KR20130007802A

KR20130007802A - 광신호 수신회로

Info

Publication number: KR20130007802A
Application number: KR1020110068359A
Authority: KR
Inventors: 김창훈; 최영선
Original assignee: 주식회사 컨트롤칩스; 연성대학교 산학협력단
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-21
Also published as: KR101276709B1

Abstract

본 발명은 레이저나 적외선의 광-신호를 감지하여 출력할 때, 다른 외부 광에 의한 간섭을 받지 않도록 한 기술에 관한 것이다.
이를 위해, 입사되는 레이저와 같은 광-신호를 센싱하여 그에 따른 레이저 감지신호를 출력하는 레이저 감지부의 출력단에 고역필터를 첨가함으로서, 직류 바이어스 세력의 영향을 배제하고 상기 레이저 감지신호를 고역필터링해서 차동 증폭부 측으로 출력하도록 하였다. 이와 같이 원하는 광-신호가 외부광의 간섭에 관계없이 정확하게 검출할 수 있게 된다.

Description

광신호 수신회로{CIRCUIT FOR RECEIVING OPTICAL SIGNAL}

본 발명은 광신호를 감지하여 출력하는 기술에 관한 것으로, 특히 레이저와 적외선 등의 광신호를 감지하여 마이크로프로세서를 포함하는 제어수단에 출력할 때 외부 광에 의한 간섭을 받지 않도록 한 광신호 수신회로에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 광신호 수신회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 레이저 감지부(11)와 차동 증폭부(12)를 포함한다. 상기한 레이저 감지부(11)는 전원단자(VDD)와 접지단자(GND)의 사이에 직렬로 연결된 저항(R11) 및 포토다이오드(PD11)를 포함한다.

상기 포토다이오드(PD11)는 리모컨으로부터 조사되는 레이저에 반응하여 동작하는데, 이때의 반응 동작에 상응되는 전류(I_R)가 저항(R11)을 통하여 흐르게 된다.

상기 차동 증폭부(12)는 차동증폭기(AMP11)를 포함한다. 상기 차동증폭기(AMP11)는 저항(R11)의 타측 단자와 포토다이오드(PD11)의 캐소드의 연결점인 제1노드(N1)로부터 입력되는 레이저 감지신호(SEN_PD)를 비-반전입력단자를 통하여 공급되는 내부의 감지용 기준전압(V_DET)과 차동 증폭하여 그에 따른 출력신호(OUT_AMP)를 발생한다.

상기 포토다이오드(PD11)에는 태양광, 백열등 및 형광등 등과 같은 다양한 종류의 광이 입사될 수 있으며, 태양광에도 다양한 종류의 파장이 포함되어 있다. 백열등도 필라멘트의 온도에 따라 다양한 파장의 광을 방출하며, 형광등의 경우도 20% 만이 가시광선으로 나타나고, 나머지는 다양한 영역의 파장으로 나타난다.

이와 같이 상기 포토다이오드(PD11)에 목적한 레이저 이외의 주파수를 갖는 한 종류 이상의 광이 조사되는 경우에, 상기 포토다이오드(PD11)를 통한 레이저 감지의 방해요소로 작용한다. 그러므로, 레이저 수신회로의 출력단인 상기 차동증폭부(12)의 출력단에 노이즈가 포함된 레이저 감지신호가 출력될 수 있다.

도 2의 (a),(b)는 레이저 이외의 외부광의 입사여부에 따른 상기 포토다이오드(PD11) 및 차동증폭기(AMP11)의 출력파형을 나타낸 것이다.

상기 포토다이오드(PD11)에 목적한 레이저 이외의 광이 조사되지 않는 경우에, 제1노드(N1)를 통해 차동증폭기(AMP11)의 반전입력단자에 도 2의 (a)에서와 같이 노이즈 성분이 포함되지 않은 레이저 감지신호(SEN_PD)가 입력되어 차동 증폭된다. 이때, 차동증폭기(AMP11)에서 차동 증폭된 레이저 증폭신호(AMP_PD)를 도 2의 (a)에 나타내었다.

그러나, 상기 포토다이오드(PD11)에 목적한 레이저와 함께 태양광, 형광등 또는 램프 등으로부터 광이 조사되는 경우에는, 상기 제1노드(N1)를 통해 차동증폭기(AMP11)의 반전입력단자에 도 2의 (b)에서와 같이 노이즈 성분이 포함된 레이저 감지신호(SEN_PD)가 입력되어 차동 증폭된다. 이 경우, 상기 차동증폭기(AMP11)에서 차동 증폭된 레이저 증폭신호(AMP_PD)는 도 2의 (b)에서와 같이 노이즈 성분이 포함되어 있는 것을 알 수 있으며, 이때 차동증폭기(AMP11)에서 출력되는 레이저 증폭신호(AMP_PD)를 근거로 레이저 신호를 판정한다면 판정 오류가 발생될 수 있다.

