KR100906958B1 - Method for converting signal by ADCanalogue-digital converter, and Method for measuring light intensity using it or the method, and ambient light sensor - Google Patents
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Abstract
ADC의 신호 변환 방법과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서가 개시된다. 감지되는 전류를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환 방법에 있어서, (a) 커런트 미러(current mirror) 회로를 이용하여 상기 감지된 전류에 상응하는 전류를 발생시키는 단계; (b) 상기 발생된 전류를 이용하여 커패시터를 충전하는 단계; (c) 상기 커패시터의 전압이 기준전압(VR)이 되면 상기 커패시터를 방전하는 단계; 및 (d) 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 기준시간(PR) 동안 반복 수행하여 상기 커패시터의 방전 횟수를 카운팅하는 단계를 포함하는 신호 변환 방법과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서가 제시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 심플한 구조의 ADC를 제시하여 칩 면적을 줄이고, 응답 속도를 높일 수 있다. Disclosed are a signal conversion method of an ADC, an illuminance measuring method and an illuminance sensor using the same. A signal conversion method for converting a sensed current into a digital signal, comprising: (a) generating a current corresponding to the sensed current using a current mirror circuit; (b) charging the capacitor using the generated current; (c) discharging the capacitor when the voltage of the capacitor becomes a reference voltage (V R ); And (d) repeating steps (a) to (c) for a reference time (P R ) to count the number of discharges of the capacitor. Presented. According to an embodiment of the present invention, by presenting a simple structure of the ADC can reduce the chip area and increase the response speed.
ADC, 커런트 미러 회로, 조도 센서 ADC, Current Mirror Circuit, Ambient Light Sensor
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도 센서의 블록 구성도.1 is a block diagram of an illumination sensor according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조도 센서의 블록 구성도.2 is a block diagram of an illumination sensor according to a second embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도를 측정하는 방법을 도시한 개략적인 흐름도.3 is a schematic flowchart illustrating a method of measuring illuminance according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도 센서의 회로도.4 is a circuit diagram of an illuminance sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도 센서의 디지털 회로 구성도.5 is a digital circuit diagram of an illuminance sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조도 센서의 회로도.6 is a circuit diagram of an illuminance sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조도 센서의 회로도.7 is a circuit diagram of an illuminance sensor according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 커런트 미러 회로의 커패시터의 리셋 횟수와 조도의 세기의 관계를 나타내는 그래프.8 is a graph showing the relationship between the number of resets of the capacitors and the intensity of illuminance of the first current mirror circuit according to the second embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 커런트 미러 회로의 커패시터의 리셋 횟수와 조도의 세기의 관계를 나타내는 그래프.9 is a graph showing the relationship between the number of resets of the capacitors and the intensity of illuminance of the second current mirror circuit according to the second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 번호 및 부호에 대한 설명><Description of Main Numbers and Symbols in Drawings>
100: 광 디텍터부 110: 아날로그 회로부100: optical detector unit 110: analog circuit unit
130: 디지털 회로부 112: 제 1 커런트 미러 회로130: digital circuit portion 112: first current mirror circuit
114: 제 1 커패시터 122: 제 2 커런트 미러 회로114: first capacitor 122: second current mirror circuit
124: 제 2 커패시터 400: 포토 다이오드124: second capacitor 400: photodiode
VR : 기준전압 TR : 기준 트랜지스터V R : reference voltage T R : reference transistor
IR : 포토 다이오드에 흐르는 전류 T1 : 제 1 트랜지스터I R : current flowing through the photodiode T 1 : first transistor
T2 : 제 2 트랜지스터 PR : 기준시간T 2 : second transistor P R : reference time
C1 : 제 1 커패시터 C2 : 제 2 커패시터C 1 : first capacitor C 2 : second capacitor
본 발명은 조도를 측정하는 방법 및 조도 센서에 관한 것으로, 특히 아날로그-디지털 변환기(ADC: analogue-digital converter, 이하에서는 'ADC'로 약칭한다)의 구조를 변경한 조도 측정 방법 및 조도 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
센서란, 인간의 감각기관 구실을 하는 장치를 말하는데, 그 중에서 시각에 해당되는 것이 광 센서이다. 그래서 시각 센서라고도 한다. 광 센서는 사용 용도 또는 광의 파장의 종류 등에 따라 여러 가지로 나눌 수 있다. 특히, 광 센서 중에서 가시광선의 검출을 위한 센서를 조도 센서라고 한다.The sensor refers to a device that acts as a sensory organ of a human, and an optical sensor corresponds to time. It is also called a visual sensor. The optical sensor can be divided into various types according to the use purpose or the kind of wavelength of light. In particular, a sensor for detecting visible light among light sensors is called an illuminance sensor.
구체적으로 조도 센서란 주변 빛의 세기를 감지하여 그 정도를 전기적 신호로 내보내는 장치이다. 특히 빛 중에서 인간이 볼 수 있는 영역인 가시광선 영역에서만 동작하며, 주위의 밝기에 따른 조명기기의 자동 조절, 디스플레이 제품의 자동 휘도 조절, 감시 카메라의 주야 절환 등에 널리 이용된다. In detail, the illuminance sensor is a device that detects the intensity of the ambient light and outputs the degree thereof as an electrical signal. In particular, it operates only in the visible light area, which is visible to humans, and is widely used for automatic adjustment of lighting equipment according to ambient brightness, automatic brightness adjustment of display products, and day and night switching of surveillance cameras.
조도 센서는 광 디텍터(detector)부분, 아날로그 회로부분, 디지털 회로부분으로 크게 3부분으로 나눌 수 있다. The illuminance sensor can be divided into three parts: an optical detector, an analog circuit, and a digital circuit.
광 디텍터는 빛을 감지하는 부분인데 일반적으로 포토 다이오드 타입(Photodiode type)이 쓰인다. 포토 다이오드는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자의 일종으로, 이러한 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 점을 이용하여 광 검출 기능을 수행하도록 한다. The light detector is a part that senses light, and a photodiode type is generally used. The photodiode is a kind of device that converts light energy into electrical energy. The photodiode converts light energy into electrical energy to perform a light detection function.
포토 다이오드에서 광 신호는 전류 신호로 변환되며, 변환된 전류 신호는 ADC 회로에서 디지털 값으로 변환된다. 디지털 회로부분은 인터페이스 부분으로써 변환된 디지털 값을 전송한다. In the photodiode, the optical signal is converted into a current signal, and the converted current signal is converted into a digital value in the ADC circuit. The digital circuit portion transmits the converted digital value as the interface portion.
ADC는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하는 장치로써, 그 종류로는 계수 비교형 ADC, 축차 비교형 ADC(successive approximation ADC), 병렬 비교형 ADC(flash ADC), 적분형 ADC(integrating ADC)등이 있다. ADCs are devices that convert analog signals to digital values.These types include ADCs, successive approximation ADCs, parallel ADCs, and integrated ADCs. have.
