KR101195390B1 - 적외선 신호 검출 회로 및 적외선 신호 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

저전력으로 동작하고 픽셀 피치를 감소시킬 수 있는 적외선 신호 검출 회로 및 적외선 신호 검출 방법이 개시된다. 적외선 신호 검출 회로는 게이트 전압에 따라 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류의 전류값을 가변시키는 스키밍 트랜지스터; 서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인; 상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류의 전류값에 따라 상기 복수의 글로벌 라인 중 소정개를 선택하여 상기 스키밍 트랜지스터에 연결시키는 글로벌 라인 선택부; 및 상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류와 온도 변화에 따라 상기 마이크로볼로미터에 추가적으로 흐르는 신호 전류에 상응하는 값을 가지는 디지털 신호를 출력하는 신호 검출부를 포함할 수 있다. 따라서, 저전력으로 적외선 신호 검출 회로가 동작할 수 있고, 스키밍 캐패시터를 사용하지 않음으로써 픽셀 피치를 감소시킬 수 있다.

Description

적외선 신호 검출 회로 및 적외선 신호 검출 방법{Readout Integrated Circuit For Infrared Signal And Method For Reading out infrared signal}
본 발명은 적외선 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 볼로미터 등의 비냉각형 적외선 이미지 센서에 적용할 수 있는 적외선 신호 검출 회로에 관한 것이다.
적외선 열상 장치(Infrared thermal imaging system)는 물체에서 방출되는 복사 에너지를 이용하여 피사체의 영상을 획득하는 장치로서, 군사, 산업, 의학 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.
적외선 열상 장치는 광학계, 적외선 검출기, 검출회로 및 신호처리 회로 등을 포함할 수 있고, 적외선 열상 장비의 개발을 위한 기술요소로는 적외선 검출기 재료, 미세가공 기술, 검출기에서 출력되는 전기신호를 처리하기 위한 검출회로 설계 기술 및 검출기와 검출회로를 연결하기 위한 모놀리식 공정과 패키지 기술 등이 있다.
특히, 고해상도의 적외선 신호 검출 회로 개발을 위해서는 검출기의 특성, 신호의 동작 범위, 검출 비율, 노이즈 특성, 셀 크기, 전력 소모 등의 설계사항을 만족하는 고집적, 저전력 회로 설계기술이 필수적으로 요구된다.
예를 들어, 마이크로 볼로미터(micro??bolometer) 등의 비냉각형 적외선 이미지 센서(uncooled infrared image sensor)용 신호 검출(readout) 회로는 저전력화 동작을 위해 픽셀 내에 전류 스키밍(current skimming)을 수행하는 회로를 포함할 수 있다.
도 1은 전류 스키밍 회로를 구비하는 적외선 신호 검출 회로를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 전류 스키밍 회로는 스키밍 트랜지스터(Mp1), ADC, DAC, ADC 출력 저장용 내부 메모리(Memory), 스키밍 캐피시터(CSKIM) 및 스위치(s1, s2, s3) 등을 포함한다.
비냉각형 적외선 이미지 센서가 영상을 읽어내는 주기는 프레임 타임(frame time, 또는 integration time)으로 구분 되는데, 프레임 타임은 교정 모드(calibration mode)와 동작 모드(operation mode)로 구분된다.
교정 모드에서는 상온(300K)의 조건에서 마이크로 볼로미터가 동작하도록 한다. 이 때 스위치(s1)는 온(on)되어 스키밍 트랜지스터(Mp1)는 다이오드 연결 동작(diode connected operation)을 수행한다. 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에는 스키밍 캐패시터(CSKIM)가 연결되어 있는데, 이 스키밍 캐패시터(CSKIM)에는 다이오드 연결되어 동작하는 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 전압이 인가 된다. 이와 같은 상황하에서 마이크로 볼로미터에 흐르는 전류의 값을 Iback 이라고 한다.
동작 모드는 관찰 대상의 온도가 300K가 아닌 다른 값으로 변화한 경우에 해당하는 것으로, 스위치(s1)는 오프(off) 되고, 교정 모드에서 스키밍 캐패시터(CSKIM)에 저장되어 있던 전압이 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트에 인가되어 스키밍 트랜지스터(Mp1)가 동작함으로써 기존의 교정 모드에서와 동일한 전류값 Iback이 스키밍 트랜지스터(Mp1)을 흐르게 된다.
