onsemi ArrayC系列硅光电倍增管（SiPM）阵列：高性能与多功能的完美结合

在现代电子技术领域，硅光电倍增管（SiPM）因其卓越的性能和广泛的应用前景，成为了众多工程师关注的焦点。onsemi的ArrayC系列SiPM阵列，以其紧凑的设计、可扩展性和丰富的功能，为各种光探测应用提供了理想的解决方案。本文将深入介绍ArrayC系列的特点、产品类型、接口设计以及使用注意事项，帮助电子工程师更好地了解和应用这一先进技术。

文件下载：ARRAYC-30020-16P-PCB.pdf

一、ArrayC系列概述

ArrayC系列是onsemi推出的一系列SMT（表面贴装技术）SiPM传感器阵列。这些传感器被安装在PCB板上，具有极小的死区空间，能够实现紧凑且可扩展的设计。该系列产品有多种格式可供选择，由不同尺寸的像素组成，具体信息可在文档第29页的订购信息表中找到。

每个ArrayC产品的背面都配备了一个或多个多路连接器，或者采用BGA（球栅阵列）封装。这些接口允许访问阵列中每个像素的快速输出*和标准I/O，以及像素基板求和后的公共I/O。带有连接器的ArrayC产品可以通过匹配的连接器与用户自己的读出电路接口，也可以与onsemi的Breakout Boards（BOBs）配合使用。BOBs方便用户访问像素信号并评估阵列的性能。而采用BGA封装的ArrayC产品可以通过回流焊焊接到用户的读出板上，或者购买已经安装在评估板（EVB）上的产品，便于进行测试。需要注意的是，BGA封装的ArrayC产品不能从其EVB上移除，这与带有连接器的ArrayC产品不同，后者可以使用单个BOB评估多个阵列。

*注：ARRAYC - 60035 - 4P没有快速输出接口。

二、ArrayC产品类型及特点

1. ARRAYC - 60035 - 4P - BGA

这是一款由4个6mm C系列传感器组成的2x2阵列。其性能和偏置细节可在C系列数据手册中找到。该产品通过BGA封装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。4个SiPM传感器的所有基板连接（阴极）连接在一起形成公共I/O，3x3 BGA提供4个标准I/O和5个公共I/O，没有快速输出接口。

2. ARRAYC - 60035 - 64P - PCB

该产品由64个6mm SMT传感器组成8x8阵列。同样，其单个像素的性能和偏置细节可参考C系列数据手册。连接通过两个Samtec 80路连接器实现，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。64个SiPM像素的基板连接（阴极）求和形成公共I/O，80路连接器提供64个快速输出、64个标准I/O和32个公共I/O。

3. ARRAYC - 30035 - 16P - PCB

由16个3mm C系列传感器组成4x4阵列。连接通过一个40路Hirose插头式板对板连接器实现，该连接器可与Hirose DF17(3.0) - 40DS - 0.5V(57)配合使用。16个SiPM像素的所有基板（阴极）连接在一起形成公共I/O，40路连接器提供16个快速输出、16个标准I/O和8个公共I/O。

4. ARRAYC - 30035 - 144P - PCB

这是一个由144个3mm C系列传感器组成的12x12阵列。连接由四个Samtec 80路连接器提供，同样可与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。144个SiPM传感器的所有基板连接（阴极）连接在一起形成公共I/O，80路连接器提供144个快速输出、144个标准I/O和32个公共I/O。

三、Breakout Boards（BOBs）介绍

为了方便用户对ArrayC系列产品进行测试和评估，onsemi提供了多种Breakout Boards。这些BOBs具有以下特点：

1. ARRAYX - BOB6 - 64P

用于访问onsemi ARRAYC - 60035 - 64P 6mm 8x8 SiPM阵列的所有信号。该板具有两个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。所有信号通过匹配的连接器路由到引脚，这些引脚由四个50路（25x2行）2.54mm间距的插头组成。板上的三个SMA连接器可通过跳线电缆连接到阵列引脚，用于访问信号或提供偏置电压。

2. ARRAYX - BOB6 - 64S

允许轻松访问onsemi ARRAYC - 60035 - 64P 6mm 8x8 SiPM阵列所有标准像素信号的总和，以及所有单个快速输出信号。同样具有两个Samtec 80路连接器，快速信号通过匹配的连接器路由到引脚，引脚由四个50路（25x2行）2.54mm间距的插头组成。两个SMA连接器和Balun变压器提供4引脚插头，允许任何快速信号直接连接到SMA或通过变压器使用跳线连接。求和输出通过跳线引脚（SM）路由到靠近第三个SMA连接器的位置。

