KR101071525B1 - 적외선 수신기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 수신된 적외선 신호를 증폭, 필터링, 비교 및 적분하여 출력신호를 형성하는 적외선 수신기는 광대역 파장대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드와, 협대역의 파장대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드와, 상기 제1 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제1 트랜스 임피던스 증폭기와, 상기 제2 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제2 트랜스 임피던스 증폭기와, 상기 제1 트랜스 임피던스 증폭기 및 상기 제2 트랜스 임피던스 증폭기로부터 출력을 수신하여 감산하고 그 차를 증폭하기 위한 자동이득 증폭기를 포함한다. 이러한 본 발명에 따른 적외선 수신기에 따르면, 동일한 신호는 차동 입력을 갖는 증폭기에서 상쇄하고, 특정 파장 대역만 사용하는 신호만 증폭하여 적외선 수신기의 출력으로 보내어 외부 노이즈가 적외선 수신기의 출력에 나타나지 않는다.

Description

적외선 수신기{Infrared Signal Receiver}

본 발명은 적외선 수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잡음신호를 최소화하기 위한 적외선 수신기에 관한 것이다.

적외선 수신기는 적외선을 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 즉, 리모콘을 이용하여 적외선 신호를 전자제품으로 송신하면, 전자제품에 내장된 적외선 수신기는 적외선 신호를 수신하고, 이를 약속된 형태의 데이터 포맷으로 변환한다.

근거리 통신을 수행하는 적외선 송수신 기술에서는 송신원으로부터 수신원까지의 통달거리가 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 즉, 원래의 적외선 신호에 혼입되는 잡음으로 인해 수신거리가 멀어질수록 정확한 수신동작이 일어나지 않는 문제가 발생한다.

통상적인 적외선 송수신에 이용되는 반송파로는 30KHz 내지 60KHz의 주파수를 이용한다. 이러한 반송파에는 형광등의 외란에 의한 잡음이 혼입되는 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위해서는 잡음 대역의 신호는 제거하고, 신호대역은 이득을 증가시켜서 잡음의 영향을 최소화하는 설계가 이루어져야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 적외선 수신기를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 아주 미약한 적외선 신호는 송신측에 구비된 발광 다이오드(23)를 통해 수신측의 포토다이오드(20)와 같은 광검출 소자로 전송된다. 특정 파장대의 아주 미약한 신호가 포토다이오드(20)를 통해 맥동하는 전류의 형태로 검출된다. 검출된 적외선 신호는 적외선 수신기에 의해 이득이 조절되고, 기설정된 데이터 포맷 형식으로 변형되어 출력된다.

이러한 미약한 적외선 신호를 원거리에서 검출하기 위하여, 적외선 수신기(30)는 적외선 수신단의 내부에 트랜스 임피던스 증폭기(10), 자동 이득 증폭기(11), 리미터(Limitter; 12), 대역 통과 필터(13), 자동 문턱 전압 조절기와 비교기(14), 적분기(15), 슈미터 트리거(16), 출력 파워 트랜지스터(18), 자동 이득 조절기(19)를 포함한다.

먼저, 포토다이오드(20)에 의해 수신된 신호는 전류의 형태로 적외선 수신기에 공급된다. 포토다이오드(20)에 의해 형성된 전류 형태의 적외선 신호는 트랜스 임피던스 증폭기(10)에 공급된다. 트랜스 임피던스 증폭기는 전류 형태의 신호를 전압 신호로 변환하고, 이를 증폭한다.

변환된 전압 신호는 자동이득 증폭기(11), 리미터(12) 및 대역통과필터(13)등을 거치면서 보다 큰 진폭을 가지고, 신호와 잡음의 선택비가 향상된 상태가 된다.

자동이득 증폭기(11)의 경우, 트랜스 임피던스 증폭기(10)로부터의 출력 전압 신호를 잡음과 신호의 형태에 따라 증폭율을 달리하도록 자동이득 조절기(Automatic Gain Controller)(19)의 출력 신호에 의해 제어된다.

상기 리미터(12)는 대역통과필터(13)에 과전압이 인가되지 않도록 적당한 크기 이내에 제한하는 기능을 하며, 상기 대역통과필터(13)는 적외선 수신기의 주파수 선택도를 향상시키며, 일정한 주파수 대역만을 선택적으로 통과시킨다. 따라서, 대역통과필터(13)에서 설정된 통과대역만의 주파수가 통과된다. 그러나, 실질적인 하드웨어 구현시에는 이상적인 대역통과필터의 역할과는 일정한 차이가 발생한다. 따라서, 상당한 정도의 잡음신호도 대역통과필터(13)를 통과하게 된다.

대역통과필터(13)의 출력은 다시 문턱전압 조절기(ATC; Automatic threshold control)와 비교기(14)등을 거치면서 비교적 일정한 신호 성분으로 형성된다. 이렇게 걸러진 신호들은 다시 적분기(integrator)(15) 및 슈미터 트리거(Schmitt- trigger)(16)등으로 구성된 복조 회로에서 출력 파워 트랜지스터(18)의 구동 신호를 발생 시킨다. 출력 파워 트랜지스터(18)에는 저항(17)이 연결되어 있다.

이러한 출력 파워 트랜지스터(18)의 동작에 따라 최종 출력 디지털 제어 신호가 적외선 수신기에 연결된 마이크로 컨트롤러에 제공되어 후속 작업이 이루어진다.