그러나, 마이크로 볼로미터는 관찰 대상의 온도가 상온(300K)에서 다른 온도로 변하였기 때문에 기존과 같은 전류값 Iback이 아닌 온도 변화에 상응하는 전류량인 Isig를 포함한 Iback+Isig이 흐르게 된다. 즉, 마이크로 볼로미터는 관찰하는 대상의 온도가 기존의 300K에서 변화한 만큼에 비례하여 저항 성분이 변화하기 때문에 이 변화 성분에 의한 전류의 값인 Isig가 기존의 Iback에 더하여져 흐르게 된다.
따라서, 적분 캐패시터(CINT)가 위치한 부분에는 전류 Isig만이 흐르게 된다. 이는 스키밍 회로를 포함하지 않은 신호 검출 회로의 동작모드에서 적분 캐패시터(CINT)에 흐르는 전류가 Iback+Isig임을 고려하면, 스키밍 회로를 포함하는 경우에는 저전력으로 동작이 가능하다는 것을 의미한다.
상술한 바와 같이 전류 스키밍을 수행하게 되면 비냉각형 적외선 이미지 센서가 읽어낸 영상을 복원시키기 위한 신호 검출 회로의 전류 소모량이 줄어드는 장점이 있으나, 동작 모드에서 스키밍 트랜지스터(Mp1)는 스키밍 캐패시터(CSKIM)에 저장된 값을 바탕으로 동작을 하기 때문에 프레임 타임이 반복됨에 따라 스키밍 캐패시터의 전하 누설 현상이 지속되어 전류 스키밍의 정확도도 동시에 떨어지게 된다.
즉, 동작시간이 길어질수록 전류 스키밍의 정확도는 현격하게 감소하며 시간의 흐름에 따라 스키밍 캐패시터의 전하량이 지속적으로 방전하여 결국 모든 프레임 타임에서 올바른 동작이 어려워진다.
상술한 문제를 해결하기 위해 각 픽셀마다 위치해 있는 스키밍 캐패시터(CSKIM)에 저장된 전압 값을 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여 디지털 값으로 변환하고 변환된 디지털 값을 내부 메모리에 저장한 후, 영상을 감지하는 각각의 프레임 타임 마다 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하여 아날로그 값으로 변환한 후 스키밍 캐피시터(CSKIM)에 공급하고, 스키밍 캐피시터(CSKIM)에 저장되는 전압 값을 다시 각 픽셀의 스키밍 트랜지스터의 게이트에 인가한다.
그러나, 스키밍 캐패시터에서 발생하는 전하 누설로 인하여 한번의 프레임 타임동안에도 인가한 게이트 전압 값이 변화하게 되고, 이와 같은 변화를 최소화 하기 위해서는 수 pF에서 수십 pF의 용량을 가지는 큰 스키밍 캐패시터를 사용하여야만 한다.
상술한 바와 같이 저전력 동작을 위한 전류 스키밍을 위해서는 큰 용량과 크기를 요구하는 스키밍 캐패시터를 각 픽셀마다 배치하여야 하기 때문에 기존 회로보다 저전력 동작은 가능하지만 픽셀의 피치를 줄이는 것에는 한계가 있고, 이로 인해 적외선 이미지 센서의 가격 경쟁력을 하락시키는 단점이 있다.
