KR101400395B1 - Readout IC circuit for uncooled infrared sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면에 따른 실시예에 있어서, 볼로미터 및 상기 볼로미터 저항 값 오차를 보정하는 가변 저항을 포함하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부의 출력단 전압을 일정하게 유지하며, 상기 신호 검출부로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 적분기와, 상기 적분기로부터 적분된 전압 신호를 샘플링하여 차동 신호를 출력하는 샘플링부, 및 상기 차동 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 적외선 센서 검출회로가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage measuring apparatus comprising: a signal detector including a variable resistor for correcting a bolometer and an error of a resistance value of the bolometer; There is provided an infrared sensor detection circuit including an integrator for amplifying a signal, a sampling unit for sampling a voltage signal integrated from the integrator and outputting a differential signal, and an amplifier for amplifying the differential signal.

Description

비냉각형 적외선 센서 검출회로{Readout IC circuit for uncooled infrared sensor}[0001] The present invention relates to an uncooled infrared sensor detection circuit,

본 발명은 적외선 센서 검출회로에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고정패턴잡음을 보상하고 선형성이 향상된 비냉각형 적외선 센서 검출회로에 관한 것이다.
The present invention relates to an infrared sensor detection circuit. More particularly, the present invention relates to an uncooled infrared sensor detection circuit that compensates for fixed pattern noise and has improved linearity.

적외선 이미징 장치에서 이용되는 적외선 검출기는 크게 광전형과 열전형으로 구분이 된다. 입사광의 광자를 검출하는 광전형에 비해, 열전형 적외선 검출기는 감도가 낮도 응답 속도가 느리지만 제작이 쉽고, 냉각장치가 필요하지 않아서 가격이 저렴한 장점이 있다. 열전형 검출기는 온도변화에 따른 저항의 변화를 이용하는 볼로미터형, 유기되는 기전력을 이용하는 열전퇴형, 및 유전체의 표면 전하의 변화를 이용하는 초전기형으로 구분된다. 특히, 이 중에서 볼로미터형 검출기는 제작이 쉽고 휴대가 편리해서 민간 및 산업용, 군사용으로 많이 활용되고 있다. Infrared detectors used in infrared imaging devices are largely divided into phototransformers and thermoelectric converters. Compared with a phototransistor that detects incident photons, the thermoelectric infrared detector has a low response rate even when the sensitivity is low, but it is easy to manufacture, and a cooling device is not needed, which is advantageous in cost. Thermoelectric detectors are classified into a bolometer type that uses a change in resistance according to a temperature change, a thermoelectric type using an induced electromotive force, and a superconducting type that uses a change in the surface charge of a dielectric. Among them, the bolometer type detector is easy to manufacture and portable, and is widely used for civil, industrial, and military purposes.

적외선 열에너지 검출 성능을 높이고 정확한 저항 값을 얻기 위해서, 볼로미터는 MEMS 공정을 사용하여 큰 사이즈로 제작되며, 볼로미터의 저항값이 커지므로, 입력신호를 얻기 위해 비교되는 기준저항도 크게 설계된다. 그러나, CMOS 공정을 이용해서 제작되는 기준저항은 설계 값의 10~20% 공정 오차를 가지게 되며, 이는 볼로미터가 적외선 열에너지를 검출할 때 입력신호의 왜곡하여 큰 고정패턴잡음(Fixed pattern noise, FPN)을 발생시키는 원인이 된다. 따라서, 고정패턴잡음은 검출회로의 신뢰성에 큰 영향을 미친다. 즉, 고정패턴잡음은 적외선 검출기에서 발생한 전기적 신호를 영상 신호에 적합하도록 처리하는 검출회로에 그대로 전달되어 최종 데이터에 영향을 미쳐 적외선 영상 시스템의 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 그러므로 이와 같은 문제점을 해결하기 위해선 검출회로 설계 시 고정패턴잡음을 보상할 수 있도록 설계해야 한다.
In order to increase the infrared thermal energy detection performance and obtain the accurate resistance value, the bolometer is manufactured in a large size using the MEMS process, and since the resistance value of the bolometer is large, the reference resistance to be compared to obtain the input signal is also designed to be large. However, the reference resistance produced by the CMOS process has a process error of 10 to 20% of the design value. This is because when the bolometer detects the infrared heat energy, the input signal is distorted to generate a large fixed pattern noise (FPN) . Therefore, the fixed pattern noise greatly affects the reliability of the detection circuit. That is, the fixed pattern noise is directly transmitted to the detection circuit that processes the electrical signal generated by the infrared ray detector to be suitable for the image signal, and affects the final data, thereby deteriorating the reliability of the infrared ray image system. Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to design the detection circuit so as to compensate the fixed pattern noise.