이와 같이, 종래의 레이저 수신회로에 있어서는 포토다이오드에 목적한 레이저와 함께 태양광, 형광등 또는 백열등 등으로부터 광이 입사되는 경우에 이들의 간섭에 의하여 레이저 검출신호에 잡음성분이 포함되고, 이로 인하여 이후 단에서 레이저 신호를 판정할 때 판정오류가 발생되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서 해결하려는 과제는 광 감지소자를 이용하여 레이저 신호를 감지하고 증폭기를 통해 감지된 레이저 신호를 증폭하여 출력할 때, 레이저 이외의 광에 의해 광 감지소자로 혼입된 잡음성분을 제거하여 다른 광에 의한 영향을 배제하는데 있다.

본 발명의 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입사되는 레이저를 감지하여 그에 따른 레이저 감지신호를 출력하는 레이저 감지부; 상기 레이저 감지부의 출력신호를 고역 필터링하여 상기 레이저 감지신호만을 출력하는 고역필터; 상기 고역필터의 출력신호를 다음 단으로 전달하는 전달부; 상기 전달부를 통해 공급되는 상기 고역필터의 출력신호를 차동 증폭하여 그에 따른 레이저 증폭신호를 출력하는 차동 증폭부를 포함한다.

본 발명은 광 감지소자를 이용하여 레이저 신호를 감지하고 증폭기를 통해 감지된 레이저 신호를 증폭하여 출력하는 레이저 수신회로에 있어서, 고역필터를 이용하여 직류 바이어스 세력을 배제하고, 레이저 이외의 외부 광에 의해 광 감지소자로 혼입된 잡음성분을 제거함으로써, 외부 광에 관계없이 레이저 신호를 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고역필터의 구성요소인 커패시터나 저항의 값을 적절히 조정하여 외부 광에 의한 노이즈 성분에 유연하게 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 레이저 수신회로도이다.
도 2의 (a),(b)는 도 1에서 레이저 이외의 외부광의 입사여부에 따른 각부의 파형도이다.
도 3은 본 발명에 의한 레이저 수신회로의 실시예를 나타낸 것이다.
도 4의 (a),(b)는 도 3에서 레이저 이외의 외부광의 입사여부에 따른 각부의 파형도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 레이저 수신회로의 실시예를 나타낸 것으로 이에 도시한 바와 같이, 레이저 감지부(31), 고역필터(HPF: High-Pass Filter)(32), 전달부(33) 및 차동 증폭부(34)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 레이저 감지부(31)는 일측 단자가 전원단자(VDD)에 연결되고, 타측 단자가 상기 레이저 감지부(31)의 출력단자인 제1노드(N1)에 연결된 저항(R31) 및, 캐소드가 상기 제1노드(N1)에 연결되고 애노드가 접지단자(GND)에 연결된 포토다이오드(PD31)를 포함한다.

상기 포토다이오드(PD31)는 리모컨으로부터 조사되는 레이저에 반응하여 동작하는데, 이때의 반응 동작에 상응되는 전류(I_R)가 저항(R31)을 통하여 제1노드(N1) 쪽으로 흐르게 된다. 그리고 제1노드(N1)로부터 레이저 감지신호(SEN_PD)가 출력된다.

상기 고역필터(32)는 상기 제1노드(N1)와 차동 증폭부(34)의 입력단 측에 연결된 제2노드(N2)의 사이에 연결된 커패시터(C31) 및 제2노드(N2)와 접지단자(GND)의 사이에 연결된 저항(R32)을 포함한다.

상기 고역필터(32)는 레이저 감지부(11)의 상기 제1노드(N1)에서 출력되는 레이저 감지신호(SEN_PD)를 고역필터링 함으로써 직류 바이어스 세력이 배제된 레이저의 주파수대역만 통과되고, 그 이외의 외부 광에 의해 혼입된 고주파의 잡음성분이 필터링 된다.

고역필터(32)의 구성요소인 커패시터(C31) 또는 저항(R32)의 값을 조정함으로써 노이즈 내성에 대한 특성과 상기 레이저 감지신호(SEN_PD)의 차동증폭기(AMP31)로의 전달 정도를 조정할 수 있다.

예를 들어, 커패시터(C31)의 임피던스 대비 저항(R32)의 값이 크면 차동증폭기(AMP31)의 입력저항 값이 커지며, 레이저 감지신호(SEN_PD)가 최대 1에 가까운 이득으로 차동증폭기(AMP31)에 전달된다. 이와 반대로, 커패시터(C31)의 임피던스 대비 저항(R32) 값이 작으면 커패시터(C31)의 임피던스에 의해 레이저 감지신호(SEN_PD)가 감쇄되어 차동증폭기(AMP31)에 전달된다.