계수 비교형 ADC는 내부에서 D/A 컨버터로 발생시킨 전압이 아날로그 입력보다 커질 때까지 비교하는 방식이다. 회로가 비교적 단순하지만 변환시간이 길고 입 력 신호의 크기에 따라 달라지는 단점을 가진다. 입력 신호가 풀 스케일인 경우 변환시간이 가장 길어져서 클락 주기가 필요하게 된다.The coefficient comparison ADC compares the voltage generated by the internal D / A converter until it is larger than the analog input. The circuit is relatively simple, but the conversion time is long and it depends on the size of the input signal. If the input signal is full scale, the conversion time is the longest and requires a clock period.
축차 비교형 ADC(successive approximation ADC)는 SAR(successive approximation register)를 사용하여 최상위 비트로부터 순서대로 하위 비트쪽으로 수정하여 가능 방식이다. 비교적 변환시간이 빠르고 회로도 간단하여 현재 저가형이면서 분해능이 비교적 높은 범용 ADC로 가장 널리 사용되고 있다. A successive approximation ADC (ADC) is a method that can be modified from the most significant bit to the least significant bit using a successive approximation register (SAR). Its relatively fast conversion time and simple circuit make it the most widely used low cost, high resolution, general purpose ADC.
병렬 비교형 ADC(flash ADC)는 아날로그 입력신호를 여러 개의 저항으로 나눈 기준전압과 각각의 비교기로 비교하는 방식을 사용하므로 한 단계에 비교가 완료되어 매우 빠른 변환 시간을 갖는다. 그러나 높은 분해능을 갖게 하려면 정말 저항 회로와 비교기의 수가 많아져 회로가 복잡해지고 가격이 비싸지는 단점이 있다. 이 방식은 가격이 비싸지만 매우 빠른 처리속도가 요구되는 분야에 사용된다.Parallel comparable ADCs (flash ADCs) compare analog input signals with multiple resistors and compare them with each comparator, so the comparison is completed in one step, resulting in very fast conversion times. However, the high resolution has the disadvantage that the number of resistor circuits and comparators is so large that the circuit is complicated and expensive. This method is used for applications that are expensive but require very fast throughput.
적분형 ADC(integrating ADC)는 일정한 시간 동안 아날로그 입력신호를 적분하고 나서 계수기를 리셋한 후에 다시 기준전압을 적분기의 출력이 0이 될 때까지 적분하여 그 시간을 측정하는 방식이다. 이 방식은 일정한 시간 동안 아날로그 입력 신호를 적분하므로, 입력신호의 잡음에 대해서도 안정된 변환특성을 가지지만 2번의 적분 시간 때문에 변환 시간이 늦은 것이 단점이다. 따라서 이 방식은 저속으로 동작하는 시스템에서 많이 사용된다. Integrating ADC (Integrating ADC) is a method of measuring the time by integrating the analog input signal for a certain time, reset the counter, and then integrate the reference voltage until the output of the integrator becomes zero. This method integrates the analog input signal for a certain period of time, and thus has a stable conversion characteristic against noise of the input signal, but has a disadvantage in that the conversion time is slow due to two integration times. Therefore, this method is often used in low speed systems.
종래에는 조도 센서에 사용되는 ADC 타입은 상술한 ADC중에 적분형 ADC 타입이었다. 적분형 ADC 타입은 기준전압이 될 때까지 비교기에서 비교하며 클락수를 카운트하여 디지털 값으로 변환시키는 것이다. Conventionally, the ADC type used for the illuminance sensor was an integrated ADC type among the above-mentioned ADCs. Integral ADC type compares in comparator until it reaches the reference voltage and counts the number of clocks and converts them into digital value.
그러나 종래의 적분형 ADC 에서는 조도센서의 공통 최소 주기인 100ms 동안 값을 유지하기 위해서 컨버젼 시간이 커지면 저항값과 커패시터값이 커지게 되며, 칩 면적이 커지게 된다. 따라서 칩 면적을 줄이려면 높은 면저항 층이 필요하게 되고, 높은 면저항 층을 사용한다고 하여도, 공정 오차가 크다.However, in the conventional integrated ADC, in order to maintain the value for 100 ms, which is a common minimum period of the illumination sensor, as the conversion time increases, the resistance value and the capacitor value increase, and the chip area increases. Therefore, in order to reduce the chip area, a high sheet resistance layer is required, and even if a high sheet resistance layer is used, the process error is large.
또한, 적분형 ADC는 2번의 적분 시간 때문에 변환 시간이 늦어진다. 예를 들어, 100ms의 컨버젼 타임의 경우 (integrating time 100ms + deintegrating time 100ms + auto zero time 200ms) = 400ms 의 시간이 소요되므로 동작 속도가 느려지게 된다는 단점이 있었다.In addition, the integrated ADC has a slow conversion time due to two integration times. For example, the conversion time of 100ms (integrating time 100ms + deintegrating time 100ms + auto zero time 200ms) = 400ms takes a disadvantage that the operating speed is slow.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 ADC의 구조를 변경한 ADC의 신호 변환 방법과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서를 제시한다.The present invention proposes a signal conversion method of the ADC, the illumination measurement method and the illumination sensor using the same to change the structure of the ADC to solve the above problems.
또한, 본 발명은 기존의 적분형 ADC를 사용한 경우 커패시터 값이 지나치게 커져 칩의 면적이 커지는 단점이 있기 때문에, 적분형 ADC 대신에 심플한 구조의 ADC를 제시하여, 칩 면적을 줄일 수 있게 하는 ADC의 신호 변환 방법과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서를 제시한다. In addition, the present invention has a disadvantage in that the area of the chip is increased because the capacitor value is too large in the case of using the existing integrated ADC, the ADC of the ADC that can reduce the chip area by presenting a simple structure of the ADC instead of the integrated ADC We present a signal conversion method, an illuminance measurement method, and an illuminance sensor using the same.
또한, 본 발명은 기존의 적분형 ADC를 사용한 경우 응답속도가 느려지게 되는 단점을 극복하기 위하여, 적분형 ADC 대신에 심플한 구조의 ADC를 제시하여 응답 속도를 높일 수 있게 하는 ADC의 신호 변환 방법과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서를 제시한다.In addition, the present invention provides a signal conversion method of the ADC to increase the response speed by presenting a simple structure of the ADC instead of the integral ADC in order to overcome the disadvantage that the response speed is slow when using the conventional integrated ADC; An illuminance measuring method and an illuminance sensor using the same are presented.
본 발명이 제시하는 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems presented by the present invention will be easily understood through the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, ADC의 신호 변환 방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, there is provided a signal conversion method of the ADC.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 감지되는 전류를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환 방법에 있어서, (a) 커런트 미러(current mirror) 회로를 이용하여 상기 감지된 전류에 상응하는 전류를 발생시키는 단계; (b) 상기 발생된 전류를 이용하여 커패시터를 충전하는 단계; (c) 상기 커패시터의 전압이 기준전압(VR)이 되면 상기 커패시터를 방전하는 단계; 및 (d) 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 기준시간(PR) 동안 반복 수행하여 상기 커패시터의 방전 횟수를 카운팅하는 단계를 포함하는 신호 변환 방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, in a signal conversion method for converting a sensed current into a digital signal, (a) generating a current corresponding to the sensed current using a current mirror circuit; ; (b) charging the capacitor using the generated current; (c) discharging the capacitor when the voltage of the capacitor becomes a reference voltage (V R ); And (d) repeating steps (a) to (c) for a reference time (P R ) to count the number of discharges of the capacitor.