한국 공개특허 제10-2008-0032434호Korean Patent Publication No. 10-2008-0032434

본 발명에서는 공정오차에 의해 발생하는 고정패턴잡음의 영향을 최소화한 비냉각형 적외선 센서 검출회로를 제공한다. The present invention provides an uncooled infrared sensor detection circuit minimizing the influence of fixed pattern noise caused by a process error.

또한, 본 발명에서는 비냉각형 볼로미터 적외선 센서의 고정패턴잡음 뿐만 아니라 검출회로 자체에서 발생하는 잡음을 최소화한 비냉각형 적외선 검출회로를 제공한다.
In addition, the present invention provides an uncooled infrared ray detecting circuit which minimizes not only the fixed pattern noise of the uncooled bolometer infrared sensor but also the noise generated in the detecting circuit itself.

본 발명의 일측면에 따른 실시예에 있어서, 볼로미터 및 상기 볼로미터 저항 값 오차를 보정하는 가변 저항을 포함하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부의 출력단 전압을 일정하게 유지하며, 상기 신호 검출부로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 적분기와, 상기 적분기로부터 적분된 전압 신호를 샘플링하여 차동 신호를 출력하는 샘플링부, 및 상기 차동 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 적외선 센서 검출회로가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage measuring apparatus comprising: a signal detector including a variable resistor for correcting a bolometer and an error of a resistance value of the bolometer; There is provided an infrared sensor detection circuit including an integrator for amplifying a signal, a sampling unit for sampling a voltage signal integrated from the integrator and outputting a differential signal, and an amplifier for amplifying the differential signal.

상기 신호 검출부는, 노드와, 구동 전압과 상기 노드 사이에 직렬 연결된 제1 기준 볼로미터 및 제1 가변 저항과, 상기 노드와 접지 사이에 병렬 연결된 제2 기준 볼로미터 및 액티브 볼로미터와, 상기 제2 기준 볼로미터와 직렬 연결된 제2 가변 저항, 및 상기 액티브 볼로미터와 직렬 연결된 제3 가변 저항을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3 가변 저항은, 공정오차로 발생한 상기 제1 기준 볼로미터, 상기 제2 기준 볼로미터, 및 상기 액티브 볼로미터의 저항 값을 보상할 수 있다.The signal detection unit includes a node, a first reference bolometer and a first variable resistance connected in series between a driving voltage and the node, a second reference bolometer and an active bolometer connected in parallel between the node and the ground, And a third variable resistor connected in series with the active bolometer. Here, the first to third variable resistors may compensate the resistance values of the first reference bolometer, the second reference bolometer, and the active bolometer caused by a process error.

한편, 상기 적분기는, 상기 신호 검출부의 출력단에 연결된 반전 입력단과 출력단 사이에 커패시터가 연결되고, 입력단은 기준 전압에 연결된 제1 OP AMP, 및 반전 입력단과 출력단이 상기 신호 검출부의 출력단에 연결되고, 입력단은 기준 전압에 연결된 제2 OP AMP를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 OP AMP는 상기 신호 검출부의 출력단의 전압을 안정화시키는 피드백 루프를 형성한다.The integrator may include a first OP AMP having a capacitor connected between an inverting input terminal and an output terminal connected to an output terminal of the signal detecting unit and having an input terminal connected to a reference voltage, and an inverting input terminal and an output terminal connected to an output terminal of the signal detecting unit, The input may comprise a second OP AMP connected to a reference voltage. Here, the second OP AMP forms a feedback loop for stabilizing the voltage of the output terminal of the signal detector.

또한, 상기 샘플링부는, 상기 적분된 전압 신호를 입력 받는 제1 소스 팔로어와, 상기 적분된 전압 신호 중 검출 신호를 저장하는 검출 신호 커패시터와, 상기 적분된 전압 신호 중 기준 신호를 저장하는 기준 신호 커패시터, 및 상기 저장된 검출 신호 및 상기 저장된 기준 신호를 동시에 출력하는 한 쌍의 제2 소스 팔로어를 포함할 수 있다.
The sampling unit includes a first source follower for receiving the integrated voltage signal, a detection signal capacitor for storing a detection signal of the integrated voltage signal, and a reference signal capacitor for storing a reference signal among the integrated voltage signals. And a pair of second source followers simultaneously outputting the stored detection signal and the stored reference signal.

