KR20000067627A - 열 영상 검출소자용 신호 처리회로 - Google Patents

열 영상 검출소자용 신호 처리회로 Download PDF

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Abstract

외부로부터 적외선 신호를 제공받아 파장에 대한 에너지를 전기신호로 변환한 후 발생한 전기신호의 저주파 대역에 노이즈를 제거하는 센싱 및 필터부와, 상기 센싱 및 필터부에서 출력되는 동작 바이어스 전압 및 적외선 전기신호에 응답하여 감지한 적외선 신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부에서 출력되는 신호에 응답하여 고주파 대역의 노이즈를 제거한 후 상기 증폭부로 피드백하고 출력하는 로우패스 필터부와, 상기 증폭부의 동작에 따라 출력단을 소정의 전원전압 레벨로 클램프하는 클램프 회로부, 및 상기 클램프 회로부와 센싱 및 필터부와 외부의 로우 선택신호에 각각 응답하여 감지한 적외선 신호를 증폭하여 출력하는 출력부를 구비하여, 적외선 신호 처리회로 셀 내에 여러 가지 필터회로를 추가하여 신호의 S/N비를 높임으로써, 고품질과 고해상도의 화질을 구현할 수 있는 열영상 검출소자용 신호 처리회로에 관한 것이다.

Description

열 영상 검출소자용 신호 처리회로{Readout circuit in infrared imaging detector}
본 발명은 비냉각 적외선 검출기(Uncooled IR Detector)에 관한 것으로서, 특히 적외선을 흡수하여 검출하고 검출한 적외선을 전기신호로 변환하여 영상으로 표시하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로에 관한 것이다.
비냉각 적외선 시스템은 외부로부터 입사되는 적외선 신호를 검출하여 신호 처리한 후 열 영상을 얻는 것이며, 나이트 비전(night vision)이나 보안 시스템(security system) 또는 표적 인식(target recognition) 등의 군사용, 의료용, 우주 산업용 등의 용도로 쓰이고, 그 시스템은 크게 적외선 센서와, 신호 처리회로와, 영상처리회로 및 수상관 등의 블록으로 이루어진다.
상기 적외선 센서는, 커패시터형의 초전소자 예를 들면, BST(Barium Strontium Titanate; Ba1-xSrxTiO3) 물질로 구성되어 8∼14㎛ 범위의 적외선 파장대를 검출하며, 센서의 결정이 전기적 분극을 갖고 있을 때 온도의 변화에 따라 전기적 분극의 양이 변화되어 표면 전하(charge)의 양이 변화하여 열 신호를 발생하게 된다. 즉, 적외선의 파장을 알면 각 파장에 대한 에너지의 양을 알 수 있고, 온도로 환산하는 것이 가능하다.
비냉각 적외선 시스템은 일반적으로 온도 변화에 대한 전하의 변화량이 커야 하고, 초전체 양단에 생성되는 미소한 양의 전하를 감지하기 위해서는 션트(Shunt) 저항이 커야 만이 높은 전압 강하를 유도할 수 있고, 초전소자의 자발분극과 유전율이 높고, 초전소자의 바륨(Br)과 스트론튬(Sr)의 조성비를 조절하여 초전계수를 -235∼130℃ 까지 쉽게 변화시킬 수 있는 등의 특성이 있어야 한다.
도 1은 종래의 적외선 신호 처리 IC의 단위 셀을 나타낸 회로도로서, 범프단(Bump)과 접지전압 사이에 연결되어 외부 대상물에서 복사되는 적외선을 열로 흡수한 후 파장에 따른 내부 온도 변화에 상응하는 전기신호를 발생하는 초전소자(Cd)와, 범프단(Bump)과 접지전압 사이에 연결되고 소정의 제어신호(CTL)에 따라 범프단(Bump)의 전압을 접지전압으로 풀-다운시키는 풀다운 트랜지스터(M1)와, 전원전압(Vdd)과 출력단(Vout) 사이에 연결되고 상기 범프단(Bump)의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(M2)와, 상기 출력단(Vout)과 접지전압 사이에 연결되고 상기 출력단(Vout)의 신호에 응답하고 N모스 트랜지스터(M3)로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 비냉각 적외선 센서의 경우 상온에서 동작하기 때문에 열 잡음의 영향이 크고 출력신호가 매우 작으며, 특히 세라믹 계열의 초전형 검출기는 매우 높은 절연특성을 가지므로 신호 처리회로의 설계를 위해서는 임피던스 매칭, 잡음제거 및 높은 전압이득을 가져야 한다.
