KR100580563B1 - 적외선 검출 회로 및 적외선 검출기 - Google Patents

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Abstract

적외선 검출 회로에는 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자에 접속된 커패시터와 상기 커패시터와 병렬 접속된 저항 회로 소자를 포함하는 전류-전압 변환 회로, 상기 전류-전압 변환 회로의 출력측에 접속된 전압 증폭 회로, 전압 증폭 회로의 출력측에 접속된 밴드-패스 필터 회로, 및 상기 밴드-패스 필터 회로의 출력측에 접속된 출력 회로가 제공되어 있다. 적외선 검출 회로와 이 회로를 포함하는 적외선 검출기가 소형화될 수 있다.

Description

적외선 검출 회로 및 적외선 검출기{AN INFRARED DETECTING CIRCUIT AND AN INFRARED DETECTOR}
본 발명은 적외선 검출 회로 및 적외선 검출기에 관한 것이다.
종래 기술의 적외선 검출기에는, 도 15에 도시되는 바와 같이, 인체로부터 복사되는 적외선을 검출하는 초전 소자(100)와, 초전 소자(100)의 검출 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전류-전압 변환 회로(200)와, 전류-전압 변환 회로(200)에 접속된 커플링 커패시터(C30)와, 커플링 커패시터(C30)의 출력에 접속된 전압 증폭 회로(300)와, 전압 증폭 회로(300)에 접속된 로우-패스 필터(400)와, 로우-패스 필터(400)에 접속된 하이-패스 필터(500)와, 하이-패스 필터(500)에 접속된 증폭 회로(600), 및 증폭 회로(600)에 접속된 출력 회로(700)가 제공되어 있다.
전류-전압 변환 회로(200)는, 초전 소자(100)에 접속된 게이트를 가지는 FET(Field Effect Transistor)와, 초전 소자(100)의 대향단에 병렬 접속된 레지스터(Rg)와, FET의 소스와 그라운드 사이에 제공된 레지스터(Rs)를 포함한다. 로우-패스 필터(400) 및 하이-패스 필터(500)는 각각 스위칭된 커패시터를 포함한다.
이와 같이 구성된 적외선 검출기는 다음과 같이 동작한다. 초전 소자(100)로부터 출력된 검출 전류 신호는 레지스터(Rg)에 의해 전압 신호로 변환되어, FET 의 게이트에 인가되며, 이것에 의해 FET의 소스로부터 드레인으로 드레인 전류가 흐른다. 드레인 전류의 흐름에 의하여, FET와 레지스터(Rs) 사이에 소스 전압이 생성된다. 소스 전압의 직류(dc) 성분들은 커플링 커패시터(C30)에 의해 커트(cut)되고, 소스 전압은 전압 증폭 회로(300)에 의해 증폭율(1+R20/R10)로 증폭된 뒤, 결과적으로 로우-패스 필터(400) 및 하이-패스 필터(500)에 의해 고주파 성분들 및 저주파 성분들이 커트되었던 특정 주파수 대역의 전압 신호로서 취급된다. 이 전압 신호는 증폭 회로(600)에 의해 설정 게인으로 증폭되어, 특정 레벨과 비교된 후, 출력 회로(700)로부터, 특정 레벨과 비교된 후, 검출 신호로서 출력된다.
그러나, 상기 커플링 커패시터(C30)는 인체 등의 움직임을 나타내는 약 1Hz의 주파수 성분들을 통과시키기 위해서 큰 용량을 가질 필요가 있다. 따라서, 대형 커패시터가 사용되어야 한다. 대형 커패시터는 집적화하기 어려우므로, 별도로 외부에 제공되어야 한다. 이러한 외부에 제공된 커플링 커패시터(C30)는 적외선 검출기의 소형화 또는 집적화하는 데 큰 장벽으로 되어 왔다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점들이 없는 적외선 검출 회로 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 태양에 따르면, 적외선 검출 회로는, 전류-전압 변환 회로와, 상기 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 증폭 회로와, 스위칭된 커패시터를 포함하고, 특정 주파수 대역에서 증폭 회로로부터 전압 신호 성분들 을 통과시키는 밴드-패스 필터 회로와, 상기 스위칭된 커패시터를 제어하는 기준 클록 신호를 생성하는 클록 생성 회로와, 상기 전압 신호가 임계 레벨 이상일 때, 상기 밴드-패스 필터 회로로부터 출력된 전압 신호를 검출 신호로서 출력하는 출력 회로로 구성된다.
전류-전압 변환 회로는 초전 소자로부터 출력된 전류 신호를 전압 신호로 변환시키기 위하여, 수신된 적외선에 따라 전류 신호를 생성하도록 동작가능한 초전 소자에 접속된다. 전류-전압 변환 회로는 초전 소자에 접속된 연산 증폭기, 커패시터, 및 직류 성분을 피드백하는 피드백 회로를 포함한다. 커패시터와 피드백 회로는 연산 증폭기의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 서로 병렬로 접속되어 있다.
초전 소자는 상술된 적외선 검출 회로의 전류-전압 변환 회로와 접속되어, 적외선 검출기를 형성한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들, 특성들 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 검출기의 분해 사시도이다.
도 2는 적외선 검출기에 사용된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 3은 적외선 검출기에 사용된 제1 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 4는 적외선 검출기에 사용된 제2 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 5는 적외선 검출기에 사용된 제3 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 6은 적외선 검출기에 사용된 제4 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 7은 적외선 검출기에 사용된 제5 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 8은 적외선 검출기에 사용된 제6 변형된 적외선 검출 회로의 주요 부분의 회로도로, 전류-전압 변환 회로와 전압 증폭 회로를 도시한다.
도 9는 적외선 검출기에 사용된 제7 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 10은 적외선 검출기에 사용된 제8 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다.
도 11은 적외선 검출기에 사용된 제9 변형된 적외선 검출 회로의 주요 부분의 회로도로, 전류-전압 변환 회로와 전압 증폭 회로를 도시한다.
도 12는 적외선 검출기에 사용된 제10 변형된 적외선 검출 회로의 주요 부분의 회로도로, 전류-전압 변환 회로와 전압 증폭 회로를 도시한다.
도 13은 적외선 검출기에 사용된 제11 변형된 적외선 검출 회로의 주요 부분의 회로도로, 전류-전압 변환 회로와 전압 증폭 회로를 도시한다.
도 14는 도 13에 도시된 적외선 검출 회로의 스위치 제어부의 회로도이다.
도 15는 종래 기술의 적외선 검출 회로를 도시하는 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 적외선 검출기의 구성을 분해적으로 도시하는 도 1을 참조하여, 적외선 검출기는, 저면에 접속된 3개의 리드선들(12)을 가지는 디스크형 베이스(11)와, 2개의 퍼링들(furring)을 통하여 베이스(11)의 상면에 장착된 디스크형 인쇄 회로 기판(16)과, 인쇄 회로 기판(16)의 실질적으로 중앙에 장착되 고, 직사각형 광 검출면을 가지는 초전 소자(1)와, 천장 벽에 광학 필터 윈도우(14)를 가지고, 인쇄 회로 기판(16)을 덮기 위한 바닥있는 공동(hollow) 원통형 캔(13)과, 상기 캔(13)의 천장 벽 상에 장착된 돔형 대직경 콘덴서 렌즈들(15)을 구비한다. 콘덴서 렌즈들(15)은 다수의 렌즈들을 포함하는 멀티 렌즈들이다.
인체로부터 복사되어 렌즈들(15) 및 광학 필터 윈도우(14)를 통하여 통과한 적외선은 초전 소자(1)에 입사된다. 인쇄 회로 기판(16)의 이면 상에는 검출 전류 신호를 처리하는 적외선 검출 회로가 장착된다. 적외선 검출 회로는 하나의 부분으로 집적화되어 있다.
적외선 검출 회로의 상세한 구성은 도 2에 도시되어 있다. 이 적외선 검출 회로에는, 초전 소자(1)로부터 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전류-전압 변환 회로(2)와, 전류-전압 변환 회로(2)의 출력에 접속된 전압 증폭 회로(3)와, 전압 증폭 회로(3)의 출력에 접속된 밴드-패스 필터 회로(4)와, 밴드-패스 필터 회로(4)의 출력에 접속된 출력 회로(5)가 제공되어 있다.
초전 소자(1)는, 복사된 열 파들로 인하여 온도가 상승할 때, 온도 상승에 대응하는 분극 전하를 생성하여, 이들 분극 전하를 검출 전류 신호로서 출력한다.
전류-전압 변환 회로(2)는 초전 소자(1)의 일단에 접속된 반전 입력 단자를 가지는 연산 증폭기(21)와, 연산 증폭기(21)의 출력 단자와 반전 입력 단자 간에 접속된 피드백 커패시터(Cf)와, 상기 피드백 커패시터(Cf)에 병렬로 접속된 저항 회로 소자(Z)를 포함한다. 출력되는 전압 신호의 동작점을 설정하는 데 사용되는 기준 전압(Vr)을 출력하는 전원(E)이 연산 증폭기(21)의 비반전 입력 단자와 그라운드 사이에 접속된다. 전류-전압 변환 회로(2)는 연산 증폭기(21)를 포함하고, 저항 회로 소자(Z)를 통하여 네가티브 피드백을 부여하므로, 동작점의 변동이 억제된다. 이것은, 통상적으로, 동작점의 변동을 커트하는 데 사용되는 커플링 커패시터를 불필요하도록 하여, 결국 적외선 검출 회로의 크기를 대폭 감소시킬 수 있게 한다.
