KR100765158B1 - Infrared Signal Detection Circuit and Detecting Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선 신호 검출 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선 리드 아웃 셀이 매트릭스 형태로 배열된 셀 어레이, 상기 셀 어레이의 로우 어드레스를 제공받아 디코딩하는 로우 디코더, 상기 셀 어레이로부터 출력되는 값을 적분하고 증폭하는 복수의 적분기 및 상기 복수의 적분기로부터 출력되는 출력값을 디코딩하는 컬럼 디코더를 포함하고, 상기 적분기는 상기 셀 어레이의 이웃하는 컬럼 어드레스로부터 출력되는 값을 차동으로 입력받는 적외선 신호 검출 회로에 관한 것이다. 상기 적분기의 (+) 입력단은 전원전압(VDD), 적외선 센서, 고정 저항 및 접지(ground)의 순으로 배열한 적외선 리드 아웃 셀이 연결되며, (-) 입력단은 전원전압(VDD), 고정저항, 적외선 센서 및 접지(ground)의 순으로 배열한 적외선 리드 아웃 셀이 연결되어 있는 것에 기술적 특징이 있다. The present invention relates to an infrared signal detection circuit, and more particularly, to a cell array in which infrared readout cells are arranged in a matrix form, a row decoder receiving and decoding a row address of the cell array, and a value output from the cell array. A plurality of integrators for integrating and amplifying and a column decoder for decoding output values outputted from the plurality of integrators, wherein the integrator is provided to an infrared signal detection circuit which differentially receives values output from neighboring column addresses of the cell array. It is about. The positive input terminal of the integrator is connected to the infrared readout cells arranged in the order of the power supply voltage (VDD), the infrared sensor, the fixed resistor and the ground, and the negative input terminal is the supply voltage (VDD) and the fixed resistor. In this case, the infrared lead-out cells arranged in the order of the infrared sensor and the ground are connected to each other.

따라서, 본 발명의 적외선 신호 검출 회로는 외부에서 인가하던 바이어스 전압을 인가하지 않아도 되며, 이로 인하여, 바이어스 전압의 흔들림과 노이즈로 인한 공통 모드 전압의 불안정을 방지할 수 있어 볼로미터의 값을 정확하게 검출할 수 있는 이점이 있다.Accordingly, the infrared signal detection circuit of the present invention does not need to apply the bias voltage applied from the outside, thereby preventing the instability of the common mode voltage due to the shaking of the bias voltage and the noise, thereby accurately detecting the value of the bolometer. There is an advantage to this.

적외선, 볼로미터 저항, 차동 입력 Infrared, bolometer resistors, differential input

Description

적외선 신호 검출 회로 및 검출 방법{Infrared Signal Detection Circuit and Detecting Method}Infrared Signal Detection Circuit and Detecting Method

도 1는 적외선 영상 시스템 구성도,1 is a schematic diagram of an infrared imaging system;

도 2는 종래의 단일 입력 방식의 적외선 신호 검출 회로도,2 is a conventional single input infrared signal detection circuit diagram;

도 3은 본 발명에 의한 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출 등가 회로도,3 is an equivalent circuit diagram of an infrared signal detection method of a differential input method according to the present invention;

도 4는 본 발명에 의한 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출 회로도,4 is an infrared signal detection circuit diagram of a differential input method according to the present invention;

도 5a는 본 발명에 의한 적분기의 (-) 입력단과 연결될 부분의 차동 입력 방식 셀 구조도,5A is a diagram illustrating a differential input method cell structure of a part to be connected to a negative input terminal of an integrator according to the present invention;

도 5b는 본 발명에 의한 적분기의 (+) 입력단과 연결될 부분의 차동 입력 방식 셀 구조도,5B is a diagram illustrating a differential input method cell structure of a part to be connected to a positive input terminal of an integrator according to the present invention;

도 6a는 종래의 단일 입력 방식의 적외선 신호 검출 시뮬레이션 결과도, 및Figure 6a is a simulation result of the infrared signal detection of the conventional single input method, and

도 6b는 본 발명에 의한 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출 시뮬레이션 결과도. Figure 6b is a simulation result of the infrared signal detection of the differential input method according to the present invention.

본 발명은 적외선 열상 장비에 관한 것으로서, 특히 적외선을 흡수하여 영상으로 표시하는 시스템에 있어서, 적외선 검출 회로를 차동 입력 방식을 사용하여 공정 변화에 의한 비냉각 적외선 검출기 저항의 변화와 더불어 검출 회로에 사용된 연산 증폭기의 부정합으로 인한 왜곡등을 최소화하고 열 감지 신호의 노이즈를 최소화한 적외선 신호 검출 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to infrared thermal imaging equipment. In particular, in a system for absorbing infrared rays and displaying images, the infrared detection circuit is used in a detection circuit along with a change in uncooled infrared detector resistance due to a process change using a differential input method. The present invention relates to an infrared signal detection circuit which minimizes distortion due to mismatched operational amplifiers and minimizes noise of a thermal sensing signal.