종래의 기술은 세라믹 계열의 검출기의 임피던스 매칭에 주로 초점을 맞추어 설계되어 있어 열잡음 및 유전 손실 잡음을 효율적으로 제거하기 어렵고, 이러한 회로를 이용하여 제작된 신호처리 아이시(IC)는 매우 복잡한 신호처리 시스템이 필요할뿐 아니라 고화질의 열영상의 구현이 어렵게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 적외선 신호 처리회로 셀 내에 여러 가지 필터회로와 클램프 회로를 추가하고 각 필터와 클램프 회로로 공급되는 바이어스 전압을 조절함으로써, 차단주파수의 조절 및 신호의 S/N비를 높일 수 있는 열영상 검출소자용 신호 처리회로를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 외부로부터 적외선 신호를 제공받아 파장에 대한 에너지를 전기신호로 변환한 후 발생한 전기신호의 저주파 대역에 노이즈를 제거하는 센싱 및 필터부; 상기 센싱 및 필터부에서 출력되는 동작 바이어스 전압 및 적외선 전기신호에 응답하여 감지한 적외선 신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부에서 출력되는 신호에 응답하여 고주파 대역의 노이즈를 제거한 후 상기 증폭부로 피드백하고 출력하는 로우패스 필터부; 상기 증폭부의 동작에 따라 출력단을 소정의 전원전압 레벨로 클램프하는 클램프 회로부; 및 상기 클램프 회로부와 센싱 및 필터부에서 출력되는 신호에 각각 응답하여 감지한 적외선 신호를 증폭한 후 소정의 로우 선택신호에 따라 순차적으로 셀 외부로 출력하는 출력부를 구비한다.
도 1은 종래의 적외선 신호 처리회로 IC의 단위 셀을 나타낸 회로도이고,
도 2는 본 발명에 의한 적외선 신호 처리회로를 나타낸 블록도이며,
도 3은 도 2의 적외선 신호 처리회로의 실시 예를 보인 상세 회로도이며,
도 4는 도 3의 클램프 회로부의 유무에 따른 제 3 노드의 출력 파형을 보인 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110: 센싱 및 필터부 130: 증폭부(C모스 증폭기)
150: 로우패스 필터부 170: 클램프 회로부
190: 출력부 191: 출력버퍼부
195: 출력스위치부
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 적외선 신호 처리회로를 나타낸 블록도로서, 도 2의 셀 어레이의 단위 셀을 나타낸 회로 블록이다.
도면부호 110은 외부로부터 적외선 신호를 제공받아 파장에 대한 에너지를 전기신호로 변환하여 발생한 후 발생한 전기신호의 저주파 대역에 노이즈를 제거하는 센싱 및 필터부이고, 부호 130은 센싱 및 필터부(110)에서 출력되는 동작 바이어스 전압 및 적외선 전기신호에 응답하여 감지한 적외선 신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭부이다.
부호 150은 상기 증폭부(130)에서 출력되는 신호에 응답하여 고주파 대역의 노이즈를 제거한 후 상기 증폭부(130)로 피드백하고 출력하는 로우패스 필터부이고, 부호 170은 다음 회로의 입력단을 소정의 전원전압 레벨로 클램프(Clamp)하여 안정된 DC 동작점을 제공하기 위한 클램프 회로부이고, 부호 190은 상기 클램프 회로부(170)와 센싱 및 필터부(110)의 출력신호 및 외부의 로우 선택신호(Row SS)에 각각 응답하여 감지한 적외선 신호를 증폭한 후 순차적으로 출력하는 출력부로 구성되어 있다.