상기한 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 저전력으로 동작이 가능하며 픽셀 피치를 감소시킬 수 있는 적외선 신호 검출 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 적외선 신호 검출 회로는 게이트 전압에 따라 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류의 전류값을 가변시키는 스키밍 트랜지스터; 서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인; 상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류의 전류값에 따라 상기 복수의 글로벌 라인 중 소정개를 선택하여 상기 스키밍 트랜지스터에 연결시키는 글로벌 라인 선택부; 및 상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류와 온도 변화에 따라 상기 마이크로볼로미터에 추가적으로 흐르는 신호 전류에 상응하는 값을 가지는 디지털 신호를 출력하는 신호 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 적외선 신호 검출 방법은, 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류에 상응하는 전압값을 저장하는 교정 모드 수행 단계; 상기 저장된 전압값에 기초하여 서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인 중 상기 저장된 전압값에 해당하는 특정 전압을 제공하는 소정 글로벌 라인을 선택하는 단계; 및 상기 소정 글로벌 라인을 통해 제공된 상기 특정 전압에 기초하여 상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류 및 관찰 대상의 온도 변화에 따라 상기 마이크로볼로미터에 추가적으로 흐르는 신호 전류 중 상기 신호 전류에 상응하는 디지털 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 적외선 신호 검출 회로 및 적외선 신호 검출 방법에 따르면, 전류 스키밍을 위해 서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인을 마련하고, 교정 모드에서 스키밍 트랜지스터의 게이트 전압값을 저장하고, 동작모드에서는 교정 모드에서 저장된 전압값을 디코딩하여 글로벌 라인에 위치하는 스위치를 동작시킴으로써 상기 전압값과 가장 근사한 전압을 제공할 수 있는 글로벌 라인을 스키밍 트랜지스터의 게이트 단자에 연결하여 스키밍 트랜지스터를 턴 온 시킨다.
따라서, 픽셀에 포함되는 대용량의 스키밍 캐패시터를 사용하지 않고도 전류 스키밍을 수행하여 적외선 신호 검출 회로가 낮은 전력으로 동작할 수 있게 한다. 또한, 상기 대용량의 스키밍 캐패시터를 사용하지 않음으로써 픽셀의 피치를 감소시킬 수 있고, 이를 통해 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전류 스키밍 회로를 구비하는 적외선 신호 검출 회로를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시한 전류 스키밍부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시한 아날로그 디지털 변환기의 상세한 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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.
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.
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.
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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시한 전류 스키밍부를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 적외선 신호 검출 회로(100)는 크게 전류 스키밍부(110) 및 신호 검출부(150)를 포함한다.
전류 스키밍부(110)는 서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인(global line)(121)을 통하여 마이크로볼로미터에 연결된 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 동작을 제어하여 마이크로볼로미터에 흐르는 전류를 제어함으로써 적외선 신호 검출을 위해 요구되는 전류를 억제하는 기능을 수행한다.
구체적으로 전류 스키밍부(110)는 스키밍 트랜지스터(Mp1), 아날로그 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)(111), 제1 메모리(113), 디코더(115), 스위치부(117) 및 복수의 글로벌 라인(121)을 포함할 수 있다.
상기 스키밍 트랜지스터(Mp1)는 예를 들어 P형 MOSFET로 구성될 수 있고, 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 소오스(source) 단자는 스위치(S1) 및 스위치(S2)를 통해 아날로그 디지털 변환기(111)에 연결되고, 스위치(S4)를 통해 비교기(151)와 연결되며, 마이크로볼로미터의 동작을 제어하는 구동 트랜지스터(Mn1)의 드레인 단자에 연결된다.
또한, 상기 스키밍 트랜지스터(Mp1)는 게이트 단자에 연결된 글로벌 라인(121)을 통해 제공되는 전압에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 되어 마이크로볼로미터로 흐르는 전류를 제어한다. 예를 들어, 복수의 글로벌 라인(121) 중 소정 글로벌 라인을 통해 제공된 전압에 따라 스키밍 트랜지스터(Mp1)가 턴 온 상태가 되면 스키밍 트랜지스터(Mp1)에는 배경 전류(Iback)가 흐르게 되고 상기 배경 전류(Iback)는 마이크로볼로미터를 흐르게 된다.
아날로그 디지털 변환기(111)는 프레임 타임(frame time 또는 integration time)의 교정 모드에서 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자 전압(VSKIM)을 디지털 데이터로 변환한 후 변환된 디지털 데이터를 제1 메모리(113)에 저장한다.
디코더(115)는 제1 메모리(113)에 저장된 디지털 데이터를 디코딩하여 디코딩된 신호를 스위치부(117)에 제공함으로써 상기 디코딩된 신호에 따라 각각의 글로벌 라인과 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자 사이에 연결된 특정 스위치를 동작시켜 복수의 글로벌 라인(121) 중 특정 글로벌 라인이 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 연결되어 미리 설정된 전압이 상기 특정 글로벌 라인을 통해 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 인가될 수 있도록 한다.