또한, 상기 (d) 단계의 상기 기준시간(PR)은 100ms인 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, a signal conversion method is provided in which the reference time P R of step (d) is 100 ms.
또한, 전류값은 광소자에 의해서 감지된 전류값인 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, a signal conversion method is provided in which the current value is a current value sensed by the optical element.
또한, 상기 광소자는 광전관(photoelectric tube), 광도전셀(photoelectric cell), 광기전력셀(photovoltaic cell), 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 트랜지스터(photo transistor) 중 어느 하나의 소자인 신호 변환 방법이 제공된다. In addition, the optical device is a signal conversion method of any one of a photoelectric tube, a photoelectric cell, a photovoltaic cell, a photodiode and a photo transistor. Is provided.
또한, 상기 커런트 미러(current mirror) 회로는 복수개인 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, the current mirror circuit is provided with a plurality of signal conversion method.
또한, 상기 복수개의 커런트 미러 회로는 면적이 상이한 트랜지스터를 가지는 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, the plurality of current mirror circuits are provided with a signal conversion method having transistors having different areas.
또한, 상기 커런트 미러 회로의 개수는 2개이며, 제 1 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T1) W(폭)/L(길이)이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L과 동일한 1:1 커런트 미러 회로고, 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/N배인 N:1 커런트 미러 회로인 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, the number of the current mirror circuits is two, and the first current mirror circuit has a 1: 1 current in which the transistor T 1 W (width) / L (length) is equal to the W / L of the reference transistor T R. A mirror circuit, and the second current mirror circuit is provided with a signal conversion method wherein the transistor T 2 W / L is an N: 1 current mirror circuit in which 1 / N times the W / L of the reference transistor T R.
또한, 상기 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/32배인 32:1 커런트 미러 회로인 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, the second current mirror circuit is provided with a signal conversion method in which the transistor T 2 W / L is a 32: 1 current mirror circuit in which 1/3 W times L / W of the reference transistor T R.
또한, 상기 (c)단계는 상기 커패시터에 연결된 비교기에서 상기 커패시터의 전압이 기준전압(VR)인지 여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 신호 변환 방법이 제공된다.In addition, the step (c) is provided with a signal conversion method characterized in that it is determined whether the voltage of the capacitor is a reference voltage (V R ) in the comparator connected to the capacitor.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 조도 센서의 조도 측정 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a method of measuring illuminance of an illuminance sensor is provided.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 조도를 측정하는 방법에 있어서, (a) 감지된 빛을 전기 에너지로 변환하여 전류를 생성하는 단계; (b) 커런트 미러(current mirror) 회로를 이용하여 상기 생성된 전류에 상응하는 전류를 발생시 키는 단계; (c) 상기 발생된 전류를 이용하여 커패시터를 충전하는 단계; (d) 상기 커패시터의 전압이 기준전압(VR)이 되면 상기 커패시터를 방전하는 단계; 및 (e) 상기 (b) 단계 내지 (d) 단계를 기준시간(PR) 동안 반복 수행하여 상기 커패시터의 방전 횟수를 카운팅하는 단계; 및 (f) 상기 카운팅된 커패시터의 방전 횟수를 이용하여 상기 감지된 빛의 조도를 측정하는 단계를 포함하는 조도 측정 방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring illuminance, comprising: (a) generating a current by converting a sensed light into electrical energy; (b) generating a current corresponding to the generated current using a current mirror circuit; (c) charging the capacitor using the generated current; (d) discharging the capacitor when the voltage of the capacitor becomes a reference voltage (V R ); And (e) repeating steps (b) to (d) for a reference time (P R ) to count the number of discharges of the capacitor; And (f) measuring the illuminance of the sensed light using the number of discharges of the counted capacitor.
또한, 상기 (d) 단계의 상기 기준시간(PR)은 100ms인 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.In addition, the illumination time measurement method using the signal conversion method of the reference time (P R ) of the step (d) is 100ms is provided.
또한, 상기 전류값은 광소자에 의해서 감지된 전류값인 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.In addition, there is provided a method of measuring illuminance using a signal conversion method wherein the current value is a current value sensed by an optical element.
또한, 상기 광소자는 광전관(photoelectric tube), 광도전셀(photoelectric cell), 광기전력셀(photovoltaic cell), 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 트랜지스터(photo transistor) 중 어느 하나의 소자인 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.In addition, the optical device is a signal conversion method of any one of a photoelectric tube, a photoelectric cell, a photovoltaic cell, a photodiode and a photo transistor. The illuminance measuring method used is provided.
또한, 상기 커런트 미러(current mirror) 회로는 복수개인 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.In addition, the current mirror circuit is provided with a method of measuring illuminance using a plurality of signal conversion methods.
또한, 상기 복수개의 커런트 미러 회로는 면적이 상이한 트랜지스터를 가지는 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.In addition, the plurality of current mirror circuits are provided with an illuminance measuring method using a signal conversion method having transistors having different areas.
또한, 상기 커런트 미러 회로의 개수는 2개이며, 제 1 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T1) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L과 동일한 1:1 커런트 미러 회로고, 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/N배인 N:1 커런트 미러 회로인 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.The number of the current mirror circuits is two, and the first current mirror circuit is a 1: 1 current mirror circuit in which the transistor T 1 W / L is the same as the W / L of the reference transistor T R , and the second current mirror circuit is the second current mirror circuit. The current mirror circuit is provided with an illuminance measuring method using a signal conversion method in which the transistor T 2 W / L is an N: 1 current mirror circuit having 1 / N times the W / L of the reference transistor T R.
또한, 상기 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/32배인 32:1 커런트 미러 회로인 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제시된다.In addition, the second current mirror circuit is an illuminance measuring method using a signal conversion method, which is a 32: 1 current mirror circuit in which the transistor T 2 W / L is 1/32 times the W / L of the reference transistor T R. do.