또한, 상기 출력부(190)는, 클램프 회로부(170)와 센싱 및 필터부(110)에서 출력되는 신호에 응답하여 클램프 회로부(170)에서 발생된 신호가 출력될 때까지 칼럼 라인에 발생하는 기생 커패시터를 구동하기 위한 출력버퍼부(191)와, 외부 로우 시프트 저항(200)로부터 출력되는 로우 선택신호(Row SS)에 응답하여 상기 출력버퍼부(191)를 통한 신호를 로우패스 필터단(300; LPF)으로 출력하는 출력스위치부(195)를 구비한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 도 2의 상세 회로도로서, 초전소자(Cd)를 포함한 센싱 및 필터부(110), 증폭부(130), 로우패스 필터부(150), 클램프 회로부(170) 및 출력부(190)를 구비한다.
상기 센싱 및 필터부(110)는, 외부 대상물에서 복사되는 적외선을 열로 흡수한 후 복사 파장에 따른 내부 온도 변화에 상응하는 전기신호를 발생하는 초전소자(Cd)와, 초전소자(Cd)의 일측단과 제 1 노드(Nd1) 사이에 전류통로가 연결되고 소오스단의 신호에 응답하는 다이오드형 P모스 트랜지스터(MP1)와, 초전소자(Cd)의 일측단과 제 1 노드(Nd1) 사이에 전류통로가 연결되고 소오스단의 신호에 응답하는 다이오드형 N모스 트랜지스터(MN1)로 구성되고, 상기 다이오드형 P모스 트랜지스터(MP1)와 N모스 트랜지스터(MN1)는 저항으로 작용한다.
그리고, 커패시터로 기능하는 초전소자(Cd)와 P모스 및 N모스 트랜지스터(MP1, MN1)의 결합은 하이패스 필터로 작용하게 된다.
또한, 증폭부(130)는, 제 1 전원전압(VDD)과 제 1 노드(Nd1) 사이에 연결되고 상기 초전소자(Cd)의 일측단의 전위에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP2)와, 제 1 노드(Nd1)와 접지 사이에 연결되고 초전소자(Cd)의 일측단의 전위에 응답하는 N모스 트랜지스터(MN2)로 구성되어, 상기 초전소자(Cd)의 출력신호를 반전 증폭시킨다.
또한, 로우패스 필터부(150)는, 제 2 전원전압(VLPF)과 타 트랜지스터의 소오스단 사이에 전류통로가 연결되고 소오스단의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP3)와, P모스 트랜지스터(MP3)의 드레인단과 제 2 노드(Nd2) 사이에 전류통로가 연결되고 제 1 전원전압(VDD)에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP4)와, 제 1 노드(Nd1)와 제 2 노드(Nd2) 사이에 전류통로가 연결되고 제 1 노드(Nd1)의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP5)와, 제 2 노드(Nd2)와 제 1 노드(Nd1) 사이에 전류통로가 연결되고 제 2 노드(Nd2)의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP6)와, 제 2 전원전압(VLPF)과 제 2 노드(Nd2) 사이에 연결된 커패시터(C1)로 구성되고, 상기 P모스 트랜지스터(MP5, MP6)의 저항 값을 조절하여 로우패스 필터의 차단 주파수를 조절할 수 있다.
또한, 클램프 회로부(170)는, 제 3 전원전압(VCC)과 제 3 노드(Nd3) 사이에 전류통로가 연결되고 제 4 전원전압(Vclp)에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP7)와, 상기 제 2 노드(Nd2)와 제 3 노드(Nd3) 사이에 연결된 커패시터(C2)로 구성되어, 상기 제 3 노드(Nd3)의 전압레벨을 제 3 전원전압(VCC)의 레벨로 클램핑(clamping)한다.
그리고 출력부(190)는, 제 3 전원전압(VCC)과 제 4 노드(Nd4) 사이에 전류통로가 연결되고 제 3 노드(Nd3)의 신호에 응답하는 N모스 트랜지스터(MN3)와, 제 4 노드(Nd4)와 접지 사이에 전류통로가 연결되고 상기 센싱 및 필터부(110)의 초전소자(Cd)의 출력신호에 응답하는 N모스 트랜지스터(MN4)와, 상기 제 4 노드(Nd4)와 출력단(Vout) 사이에 전류통로가 연결되어 외부의 로우 선택신호(Row SS)에 응답하여 제 4 노드(Nd4)의 신호를 셀 어레이의 외부에 설치된 로우패스 필터단(미도시)으로 출력하는 N모스 트랜지스터(MN5)로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 각 블록의 기능 및 동작을 살펴보자.