전류-전압 변환 회로(2)에는 피드백 커패시터(Cf)가 제공된다. 인체를 검출하는 것이 중요한 초전 소자(1)로부터 출력된 전류의 약 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 대역의 전류 성분들이 피드백 커패시터(Cf)의 사용으로 전압 신호로 변환된다. 저항 부재의 사용에 의하여 초전 소자로부터의 전류 신호를 전압 신호로 변환시키는 종래의 전류-전압 변환 회로에서, 저항 부재가 열적 노이즈를 생성할 가능성이 있다는 사실로 인하여, 변환된 전압 신호가 상당수의 노이즈들을 포함한다는 문제점이 있다. 한편, 커패시터는 이론적으로 열적 노이즈를 생성하지 않는 것으로 보여진다. 따라서, 커패시터(Cf)를 이용하는 이 실시예의 전류-전압 변환 회로(2)는 초전 소자로부터의 전류 신호를 노이즈를 거의 가지지 않는 전압 신호로 변환시킬 수 있다.
전압 증폭 회로(3)는 반전 증폭 회로의 형태이며, 레지스터(R1)를 통하여 전류-전압 변환 회로(2)의 출력 단자에 접속된 반전 입력 단자를 가지는 연산 증폭기(31)와, 연산 증폭기(31)의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 제공된 레지스터(R2)를 포함한다. 또한, 출력되는 전압 신호의 동작점을 설정하는 데 사용되 는 기준 전압(Vr)을 출력하는 전원(E)은 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있다.
연산 증폭기(21)는 상당히 낮은 출력 임피던스를 가지므로, 연산 증폭기(21)의 출력 단자에 접속된 회로의 입력 임피던스를 고려할 필요가 없다. 따라서, 연산 증폭기(21)의 출력 단자에 낮은 입력 임피던스를 가지는 반전 증폭 회로(3)를 접속시켜, 전압을 증폭시킨다.
반전 증폭 회로가 본 실시예에서 전압 증폭 회로(3)로서 사용된다. 역으로, 비반전 증폭 회로가 사용되면, 전원은 연산 증폭기(31)의 반전 입력 단자에 접속된 게인 레지스터와 그라운드 사이에 접속될 필요가 있다. 전원이 이러한 방식으로 접속되면, 전류가 전원으로 흘러, 전원의 내부 저항에 의하여 유발되는 전압 하강으로 인하여 전원이 불안정해진다. 따라서, 전원은 초전 소자(1) 및 전류-전압 변환 회로(2)에 접속된 전원(E)으로부터 분리되어 접속될 필요가 있다. 한편, 전압 증폭 회로(3)가 본 실시예에서와 같이 반전 증폭 회로로 구성되면, 전원(E)은 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 직접 접속될 수 있다. 또한, 비반전 입력 단자는 고 입력 임피던스를 가지므로, 전원(E)에 전류가 흐르지 않아, 전원(E)의 내부 저항에 의한 전압 하강이 발생하지 않는다. 따라서, 반전 증폭 회로의 기준 전압이 안정화될 수 있다. 그러므로, 전원(E)이 전류-전압 변환 회로(2)와 전압 증폭 회로(3)용으로 공통으로 사용될 수 있고, 따라서 검출 회로가 보다 소형으로 제작될 수 있다. 또한, 전원(E)의 공통 사용은 전류-전압 변환 회로(2)용 기준 전압과 전압 증폭 회로(3)용 기준 전압이 서로 동일하도록 하여, 양 회로들(2,3)의 각 동 작점들이 서로 일치하게 된다. 따라서, 양 회로들(2,3) 간의 커플링 커패시터를 제공하지 않고도, 동작점이 무시할 정도의 변화로 조절될 수 있다.
밴드-패스 필터 회로(4)에는 적외선 검출 회로를 소형화하기 위한 스위칭된 커패시터 필터가 제공되어, 인체를 검출하는 데 중요한 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 대역의 전압 신호에 특정 게인을 부여한 뒤, 전압 신호를 출력한다. 스위칭된 커패시터 필터는 레지스터부를 가진다. 레지스터부는 클록 생성 회로(6)에 접속된 MOSFET과 같은 스위칭 소자와 커패시터를 포함하는 스위칭된 커패시터로 구성된다. 스위칭 소자는 클록 생성 회로(6)로부터 기준 클록 신호에 의하여 온 및 오프되어, 커패시터를 충방전시킴으로써, 커패시터가 저항 부재로서 등가적으로 기능하도록 한다. 스위칭된 커패시터에 의한 등가 저항값(R)은 R = 1/fㆍC로 표현되며, 여기서, f와 C는 스위칭 소자에 부여된 클록 신호의 주파수(샘플링 주파수)와 커패시터의 용량을 각각 나타낸다.
상술된 스위칭된 커패시터 필터가 제공된 밴드-패스 필터 회로(4)에서, 입력된 전압 신호가 많은 고주파 성분들을 포함할 때, 리턴 노이즈가 발생하는 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에서, 전류-전압 변환 회로(2)는 커패시터(Cf)에 의한 전류-전압 변환을 수행한다. 커패시터(Cf)의 임피던스는 1/(2πㆍfㆍCf)로 표현된다. 커패시터(Cf)의 임피던스는 주파수가 더 높아짐에 따라 더 작아진다. 따라서, 전압 신호는 고주파 성분들이 대폭 커트된 후, 전류-전압 변환 회로(2)로부터 출력된다. 다시 말하면, 무시할 정도의 고주파 성분들을 가지는 전압 신호가 밴드-패스 필터 회로(4)에 입력된다. 밴드-패스 필터 회로(4)의 리턴 노이즈는 억 제될 수 있다.
출력 회로(5)는 비교기를 포함하여, 밴드-패스 필터 회로(4)로부터 출력된 검출 전류 신호와 특정 임계 레벨과 비교하여, 전압 신호가 임계 레벨 이상일 때 검출 신호를 출력한다.
이 적외선 검출기는 다음과 같이 동작한다. 초전 소자(1)로부터 출력된 전류 신호는 전류-전압 변환 회로(2)에 입력된다. 인체를 검출하는 데 중요한 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 대역에 있는 검출 전류 신호의 전압 신호는 커패시터(Cf)의 임피던스 성분(1/(2πㆍfㆍCf))에 의하여 전압 신호로 변환된다. 이러한 방식으로, 고주파 성분들이 커트되어, S/N 비가 개선된다. 이어서, 전압 증폭 회로(3)에서 R2/R1의 증폭률로 증폭된 후, 전류-전압 변환 회로(2)에 의하여 변환된 전압 신호는 밴드-패스 필터 회로(4)에 의해 커트 오프된 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 대역의 성분들을 가진다. 고주파 성분들이 전류-전압 변환 회로(2)에서 커트되므로, 밴드-패스 필터 회로(4)에서의 리턴 노이즈의 발생이 억제된다. 이어서, 출력 회로(5)에서 결과적인 전압 신호가 임계 레벨과 비교된 후, 검출 신호를 출력한다.
상술된 바와 같이, 적외선 검출 회로에 따르면, 종래의 적외선 검출 회로에서 사용되고 있는 커플링 커패시터가 생략될 수 있고, 초전 소자(1), 전류-전압 변환 회로(2), 및 전압 증폭 회로(3)에 접속된 전원(E)이 공통으로 사용될 수 있다. 따라서, 적외선 검출 회로가 보다 소형화될 수 있다. 또한, 고주파 성분들이 전류-전압 변환 회로(2)에 의하여 커트되므로, 밴드-패스 필터 회로(4)에서의 리턴 노이즈의 발생이 억제될 수 있다.
도 3은 적외선 검출기에서 사용되는 제1 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 이 적외선 검출 회로는, 밴드-패스 필터 회로(4)와 출력 회로(5) 사이에 제2 증폭 회로(7)가 부가적으로 제공된다는 점을 제외하고, 도 2에 도시된 적외선 검출 회로와 동일하다. 제2 증폭 회로(7)는 비반전 증폭 회로이고, 밴드-패스 필터회로(4)의 출력 단자에 접속된 비반전 입력 단자를 가지는 연산 증폭기(61)와, 연산 증폭기(61)의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 접속된 레지스터(R3)와, 연산 증폭기(61)의 반전 입력 단자에 접속된 레지스터(R4)를 포함한다. 특정 레벨에 동작점을 설정하기 위한 전원(E)은 레지스터(R4)와 그라운드 사이에 접속된다.
인체 및 생체의 검출시 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 대역의 신호 성분은 중요하다. 이러한 이유로, 제2 증폭 회로(7)의 앞에 배치된 밴드-패스 필터 회로(4)의 주파수 성능 특성은 약 1.0Hz의 피크 주파수에 설정된다. 결국, 약 0.1Hz의 주파수의 신호 성분은 밴드-패스 필터 회로(4)에 의하여 감쇠된다. 따라서, 출력 회로(5)의 임계 레벨은, 감쇠된 전압 신호에 상응하기 위하여 약 0.1Hz의 주파수의 감쇠된 신호 성분을 검출하도록 보다 낮게 설정되어야 하여, 노이즈 등의 영향이 불가피하게 무시할 수 없게 되어, 높은 오검출의 가능성을 초래한다. 약 0.1Hz의 주파수 대역의 전압 신호가 밴드-패스 필터 회로(4)에 의하여, 예컨대 약 20dB 감쇠한다고 가정하면(출력된 신호의 진폭은 입력된 신호에 대하여 1/10로 된다), 출력 회로(5)가 전압 신호와 임계 레벨을 정확히 비교하여 검출 신호를 출력하기 위해서, 전압 증폭 회로(3)로부터 출력된 전압 신호의 진폭을 임계 레벨의 10배로 해야 한다. 임계 레벨의 10배인 진폭을 가지는 출력 전압을 확보하기 위해서는, 연 산 증폭기(31)의 공급 전압 레벨이 적어도 임계 레벨의 10배가 될 필요가 있다. 전원 전압 레벨은 사용된 연산 증폭기(31)의 특성에 의존하여도, 통상 약 15V이고, 따라서 연산 증폭기(31)의 전원 전압 레벨의 증가시 특정 한계가 있다. 한편, 출력 회로(5)의 임계 레벨을 감소시킴으로써 연산 증폭기(31)의 전원 전압 레벨을 낮게 유지하는 것도 고려될 수 있다. 그러나, 임계 레벨이 감소되면, 출력 회로(5)는 작은 진폭을 가지는 노이즈 신호에 응답하여도 검출 신호를 출력할 수도 있고, 따라서, 임계 레벨을 감소시킬 때 특정 제한이 또한 있다. 따라서, 임계 레벨은 연산 증폭기(31)의 전원 전압 레벨의 약 절반에 통상 설정된다. 그러나, 이러한 경우에서, 약 0.1Hz의 주파수 대역의 전압 신호의 진폭이 밴드-패스 필터 회로(4)에 의하여 1/2 이하로 감쇠되면, 출력 회로(5)는 검출 신호를 출력할 수 없다.