외부로부터 빛의 공급 없이 물체에서 방출되는 복사 에너지를 모아 피사체의 영상을 얻는 장비를 적외선(Infrared : IR) 열상 장비(Thermal Imaging System)라고 하며, 현재 미사일 유도 장치, 개인 화기 조준기, 항공 방재, 항공 무인 정찰 및 감시에 사용되는 무인 비행기(UAV)의 나이트 비젼 등의 군수용 장비를 비롯하여, 의학에서 인체에 고통이나 부담을 가하지 않고 인체 표면의 미세한 온도 변화를 측정, 처리 분석하여 질병의 유무 또는 정도에 관한 의학적 정보를 출력하고 예방하는 지능형 의료 시스템인 체열 영상 진단기, 무인 산물 감시기와 해양 오염 감시 등의 환경 감시 시스템, 또한 반도체 공정 라인에서 온도 모니터링 시스템, 건물의 단열 및 누수 탐지 시스템, 전기·전자 PCB 회로 및 부품 검사 시스템 등 그 응용 분야와 수요가 급속히 확대되고 있다. Equipment that collects radiant energy emitted from an object without supplying light from outside and obtains an image of the subject is called an infrared (IR) thermal imaging system. Currently, missile guidance devices, personal firearms, aviation disaster prevention, aviation Including military equipment such as night vision of unmanned aerial vehicle (UAV) used for unmanned reconnaissance and surveillance, and in medicine, it measures, processes and analyzes minute temperature changes on the surface of human body without suffering or burden on human body. Environmental monitoring systems such as thermography, unmanned product monitors and marine pollution monitoring, which are intelligent medical systems that output and prevent medical information, as well as temperature monitoring systems in semiconductor processing lines, insulation and leak detection systems in buildings, and electrical and electronic PCBs. Applications and demands, such as circuit and component inspection systems, are expanding rapidly.

이러한 적외선 열상 장비는 도 1에 나타난 바와 같이 광학계(100), 적외선 검출기(110), 검출회로(120) 및 기타 신호처리 회로(130) 등으로 구성되며, 적외선 열상장비의 개발을 위한 기술 요소는 첫째, 적외선 검출기 재료 및 미세가공 기술, 둘째, 검출기에서 출력되는 전기신호를 처리하기 위한 검출회로 설계 기술, 그리고 검출기와 검출회로를 연결하기 위한 모놀리식 공정과 패키지 기술 등이 있다.The infrared thermal imaging equipment is composed of an optical system 100, an infrared detector 110, a detection circuit 120 and other signal processing circuit 130, as shown in Figure 1, the technical element for the development of infrared thermal imaging equipment First, there are infrared detector materials and microfabrication technologies, and second, detection circuit design techniques for processing electrical signals output from the detector, and monolithic processes and package technologies for connecting the detector and the detection circuit.

특히, 검출회로는 적외선 열상 장비의 지능화 및 다기능화를 가능하게 하며 궁극적으로 고부가가치 상품화를 위한 핵심 부품으로써, 고 해상도 열상 장비용 검출회로의 개발을 위해서는 검출기의 특성, 신호의 동작 범위, 검출 비율, 잡음 특성, 셀 크기, 전력 소모등 설계사양을 만족하는 고집적, 저전력 회로 설계기술이 필수적이다.In particular, the detection circuit enables the intelligent and multifunctionalization of the infrared thermal equipment and is ultimately a key component for high value-added commercialization.In order to develop the detection circuit for the high resolution thermal imaging equipment, the characteristics of the detector, the operating range of the signal, and the detection ratio Highly integrated and low power circuit design technology that satisfies design specifications such as noise, noise, cell size and power consumption is essential.

도 2는 종래의 적외선 신호 검출 회로를 나타낸 도면으로써, 종래의 신호 검출 방식은 단일 입력 방식이며, 적외선 신호를 검출하기 위한 센서는 마이크로머시닝 기술에 의해 제작되는 볼로미터형 적외선 센서로, 볼로미터 적외선 센서를 가변저항으로 표시하였다.2 is a view showing a conventional infrared signal detection circuit, the conventional signal detection method is a single input method, the sensor for detecting the infrared signal is a bolometer-type infrared sensor manufactured by micromachining technology, the bolometer infrared sensor Variable resistance is indicated.

상기 회로의 내부에 적외선 입사와 상관없이 일정한 값의 볼로미터와 같은 크기를 가지는 기준(reference) 저항을 두었다. A reference resistor having the same size as a bolometer of a constant value was placed inside the circuit regardless of infrared ray incidence.

로우 디코더(row decoder)에서 나오는 신호에 의해서 첫 번째 열의 스위치 M_11, M_12, M_13가 켜지게 된다. 이때 INT(integration time) 신호(검출 신호가 적분되는 시간만큼 high)에 의해서 스위치 M_s1, M_s2, M_s3가 켜지게 된다. The switches M_11, M_12, and M_13 of the first column are turned on by the signal from the row decoder. At this time, the switches M_s1, M_s2, and M_s3 are turned on by the INT (integration time) signal (high as the time when the detection signal is integrated).