커패시터형 초전센서(Cd)는 임의의 적외선 신호를 흡수하여 동일 에너지의 전기적 신호(전압)를 발생시킨다.
특히, 초전형 센서(Cd)는 입사되는 연속적 적외선 신호에 대해서는 전기적 신호를 연속적으로 발생시킬 수 없기 때문에 일정 간격으로 적외선 신호를 단속시켜 주어야 한다. 이때, 사용되는 것이 초퍼(chopper)이며, 초퍼의 단속 주기는 센서(Cd)의 열 용량과 밀접한 관계가 있다.
특히, BST 등과 같은 강유전성 초전센서(Cd)의 열 응답속도는 약 15ms 정도이기 때문에, 일반적인 초전센서(Cd)에 사용되는 초퍼의 주파수(단속주기)는 30㎐이다.
초전센서(Cd)에서 출력되는 전압 신호는 초퍼의 주파수에 반비례하기 때문에 주파수를 되도록 낮게 가져가는 것이 좋으나, 비냉각 초전센서(Cd)의 경우 낮은 초퍼 주파수에서 열잡음 및 유전 손실 잡음이 매우 크기 때문에 신호에 매우 심각한 악 영향을 미치게 된다.
초전센서(Cd)에서 발생되는 노이즈의 대부분은 10㎐ 이하의 저주파 노이즈이며, 증폭부(130)의 C모스 증폭기(MP2, MN2)를 사용할 경우에도 저주파 노이즈가 크게 발생하여 센서(Cd)의 감지 신호에 많은 영향을 주게 된다.
또한, 초전센서(Cd)는 일종의 커패시터로서 절연저항 값(5E12[Ω] 이상)이 매우 크기 때문에 초전센서(Cd)의 감지 신호를 증폭하기 위해서는 센서(Cd) 입력단에서의 임피던스 매칭회로를 갖추는 것이 필수적인 조건이다. 본 발명에서는 위의 여러 가지 상황을 고려하여 가변 가능한 C모스 저항(MP1, MN1)을 이용하여 회로를 설계하였다.
C모스 저항(MP1, MN1)은 C모스 인버터 증폭기(MP2, MN2)의 DC 바이어스 레벨을 잡아주는 역할을 하고 있으며, 이때 등가 저항값은 5E11[Ω] 이상의 값을 갖게 된다. 1E11[Ω] 이상의 등가저항은 폴리(poly) 실리콘을 이용하여 구현할 수도 있으며, 단순 다이오드의 역방향 저항을 이용하여 구현할 수도 있으나, MOS형 다이오드 또는 PN 다이오드를 이용할 경우에 출력 파형에 약간의 왜곡이 발생할 수 있다.
가변 C모스 저항(MP1, MN1)은 인버터 증폭기(MP2, MN2)의 DC 바이어스 조정과 함께 커패시터의 초전센서(Cd)와 결합하여 하이패스 필터를 구성하게 된다. 하이패스 필터의 차단 주파수는 P모스 트랜지스터(MP1)의 벌크 바이어스(VBIAS; 외부조절 단자)를 조절하면서 초퍼 주파수 이하(약 10㎐ 이하)로 조절하게 된다.
초전센서(Cd)의 전압응답 특성을 보면 초전센서(Cd)에 폴링 바이어스를 인가함으로서, 매우 높은 센서전압(Cd) 신호를 얻을 수 있기 때문에, 일반적으로 강한 전계를 인가한 상태에서 초전센서(Cd)를 동작시키게 된다. 하지만, 이 경우 센서(Cd)에서 출력되는 전압값은 증가하는 이점이 있는 반면, BST 커패시터(Cd)의 유전상수 값이 급격하게 감소하는 현상이 발생하게 된다.
이러한 현상은 초전센서(Cd)의 커패시터를 감소시켜 하이패스 필터의 차단 주파수를 상승시키는 결과를 가져오며, 이는 센서신호를 완전히 사라질 수도 있는 위험 부담을 가지고 있다.