또한, 상기 적외선 수신기는 또한 자동이득 조절기(19)를 구비하는데, 자동이득 조절기(Automatic Gain Control)(19)는 신호와 잡음이 혼재하는 상태에서 적외선 수신기의 이득을 조절한다. 즉, 자동이득 증폭기(11)의 이득을 조절하여, 잡음신호의 크기에 따른 이득의 조절 동작을 수행한다. 따라서, 자동이득 증폭기(11)는 적정 크기 이하의 잡음이 나오도록 이득이 조정되어, 수신 신호에 대한 감도는 향상된다. 이로 인하여 주변 환경에서 발생되는 여러 잡음을 억제하여, 수신기 출력에 잡음에 의한 임의 펄스의 발생은 억제된다. 일반적으로 노이즈는 일정한 주기(약 120Hz등)를 가진다. 또한, 종래의 적외선 수신기를 이용한 응용 제품이 사용되는 주파수대역은 30kHz ~60kHz대역이 가장 많이 사용되고 있다.

이러한 적외선 수신기(30)의 구성요소들(10 내지 19)은 수신처리 직접 회로로 구현되어 있다. 즉, 적외선 수신기(30)의 트랜스 임피던스 증폭기(10), 자동이득 증폭기(11), 리미터(12), 대역통과필터(13), 자동이득 조절기(19), 문턱전압 조절기와 비교기(14), 적분기(15), 슈미터 트리거(16) 및 출력 파워 트랜지스터(18)가 직접회로로 구현된다.

종래의 적외선 수신장치는 포토다이오드와 수신처리 집적회로를 에폭시 수지로 외부를 감싸고 있는데, 이 에폭시 수지는 특정 파장대의 적외선 파장만 투과할 수 있도록 되어 있다.

도 2는 종래 적외선 수신기의 투과 가능한 적외선 파장을 나타낸 도면이다.

도 2에서 100에 의해 지시된 적외선 수신 파장 대역은 통상적인 포토다이오드와 에폭시 수지 결합에 의한 적외선 수신 파장 대역이다. 또한, 101은 통상적인 송신용 LED의 파장 대역이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 포토다이오드와 광학 필터의 특성을 가진 에폭시 수지를 결합하여 특정 파장대의 적외선 파장만 투과할 수 있도록 되어 있다. 종래의 기술의 포토다이오드와 에폭시 수지의 파장대는 860nm ~ 1050nm 정도로 되어 있다.

이러한 종래의 적외선 수신 장치의 통상적으로 사용되는 적외선 파장대에 주변 외란광과 같은 노이즈가 많이 존재하여 적외선 수신 장치의 감도 저하를 초래하므로 보다 향상된 노이즈 제거가 요구된다.

따라서, 본 발명은 수신 파장대 범위가 다른 2가지의 광학 구조를 이용하여 외부로부터 유입되는 노이즈를 제거하도록 기능을 갖는 적외선 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따라, 수신된 적외선 신호를 증폭, 필터링, 비교 및 적분하여 출력신호를 형성하는 적외선 수신기는 광대역 파장대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드와, 협대역의 파장대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드와, 상기 제1 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제1 트랜스 임피던스 증폭기와, 상기 제2 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제2 트랜스 임피던스 증폭기와, 상기 제1 트랜스 임피던스 증폭기 및 상기 제2 트랜스 임피던스 증폭기로부터 출력을 수신하여 감산하고 그 차를 증폭하기 위한 자동이득 증폭기를 포함한다.

일반적으로 노이즈의 경우 전파장대역에서 동일하게 나타나는데, 본 발명에 따른 적외선 수신기에 따르면, 동일한 신호는 차동 입력을 갖는 증폭기에서 상쇄하고, 특정 파장 대역만 사용하는 신호만 증폭하여 적외선 수신기의 출력으로 보내어 외부 노이즈가 적외선 수신기의 출력에 나타나지 않는다.

도 1은 종래 기술에 따른 적외선 수신기를 도시한 블록도이다.
도 2는 종래 적외선 수신기의 투과 가능한 적외선 파장을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 적외선 수신기의 블록 구성도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 적외선 수신기의 수신 파장 대역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 노이즈 입력시 포토 다이오드의 동작에 따른 적외선 수신기의 동작을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 적외선 신호 입력시 포토 다이오드의 동작에 따른 적외선 수신기의 동작을 도시한 것이다.
도 7는 적외선 수신기의 동작에 따른 각 구성요소에서의 출력 신호를 나타낸다.
도 8 내지 도 10은 적외선 수신기의 선택적 광 파장 대역을 이용한 패키지 구조의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 11는 본 발명에 따른 적외선 수신 장치의 단면과 평면 구조이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 수신기의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적외선 수신기의 구성을 도시한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 수신기의 블록 구성도를 나타낸 도면이다.

적외선 수신기는 집적 회로로 구현되는데, 적외선 수신기의 집적 회로는 에폭시 수지로 밀봉되어 전원(도시 생략), 접지(도시 생략) 및 출력단(240)이 에폭시 수지의 외부로 연결되어 있다.

도 3을 참조하면, 적외선 수신기는 미약한 적외선 신호를 포토 다이오드와 같은 광 검출 소자를 통하여 맥동하는 전류의 형태로 검출한다.

이를 위해, 적외선 수신기는 복수개의 포토 다이오드들을 포함한다. 그리고, 적외선 수신기는 복수개의 포토 다이오드들이 서로 다른 파장 대역의 신호를 수신하도록 구성된다.

본 실시예에서는 적외선 수신기(200)는 제1 포토 다이오드(201) 및 제2 포토 다이오드(202)를 포함하며, 적외선 수신기(200)는 제1 포토 다이오드(201)과 제2 포토 다이오드(202)가 서로 다른 파장 대역의 신호를 수신하도록 구성된다.