본 발명에 의하면, 공정오차에 의해 발생하는 고정패턴잡음의 영향이 최소화될 뿐만 아니라, 검출회로 자체에서 발생하는 잡음도 최소화 됨으로써, 적외선 센서 검출회로의 출력의 신뢰성이 높아진다.
According to the present invention, not only the influence of the fixed pattern noise caused by the process error is minimized, but also the noise generated in the detection circuit itself is minimized, so that the reliability of the output of the infrared sensor detection circuit is enhanced.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 검출회로를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 신호 검출부 및 적분기의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 샘플링부 및 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 적외선 센서 검출회로의 개선된 선형성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 적외선 센서 검출회로가 고정패턴잡음의 영향을 최소로 받음을 보여주는 그래프이다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. For the sake of clarity, throughout the accompanying drawings, like elements have been assigned the same reference numerals. It is to be understood that the present invention is not limited to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, but may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
1 is a block diagram schematically showing an infrared sensor detection circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram schematically showing the structure of the signal detecting unit and the integrator shown in FIG.
3 is a circuit diagram schematically showing the structure of the sampling unit and the amplifier shown in FIG.
4 is a circuit diagram schematically showing the structure of the amplifier shown in Fig.
5 is a graph showing the improved linearity of the infrared sensor detection circuit shown in Fig.
FIG. 6 is a graph showing that the infrared sensor detection circuit shown in FIG. 1 is minimally affected by fixed pattern noise.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 검출회로를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 적외선 센서 검출회로는 신호 검출부(100), 적분기(200), 샘플링부(300), 및 증폭기(400)로 구성된다.1 is a block diagram schematically showing an infrared sensor detection circuit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the infrared sensor detection circuit includes a signal detector 100, an integrator 200, a sampling unit 300, and an amplifier 400.

신호 검출부(100)는 입사된 적외선 열에너지를 검출하여 전압 신호를 출력한다. 신호 검출부(100)는 블로미터에 일정한 전압을 인가하여 입사된 적외선 에너지에 따른 볼로미터의 저항 변화를 검출 신호로 출력하고 볼로미터 저항 값에 의해 분배된 전압을 기준 신호로 출력한다. 적분기(200)는 신호 검출부(100)로부터 출력된 전압 신호를 적분하여 출력한다. 즉, 적분기(200)는 신호 검출부(100)의 안정적인 출력을 지원하며, 미세한 전압 신호를 증폭한다. 샘플링부(300)는 적분된 전압 신호를 샘플링하여 차동 신호를 출력하며, 증폭기(400)는 샘플링 회로의 미세한 출력인 차동 신호를 증폭한다.
The signal detecting unit 100 detects the incident infrared heat energy and outputs a voltage signal. The signal detector 100 outputs a change in resistance of the bolometer according to the incident infrared energy as a detection signal by applying a constant voltage to the blower, and outputs the voltage divided by the resistance value of the bolometer as a reference signal. The integrator 200 integrates the voltage signal output from the signal detector 100 and outputs the integrated voltage signal. That is, the integrator 200 supports stable output of the signal detector 100 and amplifies a fine voltage signal. The sampling unit 300 samples the integrated voltage signal to output a differential signal, and the amplifier 400 amplifies a differential signal that is a fine output of the sampling circuit.

도 2는 도 1에 도시된 신호 검출부 및 적분기의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram schematically showing the structure of the signal detecting unit and the integrator shown in FIG.