이로 인하여, 기준 저항으로 사용되는 저항과 입사되는 적외선에 의해서 저항 값이 변하는 볼로미터 저항이 연결되고, 볼로미터 저항과 기준 저항 사이의 전압 강하에 의해서 노드(node) A_11, A_12, A_13의 전압 레벨이 결정된다. As a result, the bolometer resistor whose resistance value changes due to the incident infrared ray and the resistor used as the reference resistor is connected, and the voltage level of the nodes A_11, A_12 and A_13 is determined by the voltage drop between the bolometer resistor and the reference resistor. do.

상기 각 노드의 전압 값과 바이어스 전압(Vbias)의 차이를 연산증폭기와 피드백 캐패시터(feedback capacitor)로 구성된 적분기에 의해 신호를 증폭하게 된다.The difference between the voltage value and the bias voltage Vbias of each node is amplified by an integrator composed of an operational amplifier and a feedback capacitor.

이때, 상온(20℃)에서 볼로미터의 저항값과 기준 저항의 저항값이 같다고 가정하여, 이 두 저항의 전압 강하로 생기는 전압 값(예를 들어 0.5VDD)만큼을 외부에서 인가한다.At this time, it is assumed that the resistance value of the bolometer and the resistance of the reference resistance are the same at room temperature (20 ° C.), and externally applies only the voltage value (for example, 0.5 VDD) generated by the voltage drop of the two resistors.

그리고 볼로미터 저항값의 변화에 따른 전압 값의 변화와 상기 바이어스 전압 값과 비교하여 그 차이만큼을 검출하고 일정 시간 동안 적분하여 출력에 보내지게 된다. In addition, the difference between the voltage value according to the change in the bolometer resistance value and the bias voltage value is detected, and the difference is detected and integrated for a predetermined time and sent to the output.

마지막으로 각각의 적분기에 의해 일정 시간 동안 적분된 신호는 한 열의 어레이(array)가 출력 값을 유지(holding)하고 있다가 컬럼 디코더 신호에 의해서 차례로 그 값을 최종 출력으로 전달되게 된다. Finally, the signal integrated by each integrator for a certain period of time is an array of columns holding the output value, which is in turn transferred to the final output by the column decoder signal.

그러나, 종래에 사용된 단일 입력 방식의 신호검출 회로는 볼로미터 적외선 센서의 공정변화에 의하여 볼로미터 저항이 원하는 저항값보다 크거나 작을 경우, 잘못된 신호 증폭이 일어날 수 있어 오작동을 일으키게 되며, 또한 각 셀(cell)간의 저항값이 불균일하게 되어 고정 저항 노이즈(FPN, fixed pattern noise)가 발생하게 된다. 따라서, 볼로미터 저항의 절대값을 오차 없이 제작하여야 하나 이는 현실적으로 불가능하다.However, in the conventional single-input signal detection circuit, when the bolometer resistance is larger or smaller than the desired resistance value due to the process change of the bolometer infrared sensor, false signal amplification may occur, which causes a malfunction. Non-uniform resistance values between cells cause fixed resistance noise (FPN). Therefore, the absolute value of the bolometer resistance should be manufactured without error, but this is not practically possible.

종래에는 이를 해결하기 위한 방안으로 각 셀 간의 저항값을 보상하여 주기 위한 DAC회로 등을 추가하였으나, 칩 전체 크기의 증가 및 보상 회로의 오차에 의 한 에러가 발생하는 문제가 있으며, 증폭기의 부정합으로 인한 왜곡, 신호를 외부에서 입력하였을 경우 바이어스 전압의 흔들림 및 노이즈로 인한 공통 모드 전압의 불안정 등으로 인하여 민감하게 변하는 볼로미터 값을 정확하게 검출하기가 어려운 문제점이 있다.Conventionally, a DAC circuit for compensating the resistance value between cells has been added as a solution to solve this problem, but there is a problem that an error occurs due to an increase in the overall size of the chip and an error in the compensation circuit. When the signal is externally input, it is difficult to accurately detect a bolometer value that is sensitively changed due to fluctuation of the bias voltage and instability of the common mode voltage due to noise.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an infrared signal detection circuit of a differential input method in order to solve the above problems.

본 발명의 또다른 목적은 공정 변화에 의한 볼로미터 저항의 변화 방지와 더불어 검출회로에 사용된 연산증폭기의 부정합으로 인한 왜곡 등을 동시에 줄이는데 있다.Another object of the present invention is to prevent the change of the bolometer resistance due to the process change and simultaneously reduce the distortion due to mismatch of the operational amplifier used in the detection circuit.

본 발명의 또 다른 목적은 외부에서 바이어스 전압을 인가하지 않는 검출회로를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a detection circuit that does not apply a bias voltage from the outside.

본 발명의 또 다른 목적은 칩 전체 크기의 증가를 방지하면서도 에러가 발생하지 않는 검출 회로를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a detection circuit which does not generate an error while preventing an increase in the overall chip size.