이를 위해, 제1 포토 다이오드(201) 및 제2 포토 다이오드(202)는 서로 다른 하한 컷오프 파장을 갖는 에폭시 수지로 각각 밀봉된다. 그에 따라 적외선 수신기(200)는 도 3에 도시되지 않았지만 제1 포토 다이오드(201)를 밀봉하는 제1 에폭시 수지 밀봉부와 제2 포토 다이오드(202)를 밀봉하는 제2 에폭시 수지 밀봉부를 포함한다.

여기에서, 포토 다이오드들(201,202)이 적외선 수신기(200)의 수신 파장대의 상한을 결정하고, 에폭시 수지 밀봉부들이 적외선 수신기(200)의 수신 파장대의 하한을 결정한다.

구체적으로, 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)는 유사한 구성을 가지며, 대략 동일한 파장대의 신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)는 1050 nm 파장까지의 신호를 수신할 수 있고, 1050 nm 파장을 초과하는 신호는 수신하지 못한다. 따라서, 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)의 상한 컷오프 파장은 대략 1050 nm이 된다. 즉, 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)가 적외선 수신기(200)의 수신 파장 대역의 상한을 결정한다.

또한, 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부들은 적외선 수신기(200)의 수신 파장 대역의 하한을 결정한다.

에폭시 수지의 흡수 파장은 에폭시 수지의 화합물의 특성 또는 조성비에 따라 결정될 수 있으며, 그에 따라 당업자라면 에폭시 수지의 흡수 파장을 조정할 수 있음은 당연하다.

본 발명에 따라 제1 포토 다이오드(201)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부는 제1 포토 다이오드(201)가 광대역의 파장 대역의 신호를 수신하도록 낮은 하한 컷오프 파장을 갖는다. 또한, 제2 포토 다이오드(202)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부는 제2 포토 다이오드(202)가 협대역의 파장 대역의 신호를 수신하도록 높은 하한 컷오프 파장을 갖는다.

예컨대, 제1 포토 다이오드(201)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부의 하한 컷오프(cut-off) 파장은 약 720nm이고, 제2 포토 다이오드(202)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부의 하한 컷오프(cut-off) 파장은 약 850nm이 될 수 있다.

그에 따라, 제1 포토 다이오드(201) 및 이를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부로 인해 제1 포토 다이오드(201)는 대략 720 내지 1050 nm의 파장 대역의 신호를 수신할 수 있다. 유사하게, 제1 포토 다이오드(202) 및 이를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부로 인해 제2 포토 다이오드(202)는 대략 850 내지 1050 nm의 파장 대역의 신호를 수신할 수 있다. 이러한 적외선 수신기의 수신 파장 대역을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 적외선 수신기의 수신 파장 대역을 설명하기 위한 도면이다.

제2 포토 다이오드(202)는 도 4의 102과 같이, 좁은 파장 대역의 신호를 수신하고, 제1 포토 다이오드(201)는 도 4의 103과 같이, 도 4의 102와 같은 좁은 파장대를 포함한 넒은 파장 대역의 신호를 수신한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 포토 다이오드(201)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부의 하한 컷오프 파장은 적외선 신호의 파장 대역(104)의 하한 파장 근방의 값을 가진다. 그리고, 제2 포토 다이오드(202)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부의 하한 컷오프 파장은 적외선 신호의 파장 대역(104)의 상한 파장과 상이하게 설정되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제2 포토 다이오드(202)를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부의 하한 컷오프 파장은 적외선 신호의 파장 대역(104)의 상한 파장 근방의 값을 가지며, 바람직하게는 적외선 신호의 파장 대역(104)의 상한 파장보다 큰 값을 갖는다.

그에 따라, 본 발명에 따른 적외선 신호 수신기에 도 4의 104와 같은 송신 파장으로 신호를 송출하면, 도 4의 103에 의해 지시된 수신 파장 대역을 갖는 제1 포토 다이오드(201)로부터는 신호가 출력될 것이나, 도 4의 102에 의해 지시된 수신 파장 대역을 갖는 제2 포토 다이오드(202)로부터는 신호가 출력되지 않는다.

또한, 외부에서 유입되는 외란광은 신호처럼 특정 파장을 갖지는 않고 넓은 파장대에 존재한다. 만약 외부에서 외란광이 유입된다면, 외란광은 넓은 파장대를 가지므로, 2개의 포토 다이오드(201,202)가 모두 신호를 출력한다.

이와 같이, 본 발명에 따라 적외선 수신기는 복수 개의 포토 다이오드들을 포함하고, 상이한 하한 컷오프 파장을 갖는 에폭시 수지로 포토 다이오드들을 밀봉한다. 그에 따라 복수개의 포토 다이오드들은 서로 다른 파장대의 신호를 수신할 수 있게 된다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 제1 및 제2 포토 다이오드(201, 202)와 같은 광 검출 소자를 통하여 적외선 신호가 맥동하는 전류의 형태로 검출된다. 이러한 미약한 적외선 신호 전류를 원거리에서 검출하기 위하여, 적외선 수신기는 제1 및 제2 트랜스 임피던스 증폭기(221,222), 이득 증폭기(231), 리미터(232), 대역 통과 필터(233), 자동 문턱 전압 조절기와 비교기(234), 적분기(235), 슈미터 트리거(236), 출력 파워 트랜지스터(238), 출력단 부하 저항(237) 및 자동 이득 조절기(239)를 포함한다.