도 2를 참조하면, 신호 검출부(100)는 제1 기준 볼로미터(110), 액티브 볼로미터(120), 제2 기준 볼로미터(130)를 포함하며, 제1 기준 볼로미터(100)는 노드 A를 통해 액티브 볼로미터(120) 및 제2 기준 볼로미터(130)과 직렬 연결된다. 제1 기준 볼로미터(100)는 구동 전원(Vdd)과 노드 A 사이에 연결되며, 액티브 볼로미터(120)와 제2 볼로미터(130)는 노드 A와 접지 사이에 병렬 연결된다. 노드 A와 액티브 볼로미터(120) 사이 그리고 노드 A와 제2 볼로미터(130) 사이에 스위치(140, 150)가 각각 연결된다. 스위치(140)는 선택 신호(SEL1, SEL2)에 의해 단락 또는 개방되어 적외선 열에너지에 의해 발생한 전압 신호를 출력한다. Referring to FIG. 2, the signal detection unit 100 includes a first reference bolometer 110, an active bolometer 120, and a second reference bolometer 130, And is connected in series with the bolometer 120 and the second reference bolometer 130. The first reference bolometer 100 is connected between the driving power supply Vdd and the node A and the active bolometer 120 and the second bolometer 130 are connected in parallel between the node A and the ground. Switches 140 and 150 are connected between node A and active bolometer 120 and between node A and second bolometer 130, respectively. The switch 140 is short-circuited or opened by the selection signals SEL1 and SEL2 to output a voltage signal generated by the infrared thermal energy.

트랜지스터 M1, M2, M3는 제1 기준 볼로미터(110), 액티브 볼로미터(120), 및 제2 볼로미터(130)에 각각 직렬로 연결된다. 트랜지스터(M1, M2, M3)는 트라이오드 영역의 온 저항으로 사용되며, 저항값은 게이트 전압(Vm1, Vm2, Vm3)에 의해 조절된다. 여기서 트랜지스터 M1, M2, M3는 MOSFET 트랜지스터일 수 있다.The transistors M1, M2, and M3 are connected in series to the first reference ballrometer 110, the active ballrometer 120, and the second ballrometer 130, respectively. The transistors M1, M2, and M3 are used as the on resistance of the triode region, and the resistance value is controlled by the gate voltages Vm1, Vm2, and Vm3. Where the transistors M1, M2, M3 may be MOSFET transistors.

적분기(200)는 제1 OP AMP(210), 제2 OP AMP(220) 및 제1 OP AMP(220)의 출력단과 반전 입력단 사이에 연결된 커패시터(230)를 포함한다. 제1 OP AMP(210)의 입력단은 제2 OP AMP(220)의 입력단에 그리고 제1 OP AMP(210)의 반전 입력단은 제2 OP AMP(220)의 반전 입력단에 연결된다. 제2 OP AMP(220)의 출력단과 반전 입력단은 신호 검출부(100)의 출력단에 연결된다. 제1 OP AMP(210), 제2 OP AMP(220)의 입력단은 기준 전압에 연결된다. 한편, 스위치(240)가 커패시터(230)의 양단에 병렬 연결될 수 있다.The integrator 200 includes a capacitor 230 connected between the output of the first OP AMP 210, the second OP AMP 220 and the first OP AMP 220 and the inverting input. The input terminal of the first OP AMP 210 is connected to the input terminal of the second OP AMP 220 and the inverting input terminal of the first OP AMP 210 is connected to the inverting input terminal of the second OP AMP 220. The output terminal and the inverting input terminal of the second OP AMP 220 are connected to the output terminal of the signal detecting unit 100. The input terminals of the first OP AMP 210 and the second OP AMP 220 are connected to a reference voltage. Meanwhile, the switch 240 may be connected in parallel to both ends of the capacitor 230.

계속해서 도 2를 참조하면, 신호 검출부(100)가 신호를 안정적으로 검출하기 위해선, 제1 기준 볼로미터(110)와 액티브 볼로미터(120) 사이의 기준 전압이 일정해야 한다. 만약, 이 기준 전압이 일정하지 않다면, 출력되는 전압 신호 Vout에 변화가 발생한다. 이로 인해 검출된 최종 출력의 신뢰성이 떨어진다. 고정패턴잡음에 의한 기준 전압의 변화를 보상하기 위해서, 신호 검출부(100)는 각 볼로미터에 직렬 연결된 트랜지스터 M1, M2, M3를 이용하여 고정패턴잡음에 의한 볼로미터 저항값의 변화량에 해당하는 잡음효과를 MOSFET의 저항으로 보정할 수 있다. 즉, 트랜지스터 M1, M2, M3는 노드 A에 일정한 전압(Vdd/2)이 인가되도록 하는 가변 저항으로 동작할 수 있다.2, in order for the signal detecting unit 100 to stably detect the signal, the reference voltage between the first reference voltmeter 110 and the active voltmeter 120 must be constant. If this reference voltage is not constant, a change occurs in the output voltage signal Vout. This reduces the reliability of the final output detected. In order to compensate for the variation of the reference voltage due to the fixed pattern noise, the signal detecting unit 100 uses the transistors M1, M2, and M3 connected in series to the respective bolometers to adjust the noise effect corresponding to the variation of the resistance value of the bolometer resistance by the fixed pattern noise It can be corrected by the resistance of the MOSFET. That is, the transistors M1, M2, and M3 can operate as a variable resistor that applies a constant voltage (Vdd / 2) to the node A.