본 발명은 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출 회로를 구현하기 위하여 적외선 리드 아웃 셀이 매트릭스 형태로 배열된 셀 어레이, 상기 셀 어레이의 로우 어드레스를 제공받아 디코딩하는 로우 디코더, 상기 셀 어레이로부터 출력되는 값을 적분하고 증폭하는 복수의 적분기 및 상기 복수의 적분기로부터 출력되는 출력값을 디코딩하는 컬럼 디코더를 포함하고, 상기 적분기는 상기 셀 어레이의 이웃하는 컬럼 어드레스로부터 출력되는 값을 차동으로 입력받는 적외선 신호 검출 회로를 포함한다. The present invention provides a cell array in which infrared readout cells are arranged in a matrix form, a row decoder for receiving and decoding a row address of the cell array, and a value output from the cell array in order to implement a differential input type infrared signal detection circuit. A plurality of integrators for integrating and amplifying and a column decoder for decoding output values outputted from the plurality of integrators, wherein the integrator includes an infrared signal detection circuit for differentially receiving values output from neighboring column addresses of the cell array; Include.

바람직하게, 상기 적분기의 (+) 입력단과 (-) 입력단의 각각에 상기 셀 어레이의 컬럼 라인이 연결되어 있으며, 상기 적분기는 인접한 적분기와 입력단의 극성이 서로 동일한 것끼리 연결되어 하나의 컬럼 라인을 공유한다.Preferably, a column line of the cell array is connected to each of the (+) input terminal and the (-) input terminal of the integrator, and the integrator is connected to one column line having the same polarity between the adjacent integrator and the input terminal. Share.

바람직하게, 상기 (+) 입력단은 전원전압(VDD), 적외선 센서, 고정 저항 및 접지(ground)의 순으로 배열한 적외선 리드 아웃 셀이 연결되어 있으며, 상기 (-) 입력단은 전원전압(VDD), 고정저항, 적외선 센서 및 접지(ground)의 순으로 배열한 적외선 리드 아웃 셀이 연결되어 있다.Preferably, the (+) input terminal is connected to the infrared read-out cells arranged in the order of the power supply voltage (VDD), the infrared sensor, the fixed resistor and the ground (ground), the (-) input terminal is the power supply voltage (VDD) Infrared lead-out cells are arranged in the order of fixed resistance, infrared sensor, and ground.

바람직하게, 상기 적분기는 연산 증폭기와 피드백 캐패시터를 포함하며, 상기 적외선 리드 아웃 셀은 고정저항과 적외선 센서를 포함한다.Preferably, the integrator includes an operational amplifier and a feedback capacitor, and the infrared readout cell includes a fixed resistor and an infrared sensor.

바람직하게, 상기 적외선 신호 검출 회로는, 셀 어레이에 연결되어 상기 적분기의 입력단 로딩을 매칭시키는 더미셀을 더 포함하며, 상기 적외선 센서는 가변저항이다.Preferably, the infrared signal detection circuit further includes a dummy cell connected to a cell array to match the input stage loading of the integrator, wherein the infrared sensor is a variable resistor.

바람직하게, 상기 적외선 신호 검출 회로 구동 방법은 로우 어드레스에 신호가 인가되는 제1단계, 신호가 인가된 상기 로우의 적외선 센서를 선택하는 제2단계, 상기 적외선 센서에 의하여 변환된 신호를 적분기에 차동 입력하여 적분 및 증폭하는 제3단계 및 상기 적분기를 통해 증폭된 신호를 컬럼 신호에 의해 차례로 출 력하는 제4단계를 포함한다.Preferably, the method for driving an infrared signal detection circuit includes a first step of applying a signal to a row address, a second step of selecting an infrared sensor of the row to which a signal is applied, and differentially converting a signal converted by the infrared sensor to an integrator And a fourth step of inputting, integrating and amplifying, and a fourth step of sequentially outputting a signal amplified through the integrator by a column signal.

바람직하게, 상기 제3단계는, 하나의 컬럼 라인을 통해 출력된 신호를 동일한 극성의 입력단끼리 연결된 두 개의 적분기에 입력하며, 상기 입력단 중 (+) 입력단에는 전원전압, 적외선 센서, 고정 저항, 접지(ground)의 순서로 출력된 전압값을 입력하며, 상기 입력단 중 (-) 입력단에는 전원전압, 고정 저항, 적외선 센서, 접지(ground)의 순서로 출력된 전압값을 입력한다.Preferably, in the third step, a signal output through one column line is input to two integrators connected with input terminals having the same polarity, and a positive voltage input terminal includes a power supply voltage, an infrared sensor, a fixed resistor, and a ground. A voltage value output in the order of ground is input, and a voltage value output in the order of a power supply voltage, a fixed resistor, an infrared sensor, and a ground is input to a negative input terminal of the input terminals.