또한, 상기 (c)단계는 상기 커패시터에 연결된 비교기에서 상기 커패시터의 전압이 기준전압(VR)인지 여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 신호 변환 방법을 이용한 조도 측정 방법이 제공된다.Also, in the step (c), it is determined whether the voltage of the capacitor is a reference voltage V R in the comparator connected to the capacitor, and the illuminance measuring method using the signal conversion method is provided.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC가 제공된다.According to another aspect of the present invention, an ADC for converting an analog signal into a digital signal is provided.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 감지되는 전류를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analogue-digital converter)에 있어서, 커런트 미러(current mirror) 현상을 이용하여, 상기 감지된 전류에 상응하는 전류가 발생되는 커런트 미러 회로; 상기 커런트 미러 회로에 연결되고, 기준전압(VR)이 될 때까지 전하가 충전되고, 상기 기준전압(VR)이 되면 방전되며, 기준시간(PR) 동안 상기 전하의 충전과 방 전을 반복 수행하는 커패시터; 및 상기 커패시터의 충전과 방전이 반복되는 횟수를 카운팅하는 디지털 회로부를 포함하는 ADC가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, in an analog-digital converter (ADC) for converting a sensed current into a digital signal, a current corresponding to the sensed current is generated using a current mirror phenomenon. A current mirror circuit; Coupled to the current mirror circuit, a reference voltage (V R) filled and discharged of the charge while the charge is being charged until, is discharged when the reference voltage (V R), the reference time (P R) A capacitor to repeat; And a digital circuit unit for counting the number of times the charging and discharging of the capacitor is repeated.
또한, 상기 커패시터에 연결되고, 커패시터의 전압이 기준전압(VR)인지 여부를 판단하는 비교기를 더 포함하는 ADC가 제공된다.In addition, an ADC is provided that is connected to the capacitor and further comprises a comparator for determining whether the voltage of the capacitor is a reference voltage (V R ).
또한, 상기 커런트 미러 회로는 복수개인 ADC가 제공된다.In addition, the current mirror circuit is provided with a plurality of ADC.
또한, 상기 복수개의 커런트 미러 회로는 면적이 상이한 트랜지스터를 가지는 ADC가 제공된다.In addition, the plurality of current mirror circuits are provided with an ADC having transistors having different areas.
또한, 상기 커런트 미러 회로의 개수는 2개이며, 제 1 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T1) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L과 동일한 1:1 커런트 미러 회로고, 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/N배인 N:1 커런트 미러 회로인 ADC가 제공된다.The number of the current mirror circuits is two, and the first current mirror circuit is a 1: 1 current mirror circuit in which the transistor T 1 W / L is the same as the W / L of the reference transistor T R , and the second current mirror circuit is the second current mirror circuit. The current mirror circuit is provided with an ADC which is an N: 1 current mirror circuit in which the transistor T 2 W / L is 1 / N times the W / L of the reference transistor T R.
또한, 상기 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/32배인 32:1 커런트 미러 회로인 ADC가 제공된다.In addition, the second current mirror circuit is provided with an ADC which is a 32: 1 current mirror circuit in which the transistor T 2 W / L is 1/32 times the W / L of the reference transistor T R.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 조도 센서가 제공된다.According to another aspect of the invention, an illuminance sensor is provided.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광 소자; 커런트 미러(current mirror) 현상을 이용하여, 상기 광 소자에 흐르는 전류에 상응하는 전류가 발생되는 커런트 미러 회로; 상기 커런트 미러 회로에 연결되고, 기준전압(VR)이 될 때까지 전하가 충전되고, 상기 기준전압(VR)이 되면 방전되며, 기준시간(PR) 동안 상기 전하의 충전과 방전을 반복 수행하는 커패시터; 및 상기 커패시터의 충전과 방전이 반복되는 횟수를 카운팅하는 디지털 회로부를 포함하는 조도 센서가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, an optical device for converting light energy into electrical energy; A current mirror circuit in which a current corresponding to a current flowing in the optical device is generated using a current mirror phenomenon; Coupled to the current mirror circuit, and the electrical charge until the reference voltage (V R) is charged, and discharge when the reference voltage (V R), based on repetition of charge and discharge of the electric charges during the time (P R) A capacitor to perform; And a digital circuit unit that counts the number of times the charging and discharging of the capacitor is repeated.
또한, 상기 광소자는 광전관(photoelectric tube), 광도전셀(photoelectric cell), 광기전력셀(photovoltaic cell), 포토 다이오드(photodiode) 및 포토 트랜지스터(phototransistor) 중 어느 하나의 소자인 조도 센서가 제공된다.In addition, the optical device is provided with an illumination sensor, which is any one of a photoelectric tube, a photoelectric cell, a photovoltaic cell, a photodiode, and a phototransistor.
또한, 상기 커패시터에 연결되고, 커패시터의 전압이 기준전압(VR)인지 여부를 판단하는 비교기를 더 포함하는 조도 센서가 제공된다.In addition, there is provided an illuminance sensor connected to the capacitor, further comprising a comparator for determining whether the voltage of the capacitor is a reference voltage (V R ).
또한, 상기 커런트 미러 회로는 복수개인 조도 센서가 제공된다.In addition, the current mirror circuit is provided with a plurality of illuminance sensors.
또한, 상기 복수개의 커런트 미러 회로는 W/L 이 상이한 트랜지스터를 가지는 조도 센서가 제공된다.In addition, the plurality of current mirror circuits are provided with an illuminance sensor having transistors having different W / L.
또한, 상기 커런트 미러 회로의 개수는 2개이며, 제 1 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T1) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L과 동일한 1:1 커런트 미러 회로고, 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/N배인 N:1 커런트 미러 회로인 조도 센서가 제공된다.The number of the current mirror circuits is two, and the first current mirror circuit is a 1: 1 current mirror circuit in which the transistor T 1 W / L is the same as the W / L of the reference transistor T R , and the second current mirror circuit is the second current mirror circuit. The current mirror circuit is provided with an illuminance sensor in which the transistor T 2 W / L is an N: 1 current mirror circuit with 1 / N times the W / L of the reference transistor T R.