제1 포토 다이오드(201)는 제1 트랜스 임피던스 증폭기(221)에 연결되고, 제2 포토 다이오드(202)는 제2 트랜스 임피던스 증폭기(222)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)에 의해 수신된 신호가 제1 및 제2 트랜스 임피던스 증폭기(221,222)에 공급된다. 제1 및 제2 트랜스 임피던스 증폭기(221,222)는 포토 다이오드(201,202)에서 검출된 전류 신호를 증폭하여 전압 신호로 변환시킨다.

제1 트랜스 임피던스 증폭기(221)의 출력과 제2 트랜스 임피던스 증폭기(222)의 출력은 자동 이득 증폭기(231)에 연결되어 있다. 구체적으로, 자동 이득 증폭기(231)는 차동 증폭기로 구현된다. 제1 및 제2 트랜스 임피던스 증폭기(221, 222)는 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 각각 변환하여 출력한다.

제1 트랜스 임피던스 증폭기(221)의 출력은 자동 이득 증폭기(231)의 양의 입력단에 연결되며, 제2 트랜스 임피던스 증폭기(222)의 출력은 자동 이득 증폭기(231)의 음의 입력단에 연결되어 있다.

만약, 외부에서 넓은 파장대의 외란광이 유입된다면, 제1 및 제2 포토 다이오드(201,202)가 모두 신호를 출력하게 되며, 이 두 신호는 동일 위상의 신호의 형태로 자동 이득 증폭기(231)의 입력에 들어 가면 자동 이득 증폭기(231)에서 서로 상쇄되어 자동 이득 증폭기(231)의 출력이 아주 작거나, 신호가 거의 상쇄될 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 노이즈 입력시 포토 다이오드의 동작에 따른 적외선 수신기의 동작을 도시한 것이다.

도 5(a)는 도 4의 103과 같은 파장 특성을 갖는 광대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드의 검출 파형을 나타내면, 도 5(b)는 도 4의 102과 같은 파장 특성을 갖는 협대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드의 검출 파형을 나타낸다. 외란광 즉, 노이즈가 유입되면, 도 5(c) 및 5(d)에 도시된 바와 같이, 두 개의 포토 다이오드에서 검출된 동일 위상의 파형이 자동 이득 증폭기(231)를 구성하고 있는 차동 증폭기에 의해 서로 상쇄되어 적외선 수신부의 필터 출력에는 신호가 검출되지 않게 된다.

다시 말해, 자동 이득 증폭기(231)는 도 4의 102의 수신 파장 대역을 수신하는 포토 다이오드(202)의 출력과 도 4의 103의 수신 파장 대역을 수신하는 포토 다이오드(201)의 출력을 비교하고, 양쪽에 모두에서 출력되면 외란광으로 판정할 수 있다.

그리고, 예컨대, 전자제품 제어를 위한 적외선 신호가 수신되면, 제1 포토 다이오드(201)로부터만 신호가 출력된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 적외선 신호 입력시 포토 다이오드의 동작에 따른 적외선 수신기의 동작을 도시한 것이다.

도 6(a)는 도 4의 103과 같은 파장 특성을 갖는 광대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드의 검출 파형을 나타내면, 도 6(b)는 도 4의 102과 같은 파장 특성을 갖는 협대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드의 검출 파형을 나타낸다. 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 예컨대, 전자제품 제어를 위한 적외선 신호가 입력되면 광대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드(102)로부터만 신호가 출력된다. 왜냐하면, 적외선 신호의 파장 대역은 협대역 파장 대역을 벗어나고, 그에 따라, 협대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드(202)에 의해 검출될 수 없기 때문이다.

이 경우에는 일반적인 적외선 신호 처리 과정을 행해지므로, 도 6(c) 및 6(d)에 도시된 바와 같이, 적외선 수신기의 출력이 발생하게 된다.

즉, 광대역 파장 대역 신호를 수신하는 포토 다이오드에서 신호가 검출되고, 협대역의 파장 대역 신호를 수신하는 포토 다이오드에서 신호가 검출되지 않는다면, 자동 이득 증폭기(231)에서 신호가 증폭되어, 적외선 수신기의 출력에 신호가 출력될 것이다.

이 경우, 자동 이득 증폭기(231)는, 제1 트랜스 임피던스 증폭기(221)로부터의 출력 전압 신호를 잡음과 신호의 형태에 따라 증폭율을 달리 하도록 자동 이득 제어 출력 신호에 의해 제어된다. 즉, 상기 자동이득 증폭기(231)는 입력신호가 가지는 신호 대 잡음비에 따라 그 이득을 달리할 수 있다. 즉, 입력신호에 잡음이 많은 경우, 자동이득 증폭기(231)의 이득은 다소 감소한다. 또한, 입력신호에 잡음이 적은 경우, 자동이득 증폭기(231)의 이득은 증가하게 된다. 이러한 자동이득 증폭기(231)의 이득의 변경은 자동이득 조절기(239)의 동작에 의해 이루어진다.

이러한 자동 이득 증폭기(231)의 출력은 리미터(232)에 제공된다.

상기 리미터(232)는 대역 통과 필터(233)에 과전압이 인가되지 않도록 적당한 크기 이내에 제한하는 기능을 한다. 상기 대역 통과 필터(233)는 일정 대역 주파수의 이득을 증가시킨다. 즉, 상기 대역통과필터(233)는 노이즈 성분이 상당부분 제거된 신호를 수신하고, 중심대역 주변의 신호들만을 선별적으로 통과시킨다. 대역 통과 필터(233)의 출력(filter out)은 다시 자동 문턱 전압 조절기(ATC; Automatic threshold control)와 비교기(234)에 입력된다.