3. ARRAYX - BOB3 - 16P

用于访问onsemi ARRAYC - 30035 - 16P 3mm 4x4 SiPM阵列的信号。板上有一个位于中心的Hirose 40路连接器，可与阵列上的Hirose DF17(2.0) - 40DP - 0.5V(57)板对板连接器配合使用。所有信号通过匹配的连接器路由到引脚，引脚由两个20路（10x2行）2.54mm间距的插头组成。板上提供三个SMA连接器和Balun变压器，以及四个7mm孔，便于安装在光学面包板上。

4. ARRAYX - BOB3 - 16S

可访问onsemi ARRAYC - 30035 - 16P 3mm 4x4 SiPM阵列所有标准像素信号的总和以及所有单个快速输出信号。同样具有一个位于中心的Hirose 40路连接器，快速信号通过匹配的连接器路由到引脚，引脚由两个20路（10x2行）2.54mm间距的插头组成。两个SMA连接器和Balun变压器提供4引脚插头，求和输出通过跳线引脚（SM）路由到靠近第三个SMA连接器的位置。

5. ARRAYX - BOB3 - 144P

用于访问onsemi ARRAYC - 30035 - 144P 3mm 12x12 SiPM阵列的信号。该板由四个Samtec 80路连接器组成，可与阵列上的Samtec QTE - 040 - 03 - F - D - A板对板连接器配合使用。所有信号通过匹配的连接器路由到引脚，引脚由八个50路（25x2行）2.54mm间距的插头组成。板上提供三个SMA连接器和Balun变压器，以及四个7mm孔，便于安装在光学面包板上。

四、使用注意事项

1. 连接与断开

在从匹配的连接器上断开ArrayC PCB时，无论是在BOB上还是用户自己的板上，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，直到连接器完全分离。需要注意的是，BGA封装的ArrayC产品不能从其EVB上移除。

2. 焊接

BGA封装的产品（如ARRAYC - 60035 - 4P - BGA）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进行安装，均匀地将焊膏（建议使用免清洗焊膏）涂抹在每个焊盘上，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。回流焊条件必须符合J - STD - 20表5.2的要求，且通过次数不应超过2次。

3. EMI考虑

在BOB上的非屏蔽线上可能会拾取到电磁干扰（EMI）。建议遇到过多EMI的用户在实验室中尽量减少EMI，最好从源头解决。如果无法做到这一点，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。对于系统设计，建议对所有线路进行屏蔽。SiPM的读出要求与PMT类似，应像对待PMT一样小心处理。与增益明显低于SiPM的APD相比，SiPM由于其较高的增益，对EMI具有更好的抗性。

五、典型应用示例

1. 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。将SMA1的内部（“I”）连接到S49引脚，通过“C”引脚将阴极连接到SMA1的外部（“O”），然后向SMA1施加偏置电压。将F49引脚连接到SMA2的Fin，通过分流跳线将Fout连接到SMA2的内部（“I”），SMA2的外部（“O”）再次连接到公共阴极（“C”）。如果信号幅度较小，SMA2的快速输出可能需要放大。

2. 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。将SMA1的内部（“I”）通过50Ω的负载电阻连接到S49（阳极）引脚，通过“C”引脚将阴极连接到SMA1的外部（“O”），然后向SMA1施加偏置电压。将S49引脚通过10nF的去耦电容连接到SMA2的内部（“I”），SMA2的外部（“O”）连接到公共阴极（“C”），标准信号即可从SMA2获得。

3. 读取求和信号

以ARRAYX - BOB6 - 64S为例，使用SMA1提供偏置电压，SMA2读取ARRAYC - 60035 - 64P中所有像素的求和标准输出。将SMA1的内部（“I”）通过50Ω的负载电阻连接到SM（求和阳极）引脚，通过“CM”引脚将阴极连接到SMA1的外部（“O”），然后向SMA1施加偏置电压。将第二个SM引脚通过10nF的去耦电容连接到SMA2的内部（“I”），SMA2的外部（“O”）连接到公共阴极（“CM”），求和信号即可从SMA2获得。

六、总结

onsemi的ArrayC系列SiPM阵列以其紧凑的设计、可扩展性和丰富的功能，为光探测应用提供了强大的解决方案。通过合理选择和使用相应的Breakout Boards，工程师可以方便地对这些阵列进行测试和评估。在使用过程中，注意连接、焊接和EMI等方面的问题，能够确保系统的稳定运行。希望本文能帮助电子工程师更好地了解和应用ArrayC系列产品，为相关领域的设计和开发提供有价值的参考。

你在实际应用中有没有遇到过类似产品的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。