바람직하게, 상기 적외선 센서는 적외선의 양에 따라 저항이 가변한다.Preferably, the infrared sensor has a variable resistance according to the amount of infrared light.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 차동 입력방식의 적외선 검출회로에 관한 것으로, 도 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.The present invention relates to an infrared detection circuit of a differential input method, which will be described below with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명에 따른 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출의 등가 회로도써, 가변저항으로 표시한 곳은 볼로미터형 적외선 센서가 위치한 볼로미터 저항(RBOL)을 의미하고 고정 저항(RREF)은 기준(reference) 저항이다. Figure 3 is an equivalent circuit diagram of the differential signal detection of the infrared input method according to the present invention, where the variable resistor denotes the bolometer resistor (R BOL ) is located in the bolometer-type infrared sensor, and the fixed resistor (R REF ) is the reference ( reference) resistance.

도 3에 나타난 바와 같이 본 발명은 적분기의 (+) 입력단과 (-) 입력단 각각에 신호가 차동으로 입력되며, (-) 입력단에는 전원 전압(VDD), 볼로미터 저항과 기준 저항 및 접지(ground)로 배열되어 얻은 전압값을 입력받게 되며, (+) 입력단에는 전원전압(VDD),기준 저항과 볼로미터 저항 및 접지(ground)로 배열되어 얻은 전압값을 입력받게 된다.As shown in FIG. 3, the signal is differentially input to each of the (+) input terminal and the (-) input terminal of the integrator, and the (−) input terminal has a power supply voltage (VDD), a bolometer resistance and a reference resistance, and a ground. The voltage values obtained by arranging are inputted. The positive input terminal receives the voltage values obtained by arranging the power supply voltage (VDD), the reference resistor and the bolometer resistor, and the ground.

이와 같이, 적분기(200)의 (+)와 (-) 입력단 각각에 입력된 전압 값은 적분 및 증폭되어 버퍼(210)에 차동으로 입력되며, 컬럼 디코더로 출력된다. 즉, 적분기(200)는 차동으로 출력 값을 받아 버퍼(210)로 입력하고, 버퍼(210)는 이를 전달한다.As such, the voltage values input to the positive and negative input terminals of the integrator 200 are integrated and amplified, and are differentially input to the buffer 210 and output to the column decoder. That is, the integrator 200 receives the output value differentially, inputs it to the buffer 210, and the buffer 210 transfers it.

따라서, 단일 입력 방식보다 입력 신호의 크기가 2배이며 공통 모드의 잡음을 감소시킬 수 있으며, 고정 패턴 노이즈(FPN)가 줄어들게 된다. Therefore, the size of the input signal is twice as large as that of the single input method, the noise of the common mode can be reduced, and the fixed pattern noise (FPN) is reduced.

본 발명의 일 실시예를 도 4를 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4 as follows.

도 4는 차동 입력 방식의 레이아웃 회로도로써, 가변저항으로 표시한 곳은 볼로미터형 적외선 센서가 위치한 볼로미터 저항을 의미하고 고정 저항은 기준 저항이다. 4 is a layout circuit diagram of a differential input method, in which a variable resistor indicates a bolometer resistor in which a bolometer-type infrared sensor is located, and a fixed resistor is a reference resistor.

로우 디코더에서 나오는 신호에 의해서 첫 번째 열의 스위치 M11, M12, M13 등이 켜지게 된다. 이때 INT 신호에 의해서 스위치 Ms1, Ms2, M_s3가 켜지게 된다. The signal from the row decoder turns on the switches M11, M12 and M13 in the first row. At this time, the switches Ms1, Ms2, and M_s3 are turned on by the INT signal.

이렇게 해서 기준 저항으로 사용되는 저항과 입사되는 적외선에 의해서 저항값이 변하는 볼로미터 저항이 연결되게 된다. In this way, the resistance used as the reference resistance and the bolometer resistance whose resistance value changes by the incident infrared rays are connected.

그리고, 적외선 입사로 인해 저항변화가 일어난 볼로미터와 고정된 저항값을 가지는 기준저항 각각에 전원 전압(VDD)과 접지 전원을 가하게 되면, 두 저항의 저항비에 의한 전압 분배로 볼로미터 저항과 기준 저항 사이의 전압이 결정되게 된다. When the power supply voltage VDD and the ground power are applied to each of the bolometer where the resistance change occurs due to the infrared incident and the reference resistor having a fixed resistance value, the voltage distribution is divided between the bolometer resistance and the reference resistance by the resistance ratio of the two resistors. The voltage of is determined.

이때, 볼로미터 저항과 기준 저항의 배열을 서로 엇갈리게 배열을 한다. At this time, the arrangement of the bolometer resistance and the reference resistance are arranged alternately.

그래서, (-) 입력단에는 전원전압(VDD)-볼로미터 저항-고정 저항-접지로 배열시켜 얻은 전압값을 입력으로 하고, (+) 입력단에는 VDD-기준 저항-볼로미터 저 항-접지로 배열시켜 얻은 전압값을 입력으로 한다. So, input the voltage value obtained by arranging the power supply voltage (VDD) -bolometer resistance-fixed resistance-ground at the (-) input terminal, and arrange it as VDD-reference resistor-bolometer resistance-ground at the (+) input terminal. Input the voltage value.