자동문턱전압 조절기와 비교기(234)에서 설정된 문턱전압에 따라, 변조된 신호는 비교된다. 따라서, 자동 문턱전압 조절기와 비교기(234)의 출력은 하이레벨 또는 로우 레벨을 가지는 일종의 펄스 파형이 된다. 상기 펄스 파형은 적분기(235)로 입력된다. 그러면, 펄스 파형의 신호성분이 적분기(235)에 내장된 충방전 캐패시터를 구동하여 적분기 출력을 발생시킨다.

적분기 출력은 다음 단에 연결된 슈미터 트리거(236)에 의해 출력 파워 트랜지스터(238)을 구동 시킨다. 만일 일정한 주기를 가진 잡음 신호가 들어 오면 자동 이득 조절기(239)을 구동하여 이러한 잡음이 출력으로 나오지 않도록 자동이득 증폭기(231)의 전압 이득을 줄여준다.

도 7는 적외선 수신기의 동작에 따른 각 구성요소에서의 출력 신호를 나타낸다. 도 7(a)는 대역통과 필터의 출력을 나타내며, 도 7(b)는 자동 문턱 전압 조절기와 비교기의 출력을 나타내며, 도 7(c)는 적분기의 출력을 나타내고 마지막으로 도 5(d)는 적외선 수신기 출력을 나타낸다.

이와 같이, 본 발명의 적외선 수신기는 수신 파장대 범위가 다른 복수개의 포토 다이오드를 이용하여 외부로부터 유입되는 노이즈를 제거하도록 한다.

이하 서로 다른 수신 파장대를 갖기 위한 패키지 구조의 실시예들을 설명한다.

도 8 내지 도 10은 적외선 수신기의 선택적 광 파장 대역을 이용한 패키지 구조의 실시예들을 나타낸 도면이다. 도 8 내지 도 10에서 353은 적외선 수신기의 처리회로를 나타낸다. 수신 신호 처리회로(353)는 도 3에 도시된 적외선 수신기에서 포토 다이오드(201,202)를 제외한 구성요소들이 집적된 회로이다. 이 수신 신호 처리 회로(353)는 포토 다이오드와 전도성 물질로 연결되어 있으며, 또한 외부 전원 및 출력핀과 전기적으로 전도성 물질로 결합되어 있다.

도 8(a)를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따라, PCB로 구성된 기판(355) 상에 광 파장대가 다른 에폭시 수지로 포토 다이오드(356,354)를 따로 몰딩한다.

하나의 포토 다이오드(356)는 도면부호 351에 의해 지시된 에폭시 수지 밀봉부로 밀봉되어 있고, 다른 하나의 포토 다이오드(354)는 도면부호 352에 의해 지시된 에폭시 수지 밀봉부로 밀봉되어 있다. 이들 에폭시 수지 밀봉부(351, 352)중 하나는 낮은 하한 컷오프 파장을 가지며, 다른 하나는 높은 하한 컷오프 파장을 갖는다.

예컨대, 하나의 포토 다이오드(356)와 에폭시 수지 밀봉부(351)는 도 4의 102와 같은 협대역의 수신 파장 대역 특성을 제공한다. 또한, 포토 다이오드(354)와 에폭시 수지 밀봉부(352)는 도 4의 103과 같은 광대역의 수신 파장 대역 특성을 제공한다.

그에 따라, 에폭시 수지 밀봉부(352)에 의해 밀봉된 포토 다이오드(354)는 광대역의 파장 신호를 수신하며, 에폭시 수지 밀봉부(351)에 의해 밀봉된 포토 다이오드(356)는 협대역의 파장 신호를 수신한다. 도 6(a)의 제1 실시예에서, 적외선 수신기의 나머지 구성요소는 집적회로(353)로 구현된다.

도 8(b)의 제2 실시예에서는 PCB로 구성된 기판 상에 단일 에폭시 수지 몰딩부(358)로 포토 다이오드(356,354)를 몰딩한다. 제2 실시예에서 에폭시 수지 몰딩부(358)는 낮은 하한 컷오프 파장을 갖는다. 이 경우, 한쪽의 포토 다이오드(356)는 도 4의 102와 같은 협대역의 파장 신호를 수신하도록 높은 하한 컷오프 파장을 갖는 에폭시 수지 코딩부(357)에 의해 코팅된다. 그에 따라, 하나의 포토 다이오드(356)는 협대역의 파장 신호를 수신하게 되고, 다른 포토 다이오드(354)는 광대역의 파장 신호를 수신하게 된다.

도 9(a)의 제3 실시예는 PCB로 구성된 기판 상에 단일 에폭시 수지 몰딩부(361)로 포토 다이오드(360,359)를 몰딩한다. 제3 실시예에서 에폭시 수지 몰딩부(361)는 낮은 하한 컷오프 파장을 갖는다. 이 경우, 한쪽의 포토 다이오드(360)는 도 4의 102와 같은 협대역의 파장 신호를 수신하도록 하는 코딩부(363)에 의해 코팅된다. 즉, 한쪽의 포토 다이오드(360)는 102와 같은 협대역의 수신 파장 특성을 갖도록 포토 다이오드 자체에 코팅한 구조를 갖는다.