따라서, 이 변형의 전류-전압 변환 회로에서, 증폭 회로(7)가 밴드-패스 필터 회로(4)와 출력 회로(5) 사이에 접속되어, 밴드-패스 필터 회로(4)에서 감쇠된 전압 신호의 진폭 레벨을 실질적으로 임계 레벨로 증폭시킴으로써 상기 문제점을 해결한다.
상술된 바와 같이, 제1 변형된 적외선 검출 회로에 따르면, 출력 회로(5)에 의한 오 검출은, 밴드-패스 필터 회로(4)와 출력 회로(5) 사이에 증폭 회로(7)를 접속하여, 밴드-패스 필터 회로(4)로부터 출력된 전압 신호의 감쇠된 진폭을 실질적으로 임계 레벨까지 증폭시킴으로써 방지된다. 따라서, 이 회로의 검출 정확성이 상당히 증가된다.
도 4는 제2 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 제2 변형된 적외선 검 출 회로는, 밴드-패스 필터 회로(4)와 출력 회로(5) 사이에 하이-패스 필터(8)가 제공된다는 점을 제외하고, 도 2에 도시된 적외선 검출 회로와 동일하다. 하이-패스 필터(8)는, 밴드-패스 필터 회로(4)의 출력과 커패시터(C1)를 통하여 접속된 비반전 입력 단자를 가지는 연산 증폭기(71)와, 연산 증폭기(71)의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 접속된 커패시터(C2)와, 커패시터(C2)에 병렬 접속된 스위칭된 커패시터(SC)를 포함한다. 스위칭된 커패시터(SC)는 상술된 바와 같은 회로의 소형화를 위하여 채용된다. 전원(E)은 연산 증폭기(71)의 비반전 입력 단자 및 스위칭된 커패시터(SC) 모두에 접속된다. 하이-패스 필터(8)의 통과 대역의 게인은 용량비(C1/C2)로 표현되므로, 커패시터들(C1, C2)의 용량들을 적절하게 설정함으로써 바람직한 게인이 획득될 수 있다.
밴드-패스 필터 회로(4)와 출력 회로(5) 사이에 증폭 회로(7)의 제공의 유효성이 제1 변형에 설명되었다. 증폭 회로(7)의 증폭율(게인)이 더 크게 설정되면, 밴드-패스 필터 회로(4)로부터 출력된 전압 신호의 오프셋 성분이 보다 큰 증폭율로 증폭되므로, 출력된 전압 신호의 동작점을 크게 변동시킬 가능성이 있다.
따라서, 동작점의 변동은, 밴드-패스 필터 회로(4)와 출력 회로(5) 사이에 게인을 갖는 하이-패스 필터(8)를 접속하여, 밴드-패스 필터 회로(4)로부터 출력된 전압 신호의 저주파 성분들을 커트함으로써 억제된다. 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 성분들의 전압 신호는 임계 레벨에 근사한 레벨까지 증폭된 후 출력되므로, 출력 회로(5)에 의한 오 검출이 방지될 수 있다. 따라서, 검출 회로의 검출 정확성이 상당히 증가된다.
상술된 바와 같이, 제2 변형된 적외선 검출 회로에 따르면, 하이-패스 필터(8)로부터 출력된 전압 신호의 동작점의 변동이 억제되고, 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 성분들이 임계 레벨에 근사한 레벨까지 증폭된 후 출력되므로, 출력 회로(5)에 의한 오 검출이 방지될 수 있다. 따라서, 검출 회로의 검출 정확성이 상당히 증가된다. 또한, 스위칭된 커패시터(SC)가 하이-패스 필터(8)의 레지스터부로서 사용되므로, 검출 회로가 소형화될 수 있고, 그 온도 특성이 안정화될 수 있다.
도 5는 제3 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 제3 변형된 적외선 검출 회로는, 하이-패스 필터들과 로우-패스 필터들을 단(stage)끼리 교대로 접속시킴으로써 구성된 밴드-패스 필터 회로(41)가 제공된다는 점을 제외하고, 적외선 검출 회로와 동일하다. 하이-패스 필터들과 로우-패스 필터들은 모두 스위칭된 커패시터들로 구성된다. 보다 자세하게는, 전압 증폭 회로(3)의 출력으로부터, 하이-패스 필터(HPF), 로우-패스 필터(LPF)(412), 하이-패스 필터(HPF)(413), 로우-패스 필터(LPF)(414) 및 하이-패스 필터(HPF)(415)의 총 5개의 필터들이 연속하여 접속되어 있다.
이들 필터들은 인체를 검출하는 데 필수적인 신호 성분을 추출하기 위한 밴드-패스 필터 회로로서 기능할 뿐만 아니라, 다음의 기능들도 가진다. 제1 단의 하이-패스 필터(411)는 전압 증폭 회로(3)로부터 출력된 전압 신호에 포함된 저주파 성분들을 커트함으로써 동작점의 변동을 억제한다. 제2 단의 로우 패스 필터(412)는 1Hz 이하의 주파수 대역의 전압 신호를, 특정 게인을 부여하면서 출력 한다.
제3 단 및 제5 단의 하이-패스 필터들(413,415)은 제2 단 및 제4 단의 로우-패스 필터들(412,414)로부터 출력된 전압 신호들의 저주파 성분들을 커트함으로써 동작점의 변동을 억제한다. 스위칭된 커패시터에 사용되는 커패시터의 용량은 밴드-패스 필터 회로(4)를 구성하는 레지스터의 저항값을 증가키시고, 또한 이 회로(41)를 집적화하기 위하여 감소될 필요가 있다. 커패시터의 용량이 감소되면, 펄스 신호에 의한 스위칭 동작시 발생하는 피드스루(feedthrough) 노이즈가 현저하게 증가한다. 이 피드스루 노이즈의 증가는, 연산 증폭기의 오프셋 성분들을 차례로 증가시켜, 로우-패스 필터들(412, 414)로부터 출력된 전압 신호들의 동작점들을 크게 변동시키게 한다. 이러한 이유로, 동작점들의 변동은 제3 단 및 제5 단에 접속된 하이-패스 필터들(413, 415)에 의하여 저주파 성분들을 커트함으로써 억제된다.
밴드-패스 필터 회로(41)가 단일 로우-패스 필터로 구성되어, 이 로우 패스 필터에 큰 게인이 부여되면(즉, 밴드-패스 필터 회로(41)는 하이-패스 필터(411), 로우-패스 필터(412), 및 하이-패스 필터(413)로 구성된다), 직류 성분들이 크게 증폭되고, 로우-패스 필터(412)로부터 출력된 전압 신호가 포화될 가능성이 있다. 따라서, 밴드-패스 필터 회로(41)에서, 각 로우-패스 필터들(412, 414) 사이에 게인이 분포되어, 로우 패스 필터들(412, 414)로부터 출력된 전압 신호들의 포화를 방지하고, 제2 및 제4 단의 로우-패스 필터들(412, 414)에 의하여 유발된 동작점들의 변동을 제3 및 제5 단의 하이-패스 필터들(413, 415)에 의하여 확실히 커트되 어, 동작점의 변동을 대폭 억제한다. 또한, 각 로우 패스 필터들(412, 414) 사이에 게인이 분포되면, 로우-패스 필터들(412, 414)의 스위칭된 커패시터들은 저용량 커패시터들로 구성될 수 있어, 적외선 검출 회로의 소형화를 가능하게 한다.
상술된 바와 같이, 2개의 로우-패스 필터들(412, 414)이 제공되어, 각 로우-패스 필터들(412, 414) 사이에 게인을 분포시키는 제3 변형된 적외선 검출 회로에 따르면, 로우-패스 필터들(412, 414)로부터 출력된 전압 신호들의 포화를 방지하고, 출력된 전압 신호에 높은 게인을 부여하는 것을 달성할 수 있다. 따라서, 밴드-패스 필터 회로(41)로부터 출력된 전압 신호는 전압 신호를 증폭할 필요없이, 출력 회로(5)에 보내질 수 있다. 다시 말하면, 증폭 회로가 제공될 필요가 없어, 적외선 검출 회로의 소형화를 가능하게 한다. 또한, 로우-패스 필터들(412, 414)가 하이-패스 필터들(411, 413, 415) 사이에 배치되므로, 피드스루 노이즈로부터 유발된 동작점의 변동이 확실하게 억제될 수 있다.
