KR20060043809A - 광학 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치 및 방법 - Google Patents

광학 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

광도를 디지털 신호로 변환하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 광도를 나타내는 광다이오드의 전류 출력은 전압으로 변환되어 하나의 입력으로서 비교기에 제공된다. 톱니파 발생기는 다른 비교기 입력을 제공한다. 비교기의 출력은 펄스 폭 변조된(PWM) 디지털 신호이며 펄스 폭은 광도에 비례한다. 톱니파 발생기는 외부 소스에 동기화될 수 있다.

Description

광학 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치 및 방법{LIGHT TO PWM CONVERTER}
도 1은 본 발명에 따른 광-PWM 변환기의 블록도,
도 2는 본 발명의 파형을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 광다이오드 110 : 트랜스임피던스 증폭기
115 : 기준 전압 120 : 톱니파 발생기
125 : 톱니 파형 130 : 비교기
본 발명에 따른 실시예는 일반적으로 광-전기 변환기에 관한 것으로 좀 더 구체적으로 광-디지털 변환기에 관한 것이다.
다수의 장치들은 광도와 같은 광학적 특성을 전기 신호로 변환하는 것을 필요로 한다. 이 변환의 일반적 해결책은 종래의 아날로그-디지털 변환기를 사용하 는 것인데, 광다이오드와 같은 센서로부터의 아날로그 입력이 아날로그-디지털 변환기에 제공되어 입력 신호의 광도 레벨을 나타내는 다중 비트의 디지털 출력이 생성된다. 이러한 해결책은 설계 및 신호 경로에 주의를 기울어야 한다. 광다이오드와 아날로그-디지털 변환기 사이에 아날로그 신호 조절이 필요하다. 안정적인 기준 전압 및 변환 클록이 아날로그-디지털 변환기에 제공되어야 한다. 이 모든 회로는 공간 및 비용을 소모한다.
본 발명에 따르면, 광-PWM 변환기가 제공된다. 광다이오드로부터의 광전류는 트랜스임피던스 증폭기와 같은 증폭기에 의해 전압으로 변환된다. 광도를 나타내는 증폭기의 출력 전압은 비교기의 하나의 입력단에 제공된다. 톱니파 발생기는 비교기의 다른 입력을 제공한다. 비교기의 디지털 출력은 펄스 폭 변조된 신호이며, 이 펄스 폭은 광 레벨에 비례한다. 톱니파 발생기는 외부 소스와 동기화될 수 있다.
본 발명은 광-디지털 변환에 관한 것이다. 후속하는 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 사용할 수 있도록 설명되고 특허 출원 및 그 요건의 문맥에서 제공된다. 당업자라면 개시된 실시예에 대해 다양한 변경을 쉽게 할 수 있을 것이며, 본 명세서에서의 일반적 원리는 다른 실시예에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발 명은 실시예들에 제한되지 않으려 하며, 첨부된 청구항 및 본 명세서에서 설명된 원리 및 특징에 부합하는 넓은 범주에 따를 것이다.
이제 도면, 특히 도 1을 참조하면, 광다이오드(100)는 광을 광전류(105)로 변환한다. 이 작은 광전류는 트랜스임피던스 증폭기(110)에 의해 전압으로 변환된다. 트랜스레지스턴스로도 알려져 있는 트랜스임피던스 증폭기는 당업계에 잘 알려져 있는데, 예를 들어 Horowitz 및 Hill에 의한 "The Art of Electronics"의 제 2 개정판 79, 184, 235, 962, 1039 쪽에 개시되어 있다. 트랜스임피던스 증폭기(110)의 출력 전압(115)은 비교기(130)에 대한 하나의 입력으로서 제공된다.
톱니파 발생기(120)는 비교기(130)에 대한 다른 입력으로서 톱니 파형(125)을 제공한다. 톱니파 발생기의 출력은 제 1 저 전압에서 제 2 피크 전압으로 경사를 이루다가 제 1 저 전압으로 급속히 재설정되는 형태를 갖는다. 톱니파 발생기는 당업계에서 전형적으로 전류원을 포함하는 것으로 잘 알려져 있는데, 이 전류원은 임계 전압이 만족될 때까지 타이밍 캐패시터를 충전시키며, 임계 전압이 만족되는 시점에서 타이밍 캐패시터는 방전된다. 이상적인 톱니 파형에 있어서, 전압 경사는 선형적이며, 재설정 시간은 매우 짧다. 톱니파 발생기(120)는 또한 선택사항인 동기화 입력(122)을 갖는다. 이 입력은 생성된 톱니 파형을 외부 신호와 동기화시키는데 사용될 수 있다.
비교기(130)는 톱니 파형(125)을 광다이오드(100)에 의해 검출된 광도를 나타내는 기준 전압(115)과 비교한다. 비교기의 출력(140)은 디지털 신호이다. 기준 전압(115)이 톱니 파형(125)보다 높은 경우 비교기의 출력은 하이이다.
이것은 도 2에 도시되어 있다. 라인(115a)은 높은 광 레벨을 나타내는 전압을 도시한다. 파형(125)은 도 1의 톱니파 발생기(120)로부터의 톱니 파형을 도시한다. 톱니파 발생기(120)의 주기는 도 2에서 참조 번호(128)로 도시되어 있다. PWM 파형(140a)은 비교기(130)의 결과적인 펄스 폭 변조 출력을 나타낸다. 이 파형의 펄스 폭은 참조 번호(150a)로서 도시되어 있다. 비교기(130)의 입력(115a)이 톱니파 발생기(120)로부터의 톱니 파형(125)보다 높은 경우 비교기(130)의 출력은 하이이다. 라인(115b)은 낮은 광 레벨을 나타내는 전압을 도시한다. 톱니 파형(125)과 비교하여 보면, PWM 파형(140b)은 참조 번호(150b)로 표현되는 펄스 폭을 갖게 된다. 광도의 증가를 나타내는 전압(115)의 증가에 따라, 출력 신호(140)의 펄스 폭이 증가한다. 이러한 응답의 선형성은 톱니파 발생기(120)의 선형성에 좌우된다.
도시되어 있는 바와 같이, 출력 파형의 온-타임은 입력 광 레벨에 비례한다. 비교기에 대한 입력을 반전시키거나, 또는 비교기의 출력을 역전시킴으로써, 출력 파형의 오프-타임이 광 레벨에 비례하는 신호가 생성된다.
본 발명은 구분된 구성요소들로 구현될 수 있지만, 공통 기판 상에 모든 구성요소들이 집적된 형태로 구현될 수 있다. 이것은 세 개 또는 네 개의 핀 모듈, 즉 접지, 양의 공급원, PWM 출력 및 선택사항인 톱니 동기화 입력을 야기할 수 있다. 이러한 집적은 단일 집적 회로의 형태일 필요는 없고, 기판의 일측 또는 양측 상에 패키지화된 또는 역패키지화된 구성요소와 같은 중간적 형태를 취할 수 있다. 톱니파 발생기에 사용되는 타이밍 캐패시터의 크기에 따라, 이 구성요소를 기판의 외부에 배치가능하도록 하나 이상의 핀이 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다이오드를 제외한 모든 프로세싱 구성요소들은 단일 패키지 내에 집적될 수 있으며, 외부 광다이오드에 연결될 수 있다.
사용시, 시스템의 스펙트럼 응답은 광다이오드 및 이것의 패키지화의 광학적 특성에 의해 결정된다. 다수의 애플리케이션에서, 광학적 필터링 물질을 광학 경로에 배치함으로써 광다이오드의 스펙트럼 응답을 형성하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따라 세 개의 센서를 사용하는 실시예를 도시한다. 적색 필터(110)는 적색 광의 레벨에 비례하는 적색 PWM 출력(114)을 생성하도록 센서(112)에 광을 필터링한다. 녹색 필터(120)는 유사하게 센서(132)에 대한 광을 필터링하여 녹색 PWM 출력(124)을 생성한다. 청색 필터(130)는 센서(132)에 대한 광을 필터링하여 청색 PWM 출력(134)을 생성한다. 센서(112,122 및 132)로 하여금 동기화된 PWM 출력 신호를 생성하도록 하는 선택사항의 동기화 라인(140)도 도시되어 있다. 구현되는 세부사항에 따라, 동기화는 앞서 설명한 바와 같이 동기화 펄스를 인가함으로써 제공될 수 있고, 또는 동일한 톱니파 발생기로부터의 센서 그룹의 비교기를 구동함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명에 대해 앞서 설명한 상세한 내용들은 예시적으로 제공되어 있고 본 발명을 개시되어 있는 실시예에 제한되지 않으려 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부한 청구항에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 광-PWM 변환에 의해, 광다이오드와 아날로그-디지털 변환기 사이에서 아날로그 신호를 적절히 조절하며, 안정적인 기준 전압 및 변환 클록이 아날로그-디지털 변환기에 제공함으로써 공간 및 비용을 절약할 수 있다.