또한, 상기 제 2 커런트 미러 회로는 트랜지스터(T2) W/L이 기준 트랜지스터(TR)의 W/L의 1/32배인 32:1 커런트 미러 회로인 조도 센서가 제공된다.In addition, the second current mirror circuit is provided with an illuminance sensor which is a 32: 1 current mirror circuit in which the transistor T 2 W / L is 1/32 times the W / L of the reference transistor T R.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 조도를 측정하는 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a recording medium having recorded thereon a program for measuring roughness.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 조도 측정 방법이 구현되도록 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의; 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서, (a) 감지된 빛을 전기 에너지로 변환하여 전류를 생성하는 단계; (b) 커런트 미러(current mirror) 회로를 이용하여 상기 생성된 전류에 상응하는 전류를 발생시키는 단계; (c) 상기 발생된 전류를 이용하여 커패시터를 충전하는 단계; (d) 상기 커패시터의 전압이 기준전압(VR)이 되면 상기 커패시터를 방전하는 단계; (e) 상기 (b) 단계 내지 (d) 단계를 기준시간(PR) 동안 반복 수행하여 상기 커패시터의 방전 횟수를 카운팅하는 단계; 및 (f) 상기 카운팅된 커패시터의 방전 횟수를 이용하여 상기 감지된 빛의 조도를 측정하는 단계를 포함하는 조도 측정 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided an apparatus comprising: instructions of instructions executable by a digital processing apparatus to implement a method of illuminance measurement; A recording medium on which a program is tangibly embodied, the program being readable by the digital processing apparatus, comprising: (a) generating a current by converting the sensed light into electrical energy; (b) generating a current corresponding to the generated current using a current mirror circuit; (c) charging the capacitor using the generated current; (d) discharging the capacitor when the voltage of the capacitor becomes a reference voltage (V R ); (e) repeating steps (b) to (d) for a reference time (P R ) to count the number of discharges of the capacitor; And (f) measuring the illuminance of the sensed light by using the number of discharges of the counted capacitor. The recording medium is provided with a program for implementing the illuminance measuring method.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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 것 으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same reference numerals and duplicate description thereof will be omitted. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도 센서의 블록 구성도이다. 1 is a block diagram of an illumination sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 살펴보면, 조도 센서는 광 디텍터(detector)부(100), 커런트 미러(current mirror)회로(112)와 커패시터(capacitor)(114) 및 비교기(comparator)(116)를 포함하는 아날로그 회로부(110), 디지털 회로부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an illuminance sensor includes an analog circuit unit including an
광 디텍터부(100)는 빛을 감지하는 부분이며, 일반적으로 포토 다이오드를 사용한다. 포토 다이오드는 동작 영역이 역바이어스 영역으로 제한되는 반도체 PN 접합소자이다. 포토 다이오드의 역포화 전류는 열적으로 발생된 소수 캐리어에 의한 것이기 때문에 보통 몇 암페어로 제한되어 있으나 접합면에 빛을 가하면 광에너지에 의하여 소수 캐리어가 증가하여 전류가 증가한다. The
포토 다이오드는 포토 트랜지스터와 비교하여 광 감도가 낮다는 단점이 있으나, 입사광량과 출력전류의 직선성이 양호하고, 응답속도가 빠르며, 출력의 분산이 적고 주위 온도의 변화에 따른 출력변동이 적다는 등의 장점이 있다.Photodiode has the disadvantage of low light sensitivity compared to phototransistor, but has good linearity of incident light quantity and output current, fast response speed, low output dispersion and low output fluctuation due to changes in ambient temperature. There is such an advantage.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 광 디텍터로 상술한 포토 다이오드를 사용하였으나, 빛을 감지하여 전류를 발생시키는 기능을 하는 광 소자라면 포토 다이오드 외 어느 것이라도 사용할 수 있음은 자명하다.In the present invention, the above-described photodiode is used as an optical detector for convenience of description, but any optical device having a function of sensing current by detecting light may be used.
예를 들어, 광전관(photoelectric tube), 광도전셀(photoelectric cell), 광기전력셀(photovoltaic cell), 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 트랜지스터(photo transistor) 등이 될 수 있다.For example, it may be a photoelectric tube, a photoelectric cell, a photovoltaic cell, a photo diode, a photo transistor, or the like.
각각의 광 소자의 구성과 기능에 대해서는 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하며, 본 발명에서 사용되는 광 소자는 상기 열거된 바에 한정되지 않는다.The construction and function of each optical element is apparent to those skilled in the art, and the optical element used in the present invention is not limited to those listed above.
아날로그 회로부(110)는 커런트 미러 회로(112), 커패시터(114) 및 비교기(116)를 포함한다. The
본 발명에서 커런트 미러 회로(112)는 커런트 미러 현상을 이용하는 회로로 정의되고, 커런트 미러 회로(112)는 포토 다이오드와 MOS 트랜지스터를 사용하여 구성된다.In the present invention, the
커런트 미러 현상이란 마주보는 두개 이상의 트랜지스터 중 구동하는 트랜지스터의 Source/Drain 간 전압과 구동되는 트랜지스터의 Source/Drain 전압이 근사하면 양 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류의 값은 두 트랜지스터의 폭(Width) / 길이(L)과의 비례관례를 갖는 현상을 의미합니다. 이는 도 4 내지 도7의 회로도를 통해 구체적으로 설명하도록 한다.Current mirror phenomenon means that when the source / drain voltage of the driving transistor and the source / drain voltage of the driving transistor are close to each other, the value of the current flowing through both transistors is equal to the width / length of the two transistors. It means a phenomenon having a proportionality with L). This will be described in detail with reference to the circuit diagrams of FIGS. 4 to 7.
커패시터(114)는 두개의 도체판을 절연물질을 중간에 두고 맞대어 놓은 구조물이다. 본 발명에서 포도 다이오드에 의한 전류가 커런트 미러 회로(112)를 통해 동일하게 흐르고, 커런트 미러 회로(112)에 연결되어 있는 커패시터(114)에는 전하가 충전된다.The
비교기(116)는 두 개의 입력 전압의 관계가 크거나 작을 때 두 가지 상태중의하나가 출력에 나타나는 연산 증폭기이다. 비교기(116)는 커패시터(114)의 전압이 미리 설정된 전압(이하 '기준전압(VR)'이라고 한다)인지 여부를 판단하는 기능을 한다.
디지털 회로부(130)는 인터페이스 부분으로써, 아날로그 신호가 디지털 신호값으로 변환된 값을 전송하는 기능을 한다.The
본 발명의 개략적인 흐름은 다음과 같다.The schematic flow of the present invention is as follows.
광 디텍터부(100)에서 감지된 전류에 상응하며 커런트 미러 회로(112)에 전류가 흐르고, 커런트 미러 회로(112)에 흐르는 전류는 커런트 미러 회로(112)와 결합한 커패시터(114)를 충전시킨다.The current flows in the
커런트 미러 회로(112)에 흐르는 전류는 커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)이 될 때까지 커패시터(114)에 전하를 충전한다. 비교기(116)는 커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)이 되었는지 여부를 판단한다. 커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)에 도달하면, 커패시터(114)는 순간적으로 방전된다. 커패시터(114)의 충전과 방전은 미리 설정된 시간(이하 '기준시간(PR)'이라고 한다)동안 반복된다.The current flowing through the
디지털 회로부(130)는 커패시터(114)가 충전과 방전을 반복한 횟수, 즉 커패시터의 리셋 횟수를 카운팅하여 아날로그 신호가 디지털 신호값으로 변환된 값을 전송한다. The
여기서 커패시터의 리셋 횟수는 회로에 리셋 신호가 인가되어 커패시터가 방전된 횟수와 동일하므로, 이하 '리셋 횟수' 와 '방전 횟수'는 동일한 의미로 사용한다. Here, the number of resets of the capacitor is the same as the number of times the capacitor is discharged due to the reset signal is applied to the circuit, so "reset number" and "discharge number" are used in the same sense.
본 발명에서는 상술한 방법으로 광 디텍터부(100)에 흐르는 전류를 디지털 신호로 변환하는 방법을 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서를 제공한다.The present invention provides an illuminance measuring method and an illuminance sensor using a method of converting a current flowing in the
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조도 센서의 블록 구성도이다. 2 is a block diagram of an illumination sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 살펴보면, 도 1의 블록 구성도가 약간 변형된 형태로 커런트 미러 회로를 2개 포함한다.Referring to FIG. 2, the block diagram of FIG. 1 is slightly modified to include two current mirror circuits.