도 6은 제4 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 제4 변형된 적외선 검출 회로는, 제1 단의 로우-패스 필터(421)와 제2 단의 하이-패스 필터(422)를 접속시킴으로써 구성되는 밴드-패스 필터 회로(42)가 제공된다는 점을 제외하고, 도 2에 도시된 적외선 검출 회로와 동일하다. 도 2에 도시된 적외선 검출 회로와 연계하여 설명되는 바와 같이, 전류-전압 변환 회로(2)는 밴드-패스 필터 회로(4)에 발생하는 리턴 노이즈를 감소시키기 위하여, 커패시터(Cf)를 사용하여 전류-전압 변환을 수행한다. 그러나, 이러한 변환을 부여하는 것에 의하여만 리턴 노이즈의 발생을 완전히 억제하는 것은 어렵다. 따라서, 제4 변형에서, 밴드-패스 필터 회로(42)의 제1 단에 로우-패스 필터(421)가 제공되어, 전압 신호의 고주파 성분들을 커트한 후, 하이-패스 필터(422)에 전압 신호를 도입함으로써, 스위칭된 커패시터로부터 유발되는 리턴 노이즈의 발생이 억제된다. 또한, 동작점의 변동은, 제2 단에 접속된 하이-패스 필터(422)에 의하여 커트되므로, 억제된다. 따라서, 제4 변형된 적외선 검출 회로는 리턴 노이즈의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
도 7은 제5 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 제5 변형된 적외선 검출 회로는, 전류-전압 변환 회로(22)가 제공된다는 점을 제외하고, 도 2에 도시된 적외선 검출 회로와 동일하다. 구체적으로, 전류-전압 변환 회로(22)는, 반전 입력 단자가 초전 소자(1)에 접속된 연산 증폭기(221)와, 연산 증폭기(221)의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 접속된 커패시터(Cf)와 병렬인 직류 귀환 회로(DF)와 레지스터(Ri)를 접속하여 구성된다. 직류 귀환 회로(DF)는 집적 회로이며, 비반전 입력 단자에 연산 증폭기(221)의 출력 단자가 접속된 연산 증폭기(223)와, 연산 증폭기(223)의 비반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 커패시터(C3)와, 커패시터(C3)에 접속된 레지스터(R5)를 포함한다. 또한, 레지스터(R5)와 그라운드 사이에, 특정 레벨에 동작점을 설정하기 위한 전원(E)이 접속된다. 전류-전압 변환 회로(22)에서, 연산 증폭기(221)로부터의 출력은 직류 귀환 회로(DF)의 사용에 의하여 피드백된다. 따라서, 교류 성분들은 감쇠되면서 피드백된다. 출력된 전압 신호의 동작점은 보다 안정화될 수 있다. 따라서, 동작점은 커플링 커패시터의 사용없이도 안정화될 수 있다.
상술된 바와 같이, 직류 귀환 회로가 전류-전압 변환 회로(22)에 접속되는 제5 변형된 적외선 검출 회로는 출력된 전압 신호의 동작점의 변동을 감소시킬 수 있어서, 안정한 전류-전압 변환을 가능하게 한다. 도 8은 제6 변형된 적외선 검출 회로의 일부의 회로도이다. 제6 변형된 적외선 검출 회로는 2개의 기준 전압 회로들(1003,1004)을 제외하고, 제5 변형과 동일하다. 제6 변형된 적외선 검출 회로에서, 2개의 기준 전압 회로들(1003,1004)이 사용되어, 초전 소자(1), 전류-전압 변환 회로(22) 및 전압 증폭 회로(3)의 동작점들을 설정하기 위한 기준 전압을 인가한다. 기준 전압 회로(1003)는 초전 소자(1)의 일단에 접속되며, 기준 전압 회로(1004)는 연산 증폭기(221)의 비반전 입력 단자와 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 접속된다.
초전 소자(1)는 집적된 회로로 형성된 적외선 검출 회로 상에 외부적으로 장착되므로, 초전 소자(1)와 전류-전압 변환 회로(2) 사이의 접촉을 통하여 노이즈가 들어갈 수도 있다. 단지 하나의 기준 전압 회로가 초전 소자(1), 전류-전압 변환 회로(2) 및 전압 증폭 회로(3)에 기준 전압을 인가하기 위하여 제공된다면, 전류-전압 변환 회로(2)와 전압 증폭 회로(3)의 동작들은 접촉을 통하여 들어온 노이즈의 영향으로 인하여 불안정하게 된다. 따라서, 초전 소자(1)에 기준 전압을 인가하고, 또한 제6 변형에서 전류-전압 변환 회로(22)와 전압 증폭 회로(3)에 기준 전압을 인가하기 위한 개별 기준 전압 회로들이 제공된다.
그러나, 이 구성은 다음의 문제점들을 가질 수도 있다. Vn1, Vn2가 기준 전압 회로(1003)로부터 통상적으로 출력된 노이즈 전압과, 기준 전압 회로(1004)로부터 통상적으로 출력된 노이즈 전압을 각각 나타낼 때, 연산 증폭기(31)로부터 출력 된 전압 신호에 대한 노이즈 전압들(Vn1,Vn2)의 기여값은 다음 식(1)으로 나타낸다.
Vn1{(Cs+Cf)/Cf}x(-R2/R1)+Vn1x(R1+R2)/R1+Vn2x(-Cs/Cf)x(-R2/R1)
= Vn1-(R2/R1)x(Cs/Cf)x(Vn1-Vn2) (1)
여기서, Cs는 초전 소자의 커패시턴스 성분을 나타낸다. R2/R1은 전압 증폭 회로(3)가 수십 게인을 가지므로, 상당히 큰 수이다. 또한, 커패시턴스 성분(Cs)이 충분히 크면, 노이즈 전압들이 증폭된다.
한편, 공통 기준 전압 회로가 기준 전압 회로들(1003,1004)로서 사용되면, Vn1 = Vn2이므로, 식 (1)의 제2 항은 삭제되고, 식 (1)의 우측에 Vn1 만이 남는다. 따라서, 이 태양에서, 기준 전압을 초전 소자(1), 전류-전압 변환 회로(22) 및 전압 증폭 회로(3)에 인가하기 위한 기준 전압 회로가 하나의 회로, 즉 전원(E)으로 구성되는 제5 변형에서, 전압 증폭 회로(3)로부터 출력된 전압 신호에 대한 전원(E)의 노이즈 전압의 기여는 전압 증폭 회로(3)의 게인과 초전 소자(1)의 커패시턴스 성분에 상관없이 더욱 억제될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 적외선 검출 회로에는 커플링 커패시터가 제공되지 않는다. 따라서, 모든 부품들, 즉 전류-전압 변환 회로(2)에서 출력 회로(5)까지는 단일 칩에 집적화될 수 있고, 외부 노이즈들의 영향이 억제된다. 기준 전압 회로가 단일 전원(E)으로 구성되어도, 외부 노이즈들이 감소된다.
도 9는 제7 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 제7 변형된 적외선 검출 회로는, 레지스터들(R1, R5)이 전류-전압 변환 회로(22)에서 스위칭된 커패시터 들(SC)로 구성된다는 점을 제외하고, 제6 변형과 동일하다. 약 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 성분들은 인체 및 생체의 검출시 중요하고, 이러한 저주파 신호들을 취급하기 위해서는, 전류 전압 변환 회로의 레지스터들(Ri, R5)이 고 저항 부재들로 구성되어야 한다. 고 저항 부재는 큰 온도 특성을 가지므로, 약간의 온도 변화에 의해서도 저항값이 크게 변동하여, 안정한 전류 전압 변환에 방해가 된다.
따라서, 제7 변환된 적외선 검출 회로에서, 상기 문제점은, 전류-전압 변환 회(23)의 레지스터들(Ri, R5)로서 고 저항값임에도 양호한 온도 특성을 가지는 스위칭된 커패시터들(SC)을 사용함으로써 해결된다.
상술된 바와 같이, 제7 변형에서, 고 저항값에도 양호한 온도 특성을 가지는 스위칭된 커패시터들(SC)이 전류-전압 변환 회로(23)의 저항 부재로서 사용되므로, 안정한 전류-전압 변환이 가능하다.
도 10은 제8 변형된 적외선 검출 회로의 회로도이다. 제8 변형된 적외선 회로는, 클록 생성 회로(6)와 밴드-패스 필터 회로(4) 사이에 클록 제어 회로(9)가 제공되며, 외부 클록 생성기(10a)가 외부 입력 단자(P1)를 통하여 클록 제어 회로(9)에 접속되고, 제어기(10b)가 클록 스위칭 단자(P2)를 통하여 클록 제어 회로(9)에 접속된다는 점을 제외하고, 도 2에 도시된 적외선 검출 회로와 동일하다.
클록 제어 회로(9)는 제어기(10b)로부터 입력된 클록 스위칭 신호에 따라, 클록 생성 회로(6)로부터의 기준 클록 신호와 외부 클록 생성기(10a)로부터의 클록 신호를 밴드-패스 필터 회로(4)에 선택적으로 스위칭하여 출력한다.
클록 생성 회로(6)는 적외선 검출 회로의 통상 동작시 주파수를 가지는 기준 클록 신호를 생성하여, 적외선 검출 회로의 스위칭된 커패시터들의 스위칭 소자들에 공급한다. 외부 클록 생성기(10a)는, 예컨대 출하전 테스트시, 스위칭된 커패시터들의 스위칭된 소자들에 공급되는 클록 신호를 생성한다. 이 클록 신호의 주파수는 클록 생성 회로(6)에서 생성된 클록 신호의 주파수의, 예컨대 100배이도록 설정된다.
이것은, 인체의 검출시, 약 1Hz의 주파수 성분들이 중요하므로, 약 1Hz 주파수 특성을 가지기 위하여, 스위칭된 커패시터들의 등가 저항값(R)을 결정하도록, 클록 생성 회로(6)에 의하여 생성된 기준 클록 신호의 주파수가 설정되어, 이 클록 신호를 이용하여 스위칭된 커패시터들이 동작되기 때문이다. 다시 말하면, 적외선 검출 회로의 주파수 특성이 약 1Hz이도록 설정되므로, 이러한 특성을 테스트하기 위하여 최저 1초가 요구되어, 출하전 테스트용으로 보다 긴 시간이 요구된다.
한편, 외부 클록 생성기(10a)에서 생성되며, 100배의 주파수를 가지는 클록 신호를 이용하여 스위칭된 커패시터들을 동작시킴으로써, 스위칭된 커패시터들의 주파수 특성은 약 100Hz로 시프트된다. 따라서, 특성을 테스트하기 위하여 요구되는 시간은 1/100sec로 단축될 수 있다.