이러한 측면에서 볼 때 본 발명에서 사용된 가변 가능 C모스 저항(MP1, MN1)은 폴리 실리콘 혹은 단순 다이오드를 이용한 회로 설계보다 매우 안정된 주파수 특성을 가질 수 있으며, 회로 설계뿐만 아니라 초전센서(Cd)의 제작에 있어서도 엄청난 자유도를 부여할 수 있다.
그리고, 가변 C모스 저항들(MP1, MN1) 중 어느 하나만을 형성하여 이용해도 무방하다.
초전센서(Cd)에서 발생되는 신호의 크기는 수㎶에서 수십㎷ 크기의 전압을 갖는다. 실제 상온에서 동작할 경우, 초퍼를 거쳐 초전센서(Cd)에 도달되는 적외선 신호는 매우 작은 전압(수㎶∼수십㎶)을 발생시키기 때문에 열영상을 구현하기에 적합한 신호로 증폭하는 과정이 반드시 필요하다. 인버터 증폭기(MP2, MN2)의 설계에서 고려해야할 사항은 열영상 구현을 위해 제작될 초전센서(Cd)의 크기는 60×60[㎛2] 이하의 값을 갖게 되므로 회로 설계에 있어서 면적의 제한을 받게 된다.
따라서, 면적을 최대한 적게 가져가면서 충분한 증폭도를 낼 수 있도록 회로 설계가 이루어져야 하고 본 발명에서는 도면과 같이 단순 C모스 인버터 증폭기(130; MP2, MN2)를 이용하여 설계하였으며, 필요에 따라 N모스 트랜지스터(MN2)에 액티브 로드를 사용할 수도 있고, 제 1 전원전압(VDD)을 조절하여 전력 소모량을 조절할 수 있게 하여 열영상 시스템 제작을 쉽게 할 수 있다.
다음으로, 로우패스 필터부(150)는 하이패스 필터부(110)의 저항 부분(MP1, MN1)과 같이 저항으로 역할하는 C모스 저항부분(MP5, MP6)이 C모스 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 저항값을 외부에서 가변(VLPF: 외부단자에서 조절)시킬 수 있도록 하는 전류 소오스 부분(MP3, MP4)과 C모스 저항(MP6, MP7)과 연결되어 로우패스 필터를 구성하는 커패시터(C1)로 구성되어 있고, 로우패스 필터부(150)의 전류 소오스단은 수㎁ 이하의 전류를 C모스 저항(MP5, MP6)에 공급하여, 로우패스 필터의 차단주파수가 200㎐ 이하가 되도록 저항값(MP5, MP6의 등가저항 값; 1E9[Ω] 이상)을 조절하게 된다.
그리고, 로우패스 필터(150)를 구성하는 커패시터(C1)는 폴리-폴리 커패시터로 구성하였으며, 모스 커패시터 혹은 메탈-메탈 커패시터를 이용하여도 무방하다.
로우패스 필터에 사용된 C모스 저항(MP5, MP6)은 두 개의 모스 트랜지스터 중 한 개를 사용하여도 가능하며, PN접합 다이오드의 역방향 저항을 이용할 수도 있다.
또한, 전류 소오스 바이어스 단자인 'VLPF'없이 C모스 저항(MP5, MP6)의 벌크 바이어스를 조절하여서도 C모스 저항(MP5, MP6) 값을 조절할 수 있다. 만약, C모스 저항(MP5, MP6)의 벌크 바이어스를 조절할 경우 신호 파형의 미소한 왜곡이 발생할 수 있으나, 클램프 회로(170)를 사용하여 신호의 다이나믹 레인지(range)를 증가시키게 된다.
그리고, 인버터 증폭기(130)의 DC 바이어스는 센서(Cd)에서 발생되는 신호의 크기와 밀접한 관계를 갖게 된다. 즉, C모스 인버터 증폭기(130)의 입력신호에 따라 DC 바이어스점이 달라질 경우 입력전압의 크기에 따른 증폭율도 차이를 보이기 때문에 이러한 문제점을 해결하기 위해 클램프 회로(170; MP7, C2)를 사용한다.