그에 따라, 다른 포토 다이오드(359)는 광대역의 파장 신호를 수신하게 되고, 포토 다이오드(360)는 협대역의 파장 신호를 수신하게 된다. 여기에서, 다른 포토 다이오드(360)는 특정 파장을 광신호를 수신하도록 예컨대, CCD(Charge Coupled Device)로 구현될 수 있다. CCD는 당업계에 공지된 바와 같이 광을 전하로 변환시키는 소자로서 디지털 카메라에 널리 이용되고 있다. CCD는 공지된 바와 같이, 특정 파장 대역의 신호를 수신하도록 코딩될 수 있다.

도 9(b)의 제4 실시예에서는 하나의 실리콘 구조(364)에 각각 두 개의 포토 다이오드를 형성시켜 단일 에폭시 수지 구조(365)로 구성한 것이다. 실시예 4는 실시예 3과 포토 다이오드들(362,363)을 하나의 구조(364)로 통합시킨 점을 제외하고는 그 구성이 유사하므로, 제3 실시예 설명을 참조한다.

도 10의 제5 실시예에서는 하나의 실리콘 구조(366)에 수신 파장 대역이 다른 2가지 특성(367,368)을 갖는 포토 다이오드들을 복수로 배열하고 각각의 동일한 수신 파장 대역의 특성을 갖는 것을 서로 연결한 구조이다.

구체적으로, 복수개의 포토 다이오드들은 단일 에폭시 수지 몰딩부(365)로 몰딩되어 있다. 이 에폭시 수지 몰딩부(365)는 낮은 하한 컷오프 파장을 갖는다. 그리고, 복수개의 포토 다이오드들 중 일부 포토 다이오드들, 예컨대, 음영이 주어진 포토 다이오드들(367)은 특정 파장 대역의 신호를 수신하도록 코딩되어 있다. 이 코딩된 포토 다이오드들(367)은 높은 하한 컷오프 파장을 가지며, 그에 따라 협대역의 파장 신호를 수신하게 된다. 즉, 음영이 있는 포토 다이오드들(367)은 협대역의 파장 신호를 수신하고, 음영이 없는 포토 다이오드들(368)은 광대역의 파장 신호를 수신하게 된다.

도 11는 본 발명에 따른 적외선 수신 장치의 단면과 평면 구조이다.

도 11를 참조하면, 에폭시 수지로 몰딩한 구조(370), 포토 다이오드(371), 수신 신호 처리 집적회로(372), 리드 프레임 혹은 PCB 기판(373)으로 구성된다. 에폭시 수지는 적외선 파장대의 특정 파장대역만 선택적으로 수신할 수 있도록 되어 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 수신기의 구성을 도시한 도면이다.

도 12에 도시된 적외선 수신기의 구성요소들은 도 3에 도시된 적외선 수신기의 구성요소들에 대응하므로, 그 상세한 구성 및 동작은 도 3의 설명을 참조한다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 수신기(400)는 제1 및 제2 트랜스 임피던스 증폭기(421,422), 제1 및 제2 이득 증폭기(431,451), 제1 및 제2 리미터(432,452), 제1 및 제2 대역 통과 필터(433,453), 가산기(460) 및 자동 문턱 전압 조절기와 비교기(434), 적분기(435), 슈미터 트리거(436), 출력 파워 트랜지스터(438), 출력단 부하 저항(437) 및 자동 이득 조절기(439)를 포함한다.

구체적으로, 적외선 수신기(400)는 도 4에 도시된 적외선 수신기와 유사하게 광대역의 파장 대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드(401) 및 협대역의 파장 대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드(402)를 포함한다.

제1 포토 다이오드(401)는 제1 트랜스 임피던스 증폭기(421)에 연결되고, 제2 포토 다이오드(402)는 제2 트랜스 임피던스 증폭기(422)에 연결되어 있다.

적외선 수신기(200)는 제1 트랜스 임피던스 증폭기(421)의 출력은 제1 자동 이득 증폭기(431)에 연결되고, 제1 자동 이득 증폭기(431)의 출력은 제1 리미터(432)의 입력에 연결되어 있다. 또한, 제1 리미터(232)의 출력은 제1 대역 통과 필터(433)의 입력에 연결되어 있다.

제2 트랜스 임피던스 증폭기(422)의 출력은 제2 자동 이득 증폭기(451)에 연결되고 제2 자동 이득 증폭기(451)의 출력은 제2 리미터(452)의 입력에 연결되어 있다. 또한, 제2 리미터(252)의 출력은 제2 대역 통과 필터(453)의 입력에 연결되어 있다.

그리고, 제1 대역 통과 필터(433)의 출력은 감산기(460)에 입력되고, 또한 제2 대역 통과 필터(453)의 출력도 감산기(460)에 입력된다. 감산기(460)는 제1 대역 통과 필터(433)의 출력으로부터 제2 대역 통과 필터(453)의 출력을 감산하거나, 제2 대역 통과 필터(453)의 출력으로부터 제1 대역 통과 필터(433)의 출력을 감산한다.

따라서, 넓은 파장대의 외란광이 유입된다면, 2개의 포토 다이오드(401,402)가 모두 신호를 출력한다. 제1 포토 다이오드(401)으로부터의 출력 신호는 제1 트랜스 임피던스 증폭기(421), 제1 자동 이득 증폭기(431), 제1 리미터(432) 및 제1 대역 통과 필터(433)를 통과하여 감산기(460)에 입력된다. 또한, 제2 포토 다이오드(402)으로부터의 출력 신호는 제2 트랜스 임피던스 증폭기(422), 제2 자동 이득 증폭기(451), 제2 리미터(452) 및 제2 대역 통과 필터(453)를 통과하여 감산기(460)에 입력된다. 이들 2개의 신호는 동일 위상이므로, 감산기(460)에서 서로 상쇄되어 감산기(460)의 출력이 아주 작거나, 신호가 거의 상쇄될 것이다.