한편, 제1 기준 볼로미터(110)와 제2 기준 볼로미터(130)는 외부에서 인가되는 적외선으로부터 차단되어 있으므로 저항 값의 변화가 없으며, 액티브 볼로미터(120)는 외부로부터 인가되는 적외선에 노출되어 있으므로, 입사된 적외선 열에너지에 의해 저항 값의 변화가 발생한다. 스위치(140, 150)의 선택 신호(SEL1, SEL2)에 의해 액티브 볼로미터(120) 및 제2 기준 볼로미터(130)가 각각 선택된다. 액티브 볼로미터(120)가 선택되면, 출력되는 전압 신호 Vout은 입사된 적외선 열에너지에 비례하는 검출 신호이다. 제2 기준 볼로미터(130)가 선택되면, 출력되는 전압 신호 Vout은 노드 A의 전압인 기준 신호이다. Since the first reference bolometer 110 and the second reference bolometer 130 are shielded from the infrared rays applied from the outside, there is no change in the resistance value. Since the active bolometer 120 is exposed to the infrared rays applied from the outside, The resistance value changes due to the incident infrared heat energy. The active bolometer 120 and the second reference bolometer 130 are selected by the selection signals SEL1 and SEL2 of the switches 140 and 150, respectively. When the active bolometer 120 is selected, the output voltage signal Vout is a detection signal proportional to the incident infrared heat energy. When the second reference bolometer 130 is selected, the output voltage signal Vout is a reference signal that is the voltage of the node A. [

적분기(200)의 제1 OP AMP(210) 및 커패시터(230)로 구성된 CTIA (Capacitance Trans-Impedance Amplifier)단은 입력 전류를 적분된 전압 신호 Vout으로 변환시킨다. 하지만 공정상의 오차로 인해서 실제로 제작되는 저항 값은 설계 값과 10~20%의 오차를 가지게 되며, 이러한 오차로 인한 잡음은 CTIA단의 DC레벨의 흔들림을 야기한다. 이를 보정하기 위해서, 제2 OP AMP(220)가 CTIA단의 입력단에 피드백 루프를 형성함으로써, CTIA 단의 입력인 노드 A의 DC 레벨의 흔들림을 최소화 한다. 이로 인해 공정상의 오차로 인해 발생하는 고정패턴잡음의 영향을 상쇄시키고 선형성을 향상시켜서 촬영된 적외선 이미지를 왜곡을 감소시킬 수 있다.
The Capacitance Trans-Impedance Amplifier (CTIA) stage, which is comprised of the first OP AMP 210 and the capacitor 230 of the integrator 200, converts the input current into an integrated voltage signal Vout. However, due to the process error, the actual resistance value is 10 ~ 20% of the design value, and the noise due to this error causes the DC level fluctuation in the CTIA stage. To compensate for this, the second OP AMP 220 forms a feedback loop at the input of the CTIA stage, thereby minimizing the shaking of the DC level of the node A, which is the input of the CTIA stage. This can reduce the distortion of the photographed infrared image by canceling the influence of the fixed pattern noise caused by the process error and improving the linearity.

도 3은 도 1에 도시된 샘플링부 및 증폭기의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram schematically showing the structure of the sampling unit and the amplifier shown in FIG.

도 3을 참조하면, 샘플링부(300)는 전압 신호 Vout으로서 입력된 검출 신호와 기준 신호를 차동 출력하도록 구성된다. 샘플링부(300)는 전압 신호 Vout을 입력 받는 제1 소스 팔로어, 제1 소스 팔로어의 출력단에 연결된 한 쌍의 제2 소스 팔로어를 포함한다. Referring to FIG. 3, the sampling unit 300 is configured to differentially output a reference signal and a detection signal input as a voltage signal Vout. The sampling unit 300 includes a first source follower receiving a voltage signal Vout and a pair of second source followers connected to an output terminal of the first source follower.

