技术文章及资料中心

ARTICLE

文章中心

产品

应用

其他

技术资料 您的位置:首页--文章中心--硅光电倍增管(MPPC)

【FAQ】MPPC

无标题文档


FAQ内容分为MPPC裸片,MPPC模块,工艺类,高压电源类,电路设计类。


# MPPC裸片


        Q1. 滨松的MPPC产品型号的含义是什么?


        Q2. 滨松MPPC出厂产品参数?


        Q3. MPPC能不能提供不同峰值波长的产品?


        Q4. MPPC击穿电压能否进行挑选?


        Q5. MPPC偏置电压极性有没要求?


        Q6. MPPC的增益可调吗?


        Q7. S15639-1325 MPPC对应的VBR+10 V工作条件下,不同的器件的增益和PDE分布在什么范围内?


        Q8. 关于Si PM的时间分辨问题,请问影响Si PM时间分辨的是Si PM整体的电容大小还是每个像素的电容?比如相同面积的Si PM,其像素尺寸不同,时间分辨会有不同吗?或者像素尺寸一样,但是Si PM尺寸不同,他们又有什么不同呢?


        Q9. MPPC能否用于单光子计数?能否用于化学发光免疫分析?


        Q10. PET应用和Lidar应用的核心都是TOF法解析信号,是不是这两个应用通用?


# MPPC模块类


        Q11. 改变MPPC模块的增益有可能吗?


        Q12. 建议使用什么样的电源给MPPC模块供电?


        Q13. 模拟输出型MPPC模块与数字输出型MPPC模块主要有哪些区别?


        Q14. C14191 Data sheet上有写selectable amplifier usage,想请问这个放大器的放大倍率为多少,是20还是有其他值可以选择?


        Q15. 请问有无MPPC产品Cutoff Frequency和放大器放大倍率的关系图, data sheet上写Cutoff Frequency在使用amplifier时为40Mhz,我们这边的应用需要到150~200 Mhz。


        Q16. 请问mppc module C14193-1325SA中的放大器放大倍率及cutoff-frequency为多少?


# 工艺类


        Q17. TSV技术有什么优势?


        Q18. TSV/HWB产品结构?


        Q19. TSV 和HWB穿孔死区大小?


# 高压电源类


        Q20. 必须一个MPPC配一个电源吗?


        Q21. MPPC电源模块选择原则?


        Q22. C11204-01电源温度反馈、输出电流、参数设置写入问题?


        Q23. C14488 MPPC电源如果需要外部电压控制的话,温度系数应该如何从50 mV/℃进行调整?


        Q24. 使用C14156给MPPC供电时,强光下测试输出高压不稳?


        Q25. 使用C14156作为电源时,为了对S13360系列MPPC进行温度补偿,热敏电阻是否有推荐?


        Q26. S15639的封装热阻是多少?


# 电路设计类


        Q27. MPPC负载电阻问题


        Q28. MPPC PZC(pole-zero cancellation circuit)电路


        Q29. 关于SiPM的干扰问题,主要有什么方面影响?




# MPPC裸片


Q1. 滨松的MPPC产品型号的含义是什么?



Q2. 滨松MPPC出厂产品参数?


MPPC出厂参数常规的有3个:


1.  击穿电压Vbr;

2.  工作电压 Voperater=Vbr + Vover,一般情况Vover 取 3 V或者2.7 V;

3.  暗电流。


Q3. MPPC能不能提供不同峰值波长的产品?


目前滨松可以提供峰值波长是450 nm的MPPC产品、近红外敏感的MPPC、VUV的MPPC产品等。


Q4. MPPC击穿电压能否进行挑选?


MPPC出厂参数提供每一个MPPC芯片的击穿电压,同一批次MPPC的操作电压离散性非常小,MPPC阵列内芯片间的离散性更小。在这方面,滨松可以根据使用者的需要,对于击穿电压提供挑选,还可以根据增益离散性要求为客户提供不同增益范围内的产品提供分别包装。


Q5. MPPC偏置电压极性有没要求?