즉, 광 디텍터부(100)와 제 1 커런트 미러 회로(112), 제 1 커패시터(114), 제 1 비교기(116), 제 2 커런트 미러 회로(122), 제 2 커패시터(124), 제 2 비교기(126)를 포함하는 아날로그 회로부(120)와 디지털 회로부(130)를 포함한다.That is, the
도 2는 커런트 미러 회로(112, 122)를 2개 포함한 경우의 블록 구성도인데, 여기서 제 1 커런트 미러 회로(112)에는 포토 다이오드에 흐르는 전류와 동일한 전류가 흐르게 되나, 제 2 커런트 미러 회로(122)에는 포토 다이오드에 흐른 전류와 상이한 전류가 흐른다. 각각의 커런트 미러 회로(112, 122)에 흐르는 전류의 비율은 트랜지스터의 면적 비율로 조절할 수 있음은 당업자에게 자명한바 설명을 생략한다.FIG. 2 is a block diagram of a case in which two
커런트 미러를 2개 포함하는 본 발명의 제 2 실시예의 개략적인 흐름은 다음과 같다.A schematic flow of a second embodiment of the present invention including two current mirrors is as follows.
광 디텍터부(100)에서 감지된 전류에 상응하며 각각의 커런트 미러 회로(112, 122)에 전류가 흐르고, 각각의 커런트 미러 회로(112, 122)에 흐르는 전류는 각각의 커런트 미러 회로(112, 122)와 결합한 각각의 커패시터(114, 124)를 충전시킨다.The current flows through the
여기서 각각의 커런트 미러 회로(112, 122)에 흐르는 전류는 커런트 미러 회로(112, 122)에 포함된 트랜지스터의 W/L의 비와 같으며, 트랜지스터의 W/L비에 대응하여 상이한 전류가 흐르게 된다.The current flowing through each of the
본 발명에서는 제 2 커런트 미러 회로(122)에 포함된 트랜지스터의 W/L을 1/N배로 구성하여, 광 디텍터부(100)에 흐르는 전류에 상응하여 제 2 커런트 미러 회로(122)에 1/N배의 전류가 흐르도록 구성하였다.In the present invention, the W / L of the transistor included in the second
커런트 미러 회로(112, 122)에 흐르는 전류는 커패시터(114, 124)의 전압이 기준전압(VR)이 될 때까지 각각의 커패시터(114, 124)에 전하를 충전한다. 각각의 비교기(116)는 커패시터(114, 124)의 전압이 기준전압(VR)이 되었는지 여부를 판단한다. 각각의 커패시터(114, 124)의 전압이 기준전압(VR)에 도달하면, 각각의 커패시터(114, 124)는 순간적으로 방전된다. 커패시터(114, 124)의 충전과 방전은 기준시간(PR) 동안 반복된다.The current flowing through the
각각의 커런트 미러 회로(112, 122)의 리셋 횟수는 레지스터(register)에 동시에 저장이 되며, 미리 정해진 로직을 통하여, 저조도 에서는 제 1커런트 미러 회로(112)의 조도 값이 출력되고, 고조도 에서는 제 2 커런트 미러 회로(122)의 조도 값이 출력되도록 한다.The number of resets of each
도 1과 달리 커런트 미러 회로(112, 122)를 2개 포함하는 이유는 강한 빛이 조사되는 경우 리셋 횟수가 증가하여 오차가 생길 가능성이 높기 때문에, 고조도를 측정할 경우 리셋 횟수를 줄이기 위한 방법이다.The reason for including two
예를 들어, 리셋 신호의 클락 주기가 30ns인 경우, 30ns 동안은 스위치가 닫혀있어야 커패시터에 있던 전하가 모두 방전된다. 만약 65536Lux를 측정하기 위해서는 65536번의 리셋을 해야 되고, 이 경우 30ns * 65536 = 1966080ns(약 2ms)되어 리셋 손실이 발생하고, 온도나 구동 전압 등의 오차가 더해지게 되면 그 값이 커지게 되며, 최대 65536번의 충전과 방전을 반복하게 될 경우 전력소모도 증가하게 된다.For example, if the clock cycle of the reset signal is 30ns, the switch must be closed for 30ns to discharge all the charge in the capacitor. If you want to measure 65536Lux, you have to reset 65536 times. In this case, 30ns * 65536 = 1966080ns (about 2ms) and reset loss occurs. Repeated charging and discharging 65536 times will also increase power consumption.
따라서 복수개의 커런트 미러 회로(112, 122)를 사용하여, 저조도에서는 제 1커런트 미러 회로(112)의 조도 값이 출력되고, 고조도에서는 제 2 커런트 미러 회로(122)의 조도 값이 출력되게 하여 조도 측정의 오차를 줄일 수 있다.Therefore, by using the plurality of
이러한 이유로 커런트 미러 회로(112, 122)가 복수개 사용될 수 있음은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 이는 이하 도 8 및 도 9에서 구체적으로 설명하도록 한다.For this reason, it is apparent to those skilled in the art that a plurality of
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도를 측정하는 방법을 도시한 개략적인 흐름도이다.3 is a schematic flowchart illustrating a method of measuring illuminance according to a first embodiment of the present invention.
도 3을 살펴보면, 포토 다이오드의 PN접합이 광에 노출되어 역 방향의 전류를 발생시키는 것으로부터 본 발명이 개시된다(S300). Referring to Figure 3, the present invention is disclosed from the PN junction of the photodiode is exposed to light to generate a reverse current (S300).
포토 다이오드에 발생한 전류는 커런트 미러 현상을 이용하여 커런트 미러 회로(112)에 동일하게 흐르게 된다. 커런트 미러 회로(112)에 흐르는 전류는 커런트 미러 회로(112)와 결합한 커패시터(114)를 충전시킨다. 커패시터(114)가 충전됨에 따라 커패시터(114)의 전압은 상승하게 되며, 커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)이 될 때까지 커패시터(114)에 전하가 충전된다(S302).Current generated in the photodiode is equally flowed to the
비교기(116)는 커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)이 되었는지 여부를 판단한다. 즉, 비교기(116)는 커패시터(114)의 전압과 기준전압(VR)을 비교하여 보다 낮은 전압을 출력함으로써, 비교기(116)에서 기준전압(VR)이 출력될 경우 커패시 터(114)의 전압이 기준전압(VR)에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)에 도달하지 못한 경우에는 커패시터(114)에 전하가 충전되고, 기준전압(VR)에 도달한 경우에는 회로에 리셋 신호가 인가된다(S304). The
커패시터(114)의 전압이 기준전압(VR)에 도달하여 회로에 리셋 신호가 인가되는 경우, 커패시터(114)는 순간적으로 방전된다(S306).When the voltage of the
커패시터(114)의 충전과 방전은 기준시간(PR) 동안 반복된다. 여기서 기준시간(PR)은 빛의 진동수에 따라 정해질 수 있다. The charging and discharging of the
예를 들어, 형광등의 진동수가 50Hz 또는 60Hz인 경우를 가정한다. i) 진동수가 50Hz인 경우는 1초 동안 50번 진동한다(1000ms/50=20ms)는 의미이므로, 20ms 주기로 진동한다는 의미이다. ii) 진동수가 60Hz인 경우는 1초 동안 60번 진동한다(1000ms/60=16.6ms)는 의미이므로, 16.6ms 주기로 진동한다는 의미이다. 따라서 두 주기의 최소 정수 주기를 구하면, 100ms가 된다. For example, assume that the frequency of the fluorescent lamp is 50 Hz or 60 Hz. i) If the frequency is 50Hz, it means that it oscillates 50 times for 1 second (1000ms / 50 = 20ms), which means that it oscillates at a 20ms period. ii) If the frequency is 60Hz, it means that it vibrates 60 times for 1 second (1000ms / 60 = 16.6ms), which means that it vibrates every 16.6ms. Therefore, if you find the minimum integer period of two cycles, it is 100ms.