Claims (12)

  1. 광학 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치에 있어서,
    광학 신호를 전류로 변환하는 광다이오드와,
    상기 광다이오드 전류를 전압으로 변환하는 트랜스임피던스 증폭기와,
    톱니파를 생성하는 톱니파 발생기와,
    상기 톱니파를 상기 트랜스임피던스 증폭기의 상기 전압 출력과 비교하여, 펄스 폭 변조 디지털 출력을 생성하는 비교기
    를 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱니파 발생기는 동기화 입력도 포함하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스임피던스 증폭기, 톱니파 발생기 및 비교기는 공통 패키지 내에 존재하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광다이오드, 트랜스임피던스 증폭기, 톱니파 발생기 및 비교기는 공통 패키지 내에 존재하는 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광다이오드는 광학적 필터를 더 포함하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각이 광학 필터를 구비한 광다이오드, 트랜스임피던스 증폭기 및 비교기를 포함하는 다수의 변환기 유닛은 공통 톱니파 발생기에 의해 구동되는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 변환기 유닛은 상기 변환기 유닛 중 하나에 내부적인 톱니파 발생기에 의해 구동되는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 변환기 유닛은 상기 모든 변환기 유닛에 외부적인 톱니파 발생기에 의해 구동되는 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    각각이 광학 필터를 구비한 광다이오드, 트랜스임피던스 증폭기 및 비교기를 포함하는 다수의 변환기 유닛은 동기화되는 장치.
  10. 광학 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법에 있어서,
    상기 광학 신호를 전류로 변환하는 단계와,
    상기 광학 신호를 나타내는 상기 전류를 상기 광학 신호를 나타내는 전압으로 변환하는 단계와,
    톱니파를 생성하는 단계와,
    상기 톱니파를 상기 광학 신호를 나타내는 상기 전압과 비교하여, 디지털 펄스 폭 변조 출력을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제 1O 항에 있어서,
    상기 톱니 파형은 외부 신호와 동기화되는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
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