클램프 회로(170)의 또다른 목적은 출력부(190)의 출력버퍼(191) 혹은 차동증폭기의 DC 동작점을 잡아주는 역할을 하여, 단전원(0∼5V)을 갖고도 출력부(190)의 설계에 자유도를 증가시킬 수 있다. 도 4는 클램프 회로부(170)의 P모스 트랜지스터(MP7)가 온될 때 제 2 노드(Nd2)와 제 3 노드(Nd3) 사이의 파형의 차이를 나타내고 있으며, 그 상세 설명은 후술하고자 한다.
그리고, 본 발명의 신호처리 단위 셀은 2차원 초전센서 어레이와 동일한 개수의 회로를 갖고, 2차원 신호처리 셀 어레이는 칩 내의 제어신호(Row SS)에 따라 선택적으로 외부로 신호(Vout)를 출력하게 되며, 이때 개개의 신호처리 셀에서 통과된 센서신호(Vout)는 미 도시된 각 칼럼 혹은 로우 별로 동일한 출력 버스라인을 구동하게 된다. 이때 출력 버스 라인의 기생 커패시터를 충분히 구동할 수 있으며, 파형의 왜곡이 생기지 않게 충분한 전류 구동 능력을 갖는 버퍼(191)가 필요하게 된다.
본 발명에서 사용된 출력버퍼(191)는 설계면적 제한을 고려하여 소오스 팔로워 방식을 이용하였으며, 로드의 바이어스는 외부에서 공급하지 않고 센싱 및 필터부(110)의 DC 바이어스를 이용하였다.
출력버퍼(191)를 통과한 센서신호는 신호처리 아이시 내의 디지털 파트로부터 발생되는 디지털 신호(Row SS)에 의해 로우(또는 칼럼) 스위치(MN5)가 온되었을 때 출력단(Vout)을 통해 칩 외부 또는 출력 버퍼단으로 최종 신호를 출력하게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 클램프 회로부(170)의 유무에 따라 발생되는 제 3 노드(Nd3)의 신호 형태를 나타낸 파형도로서, 도 4a는 센서신호 발생에 따른 증폭부(130)의 출력 신호 증폭을 나타낸 파형도이고, 도 4b는 클램프 회로부(170)가 없을 경우 제 3 노드(Nd3)의 신호 형태를 나타냈고, 도 4c는 클램프 회로부(170)가 있을 경우 제 3 노드(Nd3)의 신호 형태를 나타낸 파형도이다.
도 4a에서 보는 바와 같이 초전센서(Cd)의 발생신호(점선표시)는 미약하지만 증폭부(130)를 통과하면서 일정 레벨의 신호(실선표시)로 증폭되는 것을 알 수 있다.
이렇게 증폭된 신호가 로우패스 필터부(150)를 경유하여 제 3 노드(Nd3)에 도달하면, 도 4b와 같이 DC 레벨의 다운과 함께 출력신호가 감소되는 것을 볼 수 있다.
그러나, 본 발명의 클램프 회로부(170)에 의해 제 3 노드(Nd3)의 DC 바이어스가 고정되고, 제 3 노드(Nd3)를 경유하여 출력되는 신호(실선표시)는 제 2 노드(Nd2)의 신호(점선표시)보다 S/N비가 증가되고 다이나믹 레인지도 증가되어 제 2 노드(Nd2)의 신호보다 큰 진폭의 적분 파형을 얻을 수 있는 것을 도 4c를 통해 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 적외선 신호 처리회로 셀 내에 여러 가지 필터회로를 추가하여 각 필터에 공급되는 바이어스 전압을 조절함으로써 센싱신호의 차단주파수를 조절할 수 있어 신호의 S/N비를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 클램프 회로의 추가로 인해 출력 DC 바이어스 레벨을 조절함으로써 신호의 S/N비를 증가시키고 신호처리 셀 이후의 신호처리 블록의 구성을 손쉽게 할 수 있어 고화질의 열영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 외부로부터 적외선 신호를 제공받아 파장에 대한 에너지를 전기신호로 변환한 후 발생한 전기신호의 저주파 대역에 노이즈를 제거하는 센싱 및 필터부;
    상기 센싱 및 필터부에서 출력되는 동작 바이어스 전압 및 적외선 전기신호에 응답하여 감지한 적외선 신호를 일정레벨로 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭부에서 출력되는 신호에 응답하여 고주파 대역의 노이즈를 제거한 후 상기 증폭부로 피드백하고 출력하는 로우패스 필터부;
    상기 증폭부의 동작에 따라 출력단을 소정의 전원전압 레벨로 클램프하는 클램프 회로부; 및
    상기 클램프 회로부와 센싱 및 필터부에서 출력되는 신호에 각각 응답하여 감지한 적외선 신호를 증폭한 후, 소정의 로우 선택신호에 따라 순차적으로 셀 외부로 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱 및 필터부는,