제1 소스 팔로어는 트랜지스터 M4 및 전류원(310)으로 구성되고, 한 쌍의 제2 소스 팔로어는 트랜지스터 M5와 M6 그리고 전류원(320, 325)으로 구성된다. 트랜지스터 M4, M5, M6의 드레인은 구동 전원 Vdd에 연결되며, 트랜지스터 M4의 소스는 트랜지스터 M5, M6의 게이트에 연결된다. 트랜지스터 M4의 소스와 트랜지스터 M5, M6의 게이트 사이에는 스위치(330, 335)가 각각 위치하며, 트랜지스터 M5, M6의 게이트와 접지 사이에는 검출 신호를 저장하는 검출 신호 커패시터(350)와, 기준 신호를 저장하는 기준 신호 커패시터(360)가 위치한다. 한편, 트랜지스터 M5, M6의 게이트 사이에 스위치(340)가 위치하며, 트랜지스터 M5, M6의 소스와 전류원(320, 325) 사이에는 스위치(360, 365)가 각각 위치한다. The first source follower is composed of a transistor M4 and a current source 310, and the pair of second source followers is composed of transistors M5 and M6 and current sources 320 and 325. [ The drains of the transistors M4, M5 and M6 are connected to the driving power source Vdd, and the source of the transistor M4 is connected to the gates of the transistors M5 and M6. Switches 330 and 335 are located between the source of the transistor M4 and the gates of the transistors M5 and M6, a detection signal capacitor 350 for storing a detection signal between the gates of the transistors M5 and M6 and a ground, A reference signal capacitor 360 for storing the reference signal is disposed. The switch 340 is located between the gates of the transistors M5 and M6 and the switches 360 and 365 are located between the sources of the transistors M5 and M6 and the current sources 320 and 325, respectively.

한편, 증폭기(400)는 2단 가변 이득 증폭기(Variable Gain Amplifier)(400a, 400b)로 구성될 수 있다. 볼로미터를 이용한 적외선 센서 검출회로는 입사되는 적외선 열에너지에 의한 볼로미터 저항의 변화가 미세하기 때문에 검출회로의 증폭능력을 향상시키는 것이 중요하다. 도 4를 참조하면, 가변 이득 증폭기(400b)는 반전 입력단과 반전 출력단 사이에 커패시터 CF(420)이 연결되고 입력단과 출력단 사이에 커패시터 CF(425)가 연결되어 피드백 루프가 형성된 FDOA(Fully Differential Operating Amplifier), 및 입력단과 반전 입력단에 각각 병렬로 연결된 복수의 커패시터(440, 441, 442, 443, 445, 446, 447, 448)를 포함한다. 한편, 가변 이득 증폭기(400a)는 가변 이득 증폭기(400b)와 동일한 구조를 가질 수 있다.Meanwhile, the amplifier 400 may be configured as a two-stage variable gain amplifier (Variable Gain Amplifier) 400a and 400b. It is important to improve the amplification ability of the detection circuit because the change in the resistance of the bolometer due to the incident infrared heat energy is very small in the infrared sensor detection circuit using the bolometer. 4, the variable gain amplifier 400b includes a capacitor CF 420 connected between the inverting input terminal and the inverting output terminal, a capacitor CF 425 connected between the input terminal and the output terminal of the variable gain amplifier 400b, And a plurality of capacitors 440, 441, 442, 443, 445, 446, 447, and 448 connected in parallel to an input terminal and an inverting input terminal, respectively. Meanwhile, the variable gain amplifier 400a may have the same structure as the variable gain amplifier 400b.

가변 이득 증폭기(400b)의 이득은 피드백 루프에 위치한 커패시터 CF와 입력단에 연결된 커패시터의 비로 결정된다. 이득을 조절하기 위해서, 입력단에 위치한 커패시터(441, 442, 443, 446, 447, 448)에 스위치(451, 452, 453, 456, 457, 458)가 연결되어, 입력단에 위치한 커패시터의 값을 조절할 수 있다. The gain of the variable gain amplifier 400b is determined by the ratio of the capacitor CF located in the feedback loop to the capacitor connected to the input. The switches 451, 452, 453, 456, 457, 458 are connected to the capacitors 441, 442, 443, 446, 447, 448 located at the input terminals to adjust the value of the capacitors .