또한, 면적의 증가를 줄이기 위하여 두 개의 인접한 적분기의 각각의 입력단에 입력이 들어가도록 하여 단일 입력과 동일한 크기의 셀 배열을 가진다. 즉, 본 발명의 차동 입력 방식의 회로는 단일 입력 방식과 마찬가지로 동일한 갯수의 컬럼과 로우를 가지게 되는 것이다. Also, in order to reduce the increase of the area, the input is input to each input terminal of two adjacent integrators so that the cell array has the same size as the single input. That is, the circuit of the differential input method of the present invention has the same number of columns and rows as the single input method.

도 4와 같이 구현된 회로의 검출 방식을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the detection method of the circuit implemented as shown in Figure 4 as follows.

먼저, 하나의 로우 어드레스(row address) 신호가 인가되면, 인접 라인을 포함하는 한 줄(ROW)의 볼로미터가 선택되게 된다. 그리고, 엇갈린 형태로 연결되어 있는 한쌍의 볼로미터에서 나오는 입력 신호는 연산증폭기와 피드백 캐패시터(feedback capacitor)로 구성된 적분기에 의해 신호를 적분하고, 증폭하게 된다. First, when one row address signal is applied, a row of bolometers including adjacent lines is selected. The input signals from the paired bolometers are staggered and amplified by an integrator consisting of an operational amplifier and a feedback capacitor.

이렇게 입력된 차동 입력은 적분기와 S/H에 의해서 처리되고 16개의 컬럼(column) 신호에 의해 차례로 출력되게 된다. This differential input is processed by the integrator and S / H and outputted in sequence by 16 column signals.

첫 번째 로우의 어레이가 선택되면, 더미 셀(dummy cell)의 어레이에서 해당 부분이 동시에 인에이블(enable)되어 차동 입력으로 사용된다. When the array of the first row is selected, the corresponding portions of the array of dummy cells are enabled simultaneously and used as differential inputs.

만약에 더미 셀 어레이가 없다면 16×16의 셀 어레이를 만들기 위해서는 17×16의 셀 어레이가 필요하다. If there is no dummy cell array, a 17 × 16 cell array is required to make a 16 × 16 cell array.

본 발명의 실시예에서는 더미 셀을 이용하여 16×16의 셀 어레이를 유지하였다In the embodiment of the present invention, a 16 × 16 cell array was maintained using a dummy cell.

따라서, 본 발명에서 제안한 차동 입력 방식의 검출회로는 기존의 단일 입력 방식과 비교해 보면 인접 셀을 기준 셀(reference cell)로 이용한 차동 신호 센싱(sensing) 방법으로 큰 필 팩터(high fill factor)를 구현하고, 노이즈 이뮤너티(noise immunity)를 개선하며, 공정 변화에 기인한 FPN을 개선할 수 있다. Accordingly, the differential input detection circuit proposed in the present invention realizes a high fill factor by a differential signal sensing method using a neighboring cell as a reference cell, compared to a conventional single input method. To improve noise immunity, and to improve FPN due to process variations.

또한, 외부에서 인가하던 바이어스 전압을 인가하지 않아도 되기 때문에 바이어스 전압의 흔들림과 노이즈로 인한 공통 모드 전압의 불안정을 방지할 수 있어 볼로미터의 값을 정확하게 검출할 수 있게 되는 것이다. In addition, since the bias voltage applied from the outside does not need to be applied, it is possible to prevent the instability of the common mode voltage due to the shaking of the bias voltage and the noise, thereby accurately detecting the value of the bolometer.

도 5a는 적분기의 (-) 입력단과 연결된 부분의 차동 입력 방식의 셀 구조도 이며, 도 5b는 적분기의 (+) 입력단과 연결된 부분의 차동 입력 방식의 셀 구조도를 나타낸 것으로 상기 각각의 셀의 구성을 상세히 설명하면, 적분기 즉, 연산 증폭기의 (-) 입력단과 (+) 입력단과 연결된 셀 구조는 도 5a 및 도 5b와 같이 서로 반대로 구성한다. FIG. 5A is a cell structure diagram of a differential input method of a portion connected to a negative input terminal of an integrator, and FIG. 5B is a diagram of a cell structure of a differential input method of a portion connected to a positive input terminal of an integrator. In detail, the integrator, that is, the cell structures connected to the (-) input terminal and the (+) input terminal of the operational amplifier are configured opposite to each other as shown in FIGS. 5A and 5B.

본 발명의 적분기는 신호를 차동으로 입력을 받기 때문에 도면 5a의 셀 출력이 적분기의 (-) 입력단으로 5b의 셀이 적분기의 (+) 입력단으로 들어가게 된다.Since the integrator of the present invention receives a signal differentially, the cell output of FIG. 5A is a negative input terminal of the integrator, and a cell of 5b enters the positive input terminal of the integrator.