다음, 이 변형의 동작에 관해서 설명한다. 제어부(1Ob)로부터 클록 스위칭 신호가 출력될 때, 클록 제어 회로(9)는 외부 클록 생성기(10a)로 접속을 전환하여, 외부 클록 생성기(10a)의 클록 신호를 밴드-패스 필터 회로(4)에 공급함으로써, 스위칭된 커패시터들이 외부 클록 신호에 따라 동작하도록 한다. 다음 스위칭 신호가 제어기(10b)로부터 출력될 때, 클록 제어 회로(9)는 클록 생성 회로(6)로 접속을 전환하여, 클록 생성 회로(6)의 기준 클록 신호를 밴드-패스 필터 회로(4)에 공급함으로써, 스위칭된 커패시터들이 클록 생성 회로(6)에서 생성된 기준 클록 신호, 즉 통상 동작시 사용된 클록 신호에 따라 동작하게 한다.
상술된 바와 같이, 제8 변형에서, 클록 제어 회로(9)가 제공되고, 스위칭된 커패시터들이 출하 전 테스트시에 외부 클록 생성기(10a)에서 생성된 고주파 클록 신호에 따라 동작하게 된다. 그러므로, 특성을 테스트하는 데 요하는 시간이 단축될 수 있다.
도 11은 제9 변형된 적외선 검출 회로의 일부의 회로도로서, 전류-전압 변환 회로와 전압 증폭 회로를 도시한다. 제9 변형된 적외선 검출 회로는, 로우-패스 필터(80)가 연산 증폭기(221)의 출력 단자와 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자 사이에 접속되어 있다는 것을 제외하고, 제5 변형과 동일하다.
전원 인가시, 미세한 누설 전류가 연산 증폭기(221)의 반전 입력 단자에 발생한다. 연산 증폭기(221)의 반전 입력 단자는 상당히 높은 임피던스를 가지므로, 누설 전류는 전류-전압 변환 회로(22)로부터 출력된 전압 신호의 동작점이 통상 상태에서 동작점으로부터 크게 어긋나도록 한다. 어긋난 동작점은 변동하여, 결국 통상 상태에서 동작점에서 안정화된다. 동작점의 이 변동은 전압 증폭 회로(3)의 포화를 초래한다. 상술된 바와 같이, 약 0.1Hz 내지 1.0Hz의 신호 성분들은 인체를 검출하는 데 중요하다. 전류-전압 변환 회로(22)는 커패시터(Cf)의 이용으로 이 주파수 대역을 가지는 전류 신호를 전압 신호로 변환시키도록 되어 있다. 이러한 목적으로, 레지스터들(Ri, R5)이 고 저항을 가지도록 요구된다. 그러나, 고 저 항을 가지는 레지스터들의 집적화는 레지스터들의 온도 특성을 더욱 크게 하여, 결국 동작시 저항값이 상숭하는 경향을 유발한다는 것이 알려져 있다. 전류-전압 변환 회로(2)의 저항값의 상승은 고 주파수 측을 향하여 주파수 특성의 피크 주파수를 시프트시킨다. 피크 주파수가 0.1Hz를 초과할 때, 0.1Hz 내지 1.0Hz의 주파수 대역의 신호 성분들은 커패시터(Cf)에 의하여 전압 신호로 변환되기 어렵다. 이러한 이유로, 온도 특성으로 인한 저항 상승을 고려하여, 전류-전압 변환 회로(2)는 0.1Hz 보다 훨씬 낮은 피크 주파수, 예컨대 수 mHz를 가지도록 설정된다. 결국, 상당히 큰 값이 전류-전압 변환 회로(22)의 시 상수로서 설정된다. 이것은 안정화시까지 동작점의 변동 기간을 연장시켜, 전압 증폭 회로(3)가 포화되어, 특정 시간, 예컨대 몇분 동안 응답하지 않는다는 문제점을 유발한다. 이 문제점은 제9 변형에서 로우-패스 필터(80)를 사용하여 해결된다.
로우-패스 필터(80)는 레지스터(R6)와 커패시터(C4)를 포함한다. 레지스터(R6)는 연산 증폭기(221)의 출력 단자와 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자 사이에 접속된다. 레지스터(R6)는 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자로 구성되며, 즉 저항 부재는 어떠한 불순물도 확산되지 않은 폴리실리콘으로 제조된다. 커패시터(C4)는 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 접속된 일단과, 전원(E)을 통하여 접지된 타단을 가진다. 연산 증폭기(221)로부터 출력된 전압 신호는, 레지스터(R1)를 통하여 연산 증폭기(31)의 반전 입력 단자에 직접 입력된 것과, 로우-패스 필터(80)를 통하여 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 입력된 것의 2가지로 구분된다.
로우-패스 필터(80)를 통하여 통과된 전압 신호는, 주파수 성분들이, 제거된 컷오프 주파수보다 높게 되도록 한 후, 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 입력된다. 따라서, 비반전 입력 단자의 전위는 이들 고 주파수 성분들에 의하여 변하지 않는다.
연산 증폭기(221)로부터 출력되며, 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 성분들을 포함하는 전압 신호의 신호 성분은 연산 증폭기(31)의 반전 입력 단자와 비반전 입력 단자에 동일한 위상으로 입력되므로, 전압 증폭 회로(3)에 의하여 증폭되지 않는다. 한편, 연산 증폭기(221)로부터 출력되고, 로우-패스 필터(80)의 컷오프 주파수보다 높은 주파수 성분들을 포함하는 전압 신호의 신호 성분은, 반전 입력 단자에만 입력되므로, 전압 증폭 회로(3)에 의하여 증폭된다. 따라서, 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 성분들을 포함하는 신호 성분, 즉 전압 증폭 회로(3)의 포화를 유발할 가능성이 있는 신호 성분은 전압 증폭 회로(3)로 증폭되지 않으므로, 전압 증폭 회로(3)는 포화되지 않는다.
로우-패스 필터(80)가 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자에 접속되는 제9 변형된 적외선 검출 회로는, 전원의 인가후 특정 기간동안 전류-전압 변환 회로(22)로부터 출력된 전압 신호의 동작점의 변동으로부터 유발되는 전압 증폭 회로(3)의 포화를 신뢰성있게 방지할 수 있다.
도 12는 제10 변형된 적외선 검출 회로의 주요부를 도시하는 회로도이다. 이 변형은, 로우-패스 필터(81)가 전류-전압 변환 회로(22)와 전압 증폭 회로(3) 사이에 접속되어 있다는 점을 제외하고, 제9 변형과 동일하다. 로우-패스 필터(81)에는 레지스터들(R8, R9), 스위치(S81), 및 스위치 제어 회로(90)가 제공되어 있다. 레지스터들(R8, R9)은 연산 증폭기(221)의 출력 단자와 연산 증폭기(31)의 비반전 입력 단자 사이에 접속되어 있다. 스위치(S81)는 레지스터(R8)과 병렬 접속되어 있다. 각 레지스터들(R8, R9)은 도 11에 도시된 레지스터(R6)의 저항값보다 작게 설정된 저항값을 가지며, 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자들이 그대로 사용된다.
스위치 제어 회로(90)는 스위치(S81)를 제어하여, 전압 인가후 특정 기간동안 스위치를 온으로 유지하며, 특정 기간이 경과한 후 오프로 유지한다. 스위치 제어 회로(90)는 시간을 측정하기 위한 회로, 예컨대 카운터를 포함하여, 전압의 인가후 스위치(S81)를 온함으로써 계수를 시작한다. 이 카운터의 카운트값이 미리 설정된 소정값에 도달할 때, 스위치(S81)가 오프된다. 회로의 집적화에 대하여, 반도체 스위칭 소자는 바람직하게는 스위치(S81)로서 사용된다.
전압의 인가시, 스위치 제어 회로(90)는 스위치(S81)를 온시킴으로써, 레지스터(R8)를 단락시킨다. 따라서, 로우-패스 필터(81)의 시 상수는 커패시터(C4)와 레지스터(R9)에 의하여 결정된다. 그 결과, 로우-패스 필터(81)의 시 상수는 스위치(S81)가 오프될 때 보다 온될 때 더 작아서, 컷오프 주파수를 보다 높게 한다.
회로의 집적화를 위한 레지스터들(R8, R9)로서 사용되는 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자들은 상당히 큰 온도 특성을 가지며, 도 11에 도시된 로우-패스 필터(80)의 컷오프 주파수는 이 온도 특성에 의하여 유발되는 저항값의 변동에 대처하도록 작은 값으로 설정된다. 따라서, 전압 증폭 회로(3)의 포화를 초래하는 저 주파수 대역을 가지는 저 주파수 신호 성분들이 전압의 인가 후, 특정 기간동안 많이 커트되어, 전압 증폭 회로(3)에 도입되지 않을 가능성이 있다. 따라서, 이러한 이유로, 제10 변형에서, 전압 신호의 포화는, 전력의 인가 후 특정 기간 동안 시 상수를 감소시키도록 하는 로우-패스 필터(81)를 이용함으로써 방지된다.
도 13은 제11 변형된 적외선 검출 회로의 필수 부분을 도시하는 회로도이다. 이 변형은, 로우-패스 필터(82)가 전류-전압 변환 회로(22)와 전압 증폭 회로(3) 사이에 접속된다는 점을 제외하고, 제10 변형과 동일하다. 로우-패스 필터(82)는 제10 변형의 로우-패스 필터(81)의 스위치 및 레지스터 외에, 스위치(S82) 및 레지스터(R10)를 포함한다. 스위치(S82)는 스위치(S82)를 제어하기 위한 스위치 제어 회로(91)에 접속된다. 스위치(S82)와 레지스터(R10)는 직렬로 접속되고, 레지스터들(R8,R9)과 병렬로 접속된다. 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자들은 레지스터들(R8,R9,R10)로서 사용된다. 반도체 스위칭 소자는 스위치(S82)로서 사용된다.
