过将SMA1的内部（“I”）通过50Ω负载电阻连接到S49引脚，将阴极连接到SMA1的外部（“O”），并将S49引脚通过10nF去耦电容连接到SMA2的内部（“I”），可实现标准信号的读取。

读取总和信号

以ARRAYX - BOB6 - 64S为例，使用SMA1提供偏置电压，SMA2读取ARRAYC - 60035 - 64P所有像素的总和标准输出。通过将SMA1的内部（“I”）通过50Ω负载电阻连接到SM引脚，将阴极连接到SMA1的外部（“O”），并将第二个SM引脚通过10nF去耦电容连接到SMA2的内部（“I”），可实现总和信号的读取。

总结

onsemi的ArrayC系列SiPM传感器阵列提供了紧凑、可扩展的解决方案，适用于各种光电检测应用。通过合理选择评估板和遵循设计要点，电子工程师可以充分发挥这些产品的性能，实现高效、可靠的光电检测系统。在实际应用中，你是否遇到过类似产品的使用问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。