이러한 셀 구조는 서로 인접한 측면에 위치하게 되며, 한 쌍씩 연속하여 배열되게 된다. 로우 디코더에 대한 두 개의 스위치는 트랜스미션 게이트 스위치를 의미하며, 이렇게 함으로써 각 셀마다 트랜스미션 게이트를 위한 인버터를 달지 않아도 된다.These cell structures are located on side surfaces adjacent to each other and arranged in pairs in succession. The two switches for the row decoder represent a transmission gate switch, which eliminates the need for an inverter for the transmission gate in each cell.

볼로미터 저항값을 외부에서 보정해주기 위해서 FID라는 신호를 인가하여 기대했던 저항값과 많은 차이를 보일 경우 외부에서 조정이 가능하다. In order to calibrate the bolometer resistance value externally, if you apply a signal called FID and it shows a large difference from the expected resistance value, it can be adjusted externally.

볼로미터는 도 5a에 있어서는 그라운드(gnd)인 VDET와 플로팅된 선(FID) 사이에 도 5b에 있어서는 그라운드(gnd)인 VDET_diff와 플르팅된 선(FID) 사이에 연결된다. 한편, 도 5a 및 도 5b의 INT_bar는 INT 신호의 반전신호이고, RSEL1은 해당 셀의 로우 선택(Row Select) 신호이며, RSEL1_BAR는 RSEL1의 반전신호이다. The bolometer is connected between VDET which is the ground gnd in FIG. 5A and the floated line FID, and VDET_diff which is the ground gnd in FIG. 5B, and the plotted line FID. 5A and 5B are inverted signals of the INT signal, RSEL1 is a row select signal of the corresponding cell, and RSEL1_BAR is an inverted signal of RSEL1.

도 6a는 종래의 단일 입력 방식으로 전체 칩을 구성하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이며, 도 6b는 본 발명의 차동 입력 방식으로 전체 칩을 구성하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 6A illustrates a simulation result of configuring a whole chip using a conventional single input method, and FIG. 6B illustrates a simulation result of configuring a whole chip using a differential input method of the present invention.

도 6a 및 6b는 칩 좌측의 제1 컬럼부터 우측의 제16 컬럼까지 차례로 0℃에서 40℃까지 변한다고 가정하였을 때, 볼로미터가 들어갈 자리에 임의로 저항을 달고 온도에 따른 저항값의 변화를 주어 시뮬레이션하였다. 6A and 6B are simulations by randomly attaching a place where a bolometer enters and giving a change in resistance value according to temperature, assuming that the first column on the left side of the chip is changed from 0 ° C. to 40 ° C. in order. It was.

제1 컬럼에서부터 차례로 저항값을 크게 배치하였을 경우, 출력 값이 계단 모양과 같이 차례로 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 각각의 내부 적분기에서 적분되어지는 모습도 나타내었다. When the resistance values are arranged in order from the first column, it can be seen that the output values are sequentially decreased like a staircase shape, and thus, the integrated values are also integrated in each internal integrator.

시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이 같은 입력에 대해서 단일 입력 방식과 차동 입력 방식의 출력 범위가 넓은 차이를 보이는 것을 알 수 있다. As can be seen from the simulation results, it can be seen that the output range of the single input method and the differential input method has a wide difference for the same input.

즉, 차동 입력 방식이 단일 입력 방식에 비해서 입력이 두 배의 크기로 들어가는 것이 나타났으며, 연산증폭기의 오프셋의 영향이 확연히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 그로 인하여 출력의 상위 레벨 제한을 줄임으로써 전체적인 출력 범위가 커지게 되는 것이다.That is, the differential input method has twice the input size compared to the single input method, and it can be seen that the influence of the offset of the operational amplifier is significantly reduced. This increases the overall output range by reducing the upper level limit of the output.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명에서 제안한 차동 입력 방식의 적외선 신호 검출회로는 큰 필 팩터를 구현하고, 노이즈 이뮤너티를 개선하며, 공정 변화에 기인한 FPN을 개선할 수 있다.  Therefore, the infrared signal detection circuit of the differential input method proposed in the present invention can implement a large fill factor, improve noise immunity, and improve FPN due to process change.

본 발명은 외부에서 인가하던 바이어스 전압을 인가하지 않아도 되며, 이로 인하여, 바이어스 전압의 흔들림과 노이즈로 인한 공통 모드 전압의 불안정을 방지할 수 있어 볼로미터의 값을 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.The present invention does not need to apply the bias voltage applied from the outside, thereby preventing the instability of the common mode voltage due to the shaking of the bias voltage and noise, thereby having the effect of accurately detecting the value of the bolometer.

본 발명은 단일 입력 방식보다 입력 신호의 크기가 2배이며 공통 모드의 잡음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing the noise of the common mode and the size of the input signal is twice the size of the single input method.

본 발명은 칩 전체 크기의 증가를 방지하면서도 에러가 발생하지 않는 검출 회로를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect that it is possible to provide a detection circuit that does not generate an error while preventing an increase in the overall size of the chip.