스위치 제어 회로(91)는 주위 온도가 특정 온도 이하로 떨어질 때, 스위치(S82)를 온하도록 스위치(S82)를 제어함으로써, 전압이 레지스터(R10)에 인가되고, 로우-패스 필터(82)의 시 상수는 레지스터들(R8, R9, R10)의 조합된 저항값과 커패시터(C4)의 용량에 의하여 결정된다. 레지스터(R10)는 직렬로 접속된 레지스터들(R8,R9)와 병렬 접속되어 있다. 따라서, 레지스터들(R8,R9,R10)의 조합된 저항값은 레지스터들(R8,R9)의 저항값들의 합보다 작다. 그러므로, 로우-패스 필터(82)의 시 상수는 스위치(S82)가 온될 때 감소한다.
불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자들은 검출 회로의 집적화를 위한 레지스 터들(R8,R9)로서 사용된다. 상기 불순물 비확산 폴리실리콘 레지스터들은 온도가 감소함에 따라 저항값들이 증가하는 특성을 가지므로, 레지스터들(R8,R9)의 저항값들은 주변 온도가 떨어질 때 증가하여, 로우-패스 필터(81)의 시 상수가 증가하고, 그 컷오프 주파수가 감소한다. 그러므로, 전압 증폭 회로(3)의 포화를 초래하는 저 주파수 대역의 전압 신호 성분들이 충분히 커트되지 않고, 전압 증폭 회로(3)에 도입되는 가능성이 있다.
따라서, 제11 변형된 적외선 검출 회로에서, 저 온도로 유발되는 전압 증폭 회로(3)의 포화는, 온도가 낮을 때 시 상수를 감소시키게 하는 로우-패스 필터(82)를 사용함으로써 방지된다.
도 14는 스위치(S82)와 스위치 제어 회로(91)의 회로도이다. 스위치(S82)는 n(negative)-형 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성되는 스위치(821)와, p(positive)-형 MOSFET으로 구성된 스위치(822)를 포함한다. 스위치 제어 회로(91)는 스위치(821)를 제어하기 위한 제어 회로(911)와 스위치(822)를 제어하기 위한 제어 회로(912)를 포함한다.
제어 회로(911)는 레지스터(R11)와 스위칭된 커패시터들(SC1,SC2)로 구비된다. 레지스터(R11)는 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자이며, 일단이 전원(VCC)에 접속되고, 타단이 전압 분할 단자(GP)에 접속된다. 스위칭된 커패시터들(SC1,SC2)은 전압 분할 단자(GP)와 연속하여 접속된다. 스위칭된 커패시터(SC1)는 스위칭 소자들(SC11, SC12)와 커패시터(C5)를 포함하고, 스위칭된 커패시터(SC2)는 스위칭 소자들(SC12, SC13) 및 커패시터(C6)를 포함한다.
커패시터(C5)의 일단은 접지되며, 타단은 스위칭 소자들(SC11, SC12) 사이에 접속된다. 또한, 커패시터(C6)의 일단은 접지되며, 타단은 스위칭 소자들(SC12, SC13) 사이에 접속된다.
클록 신호는 단자(CA)를 통하여 스위칭 소자들(SC11,SC13)에 입력된다. 단자(CA)에 입력된 클록 신호의 위상에 반대인 위상을 가지는 클록 신호는 단자(CB)를 통하여 스위칭 소자(SC12)에 입력된다. 이러한 방식으로, 스위칭 소자들(SC11,SC12)은 교대로 온 오프되며, 스위칭 소자들(SC12,SC13)은 교대로 온 오프된다. 따라서, 스위칭된 커패시터들(SC1,SC2)은 이들의 기능을 나타낸다. 스위칭된 커패시터에 의한 등가 저항은 R = 1/fㆍC로 나타내며, 여기서 f는 스위칭 소자에 입력된 클록 신호의 주파수를 나타낸다. C5 = C6 = 0.5pF이고, 단말들(CA,CB)에 입력되는 클록 신호의 주파수(f)가 이 변형에서 100Hz(f = 100Hz)에 설정되므로, 스위칭된 커패시터들(SC1,SC2)의 등가 저항은 각각 20GΩ이다. 전압 분할 단자(GP)는 스위치(821)의 게이트에 접속된다.
제어 회로(912)는 스위칭된 커패시터들(SC3,SC4)과 레지스터(R12)로 구비된다. 스위칭된 커패시터(SC13)의 일단은 전원(VCC)에 접속되며, 타단은 스위칭된 커패시터(SC4)에 접속된다. 레지스터(R12)는 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자이며, 일단은 스위칭된 커패시터(SC4)와 전압 분할 단자(GN) 사이에 접속되고, 타단은 접지된다. 스위칭된 커패시터(SC3)는 스위칭 소자들(SC31, SC32)와 커패시터(C7)를 포함하고, 스위칭된 커패시터(SC4)는 스위칭 소자들(SC32, SC33)과 커패시터(C8)를 포함한다. 클록 신호는 단자(CA)를 통하여 스위칭 소자들(SC31, SC33)에 입력된다. 단자(CA)에 입력된 클록 신호의 위상과 반대의 위상을 가지는 클록 신호가 단말(CB)을 통하여 스위칭 소자(SC32)에 입력된다.
스위칭된 커패시터들(SC1,SC2)과 유사하게, 스위칭된 커패시터들(SC3,SC4)의 등가 저항은 각각 20GΩ에 설정된다. 스위칭된 커패시터(SC1)에 의한 등가 저항과 스위칭된 커패시터(SC2)에 의한 등가 저항은 제어 회로(911)에 직렬 접속되므로, 스위칭된 커패시터들(SC1,SC2)의 등가 저항들은 40GΩ이다. 마찬가지로, 스위칭된 커패시터들(SC3, SC4)의 등가 저항은 40GΩ이다. 따라서, R11 = R12 = 40GΩ이면, 전압 분할 단자들(GP, GN)의 전위들은 통상 주위 온도에서 1/2 VCC이다. 레지스터들(R11, R12)의 저항값들은 온도가 떨어짐에 따라 증가하므로, 전압 분할 단자(GP)의 전위가 떨어져서, 전압 분할 단자(GP)의 전위는 감소하고, 전압 분할 단자(GN)의 전위는 증가한다. 그러므로, 스위치들(821,822)은 모두 온되어, 전압을 레지스터들(R10)에 인가한다.
상술된 바와 같이, 제11 변형의 적외선 검출 회로에 따르면, 스위치(S82)와 레지스터(R10)는 레지스터들(R8, R9)과 병렬 접속되며, 스위치 제어 회로(91)는 온도가 낮을 때, 스위치(S82)를 온하도록 제공된다. 따라서, 전압 증폭 회로(3)의 포화는, 저 주파수 대역에 있으며 전압 증폭 회로(3)의 포화를 초래하는 전압 신호 성분이 증폭되지 않으므로, 온도가 낮을 때, 방지될 수 있다. 저항 회로 소자(Z)는 전류-전압 변환 회로에서 직류 성분을 피드백하기 위한 회로로서 사용된다. 저항 회로 소자(Z)의 위치에 직류 귀환 회로로서 집적화 회로를 사용할 수도 있다. 이 경우에서, 직류 성분 이외의 신호 성분들은 상당히 감쇠되면서 피드백되어, 결 국 출력된 전압 신호의 동작점이 더욱 안정화되는 것을 달성한다.
상술된 바와 같이, 신규한 적외선 검출 회로는, 수신된 적외선에 따라 전류 신호를 생성하도록 동작가능한 초전 소자에 접속되며, 상기 초전 소자로부터 출력된 전류 신호를 전압 신호로 변환시키며, 상기 초전 소자에 접속된 연산 증폭기, 커패시터, 및 직류 성분을 피드백하는 피드백 회로를 포함하며, 상기 커패시터와 상기 피드백 회로는 연산 증폭기의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 서로 병렬로 접속되는 것인 전류-전압 변환 회로; 상기 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 증폭 회로; 스위칭된 커패시터를 포함하고, 특정 주파수 대역에서 증폭 회로로부터 전압 신호의 성분들을 통과시키는 밴드-패스 필터 회로; 상기 스위칭된 커패시터를 제어하기 위한 기준 클록 신호를 생성하는 클록 생성 회로; 및 전압 신호가 임계 레벨 이상일 때, 검출 신호로서 밴드-패스 필터 회로로부터 출력된 전압 신호를 출력하는 출력 회로를 구비한다.
이와 같이 구성된 적외선 검출 회로에서, 초전 소자로부터 출력된 검출 전류 신호는 커패시터에 의하여 전압 신호로 변환된 후, 연산 증폭기의 출력 단자로부터 출력된다. 출력된 전압 신호의 직류 성분들은 피드백 회로에 의하여 반전 입력 단자로 피드백된다. 따라서, 출력된 전압 신호의 직류 성분들의 변동이 억제되어, 동작점이 안정화된다. 이는, 동작점의 변동을 커트하기 위한 커플링 커패시터에 대한 필요성을 제거하여, 검출 회로가 소형화되도록 한다.
밴드-패스 필터 회로와 출력 회로 간에 증폭 회로를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 이 구성으로, 밴드-패스 필터 회로로부터 출력된 전압 신호는 제2 증 폭 회로에 의하여 특정 진폭 레벨로 증폭된 후, 출력 회로로 도입됨으로써, 적절한 값에 출력 회로의 임계 레벨을 설정하여, 검출 정확도를 증가시킨다.
밴드-패스 필터 회로와 출력 회로 간에 특정 게인을 가지는 하이-패스 필터를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 이 구성으로, 밴드-패스 필터 회로로부터 출력된 전압 신호는 하이-패스 필터에 의하여 커트된 저 주파수 성분들을 가진다. 따라서, 밴드-패스 필터 회로의 동작점의 변동이 커트된다. 또한, 하이-패스 필터는 특정 게인을 가진다. 특정 게인을 가지는 요망되는 주파수 대역의 전압 신호는 다음의 출력 회로에 도입된다. 따라서, 검출 정확도가 상당히 상승될 수 있다.