다시 도 3을 참조하여 샘플링부(300)의 동작을 설명한다. The operation of the sampling unit 300 will be described with reference to FIG.

적분기를 통해 적분된 기준 신호와 검출 신호는 각각의 스위칭 신호에 의해서 DDS 입력단인 소스 팔로어에 전달된다. 전압 신호 Vout이 검출 신호이면 스위치(330)는 단락되고 스위치(335)는 개방되어 검출 신호가 검출 신호 커패시터(350)에 저장되며, 전압 신호 Vout이 기준 신호이면 스위치(330)는 개방되고 스위치(335)는 단락되어 기준 신호가 기준 신호 커패시터(355)에 저장된다.The reference signal and the detection signal integrated through the integrator are delivered to the source follower, which is the DDS input, by the respective switching signal. If the voltage signal Vout is a detection signal, the switch 330 is shorted and the switch 335 is opened so that the detection signal is stored in the detection signal capacitor 350. If the voltage signal Vout is the reference signal, 335 are short-circuited so that the reference signal is stored in the reference signal capacitor 355.

검출 신호 커패시터(350) 및 기준 신호 커패시터(355)에 저장된 검출 신호 및 기준 신호는 스위치(360, 365)가 스위칭 신호(SIGData_out))에 단락되면, 한 쌍의 제2 소스 팔로어의 출력단을 통해 동시에 차동 신호 VData 및 VREF로서 출력된다. 샘플링부(300)는 위와 같이 기준 신호와 검출 신호를 동시에 출력하기 때문에 두 신호간의 차이를 통해 적외선 입사 에너지에 따른 볼로미터의 저항 변화를 데이터화 할 수 있다. 이와 같은 차동 출력은 잡음 효과에 의한 영향을 제거할 수 있게 해준다.The detection signal and the reference signal stored in the detection signal capacitor 350 and the reference signal capacitor 355 are simultaneously output to the output terminals of the pair of second source followers simultaneously when the switches 360 and 365 are shorted to the switching signal SIGData_out) And output as differential signals VData and VREF. Since the sampling unit 300 simultaneously outputs the reference signal and the detection signal, the resistance change of the bolometer according to the infrared incident energy can be obtained through the difference between the two signals. This differential output can eliminate the effects of noise effects.

차동 신호 VData 및 VREF가 출력되면, 스위치(340)가 단락되어 검출 신호 커패시터(350) 및 기준 신호 커패시터(355)를 리셋한다. 이 리셋 과정에서 발생할 수 있는 리셋 잡음을 최소화하기 위해서 검출 신호 커패시터(350) 및 기준 신호 커패시터(355)의 리셋을 “0” 전위가 아닌 두 커패시터의 중간 전위로 리셋 시키는 방식을 사용할 수 있다.
When the differential signals VData and VREF are output, the switch 340 is short-circuited to reset the detection signal capacitor 350 and the reference signal capacitor 355. A method of resetting the detection signal capacitor 350 and the reference signal capacitor 355 to the intermediate potential of the two capacitors other than the " 0 " potential may be used in order to minimize the reset noise that may occur in the reset process.

도 5는 도 1에 도시된 적외선 센서 검출회로의 개선된 선형성을 보여주는 그래프이다. 온도에 따른 선형성 오류 비율을 나타낸 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 검출회로는 고정패턴잡음에 의한 노드 A의 전압 변화가 기존 적외선 센서 검출회로에 비해 절반 이하로 감소시킨다.
5 is a graph showing the improved linearity of the infrared sensor detection circuit shown in Fig. 5, the infrared sensor detection circuit according to the embodiment of the present invention reduces the voltage variation of the node A due to the fixed pattern noise to less than half compared with the conventional infrared sensor detection circuit .

도 6은 도 1에 도시된 적외선 센서 검출회로가 고정패턴잡음의 영향을 최소로 받음을 보여주는 그래프이다. 기존 적외선 센서와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 센서의 온도에 따른 선형적인 출력 특성을 비교하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 센서의 출력 특성이 기존 적외선 센서에 비해 선형적인 것을 알 수 있다.
FIG. 6 is a graph showing that the infrared sensor detection circuit shown in FIG. 1 is minimally affected by fixed pattern noise. Comparing the conventional infrared sensor and the linear output characteristic according to the temperature of the infrared sensor according to the preferred embodiment of the present invention, it can be seen that the output characteristic of the infrared sensor according to the preferred embodiment of the present invention is linear compared to the conventional infrared sensor have.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .

100 : 신호 검출부
200 : 적분기
300 : 샘플링부
400 : 증폭기100: Signal detector
200: integrator
300: Sampling unit
400: amplifier

Claims (6)

볼로미터 및 상기 볼로미터 저항 값 오차를 보정하는 가변 저항을 포함하는 신호 검출부;
상기 신호 검출부의 출력단 전압을 일정하게 유지하며, 상기 신호 검출부로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 적분기;
상기 적분기로부터 적분된 전압 신호를 샘플링된 차동 신호로 출력하는 샘플링부; 및
상기 차동 신호를 증폭하는 증폭기;를 포함하고,
상기 적분기는 상기 신호 검출부의 출력단에 연결된 반전 입력단과 출력단 사이에 커패시터가 연결되고, 입력단은 기준 전압에 연결된 제1 OP AMP; 및
반전 입력단과 출력단이 상기 신호 검출부의 출력단에 연결되고, 입력단은 기준 전압에 연결된 제2 OP AMP를 포함하는 적외선 센서 검출회로.
A signal detector including a variable resistor for correcting a bolometer and an error of the resistance value of the bolometer;
An integrator for maintaining the output terminal voltage of the signal detector constant and amplifying a voltage signal output from the signal detector;
A sampling unit for outputting a voltage signal integrated from the integrator as a sampled differential signal; And
And an amplifier for amplifying the differential signal,
A first OP AMP connected between the inverting input terminal and the output terminal connected to the output terminal of the signal detecting unit and having an input terminal connected to a reference voltage; And
Wherein the inverting input terminal and the output terminal are connected to the output terminal of the signal detecting section and the input terminal is connected to the reference voltage.
제1항에 있어서, 상기 신호 검출부는
노드;
구동 전압과 상기 노드 사이에 직렬 연결된 제1 기준 볼로미터 및 제1 가변 저항;
상기 노드와 접지 사이에 병렬 연결된 제2 기준 볼로미터 및 액티브 볼로미터;
상기 제2 기준 볼로미터와 직렬 연결된 제2 가변 저항; 및
상기 액티브 볼로미터와 직렬 연결된 제3 가변 저항을 포함하는 적외선 센서 검출회로.2. The apparatus of claim 1, wherein the signal detector
Node;
A first reference bolometer and a first variable resistor connected in series between a driving voltage and the node;
A second reference bolometer and an active bolometer connected in parallel between the node and ground;
A second variable resistor in series with said second reference bolometer; And
And a third variable resistor connected in series with the active bolometer. 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 가변 저항은, 공정오차로 발생한 상기 제1 기준 볼로미터, 상기 제2 기준 볼로미터, 및 상기 액티브 볼로미터의 저항 값을 보상하는 적외선 센서 검출회로.
3. The infrared sensor detecting circuit as claimed in claim 2, wherein the first to third variable resistors compensate the resistance values of the first reference bolometer, the second reference bolometer, and the active bolometer caused by a process error.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제2 OP AMP는 상기 신호 검출부의 출력단의 전압을 안정화시키는 피드백 루프를 형성하는 적외선 센서 검출회로.
The infrared sensor detection circuit according to claim 1, wherein the second OP AMP forms a feedback loop for stabilizing a voltage at an output terminal of the signal detection unit.
제1항에 있어서, 상기 샘플링부는,
상기 적분된 전압 신호를 입력 받는 제1 소스 팔로어;
상기 적분된 전압 신호 중 검출 신호를 저장하는 검출 신호 커패시터;
상기 적분된 전압 신호 중 기준 신호를 저장하는 기준 신호 커패시터; 및
상기 저장된 검출 신호 및 상기 저장된 기준 신호를 동시에 출력하는 한 쌍의 제2 소스 팔로어를 포함하는 적외선 검출회로.The apparatus of claim 1,
A first source follower receiving the integrated voltage signal;
A detection signal capacitor for storing a detection signal of the integrated voltage signal;
A reference signal capacitor for storing a reference signal among the integrated voltage signals; And
And a pair of second source followers simultaneously outputting the stored detection signal and the stored reference signal.
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