스위치부(117)는 복수의 글로벌 라인(121)의 수와 동일한 스위치를 포함할 수 있고, 스위치부(117)에 포함된 복수의 스위치는 각각 디코더(115)의 출력에 따라 온 또는 오프됨으로써 각각의 글로벌 라인과 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자를 연결하거나 해제한다.
복수의 글로벌 라인(121)은 적외선 이미지 센서의 모든 픽셀(또는 마이크로볼로미터)에 포함된 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 연결되고, 복수의 글로벌 라인(121) 각각은 픽셀의 외부에서 공급되는 서로 다른 크기의 전압을 제공하도록 설정된다. 또한 복수의 글로벌 라인(121)에 포함된 각 글로벌 라인은 해당 스위치가 온 상태가 되면 미리 설정된 크기의 전압을 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 제공한다.
신호 검출부(150)는 도 2에 도시한 바와 같이 마이크로볼로미터(Micro??bolometer), 적분 캐패시터(CINT), 비교기(151), 카운터(153) 및 제2 메모리(155)를 포함할 수 있다.
신호 검출부(150)는 물체의 온도 변화에 따라 마이크로볼로미터에 흐르는 전류의 변화량에 상응하는 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하고, 비교 결과를 디지털 신호로 변환한 후 데이터 버스를 통해 외부의 신호 처리부(예를 들면, 이미지 신호 처리기)에 제공한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로(100)의 동작을 설명한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로는 정상적인 적외선 이미지 촬상을 수행하기 전 각 픽셀의 배경 전류값(Iback)을 획득하기 위한 교정(calibration) 과정(즉, 교정 모드)을 수행한다.
교정 모드(calibration mode)에서는 스위치(S1) 및 스위치(S2)는 온 상태가 되고, 스위치(S3) 및 스위치(S4)는 오프 상태가 되어 스키밍 트랜지스터(Mp1)은 다이오드 연결 동작(diode connected operation)을 수행하고, 이때 마이크로볼로미터에는 배경 전류(Iback)가 흐르게된다. 동시에 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 인가된 전압은 스위치(S1) 및 스위치(S2)를 통해 아날로그 디지털 변환기(111)에 제공되고, 아날로그 디지털 변환기(111)는 제공된 전압을 소정 비트의 디지털 데이터로 변환한 후 제1 메모리(113)에 저장한다.
이후, 동작 모드(operation mode)에서는 스위치(S1) 및 스위치(S2)는 오프 상태가 되고, 스위치(S3) 및 스위치(S4)는 온 상태가 된다. 또한, 디코더(115)는 제1 메모리(113)에 저장된 디지털 데이터를 디코딩하여 디코딩된 출력을 스위치부(117)에 제공하고, 스위치부(117)에 포함된 복수의 스위치 중 특정 스위치는 제공된 상기 디코딩된 출력에 상응하여 온 상태로 전환됨으로써 상기 특정 스위치가 연결된 특정 글로벌 라인을 통해 미리 설정된 전압이 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 인가된다.
스키밍 트랜지스터(Mp1)는 상기 특정 글로벌 라인을 통해 미리 설정된 소정 전압이 인가되면 턴 온 상태가 되어 배경 전류(Iback)가 흐르게 되고, 상기 배경 전류(Iback)는 마이크로볼로미터로 흘러가게 된다. 여기서, 마이크로볼로미터에는 상기 배경 전류(Iback)와, 촬상 대상 물체의 온도 변화에 따라 마이크로볼로미터의 저항값이 변화하여 흐르는 전류인 신호 전류(Isig)가 흐르게 되고, 이에 따라 적분 캐패시터(CINT)에는 상기 신호 전류(Isig)만 흐르게 된다.
마이크로볼로미터에 의한 전류 구동은 적분 캐패시터(CINT)를 방전시키고, 적분 캐패시터(CINT)의 전압이 기준 전압(VREF)에 도달하는 순간마다 비교기(151)의 출력은 전환된다. 또한, 비교기(151)의 출력의 하강에지(falling edge)에 따라 리프레시 트랜지스터(Mp2)가 턴 온 상태가 되어 적분 캐패시터(CINT)를 급격하게 충전하게 된다. 여기서, 비교기(151)의 출력은 펄스 형태로 카운터(153)의 입력으로 제공되고, 펄스 주파수는 마이크로볼로미터의 전류값에 직접적으로 의존한다.