MPPC可以采用正偏置电压和负偏置电压。偏置电压极性对MPPC的性能没有影响,可以根据实际情况选择偏置电压的极性。 我们所有的评估套件和评估pcb是由正偏置电压供电。


Q6. MPPC的增益可调吗?


可调但范围有限,因此不建议用户调节MPPC的增益,容易造成暗电流和后脉冲增大。以下图为例,在推荐的工作电压附近,MPPC的增益(黑色实线)具有优良的线性。


Q7. S15639-1325 MPPC对应的VBR+10V工作条件下,不同的器件的增益和PDE分布在什么范围内?


S15639-1325 MPPC增益的最大分布范围为典型值的±12%~15%之间,PDE的差别范围在典型值的±15%~20%之间。


Q8. 关于Si PM的时间分辨问题,请问影响Si PM时间分辨的是Si PM整体的电容大小还是每个像素的电容?比如相同面积的Si PM,其像素尺寸不同,时间分辨会有不同吗?或者像素尺寸一样,但是Si PM尺寸不同,他们又有什么不同呢?


关于Si PM时间分辨的问题我们需要分为两个部分:


1.  在固定脉冲回波光子数和和固定Over-voltage(即超过Vbr的工作电压差)的情况下 上升时间与粹灭电阻的电容值相关,由于滨松使用的是金属粹灭电阻且不同像素的粹灭电阻均相同,因此对于时间分辨率的影响也相同。 至于Si PM像素电容,影响的是MPPC的恢复时间部分,对于时间分辨没有影响;
2.  在固定Over-voltage的情况下,提高窄脉冲的回波光子数可以改善时间分辨;
3.  在固定回波光子数的情况况下,提高Over-voltage可以改善时间分辨。


以上2、3为论文测试结果,使用近似δ函数的ps激光器测试得出。


Q9. MPPC能否用于单光子计数?能否用于化学发光免疫分析?


MMPPC是否可以进行单光子计数从以下几点进行分析: 


1.  MPPC具有106以上的增益,单光子信号具有非常可观的输出幅度;

2.  MPPC本身的量子效率非常高,例如滨松MPPC模块C11202系列的探测率可以达到70%; 

3.  由于G-APD的面积非常小,所以恢复时间非常快,用于光子计数可以达到非常好的动态范围; 

4.  在暗计数方面,单点的盖革APD面积小所以暗计数非常低,不过对于多个盖革APD组成的MPPC来说暗计数就变的非常大,严重影响了MPPC的信噪比和动态范围。


基于以上几点MPPC可以用于光子计数,但是对于MPPC来说,噪声和动态范围是制约其单光子计数应用的主要因素。 化学发光免疫分析仪是典型的光子计数法应用领域,但是由于其对探测面积有一定的要求并且在动态范围、暗计数方面也要求较高,所以目前来说MPPC还不能满足化学发光免疫分析仪的应用要求。


Q10. PET应用和Lidar应用的核心都是TOF法解析信号,是不是这两个应用通用?


不通用,虽然都是基于TOF法测量,但是侧重点不一样,Lidar主要是侧重距离的计算从而进行3D建模,而PET主要依靠TOF来测算符合事件。


# MPPC模块类


Q11. 改变MPPC模块的增益有可能吗?


不可以改变增益因为MPPC模块是利用非常精确的温度补偿调节来运转的。


Q12. 建议使用什么样的电源给MPPC模块供电?


能够满足供电要求的商用电源即可。


Q13. 模拟输出型MPPC模块与数字输出型MPPC模块主要有哪些区别?