    외부 대상물에서 복사되는 적외선을 열로 흡수한 후 복사 파장에 따른 내부 온도 변화에 상응하는 전기신호를 발생하는 커패시터형의 초전소자(Cd); 및
    상기 초전소자(Cd)의 일측단과 제 1 노드(Nd1) 사이에 전류통로가 연결되고 소오스단의 신호에 응답하는 다이오드형 P모스 트랜지스터(MP1);
    상기 초전소자(Cd)의 일측단과 제 1 노드(Nd1) 사이에 전류통로가 연결되고 소오스단의 신호에 응답하는 다이오드형 N모스 트랜지스터(MN1)로 구성된 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 다이오드형 P모스 트랜지스터(MP1)의 벌크 전압(VBIAS)을 조정하여 하이패스 필터의 차단주파수를 임의로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭부는,
    제 1 전원전압(VDD)과 제 1 노드(Nd1) 사이에 연결되고 상기 초전소자(Cd)의 일측단의 전위에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP2); 및
    상기 제 1 노드(Nd1)와 접지 사이에 연결되고 상기 초전소자(Cd)의 일측단의 전위에 응답하는 N모스 트랜지스터(MN2)로 구성된 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 로우패스 필터부는,
    제 2 전원전압(VLPF)과 타 트랜지스터의 소오스단 사이에 전류통로가 연결되고 소오스단의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP3);
    상기 P모스 트랜지스터(MP3)의 드레인단과 제 2 노드(Nd2) 사이에 전류통로가 연결되고 제 1 전원전압(VDD)에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP4);
    상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 전류통로가 연결되고 제 1 노드의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP5);
    상기 제 2 노드와 제 1 노드 사이에 전류통로가 연결되고 제 2 노드의 신호에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP6); 및
    상기 제 2 전원전압(VLPF)과 제 2 노드(Nd2) 사이에 연결된 커패시터(C1)로 구성된 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 P모스 트랜지스터(MP3)의 소오스 단자로 인가되는 제 2 전원전압(VLPF)을 조정하여 로우패스 필터부의 차단주파수를 임의로 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프 회로부는,
    제 3 전원전압(VCC)과 제 3 노드(Nd3) 사이에 연결되고 제 4 전원전압(Vclp)에 응답하는 P모스 트랜지스터(MP7); 및
    상기 제 2 노드(Nd2)와 제 3 노드(Nd3) 사이에 연결된 커패시터(C2)로 구성된 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 출력부는,
    상기 클램프 회로부와 센싱 및 필터부에서 출력되는 신호에 각각 응답하여 클램프 회로부에서 발생된 신호가 출력될 때까지 칼럼 라인에 발생하는 기생 커패시터를 구동하기 위한 출력버퍼부; 및
    소정의 로우 선택신호(Row SS)에 따라 상기 출력버퍼부를 통한 신호를 셀 외부로 순차적으로 출력하는 출력스위치부를 구비한 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 출력부는,
    제 3 전원전압(VCC)과 제 4 노드(Nd4) 사이에 연결되고 상기 제 3 노드(Nd3)의 신호에 응답하는 N모스 트랜지스터(MN3);
    상기 제 4 노드(Nd4)와 접지 사이에 연결되고 상기 센싱 및 필터부의 초전소자(Cd)의 출력신호에 응답하는 N모스 트랜지스터(MN4); 및
    상기 제 4 노드(Nd4)와 출력단(Vout) 사이에 연결되어 로우 또는 칼럼 선택신호(Row SS)에 응답하여 제 4 노드(Nd4)의 신호를 셀 외부로 순차적으로 출력하는 N모스 트랜지스터(MN5)로 구성된 것을 특징으로 하는 열영상 검출소자용 신호 처리회로.
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