밴드-패스 필터 회로에는 바람직하게는, 제1 단에 하이-패스 필터, 제2 단에 로우-패스 필터, 및 제3 단에 하이-패스 필터가 제공될 수도 있다. 다시 말하면, 밴드-패스 필터 회로는 단끼리 로우-패스 필터들과 하이-패스 필터들을 교대로 접속시킴으로써 구성될 수도 있다. 이 구성으로, 증폭 회로로부터 출력된 전압 신호는 제1 단의 하이-패스 필터에 의하여 커트된 동작점의 변동을 가지고, 제2 또는 그 후의 단에 접속된 로우-패스 필터에 의하여 커트된 고주파 성분들을 가진다. 다음, 스위칭된 커패시터의 스위칭시 피드스루 노이즈로 유발된 동작점의 변동은 제3 또는 그 이후의 단에 접속된 하이-패스 필터에 의하여 커트된다. 따라서, 이 구성은 동작점의 변동과 리턴 노이즈가 커트되게 하는 전압 신호를 출력할 수 있다.
또한, 로우-패스 필터가 특정 게인을 가지는 것이 바람직할 수도 있다. 이 구성으로, 밴드-패스 필터 회로는 로우-패스 필터의 동작점의 현저한 변동을 억제 하면서, 보다 큰 게인을 가질 수 있다. 이는 출력 회로의 검출 레벨에 대응하기 위하여 밴드-패스 필터 회로의 후속 단에 증폭 회로를 제공하는 필요성을 제거하여, 검출 회로가 소형화될 수 있게 한다.
밴드-패스 필터 회로와 출력 회로 간의 특정 게인을 가지는 하이-패스 필터와, 제1 단의 하이-패스 필터, 제2 단의 로우-패스 필터, 및 제3 단의 하이-패스 필터를 포함하는 밴드-패스 필터 회로를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 이 구성으로, 밴드-패스 필터 회로는 서로 교대로 접속된 하이-패스 필터들과 로우-패스 필터들을 포함하며, 피드스루 노이즈들과 리턴 노이즈들로 인한 동작점의 변동을 가지는 전압 신호는 다음 단의 하이-패스 필터로 보내진다. 하이-패스 필터는 특정 게인을 가진다. 따라서, 게인을 가지는 요망되는 주파수 대역의 전압 신호는 후속의 출력 회로에 보내진다. 따라서, 검출 정확도가 상당히 증가될 수 있다.
밴드-패스 필터 회로는 바람직하게는 제1 단의 로우-패스 필터와, 제2 단에 하이-패스 필터가 제공될 수도 있다. 이 구성으로, 증폭 회로로부터 출력된 전압 신호에 포함된 고주파 성분들은 제1 단에 접속된 로우-패스 필터에 의하여 집중적 방식으로 커트되어, 리턴 노이즈의 발생이 억제될 수 있다.
전류-전압 변환 회로에는 바람직하게는 스위칭된 커패시터가 제공될 수도 있다. 이 구성으로, 고저항 부재가 클록 신호에 의하여 전류-전압 변환 회로로서 소형 커패시터를 스위칭함으로써 등가적으로 구성될 수 있다. 따라서, 소형이며 양호한 온도 특성을 가지는 전류-전압 변환 회로가 획득될 수 있다.
바람직하게는, 적외선 검출 회로에는, 스위칭된 커패시터와 클록 생성 회로 간에 접속되며, 클록 생성 회로의 기준 클록 신호보다 높은 주파수를 가지는 외부 클록 신호를 생성하기 위한 외부 클록 생성기와 접속가능한 클록 제어 회로가 더 제공될 수도 있다. 클록 제어 회로는 기준 클록 신호와 외부 클록 신호를 변경한다.
이 구성으로, 통상 동작시 주파수와 상이한 주파수를 가지는 클록 신호는 밴드-패스 필터 회로의 스위칭된 커패시터 필터에 공급될 수 있다. 예컨대, 회로의 주파수 특성은 통상 동작시 공급된 클록 신호보다 높은 주파수를 가지는 클록 신호를 공급함으로써 보다 높은 주파수측을 향하여 시프트한다. 주파수 특성은 스위칭된 커패시터 필터로 고주파 클록 신호를 공급함으로써 신속하게 테스트될 수 있으므로, 테스트 시간이 단축될 수 있다.
바람직하게는, 적외선 검출 회로는 단일 반도체 칩으로 집적화된다. 다음, 적외선 검출 회로가 소형화될 수 있다.
피드백 회로에는 바람직하게는 저항 부재가 제공될 수도 있다. 이 구성으로, 연산 증폭기로부터 출력된 전압 신호의 동작점은 단순한 구성으로 안정화될 수 있다.
바람직하게는, 피드백 회로에는 집적 회로가 제공될 수도 있다. 이 구성으로, 직류 성분 이외의 신호 성분들은 크게 감쇠되면서 피드백된다. 출력된 전압 신호의 동작점이 보다 안정화될 수 있다.
증폭 회로가 연산 증폭기를 포함하고, 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자가 증폭을 위하여 저항을 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 접속되며, 로우-패스 필터가 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자와 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자 사이에 접속되는 것이 바람직할 수도 있다.
이 구성으로, 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자로부터 출력된 전압 신호는, 증폭을 위하여 저항을 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 입력되는 것과, 고주파 성분들이 로우-패스 필터를 통과할 때 제거되게 한 후, 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자에 입력되는 것의 2가지로 구분된다. 따라서, 로우-패스 필터의 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 성분들을 포함하는 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호의 신호 성분은, 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 비반전 입력 단자에 동일한 위상으로 입력된다. 따라서, 증폭 회로로부터의 출력은 증폭되지 않는다.
한편, 로우-패스 필터의 컷오프 주파수보다 높은 주파수 성분들을 포함하는 신호 성분은 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자에 입력되지 않으므로, 비반전 입력 단자의 전위는 변하지 않으며, 그 결과, 신호 성분은 증폭 회로에 의하여 증폭된 후 출력된다. 증폭 회로가 포화하도록 하는 가능성이 있는 저 주파수 대역의 전압 신호 성분들은 증폭 회로에 의하여 증폭되지 않는다. 이는 증폭 회로가, 전원 인가후 특정 기간동안 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자에서의 누설 전류의 영향으로 인하여, 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호의 동작점의 변동에 의하여 포화되는 것을 방지한다.
또한, 증폭 회로가 연산 증폭기를 포함하는 것 외에, 밴드-패스 필터 회로에 는 바람직하게는, 제1 단에 하이-패스 필터, 제2 단에 로우-패스 필터, 및 제3 단에 하이-패스 필터가 제공될 수도 있고, 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자는 증폭을 위하여 저항을 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 접속되며, 로우-패스 필터는 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자와 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자 사이에 접속된다.
이 구성으로, 제1 단의 하이-패스 필터는 증폭 회로로부터 출력된 전압 신호의 동작점의 변동을 커트한다. 제2 단의 로우-패스 필터들은 고주파 성분들을 커트한다. 제3 단의 하이-패스 필터는 스위칭된 커패시터가 동작될 때 발생하는 피드스루 노이즈들에 의하여 유발되는 동작점의 변동을 커트한다. 따라서, 동작점의 보다 미소한 변동을 가지며, 리턴 노이즈가 없는 전압 신호가 출력 회로에 보내질 수 있다.
증폭 회로의 연산 증폭기의 출력 단자로부터 출력된 전압 신호는, 증폭을 위하여 저항을 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자와, 고주파 성분이 커트되면서 로우-패스 필터를 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자로 구분된다. 따라서, 로우-패스 필터의 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 대역의 전압 신호 성분이 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 및 비반전 입력 단자들에 입력되어, 결국 증폭 회로에 의하여 증폭되지 않는다.
한편, 로우-패스 필터의 컷오프 주파수보다 높은 주파수 대역의 전압 신호는 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자에 입력되지 않고, 결국 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자의 전위를 변화시키지 않는다. 따라서, 이 신호 성분은 증폭 회로에 의하여 증폭된 후, 출력된다. 증폭 회로가 포화하도록 할 가능성이 있는 저 주파수 대역의 전압 신호 성분들은 증폭 회로에 의하여 증폭되지 않는다. 이는 증폭 회로가, 전원 인가후 특정 기간동안 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자에서의 누설 전류의 영향으로 인하여 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호의 동작점의 변동에 의하여 포화되는 것을 방지한다.
로우-패스 필터에는 바람직하게는, 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자와, 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자 사이에 접속된 저항 부재와, 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자와 그라운드 사이에 접속된 커패시터가 제공될 수도 있다. 이 구성으로, 로우-패스 필터는 보다 단순한 구성으로 형성될 수 있다.
또한, 서로 병렬로 저항 부재와 접속된 스위치와, 스위칭 회로를 제어하기 위한 스위치 제어기를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.
이 구성으로, 스위치는 스위치 제어기로부터의 명령에 따라 온되어, 전원 인가후 즉시 스위치와 병렬 접속된 저항 부재를 단락시킨다. 따라서, 로우-패스 필터의 시 상수가 감소하고, 컷오프 주파수가 전원 인가후 즉시 증가한다. 그 결과로서, 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호는, 증폭 회로가 포화되도록 할 가능성이 있는 저 주파수 대역의 신호 성분이 확실하게 커트된 후, 증폭 회로에 도입된다. 그러므로, 전원 인가후 특정 기간 동안 동작점의 변동으로 인한 증폭 회로의 포화가 보다 확실하게 방지될 수 있다.
저항 부재는 바람직하게는, 불순물 비확산 폴리실리콘으로 제조될 수도 있 다. 이 구성으로, 저항 부재는 불순물 비확산 폴리실리콘으로 제조되므로, 로우-패스 필터는 집적화될 수 있다. 따라서, 어떠한 외부 부품도 적외선 검출 회로에 장착될 필요가 없다.