이와 같이 정해진 기준시간(PR)에 도달할 때까지 커패시터(114)는 충전과 방전을 반복한다(S308).Thus, the
기준시간(PR)에 도달한 경우에는 커패시터(114)가 충전과 방전을 반복한 횟수, 즉 커패시터(114)의 방전 횟수를 통하여 아날로그 신호는 디지털 값으로 변환된다(S310).When the reference time P R is reached, the analog signal is converted into a digital value through the number of times the
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도 센서의 회로도이다. 통상적으로, 본 발명의 회로에 사용되는 모든 트랜지스터는 MOS 트랜지스터로 구성되고, 다이오드는 포토 다이오드를 사용하여 설명하도록 한다.4 is a circuit diagram of an illuminance sensor according to a first embodiment of the present invention. Typically, all transistors used in the circuit of the present invention are composed of MOS transistors, and diodes will be described using photodiodes.
도 4의 회로도는 포토 다이오드(400)와 포토 다이오드(400)에 연결된 제 1 커런트 미러 회로(112), 제 1 커런트 미러 회로(112)에 연결된 제 1 커패시터(C1) 및 비교기(116)를 포함한다.4 illustrates a first
제 1 커런트 미러 회로(112)는 기준 트랜지스터(TR)와 제 1 트랜지스터(T1)를 포함하여 구성되나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 커런트 미러 회로(112)는 기준 트랜지스터(TR)를 제외한 제 1 트랜지스터(T1)가 포함된 단을 칭한다. 여기서 기준 트랜지스터(TR)와 제 1 트랜지스터(T1)의 W/L은 동일하다.The first
도 4의 회로에 빛이 조사되면, 포토 다이오드(400)는 빛을 감지하여 역방향의 전류(IR)를 흐르게 한다. 포토 다이오드(400)에서 발생한 전류는 기준 트랜지스터(TR)와 동일한 W/L을 가지는 제 1트랜지스터(T1)가 포함된 제 1 커런트 미러 회로(112)에 동일한 전류(IR)를 흐르게 한다. When light is irradiated to the circuit of FIG. 4, the
제 1 커런트 미러 회로(112)에 연결된 커패시터(C1)에는 기준전압(VR)이 될 때까지 전하를 충전되며, 비교기를 통해 제 1 커패시터(C1) 의 전압이 기준전압(VR)에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다. The capacitor connected to the first current mirror circuit (112) (C 1), the reference voltage (V R) and to charge the electric charges until the first capacitor (C 1) the reference voltage (V R) voltage via the comparator It can be determined whether or not reached.
기준전압(VR)에 도달한 경우는 회로에 리셋 신호가 인가되고, 제 1 커패시터(C1)는 충전과 방전을 반복 수행한다. 본 발명은 제 1 커패시터(C1)의 방전 횟수를 카운팅하여 포토 다이오드(400)에 흐른 아날로그 전류값을 디지털 값으로 변환한다.When the reference voltage V R is reached, a reset signal is applied to the circuit, and the first capacitor C 1 repeatedly performs charging and discharging. The present invention converts the analog current value flowing through the
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조도 센서의 디지털 회로 구성도이다. 기준전압(VR)을 가지는 외부 회로는 별도로 구비되며, 이 회로는 1.2V의 전압을 유지하며 온도나 구동전압에 의해 영향을 적게 받는 회로로 구성된다. 5 is a block diagram illustrating a digital circuit of the illuminance sensor according to the first embodiment of the present invention. An external circuit having a reference voltage (V R ) is provided separately. The circuit maintains a voltage of 1.2 V and is composed of a circuit less affected by temperature or driving voltage.
커패시터에 충전이 되기 시작하여 기준전압(VR)에 도달하면 비교기(116)는 커패시터의 전압과 기준전압(VR)을 비교하면서 신호를 내보낸다. 컨트롤 로직(500)에서는 비교기(116)에서 수신한 신호를 분석하고, 커패시터를 리셋하라는 신호를 내보내게 된다. 동시에 카운터(510)에서 리셋 횟수를 카운팅한다. When the capacitor starts to charge and reaches the reference voltage V R , the
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조도 센서의 회로도이다. 6 is a circuit diagram of an illuminance sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 6을 살펴보면, 도 4의 회로도에 제 2 커런트 미러 회로(122)가 더 포함된 것으로, 포토 다이오드(400)와 포토 다이오드에 연결된 제 1 커런트 미러 회로(112), 제 2 커런트 미러 회로(122), 제 1 커런트 미러 회로(112)에 연결된 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커런트 미러 회로(122)에 연결된 제 2 커패시터(C2), 각각의 커패시터에 연결된 비교기(116)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the circuit diagram of FIG. 4 further includes a second
제 2 커런트 미러 회로(122)는 기준 트랜지스터(TR)와 제 2 트랜지스터(T2)를 포함하여 구성되나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제 2 커런트 미러 회로(122)는 기준 트랜지스터(TR)를 제외한 제 2 트랜지스터(T2)가 포함된 단을 칭한다. 여기서는 제 1 커런트 미러 회로(112)와 달리, 기준 트랜지스터(TR)와 제 2 트랜지스터(T2)의 면적이 상이하다.The second
도 6에서는, 기준 트랜지스터(TR)의 면적이 A인 경우 제 1 트랜지스터(T1)의 면적을 A로 동일하게 구성하고, 제 2 트랜지스터(T2)의 면적은 A/32인 경우를 가정하여, 도 6의 회로도를 설명하도록 한다.In FIG. 6, it is assumed that the area of the first transistor T 1 is equal to A when the area of the reference transistor T R is A, and the area of the second transistor T 2 is A / 32. The circuit diagram of FIG. 6 will be described.