选择模拟输出还是数字输出型的MPPC模块,主要看入射光的强度:


(1)当入射光信号微弱至离散的脉冲形式,数字输出采用脉冲计数的方法可实现更高的S/N;



(2)当入射光信号增强,出现脉冲重叠的情况,如图所示,模拟输出可检测一定时间内信号脉冲的平均值。此时的探测下限由暗电流和读出电路的截止频率决定。



Q14. C14191 Data sheet上有写selectable amplifier usage,想请问这个放大器的放大倍率为多少,是20还是有其他值可以选择?


评估板只有直接输出和20倍电压增益,没有其他档位了。


Q15. 请问有无MPPC产品Cutoff Frequency和放大器放大倍率的关系图, data sheet上写Cutoff Frequency在使用amplifier时为40 Mhz,我们这边的应用需要到150~200 Mhz。


40 MHz的不够的话,只能不要通过这个放大器直接输出信号。


Q16. 请问mppc module C14193-1325SA中的放大器放大倍率及cutoff-frequency为多少?


对应1 kΩ的跨阻值,截止频率为40 MHz。


# 工艺类


Q17. TSV技术有什么优势?


2015年,滨松在新推出的MPPC中,采用了通孔电极TSV(硅通孔),即Through Silicon Via。由于不需要连接电极空间,四边外围间隙(封装与MPPC光敏区域之间)减少至0.2 mm,可以实现四面拼接。相比传统手段,减小了有效感光面积周围的非敏感区域,提高了填充率。 TSV系列的S13360-2050 VE/-3050 VE/-6050 VE型MPPC可用于医学成像、高能粒子探测等辐射测量应用领域,以及其他微光探测的应用领域。



Q18. TSV/HWB产品结构


TSV的英文全拼是“Through Silicon Vias”,中文意思为“穿过硅片通道”。产品结构如下:



HWB的英文全拼是“hole wire boarding”,中文意思是“引线穿孔连接”,产品结构如下:



Q19. TSV 和HWB穿孔死区大小


TSV中心穿孔面积占3*3 mm2 <0.44%;
HWB中心穿孔面积占3*3 mm2 < 0.6%。


# 高压电源类


Q20. 必须一个MPPC配一个电源吗?


只要电源输出电流在其最大输出电流范围内,一个电源可供多个MPPC单元同时使用。而且对于MPPC来说,芯片之间的工作电压离散性很小,同一个阵列内部的离散性更小,多个芯片一般情况下可以使用同一个工作电压。 例如在PET应用中一个MPPC电源C11204-01(最大输出电流:2 mA)可以同时给60多个3*3 mm的MPPC通道同时供电。



Q21. MPPC电源模块选择原则?




MPPC的工作点的选择原则可归纳为以下两点: 


1.  由于MPPC的增益及探测效率随偏压增高而增高,但同时暗计数率及G-APD像素单元间的串扰也会随之提高,因此合理工作点的选择需要对上述四项指标做适当的折中处理; 

2.  由于MPPC是一类温度敏感器件,其多项性能指标受到温度变化影响。因此工作点的选择需要在考虑温度-偏压补偿系数的基础上,对MPPC的工作点动态调整,以修正温度效应。



Q22. C11204-01电源温度反馈、输出电流、参数设置写入问题?


1.  温度反馈


C11204-01是专门用于MPCC的高性能电源,电源不仅仅为MPPC提供供电,同时提供高精度的温度反馈调整,下面是一个典型的测试结果,利用C11204-01温度反馈在 60℃的变化范围内基本上可以保证MPPC的输出增益不变。


2.  输出电流


C11204-01在72 V工作电压下,最大输出电流为2 mA。C11204-01同时能给多少片MPPC芯片进行供电,需要根据MPPC的输出电流来决定,并且C11204-01提供了电源保护功能,如果输出电流大于3 mA超过4 s,电源会自动断电,输出电压降到0,继续工作需要重新开启电源,这种同样也用于滨松提供的多款MPPC模块中。


3.  参数设置问题


有客户遇到这样的问题,电源C11204-01的参数设置以后,每次重新启动,设置的结果就会消失,需要重新设置。电源里面有两种命令模式一种是HBV命令,另一种是HST命令,如果使用HBV命令,就需要每次开机重新进行参数设置,如果使用HST命令,参数就会写入ROM保存下来,不需要每次开关机重新设置。


Q23. C14488 MPPC电源如果需要外部电压控制的话,温度系数应该如何从50 mV/℃进行调整?