또한, 로우-패스 필터에는 저항 부재와 병렬 접속된 제2 저항 회로와, 주위 온도가 소정값보다 낮을 때, 제2 스위치를 온하기 위한 제2 스위치 제어기가 더 제공되는 것이 바람직하다. 제2 저항 회로는 불순물 비확산 폴리실리콘으로 제조된 제2 저항 부재와, 상기 제2 저항 부재와 직렬 접속된 제2 스위치를 가진다.
이 구성으로, 제2 저항 부재는 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 소자들로 구성되므로, 제2 저항 부재의 저항값은 온도가 낮을 때 증가한다. 저항값이 소정값 이상에 도달할 때, 제2 스위치는 제2 스위치 제어기에 의하여 온되어, 전력을 제2 저항 부재에 인가한다. 다시 말하면, 2개의 저항 부재들은 로우-패스 필터에 병렬 접속되며, 온도가 낮을 때 로우-패스 필터의 시 상수가 감소하므로, 로우-패스 필터의 컷오프 주파수는 증가한다. 따라서, 온도가 낮을 때, 전압 신호는, 증폭 회로를 포화시키도록 하는 저 주파수의 신호 성분이 확실하게 커트된 후, 증폭 회로에 도입된다. 그러므로, 온도가 낮을 때, 증폭 회로의 포화가 방지될 수 있다.
바람직하게는, 제2 스위치 제어기에는 등가 저항을 생성하기 위한 스위칭된 커패시터가 제공될 수도 있고, 따라서 스위칭된 커패시터에 의하여 생성된 등가 저항과 저항 부재의 저항에 의하여 분할된 전압을 이용하여 스위칭 회로를 제어한다.
이 구성으로, 주위 온도가 낮을 때, 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 부재들의 저항은 증가하고, 저항에 의하여 분할된 전압은 제2 스위치를 온하도록 동작하여, 제2 스위치를 온시킨다. 다시 말하면, 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 부재들의 저항값들의 변화는 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 부재를 사용하여 검출되므로, 불순물 비확산 폴리실리콘 저항 부재들의 온도 특성에 의하여 유발된 저항값들의 변화는 정밀하게 검출될 수 있다. 또한, 2개의 저항 부재들은 불순물 비확산 폴리실리콘으로 제조되므로, 검출 회로는 집적화될 수 있다.
바람직하게는, 적외선 검출 회로에는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 회로가 더 제공될 수도 있고, 상기 기준 전압 회로는 초전 소자와, 전류-전압 변환 회로와 증폭 회로의 각 연산 증폭기들의 비반전 입력 단자들에 접속된다.
이 구성으로, 초전 소자에 공급되는 기준 전압과, 2개의 연산 증폭기들의 비반전 입력 단자에 공급되는 기준 전압은 단일 기준 전압 회로에 의하여 부여된다. 이는 증폭 회로의 출력에 영향을 주는 가능성이 있는 노이즈들의 증폭을 상쇄시켜, 적외선 검출 회로의 노이즈의 발생을 감소시킨다.
신규한 적외선 검출기는 상술된 적외선 검출 회로와 적외선을 수신하는 초전 소자를 구비하여, 수신된 적외선에 따라 전류 신호를 생성한다. 이 구성으로, 적외선 검출기는 소형화된 적외선 검출 회로를 가지므로, 소형화될 수 있다.
본 발명은 그 필수 특성들의 사상으로부터 벗어나지 않고, 몇몇 형태들에서 구현될 수도 있을 때, 본 발명의 범위가 청구항에 선행하는 상세한 설명에 의하여 라기 보다 첨부된 청구항에 의하여 정의되므로, 따라서 본 예들은 예시적이며 제한적인 것은 아니며, 본 청구항의 경계 및 한도내의 모든 변형, 또는 이들 경계 및 한도의 등가물이 본 청구항에 의하여 망라되고자 함이다.
신규한 적외선 검출 회로 및 적외선 검출기는 전류-전압 변환 회로와 전압 증폭 회로를 직접 접속시킴으로써 소형화될 수 있다. 동작점의 변동은 상당히 커트될 수 있어서, 검출 정확성이 상당히 증가한다. 보다 작은 크기와 보다 높은 검출 정밀도를 가지는 신규한 적외선 검출 회로 및 신규한 적외선 검출기가 적외선 검출 분야에서 광범위하게 이용가능하다.

Claims (21)

  1. 수신된 적외선에 따라 전류 신호를 생성하도록 동작가능한 초전 소자에 접속되며, 상기 초전 소자로부터 출력된 전류 신호를 전압 신호로 변환시키며, 상기 초전 소자에 접속된 연산 증폭기, 커패시터, 및 직류 성분을 피드백하기 위한 피드백 회로를 포함하며, 상기 커패시터와 상기 피드백 회로는 연산 증폭기의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 서로 병렬로 접속되는 전류-전압 변환 회로;
    상기 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 증폭 회로;
    스위칭된 커패시터를 포함하고, 특정 주파수 대역에서 증폭 회로로부터 전압 신호의 성분들을 통과시키는 밴드-패스 필터 회로;
    상기 스위칭된 커패시터를 제어하기 위한 기준 클록 신호를 생성하는 클록 생성 회로; 및
    상기 밴드-패스 필터 회로로부터 출력된 전압 신호를, 이 전압 신호가 임계 레벨 이상일 때, 검출 신호로서 출력하는 출력 회로를 구비하며,
    상기 증폭 회로는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자는 증폭을 위하여 저항을 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 접속되며, 로우-패스 필터가 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자와 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자 사이에 접속되며, 상기 전류-전압 변환 회로와 상기 증폭 회로는 커플링 커패시터 없이 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 회로는 상기 밴드-패스 필터 회로와 상기 출력 회로 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    특정 게인을 가지는 하이-패스 필터가 상기 밴드-패스 필터와 상기 출력 회로 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밴드-패스 필터 회로는 제1 단에 하이-패스 필터, 제2 단에 로우-패스 필터, 및 제3 단에 하이-패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 로우-패스 필터는 특정 게인을 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    특정 게인을 가지는 하이-패스 필터는 상기 밴드-패스 필터 회로와 상기 출력 회로 사이에 접속되며, 상기 밴드-패스 필터 회로는 제1 단에 하이-패스 필터, 제2 단에 로우-패스 필터, 및 제3 단에 하이-패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 밴드-패스 필터 회로는 제1 단에 로우-패스 필터, 및 제2 단에 하이-패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류-전압 변환 회로는 스위칭된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭된 커패시터와 상기 클록 생성 회로 사이에 접속되며, 상기 클록 생성 회로의 기준 클록 신호보다 높은 주파수를 가지는 외부 클록 신호를 생성하기 위한 외부 클록 생성기에 접속가능한 클록 제어 회로를 더 구비함으로써, 상기 클록 제어 회로가 상기 기준 클록 신호와 상기 외부 클록 신호를 변경하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류-전압 변환 회로, 상기 증폭 회로, 상기 밴드-패스 필터 회로, 및 상기 출력 회로는 단일 칩에 집적화되는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 회로는 저항 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 회로는 집적 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 밴드-패스 필터 회로는 제1 단에 하이-패스 필터, 제2 단에 로우-패스 필터, 및 제3 단에 하이-패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 로우-패스 필터는,
    상기 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자와, 상기 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자 사이에 접속된 저항 부재; 및
    상기 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자와 그라운드 사이에 접속된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저항 부재와 서로 병렬 접속된 스위치; 및
    상기 스위치 회로를 제어하는 스위치 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 저항 부재는 불순물 비확산 폴리실리콘으로 제조되는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 로우-패스 필터는,
    불순물 비확산 폴리실리콘으로 제조되는 제2 저항 부재와, 상기 제2 저항 부재와 직렬 접속된 제2 스위치를 가지며, 상기 저항 부재와 병렬 접속된 제2 저항 회로; 및
    주위 온도가 소정값보다 낮을 때, 상기 제2 스위치를 온하는 제2 스위치 제 어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 스위치 제어기는 등가 저항을 생성하는 스위칭된 커패시터를 포함함으로써, 상기 스위칭된 커패시터에 의하여 생성된 등가 저항과 상기 저항 부재의 저항에 의하여 분할된 전압을 이용하여 상기 스위칭 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  20. 제 1 항에 있어서,
    기준 전압을 생성하는 기준 전압 회로를 더 구비하며, 상기 기준 전압 회로는 초전 소자와, 상기 전류-전압 변환 회로와 상기 증폭 회로의 각 연산 증폭기들의 비반전 입력 단자들에 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 회로.
  21. 적외선을 수신하며, 상기 수신된 적외선에 따라 전류 신호를 생성하는 초전 소자;
    상기 초전 소자로부터 출력된 전류 신호를 전압 신호로 변환시키며, 상기 초전 소자에 접속된 연산 증폭기, 커패시터, 및 직류 성분을 피드백하기 위한 피드백 회로를 포함하며, 상기 커패시터와 상기 피드백 회로는 연산 증폭기의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 서로 병렬로 접속되는 전류-전압 변환 회로;
    상기 전류-전압 변환 회로로부터 출력된 전압 신호를 증폭하는 증폭 회로;
    스위칭된 커패시터 필터를 포함하고, 특정 주파수 대역에서 증폭 회로로부터 전압 신호의 성분들을 통과시키는 밴드-패스 필터 회로;
    상기 스위칭된 커패시터를 제어하기 위한 기준 클록 신호를 생성하는 클록 생성 회로; 및
    상기 밴드-패스 필터 회로로부터 출력된 전압 신호를, 이 전압 신호가 임계 레벨 이상일 때, 검출 신호로서 출력하는 출력 회로를 구비하며,
    상기 증폭 회로는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자는 증폭을 위하여 저항을 통하여 증폭 회로의 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 접속되며, 로우-패스 필터는 전류-전압 변환 회로의 연산 증폭기의 출력 단자와 증폭 회로의 연산 증폭기의 비반전 입력 단자 사이에 접속되며, 상기 전류-전압 변환 회로와 상기 증폭 회로는 커플링 커패시터 없이 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검출 장치.
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