제 1 커런트 미러 회로(112)에서 일어나는 회로의 흐름은 도 4에서 상술한 바와 같으며, 도 5에서는 제 2 커런트 미러 회로(122)가 포함됨으로써, 생기는 차이점에 대해서만 설명하도록 한다. 제 2 커런트 미러 회로(122)의 동작원리는 제 1 커런트 미러 회로(112)에서와 같으나, 제 2 커런트 미러 회로(122)에 포함된 제 2 트랜지스터(T2)의 면적이 A/32이므로, 제 2 커런트 미러 회로(122)에는 포토 다이오드에 흐르는 전류(IR)의 1/32배의 전류가 흐르게 된다.The flow of the circuit occurring in the first
따라서 제 1 커런트 미러 회로(112)에서와 동일한 리셋 횟수를 가정할 경우, 제 1 커런트 미러 회로(122)에서 출력되는 값은 32배 높은 값으로 변환된다. 이는 이하 도 8 및 도 9에서 구체적으로 설명하도록 한다.Therefore, when the same number of resets as in the first
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조도 센서의 회로도이다. 도 7을 살펴보면, 도 4의 회로도에서 복수개의 커런트 미러 회로가 포함된 것으로, 포토 다이오드(400)와 포토 다이오드에 연결된 제 1 커런트 미러 회로(112), 제 2 커런트 미러 회로(122) … 제 N 커런트 미러 회로(600), 제 1 커런트 미러 회로(112)에 연결된 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커런트 미러 회로(122)에 연결된 제 2 커패시터(C2) 및 제 N 커런트 미러 회로(700)에 연결된 제 N 커패시터(CN), 각각의 커패시터에 연결된 비교기(116)를 포함한다.7 is a circuit diagram of an illuminance sensor according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a plurality of current mirror circuits are included in the circuit diagram of FIG. 4 and include a first
여기서 각각의 커런트 미러 회로에 포함된 트랜지스터의 W/L은 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각의 커런트 미러 회로의 동작원리는 상술한 도 4 내지 도 6과 같다. 복수개의 커런트 미러 회로가 포함된 회로에 상술한 동작원리를 적용하는 것은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것으로 용이하게 실시가 가능한바 구체적인 설명은 생략한다. Here, the W / L of the transistors included in each current mirror circuit may be the same or different, and the operation principle of each current mirror circuit is the same as that of FIGS. 4 to 6. Application of the above-described operating principle to a circuit including a plurality of current mirror circuits is obvious to those skilled in the art, and thus can be easily implemented.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 커런트 미러 회로의 커패시터의 리셋 횟수와 조도의 세기의 관계를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a relationship between the number of times of reset of a capacitor and an intensity of illuminance of a first current mirror circuit according to a second embodiment of the present invention.
도 8을 살펴보면, 제 1 커런트 미러 회로(112)에서 일어나는 제 1 커패시터(C1) 의 리셋 횟수가 1인 경우의 광도(810), 리셋 횟수가 2인 경우의 광도(820), 리셋 횟수가 3인 경우의 광도(830), 리셋 횟수가 2048인 경우의 광도(840)를 나타 냈다. Referring to FIG. 8, the
즉, 리셋 횟수가 1인 경우 1Lux의 세기를 나타내는 광도값이 출력되고, 리셋 횟수가 2인 경우는 제 1 커패시터(C1)가 2번의 충전과 방전을 반복하여, 2Lux의 세기를 나타내는 광도값이 출력된다. 이는 빛의 세기에 따라 제 1 커패시터(C1)의 충전 정도가 달라지고, 그 비율은 도 8의 각각의 그래프에 기울기와 비례한다. That is, when the number of resets is 1, a luminance value indicating the intensity of 1Lux is output, and when the number of resets is 2, the first capacitor C 1 repeats two charges and discharges, thereby indicating the intensity of 2Lux. Is output. This is because the degree of charge of the first capacitor C 1 varies according to the light intensity, and the ratio is proportional to the slope of each graph of FIG. 8.
도 9은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 커런트 미러 회로의 커패시터의 리셋 횟수와 조도의 세기의 관계를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing a relationship between the number of times of reset of a capacitor and an intensity of illuminance of a second current mirror circuit according to a second embodiment of the present invention.
도 9을 살펴보면, 제 2 커런트 미러 회로(122)에서 일어나는 제 2 커패시터(C2) 의 리셋 횟수가 1인 경우의 광도(910), 리셋 횟수가 2인 경우의 광도(920), 리셋 횟수가 3인 경우의 광도(930), 리셋 횟수가 2049인 경우의 광도(940)를 알 수 있다. 9, the
제 2 커런트 미러 회로(122)는 제 1 커런트 미러 회로(112)보다 W/L이 1/32배인 트랜지스터(T2)를 사용하고 있으므로, 포토 다이오드(400)에 흐르는 전류값의 1/32의 전류가 흐르게 된다. 따라서 IR/32의 전류로 커패시터를 충전하게 되므로, 제 1 커런트 미러 회로(112)에서 IR의 전류로 커패시터를 충전하여 리셋이 한번 일어난 경우의 광도값이 1Lux 이라면, IR/32의 약한 전류값으로 커패시터를 충전하여 리셋이 한번 일어난 경우 그 변환 값은 32Lux이다. Since the second
이렇게 커런트 미러 회로를 복수개 사용하는 이유는, 강한 빛이 조사되는 경우 리셋 횟수가 증가하여 오차가 생길 여지가 높기 때문에, 고조도를 측정할 경우 리셋 횟수를 줄이기 위한 방법이다. 따라서 저조도 에서는 제 1커런트 미러 회로(112)의 조도 값이 출력되고, 고조도 에서는 제 2 커런트 미러 회로(122)의 조도 값이 출력되게 하여, 조도 측정의 오차와 전력 소모를 줄일 수 있다.The reason for using a plurality of current mirror circuits is a method for reducing the number of resets when measuring high illuminance because the number of resets increases when there is strong light. Therefore, the illuminance value of the first
이 경우, 복수개의 커런트 미러 회로에는 복수개의 리셋 횟수가 동시에 저장이 되며, 미리 정해진 로직을 통하여, 저조도 에서는 제 1커런트 미러 회로(112)의 조도 값이 출력되고, 고조도 에서는 제 2 커런트 미러 회로(122) 의 조도 값이 출력되도록 한다.In this case, a plurality of reset times are simultaneously stored in the plurality of current mirror circuits, and through the predetermined logic, the illuminance value of the first
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 ADC의 신호 변환 방법과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서는, 기존의 적분형 ADC 대신에 심플한 구조의 ADC를 제시하여, 칩 면적을 줄일 수 있다. As described above, the ADC signal conversion method, the illumination measurement method and the illumination sensor using the same according to the present invention can reduce the chip area by presenting an ADC having a simple structure instead of the conventional integrated ADC.
또한, 본 발명에 따른 ADC의 신호 변환 방법 과 이를 이용한 조도 측정 방법 및 조도 센서는 기존의 적분형 ADC 대신에 심플한 구조의 ADC를 제시하여 응답 속도를 높일 수 있다. In addition, the signal conversion method of the ADC according to the present invention, the illuminance measuring method and the illuminance sensor using the same can increase the response speed by presenting a simple structure ADC instead of the conventional integrated ADC.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art may vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention and equivalents thereof described in the following claims. It will be understood that modifications and changes can be made.
Claims (19)
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