onsemi ArrayJ系列硅光电倍增管（SiPM）阵列：特性、应用与设计要点

在现代电子设计中，硅光电倍增管（SiPM）以其高灵敏度、快速响应等特性，在众多领域得到了广泛应用。onsemi的ArrayJ系列SiPM传感器阵列，更是凭借其独特的设计和卓越的性能，成为了工程师们的理想选择。本文将深入介绍ArrayJ系列的特点、产品类型、使用方法以及相关注意事项。

文件下载：ARRAYJ-30020-16P-PCB.pdf

一、ArrayJ系列概述

onsemi的J - 系列SiPM传感器用于创建高填充因子、可扩展的阵列。这些传感器安装在PCB板上，死区空间极小，形成的阵列填充因子高达90%，处于行业领先水平。每个ArrayJ的背面有一个或多个多路连接器，或者是BGA（球栅阵列），方便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。

二、产品类型及特点

1. ARRAYJ - 60035 - 64P - PCB

这是一个由64个6mm J - 系列传感器组成的8x8阵列。其性能和偏置细节可在J - 系列数据手册中找到。通过两个Samtec 80 - 路连接器提供连接，包括64个快速输出、64个标准I/O、32个公共I/O和16个屏蔽触点。该产品的完整CAD文件可下载。

2. ARRAYX - BOB6 - 64P

这是ARRAYJ - 60035 - 64P的评估板，便于访问阵列的所有信号。它有两个Samtec 80 - 路连接器，与阵列上的连接器匹配。所有信号通过连接器路由到引脚，引脚由四个50 - 路（25x2行）2.54mm间距的插头组成，每个插头还有8个未连接的引脚用于原型设计。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。

3. ARRAYX - BOB6 - 64S

这是一个求和评估板，可轻松访问ARRAYJ - 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。同样有两个Samtec 80 - 路连接器，快速信号通过连接器路由到引脚，引脚由四个50 - 路（25x2行）2.54mm间距的插头组成，每个插头有10个连接到公共阴极的引脚和8个未连接的引脚。板上提供两个SMA连接器和巴伦变压器，用于连接快速信号。求和输出路由到跳线引脚，靠近第三个SMA连接器。

4. ARRAYJ - 60035 - 4P - BGA

由4个6mm J - 系列传感器组成的2x2阵列，通过BGA提供连接，可回流焊接到用户的读出板上。4个SiPM传感器的基板连接在一起形成公共I/O，BGA提供4个标准I/O和5个公共I/O，没有快速输出。该产品的完整CAD和焊接脚印可下载。

5. ARRAYJ - 60035 - 4P - PCB

这是一个评估板，通过引脚方便访问ARRAYJ - 60035 - 4P - BGA的信号。引脚与标准8 - 引脚DIL插座兼容，也可直接焊接到用户读出PCB的通孔中。该产品不提供快速输出访问。

6. ARRAYJ - 40035 - 64P - PCB

由64个4mm J - 系列传感器组成的8x8阵列，通过两个Hirose 80 - 路连接器提供连接，包括64个快速输出、64个标准I/O、32个公共I/O和4个屏蔽触点。其完整CAD文件可下载。

7. ARRAYJ - 300XX - 16P - PCB

有两种类型，分别由35um和20um微单元组成的16个3mm J - 系列传感器的4x4阵列。通过两个20 - 路Hirose插头型板对板连接器提供连接，包括16个快速输出、16个标准I/O、8个公共I/O和4个屏蔽触点。其完整CAD文件可下载。

8. ARRAYJ - 300XX - 64P - PCB

同样有两种类型，由64个3mm J - 系列传感器组成的8x8阵列。通过两个Hirose 80 - 路连接器提供连接，连接方式与ARRAYJ - 40035 - 64P - PCB类似。其完整CAD文件可下载。

9. ARRAYJ - BOB3 - 16P

是ARRAYJ - 300XX - 16P的评估板，有两个HIROSE 20 - 路连接器，所有信号通过连接器路由到引脚，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连接器和巴伦变压器，方便连接信号。

10. ARRAYJ - BOB3 - 64P

可用于访问ARRAYJ - 300XX - 64P或ARRAYJ - 40035 - 64P的信号。有两个Hirose 80 - 路连接器，信号通过连接器路由到引脚，引脚由四个32 - 路（16x2行）2.54mm间距的插头组成，还有四个额外的引脚对用于连接公共端。板上同样提供三个SMA连接器和巴伦变压器。

三、使用方法及注意事项

1. 连接与断开

在断开ArrayJ PCB与匹配连接器时，要格外小心。应轻轻撬动板子，逐步围绕板子操作，使PCB从连接器的各边稍微抬起，重复此过程直到连接器分离。

2. 闪烁体的使用

使用闪烁体与ArrayJ产品配合时，请参考相关应用笔记。

3. 偏置与读出

Breakout Boards的目的是方便测试时访问单个像素的标准或快速I/O，但仅用于评估，不能同时对所有像素进行完整读出。所有像素的快速和标准信号都引出到引脚，引脚可通过巴伦变压器与SMA连接器连接。公共I/O由所有基板连接求和而成，不建议对公共I/O施加偏置。

4. SMA连接器与巴伦变压器

每个Breakout Board有三个SMA连接器，用于提供偏置电压和访问信号。每个SMA附近都有巴伦变压器，用于快速信号的阻抗匹配。巴伦变压器（RFMD RFXF9503）可将快速输出信号与读出电子设备进行阻抗匹配。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。

5. EMI考虑

BOB上的非屏蔽线可能会拾取电磁干扰（EMI）。建议遇到过多EMI的客户在实验室中尽量减少EMI，理想情况下从源头解决。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。

四、应用示例

1. 读取快速信号

以ARRAYX - BOB6 - 64P为例，SMA1用于提供Vbias，SMA2用于读取像素49的快速输出。将SMA1的内部（“I”）连接到S49引脚，阴极通过“C”引脚连接到SMA1的外部（“O”）。将F49引脚连接到SMA2的Fin，Fout通过跳线连接到SMA2的内部（“I”），外部（“O”）连接到公共阴极。如果信号幅度较小，SMA2的快速输出需要放大。

2. 读取标准信号

同样以ARRAYX - BOB6 - 64P为例，SMA1用于提供Vbias，SMA2用于读取像素49的标准输出。将SMA1的内部（“I”）通过50Ω负载电阻连接到S49引脚，阴极通过“C”引脚连接到SMA1的外部（“O”）。将S49引脚通过10nF去耦电容连接到SMA2的内部（“I”），外部（“O”）连接到公共阴极。

3. 使用求和评估板

以ARRAYX - BOB6 - 64S为例，SMA1用于提供Vbias，SMA2用于读取ARRAYJ - 60035 - 64P所有像素的求和标准输出。将SMA1的内部（“I”）通过50Ω负载电阻连接到SM引脚，阴极通过“CM”引脚连接到SMA1的外部（“O”）。将第二个SM引脚通过10nF去耦电容连接到SMA2的内部（“I”），外部（“O”）连接到公共阴极。

五、总结

onsemi的ArrayJ系列SiPM传感器阵列提供了多种产品选择，适用于不同的应用场景。在使用过程中，工程师们需要根据具体需求选择合适的产品，并注意连接、偏置、读出以及EMI等方面的问题。通过合理的设计和使用，ArrayJ系列能够为电子系统带来高灵敏度、快速响应的光电检测性能。大家在实际应用中是否遇到过类似产品的其他问题呢？欢迎在评论区分享交流。