温度系数tcr(mV/degC) = 40 x Vtcr(V) + 8。


Q24. 使用C14156给MPPC供电时,强光下测试输出高压不稳?


由于强光下,电源供电超过范围,在功率一定的情况下,会存在降低电压满足电路消耗的需求,因此有时候测试高压供电输出时候,发现电压有所下降。 



Q25. 在使用C14156作为电源时,为了对S13360系列MPPC进行温度补偿,热敏电阻是否有推荐?


对于S13360系列产品,可使用如下热敏电阻做温度补偿,或者相同性能产品。LP731JTTE102F3600的具体规格可以参考附件内容(点击)。



Q26. S15639的封装热阻是多少?


S15639封装的热阻约为370 deg C/W,这个值是从另一个相似封装尺寸的MPPC S13720得出的,S15639的热阻暂时没有数据,不过我们认为和这个值接近。


# 电路设计类


Q27. MPPC负载电阻问题?


一般情况下,我们在使用MPPC时候采用下面的典型连接方式:



在我们遇到的应用场合例如雷达、PET等应用中,更多的是使用中间的方法,连接高速放大器使用,在这种情况下负载电阻影响电流电压转换比、信号输出时间特性、线性问题,对于前两个我们比较好理解,电阻变大,I-V转换比大、时间特性变差,所以如果要获得非常好的时间特性,我们可以选择50 Ω作为负载电阻。如果需要高的I-V变换比,可以选择稍大的负载电阻。但是如果选择负责电阻过大时候就会产生输出线性问题,对于这个问题可以这么理解,从电路中可以看出MPPC和负载电阻是串联的状态,在所加的工作电压不变的情况下,电流增大,负载电阻分压就会增大,当负载电阻很大时候,这个分压就非常明显了,例如我们取1 M负载电阻,当输出电流为1 mA时候,这样在负载电阻上的分压为1 V,加在MPPC两端的电压会下降非常多,甚至低于工作电压,而不能工作。


我们的客户就遇到了这样的问题,对方使用60 K电阻为负载电阻,就出现了光强增加,输出降低的现象,这就是我们提到非线性,所以负载电阻选择要根据应用中能够承受的非线性度以及最大输出电流而定,一般情况下MPPC的负载电阻小于1 k欧姆,同样的问题也出现在一些APD的应用场合。


Q28. MPPC PZC(pole-zero cancellation circuit)电路


MPPC的输出成分分为快成分和慢成分,有时间未来更加方便的得到信号的时间信息,客户希望仅仅测试到快成分,这里我们使用PZC电路进行处理,下图的示例请参考:



Q29. 关于Si PM的干扰问题,主要有什么方面影响?


由于Si PM是半导体类产品,通常磁场不会对其产生太大干扰。主要从后续电路电磁干扰和杂散光方面考虑干扰问题。 因此,在遇到干扰问题时,需要考虑对后续电路供电电源稳定性、外部电磁屏蔽进行排查,确认焊接点的可靠性,接地线的连接等。
另外,由于Si PM是增益极高的器件,外部极微弱的杂散光都会对其输出信号产生影响,因此需要通过完全避光,光路设计,滤光设计等抑制杂散光。常见的杂散光噪声有日光灯的工频噪声,荧光灯管高达几十k的噪声等。


# 相关工程师


 

 


针对以上内容,如您有任何问题,欢迎联系我们



上一个:MPPC基础知识

下一个: MPPC参数解释

×
回到顶部