이러한 과정을 거치면 두 포토 다이오드에 공통적으로 유입되는 노이즈는 서로 상쇄되고, 광대역 수신 파장대역의 아래 파장대에 위치한 적외선 LED 송신 파장 신호(도 4의 104)는 광대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드(401)에서만 나타나고, 도 4의 102의 수신 파장 대역 특성을 가진 포토 다이오드(402)에서는 현저히 작게 나오거나, 아예 나오지 않을 것이다. 따라서 신호는 정상적으로 적외선 수신부의 출력으로 검출된다.

도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적외선 수신기의 구성을 도시한 도면이다.

도 13에 도시된 적외선 수신기의 구성요소들은 도 3에 도시된 적외선 수신기의 구성요소들에 대응하므로, 그 상세한 구성 및 동작은 도 3의 설명을 참조한다.

도 13를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 수신기(500)는 제1 및 제2 트랜스 임피던스 증폭기(521,522), 제1 및 제2 이득 증폭기(531,551), 리미터(532), 대역 통과 필터(533), 가산기(460) 및 자동 문턱 전압 조절기와 비교기(434), 적분기(435), 슈미터 트리거(436), 출력 파워 트랜지스터(438), 출력단 부하 저항(437) 및 자동 이득 조절기(439)를 포함한다.

구체적으로, 적외선 수신기(500)는 광대역의 파장 대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드(501) 및 협대역의 파장 대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드(502)를 포함한다.

제1 포토 다이오드(501)는 제1 트랜스 임피던스 증폭기(521)에 연결되고, 제2 포토 다이오드(502)는 제2 트랜스 임피던스 증폭기(522)에 연결되어 있다.

적외선 수신기(500)에서 제1 트랜스 임피던스 증폭기(521)의 출력은 제1 자동 이득 증폭기(531)에 연결되고, 제1 자동 이득 증폭기(531)의 출력은 리미터(532)의 하나의 입력에 연결되어 있다.

또한, 제2 트랜스 임피던스 증폭기(522)의 출력은 제2 자동 이득 증폭기(5451)에 연결되고 제2 자동 이득 증폭기(551)의 출력은 리미터(532)의 다른 하나의 입력에 연결되어 있다.

리미터(532)는 차동 증폭기로 구현될 수 있으며, 제1 자동 이득 증폭기(531)의 출력과 제2 자동 이득 증폭기(551)의 출력을 제공받아 이들 출력 간의 차이를 소정 레벨 이하로 제한하고, 대역 통과 필터(533)으로 출력한다.

예컨대, 넓은 파장대의 외란광이 유입된다면, 2개의 포토 다이오드(501,502)가 모두 신호를 출력한다. 제1 포토 다이오드(501)으로부터의 출력 신호는 제1 트랜스 임피던스 증폭기(521) 및 제1 자동 이득 증폭기(531)를 거쳐 리미터(532)의 하나의 입력으로 입력된다.

또한, 제2 포토 다이오드(502)으로부터의 출력 신호는 제2 트랜스 임피던스 증폭기(551) 및 제2 자동 이득 증폭기(451)를 거쳐 리미터(532)의 다른 입력으로 입력된다.

이들 2개의 신호는 동일 위상이므로, 리미터(532)에서 서로 상쇄되어 리미터(532)의 출력이 아주 작거나, 신호가 거의 상쇄될 것이다.