Claims (14)

적외선 리드 아웃 셀이 매트릭스 형태로 배열된 셀 어레이;A cell array in which infrared read-out cells are arranged in a matrix; 상기 셀 어레이의 로우 어드레스를 제공받아 디코딩하는 로우 디코더;A row decoder receiving and decoding a row address of the cell array; 상기 셀 어레이로부터 출력되는 값을 적분하고 증폭하는 복수의 적분기; 및A plurality of integrators for integrating and amplifying the values output from the cell array; And 상기 복수의 적분기로부터 출력되는 출력값을 디코딩하는 컬럼 디코더를 포함하고,A column decoder for decoding output values output from the plurality of integrators, 상기 적분기는 상기 셀 어레이의 이웃하는 컬럼 어드레스로부터 출력되는 값을 차동으로 입력받는 적외선 신호 검출 회로.And the integrator differentially receives a value output from a neighboring column address of the cell array. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적분기의 (+) 입력단과 (-) 입력단의 각각에 상기 셀 어레이의 컬럼 라인이 연결되어 있는 적외선 신호 검출 회로.And a column line of the cell array is connected to each of the positive input terminal and the negative input terminal of the integrator. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 적분기는 인접한 적분기와 입력단의 극성이 서로 동일한 것끼리 연결되어 하나의 컬럼 라인을 공유하는 적외선 신호 검출 회로.The integrator is connected to the adjacent integrator and the same polarity of the input terminal are connected to each other infrared signal detection circuit sharing a column line. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (+) 입력단은 The positive input terminal is 전원전압(VDD), 적외선 센서, 고정 저항 및 접지(ground)의 순으로 배열한 적외선 리드 아웃 셀이 연결된 적외선 신호 검출 회로.An infrared signal detection circuit connected to an infrared readout cell arranged in the order of power supply voltage (VDD), infrared sensor, fixed resistor, and ground. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 (-) 입력단은 The negative input terminal is 전원전압(VDD), 고정저항, 적외선 센서 및 접지(ground)의 순으로 배열한 적외선 리드 아웃 셀이 연결된 적외선 신호 검출 회로.An infrared signal detection circuit connected to an infrared readout cell arranged in the order of power supply voltage (VDD), fixed resistor, infrared sensor, and ground. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 적분기는 연산 증폭기와 피드백 캐패시터를 포함하는 적외선 신호 검출 회로.The integrator includes an operational amplifier and a feedback capacitor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적외선 리드 아웃 셀은 고정저항과 적외선 센서를 포함하는 적외선 신 호 검출 회로.The infrared lead-out cell is an infrared signal detection circuit comprising a fixed resistor and an infrared sensor. 제 1 항에 있어서.The method of claim 1. 상기 적외선 신호 검출 회로는, 셀 어레이에 연결되어 상기 적분기의 입력단 로딩을 매칭시키는 더미셀을 더 포함하는 적외선 신호 검출 회로.The infrared signal detection circuit further comprises a dummy cell coupled to the cell array for matching the input loading of the integrator. 삭제delete 로우 어드레스에 신호가 인가되는 제1단계;A first step of applying a signal to a row address; 상기 신호가 인가된 상기 로우의 적외선 센서를 선택하는 제2단계;A second step of selecting an infrared sensor of the row to which the signal is applied; 상기 적외선 센서에 의하여 변환된 신호를 적분기에 차동 입력하여 적분 및 증폭하는 제3단계; 및 A third step of integrating and amplifying differentially input the signal converted by the infrared sensor to the integrator; And 상기 적분기를 통해 증폭된 신호를 컬럼 신호에 의해 차례로 출력하는 제4단계A fourth step of sequentially outputting a signal amplified by the integrator by a column signal 를 포함하는 적외선 신호 검출 회로 구동 방법.Infrared signal detection circuit driving method comprising a. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제3단계는, 하나의 컬럼 라인을 통해 출력된 신호를 동일한 극성의 입력단끼리 연결된 두 개의 적분기에 입력하는 적외선 신호 검출 회로 구동 방법.In the third step, an infrared signal detection circuit driving method for inputting a signal output through one column line to two integrators connected to the input terminals of the same polarity. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 입력단 중, (+) 입력단에는 전원전압, 적외선 센서, 고정 저항, 접지(ground)의 순서로 출력된 전압값을 입력하는 적외선 신호 검출 회로 구동 방법.The method of driving an infrared signal detection circuit among the input terminals, inputs a voltage value output in the order of a power supply voltage, an infrared sensor, a fixed resistor, and a ground to a (+) input terminal. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 입력단 중, (-) 입력단에는 전원전압, 고정 저항, 적외선 센서, 접지(ground)의 순서로 출력된 전압값을 입력하는 적외선 신호 검출 회로 구동 방법.Among the input terminals, a negative input terminal inputs a voltage value output in the order of a power supply voltage, a fixed resistance, an infrared sensor, and a ground. 삭제delete
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