카운터(153)의 출력은 제2 메모리(155)에 저장된 후 데이터 버스(data bus)를 통해 외부의 이미지 신호 처리부에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출 회로(100)는 복수의 글로벌 라인(121)을 외부에 만들어 놓고 교정 모드에서 저장된 각 픽셀에 연결된 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 게이트 전압 레벨과 가장 근접한 전압 레벨을 제공하는 글로벌 라인을 연결하는 방식이다. 그러나, 형성할 수 있는 글로벌 라인의 수에는 한계가 있기 때문에 기존의 방식과 비교할 때 교정 모드와 동작 모드에서 스키밍 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압값에 차이가 발생할 수 있다.
일반적으로, 이미지 센서용 신호 검출 회로에서 검출된 신호는 디지털 신호 처리부에 의해 처리되어 이미지가 복원되고, 상기 전압값의 차이는 각 프레임 타임 동안 동일하기 때문에 디지털 신호 처리부가 상기 전압값의 차이를 오프셋(offset)으로 인식하고 이를 고려하여 신호 처리를 수행함으로써 상기 전압값의 차이를 보정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로(100)에서는 글로벌 라인의 스위칭을 통해 스키밍 트랜지스터(Mp1)의 동작을 제어함으로써 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 신호 검출 회로에 포함된 스키밍 캐패시터 없이도 전류 스키밍을 수행할 수 있고, 이를 통해 신호 검출 회로가 저전력을 동작할 수 있는 동시에 픽셀 내에 스키밍 캐패시터가 차지하던 면적이 줄어들게 되어 픽셀의 피치를 축소시킬 수 있다.
도 4는 도 2에 도시한 아날로그 디지털 변환기의 상세한 구성을 나타내는 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로(100)에서 아날로그 디지털 변환기(111)는 모든 픽셀에 연결되고, 각 픽셀에 대해 보장된 동작 시간은 매우 짧기 때문에 적외선 신호 검출 회로(100)가 정상적으로 동작하기 위해서는 아날로그 디지털 변환기(111)의 동작 속도는 매우 빨라야 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 신호 검출 회로(100)에서는 빠른 동작 속도를 얻기 위해 도 4에 도시한 바와 같이 플래시 타입의 아날로그 디지털 변환기(flash type ADC)로 구성하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 적외선 신호 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 교정 모드에서 각 픽셀(즉, 마이크로볼로미터)에 연결된 스키밍 트랜지스터의 게이트 단자와 소오스 단자를 연결하여 스키밍 트랜지스터가 다이오드 연결 동작을 수행하도록 하고(단계 510), 이때 흐르는 배경 전류에 해당하는 전압(즉, 스키밍 전압)값을 디지털 데이터로 변환하여 저장한다(단계 520).
이후, 동작 모드에서는 교정 모드에서 저장된 스키밍 전압값의 디지털 데이터를 독출하고(단계 530), 독출된 디지털 데이터를 디코딩한다(단계 540).
단계 540의 실행을 통해 디코딩된 출력은 복수의 글로벌 라인 각각에 위치하는 스위치들 중 특정 스위치를 온 상태로 전환시켜 상기 온 상태로 전환된 스위치가 위치하는 특정 글로벌 라인이 스키밍 트랜지스터의 게이트 단자에 연결된다(단계 550). 이에 따라 상기 특정 글로벌 라인에 설정된 소정 크기의 전압이 스키밍 트랜지스터의 게이트 단자에 인가되어 스키밍 트랜지스터가 턴 온 된다.