이러한 과정을 거치면 두 포토 다이오드에 공통적으로 유입되는 노이즈는 서로 상쇄되고, 광대역 수신 파장대역의 아래 파장대에 위치한 적외선 LED 송신 파장 신호(도 4의 104)는 광대역 파장 신호를 수신하는 포토 다이오드(501)에서만 나타나고, 도 4의 102의 수신 파장 대역 특성을 가진 포토 다이오드(502)에서는 현저히 작게 나오거나, 아예 나오지 않을 것이다. 따라서 신호는 정상적으로 적외선 수신부의 출력으로 검출된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 수신된 적외선 신호를 증폭, 필터링, 비교 및 적분하여 출력신호를 형성하는 적외선 수신기에 있어서,
   광대역 파장대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드;
   협대역의 파장대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드;
   상기 제1 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제1 트랜스 임피던스 증폭기;
   상기 제2 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제2 트랜스 임피던스 증폭기; 및
   상기 제1 트랜스 임피던스 증폭기 및 상기 제2 트랜스 임피던스 증폭기로부터 출력을 수신하여 감산하고 그 차를 증폭하기 위한 자동이득 증폭기; 및
   상기 제1 포토 다이오드를 밀봉하는 제1 에폭시 수지 밀봉부; 및
   상기 제2 포토 다이오드를 밀봉하는 제2 에폭시 수지 밀봉부를 포함하며,
   상기 제1 및 제2 포토 다이오드는 서로 유사한 상한 컷오프 파장을 가지며,
   상기 제1 및 제2 에폭시 수지 밀봉부는 서로 다른 하한 컷오프 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
2. 제1항에 있어서, 상기 자동 이득 증폭기는 차동 증폭기로 구현되는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 자동이득 증폭기의 출력을 소정 레벨 이하로 제한하기 위한 리미터;
   상기 리미터에 연결되고, 통과대역의 신호를 선택하여 출력하기 위한 대역통과필터;
   상기 대역통과필터의 출력신호를 수신하고, 상기 자동이득 증폭기의 이득을 조절하기 위한 제어 전압을 출력하는 자동이득 조절기;
   상기 대역통과필터의 출력을 수신하고, 설정된 문턱전압에 따라 펄스신호를 발생하기 위한 자동 문턱전압 조절기와 비교기;
   상기 펄스 신호를 적분하기 위한 적분기;
   상기 적분기의 출력을 수신하고, 구형파를 형성하기 위한 슈미터 트리거; 및
   상기 구형파에 따른 온/오프 동작을 통해 최종 출력신호를 형성하기 위한 출력 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
4. 수신된 적외선 신호를 증폭, 필터링, 비교 및 적분하여 출력신호를 형성하는 적외선 수신기에 있어서,
   광대역 파장대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드;
   협대역의 파장대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드;
   상기 제1 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제1 트랜스 임피던스 증폭기;
   상기 제2 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제2 트랜스 임피던스 증폭기;
   상기 제1 트랜스 임피던스 증폭기의 출력을 증폭하기 위한 제1 자동이득 증폭기;
   상기 제2 트랜스 임피던스 증폭기로부터 출력을 증폭하기 위한 제2 자동이득 증폭기;
   상기 제1 자동이득 증폭기의 출력을 소정 레벨 이하로 제한하기 위한 제1 리미터;
   상기 제2 자동이득 증폭기의 출력을 소정 레벨 이하로 제한하기 위한 제2 리미터;
   상기 제1 리미터에 연결되고, 통과대역의 신호를 선택하여 출력하기 위한 제1 대역통과필터;
   상기 제2 리미터에 연결되고, 통과대역의 신호를 선택하여 출력하기 위한 제2 대역통과필터; 및
   상기 제1 대역통과필터 및 상기 제2 대역통과필터로부터의 출력 신호들을 수신하고, 이들 출력 신호들 간의 차이를 출력하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 대역통과필터의 출력신호를 수신하고, 상기 제1 및 제2 자동이득 증폭기의 이득을 조절하기 위한 제어 전압을 출력하는 자동이득 조절기;
   상기 감산기의 출력을 수신하고, 설정된 문턱전압에 따라 펄스신호를 발생하기 위한 자동 문턱전압 조절기와 비교기;
   상기 펄스 신호를 적분하기 위한 적분기;
   상기 적분기의 출력을 수신하고, 구형파를 형성하기 위한 슈미터 트리거; 및
   상기 구형파에 따른 온/오프 동작을 통해 최종 출력신호를 형성하기 위한 출력 스테이지를 더 포함하는 적외선 수신기.
6. 수신된 적외선 신호를 증폭, 필터링, 비교 및 적분하여 출력신호를 형성하는 적외선 수신기에 있어서,
   광대역 파장대역 신호를 수신하는 제1 포토 다이오드;
   협대역의 파장대역 신호를 수신하는 제2 포토 다이오드;
   상기 제1 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제1 트랜스 임피던스 증폭기;
   상기 제2 포토 다이오드에 의해 검출된 전류 형태의 적외선 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 제2 트랜스 임피던스 증폭기;
   상기 제1 트랜스 임피던스 증폭기의 출력을 증폭하기 위한 제1 자동이득 증폭기;
   상기 제2 트랜스 임피던스 증폭기로부터 출력을 증폭하기 위한 제2 자동이득 증폭기; 및
   상기 제1 자동이득 증폭기 및 상기 제2 자동이득 증폭기로부터 출력 신호들을 수신하고, 이들 출력 신호들 간의 차이를 소정 레벨 이하로 제한하기 위한 리미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
7. 제6항에 있어서, 상기 리미터는 차동 증폭기로 구현되는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 리미터에 연결되고, 통과대역의 신호를 선택하여 출력하기 위한 대역통과필터;
   상기 대역통과필터의 출력신호를 수신하고, 상기 자동이득 증폭기의 이득을 조절하기 위한 제어 전압을 출력하는 자동이득 조절기;
   상기 대역통과필터의 출력을 수신하고, 설정된 문턱전압에 따라 펄스신호를 발생하기 위한 자동 문턱전압 조절기와 비교기;
   상기 펄스 신호를 적분하기 위한 적분기;
   상기 적분기의 출력을 수신하고, 구형파를 형성하기 위한 슈미터 트리거; 및
   상기 구형파에 따른 온/오프 동작을 통해 최종 출력신호를 형성하기 위한 출력 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
9. 제4항 또는 제6항에 있어서,
   상기 제1 포토 다이오드를 밀봉하는 제1 에폭시 수지 밀봉부; 및
   상기 제2 포토 다이오드를 밀봉하는 제2 에폭시 수지 밀봉부를 더 포함하며,
   상기 제1 및 제2 포토 다이오드는 서로 유사한 상한 컷오프 파장을 가지며,
   상기 제1 및 제2 에폭시 수지 밀봉부는 서로 다른 하한 컷오프 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 에폭시 수지 밀봉부의 하한 컷오프 파장은 상기 적외선 신호의 파장 대역의 하한 파장 근방의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
11. 제1항, 제4항 및 제6항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포토 다이오드를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부; 및
    상기 에폭시 수지 밀봉부와 다른 하한 컷오프 파장을 가지며 상기 제1 및 제2 포토 다이오드중 하나를 코딩하는 에폭시 수지 코딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
12. 제1항, 제4항 및 제6항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포토 다이오드를 밀봉하는 에폭시 수지 밀봉부를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 포토 다이오드중 하나는 상기 에폭시 수지 밀봉부와 다른 하한 컷오프 파장을 가지도록 코딩되는 것을 특징으로 하는 적외선 수신기.
    

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