상기 스키밍 트랜지스터가 턴 온 됨에 따라 마이크로볼로미터에는 배경 전류와 관찰 대상 물체의 온도 변화에 상응하는 신호 전류가 추가적으로 흐르게 되고, 이에 따라 적분 캐패시터에는 신호 전류만 흐르기 때문에 상기 신호 전류에 상응하는 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하고, 비교 결과를 카운트하여 저장한 후 데이터 버스를 통해 제공함으로써 감지한 적외선 신호에 상응하는 디지털 데이터를 생성한다(단계 560).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 적외선 신호 검출 회로 110 : 전류 스키밍부
111 : 아날로그 디지털 변환기 113 : 제1 메모리
115 : 디코더 117 : 스위치부
121 : 글로벌 라인 150 : 신호 검출부
151 : 비교기 153 : 카운터
155 : 제2 메모리

Claims (8)

  1. 게이트 전압에 따라 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류의 전류값을 가변시키는 스키밍 트랜지스터;
    서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인;
    상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류의 전류값에 따라 상기 복수의 글로벌 라인 중 소정개를 선택하여 상기 스키밍 트랜지스터에 연결시키는 글로벌 라인 선택부; 및
    상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류와 온도 변화에 따라 상기 마이크로볼로미터에 추가적으로 흐르는 신호 전류에 상응하는 값을 가지는 디지털 신호를 출력하는 신호 검출부를 포함하는 적외선 신호 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 글로벌 라인 선택부는
    교정모드시에 상기 스키밍 트랜지스터에 흐르는 배경 전류에 상응하는 전압값을 입력받아 이에 대응되는 디지털 데이터로 출력하는 아날로그 디지털 변환기;
    상기 아날로그 디지털 변환기로부터 출력되는 디지털 데이터를 저장하는 제1 메모리;
    동작모드시에 상기 제1 메모리에 저장된 상기 디지털 데이터를 읽어와 디코딩 신호를 출력하는 디코더; 및
    상기 디코딩 신호에 따라 상기 복수의 글로벌 라인 중 소정개를 선택하여 상기 스키밍 트랜지스터의 게이트에 연결시키는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 신호 검출 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 글로벌 라인 선택부는
    교정모드시에는 상기 스키밍 트랜지스터가 다이오드 연결 동작을 수행하도록 하고, 동작 모드시에는 상기 다이오드 연결 동작을 해제하도록 하는 복수의 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 신호 검출 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 검출부는
    상기 마이크로볼로미터를 흐르는 상기 신호 전류를 제공하는 적분 캐패시터;
    상기 신호 전류에 상응하는 전압과 기준전압을 비교하고 비교 결과를 출력하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 상응하여 상기 적분 캐패시터의 충전을 수행하기 위한 제어를 수행하는 리프레쉬 트랜지스터;
    상기 비교기의 출력을 카운트하는 카운터; 및
    상기 카운터의 출력을 저장하는 제2 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 신호 검출 회로.
  5. 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류에 상응하는 전압값을 저장하는 교정 모드 수행 단계;
    상기 저장된 전압값에 기초하여 서로 다른 크기의 전압을 제공하는 복수의 글로벌 라인 중 상기 저장된 전압값에 해당하는 특정 전압을 제공하는 소정 글로벌 라인을 선택하는 단계; 및
    상기 소정 글로벌 라인을 통해 제공된 상기 특정 전압에 기초하여 상기 마이크로볼로미터에 흐르는 배경 전류 및 관찰 대상의 온도 변화에 따라 상기 마이크로볼로미터에 추가적으로 흐르는 신호 전류 중 상기 신호 전류에 상응하는 디지털 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 적외선 신호 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 교정 모드 수행 단계는,
    상기 마이크로볼로미터에 연결된 스키밍 트랜지스터가 다이오드 연결 동작을 수행하는 단계;
    상기 마이크로볼로미터에 흐르는 상기 배경 전류에 상응하는 디지털 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 디지털 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 신호 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 소정 글로벌 라인을 선택하는 단계는,
    미리 저장된 전압값에 해당하는 디지털 데이터를 독출하는 단계;
    상기 독출된 디지털 데이터를 디코딩하여 디코딩된 출력을 제공하는 단계; 및
    상기 디코딩된 출력에 기초하여 상기 복수의 글로벌 라인 중 소정개를 선택하여 상기 마이크로볼로미터에 연결된 스키밍 트랜지스터의 게이트에 연결하는 단계를 포함하는 적외선 신호 검출 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 신호 전류에 상응하는 디지털 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 신호 전류에 상응하는 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하여 비교 결과를 출력하는 단계;
    상기 비교 결과값을 카운트하는 단계; 및
    카운트된 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 적외선 신호 검출 방법.
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