또한, 커패시터(C31)의 임피던스는 주파수에 반비례하는 전달특성을 갖는다. 즉, 레이저 감지신호(SEN_PD)의 주파수가 높을수록 커패시터(C31)의 임피던스 값이 작아져 최대 1에 가까운 이득으로 차동증폭기(AMP31)에 전달되고, 주파수가 작아질수록 임피던스 값이 커져 보다 낮은 이득으로 차동증폭기(AMP31)에 전달된다.

전달부(33)는 제1-3 모스(MOS)트랜지스터(M31-M33) 및 저항(R33)을 포함한다. 상기 제1 모스트랜지스터(M31)의 일측 단자가 전원단자(VDD)에 연결되고, 타측 단자 및 게이트가 제3노드(N3)에 연결된다. 상기 제2 모스트랜지스터(M32)의 일측 단자가 제3노드(N3)에 연결되고, 타측 단자가 제2노드(N2)에 연결되며, 게이트는 저항(R33)을 통해 전원단자(VDD)에 연결된다. 상기 제3 모스트랜지스터(M33)는 일측 단자 및 게이트가 제2노드(N2)에 연결되고, 타측 단자가 접지단자(GND)에 연결된다.

상기 전달부(33)는 고역필터(32)에 의해 고역필터링된 레이저 감지신호를 안정되게 차동 증폭부(34)에 전달하는 역할을 한다. 상기 고역필터(32)에 의해 고역필터링된 레이저 감지신호가 제2노드(N2)에 인가되는데, 이 레이저 감지신호에 의해 제3 모스트랜지스터(M33)가 동작한다. 상기 제3 모스트랜지스터(M33)와 전원단자(VDD) 사이에 제1,2 모스트랜지스터(M31),(M32)가 직렬로 연결되고, 제1 모스트랜지스터(M31)의 타측 단자 및 게이트가 제3노드(N3)에 연결되며, 제2 모스트랜지스터(M32)의 게이트에는 저항(R33)을 통해 일정한 레벨의 바이어스 전압이 공급된다. 따라서, 레이저 감지신호에 의한 제3 모스트랜지스터(M33)의 동작에 대응하여, 제3노드(N3)로부터 차동 증폭기(AMP31)의 반전입력단자에 레이저 감지신호가 공급된다.

차동 증폭부(34)는 차동증폭기(AMP31)를 포함한다. 상기 차동 증폭기(AMP31)는 비반전입력단자가 저항(R34)을 통해 감지용 기준전압(V_DET)에 연결되고, 반전입력단자가 제3노드(N3)에 연결된다.

상기 차동 증폭기(AMP31)는 상기 제3노드(N3)로부터 입력되는 레이저 감지신호를 비반전입력단자를 통해 공급되는 감지용 기준전압(V_DET)과 차동 증폭하여 그에 따른 레이저증폭신호(AMP_PD)를 출력한다.

한편, 도 4의 (a),(b)는 레이저 이외의 외부광 조사여부에 따른 포토다이오드(PD31), 고역필터(32) 및 차동 증폭기(AMP31)의 출력파형을 나타낸 것이다.

포토다이오드(PD31)에 목적한 레이저 이외의 광이 조사되지 않는 경우, 제1노드(N1)에 도 4의 (a)에서와 같이 노이즈 성분이 포함되지 않은 레이저 감지신호(SEN_PD)가 출력된다. 레이저 감지신호(SEN_PD)는 고역필터(32)를 통해 고역필터링되어, 도 4의 (a)와 같이 미분된 형태의 레이저 필터링신호(FIL_PD)가 출력된다. 레이저 필터링신호(FIL_PD)는 전달부(33)를 통해 차동증폭기(AMP31)에서 증폭되며 이로부터 도 4의 (a)와 같이 증폭된 형태의 레이저 증폭신호(AMP_PD)가 출력된다.

그러나, 포토다이오드(PD31)에 목적한 레이저 이외의 광이 함께 조사되는 경우, 상기 제1노드(N1)에 도 4의 (b)에서와 같이 노이즈 성분이 포함된 레이저 감지신호(SEN_PD)가 출력된다. 레이저 감지신호(SEN_PD)는 고역필터(32)를 통해 고역필터링되어, 도 4의 (b)와 같이 미분된 형태의 레이저 필터링신호(FIL_PD)가 출력된다. 레이저 필터링신호(FIL_PD)는 전달부(33)를 통해 차동증폭기(AMP31)에서 증폭되며 이로부터 도 4의 (b)와 같이 증폭된 형태의 레이저 증폭신호(AMP_PD)가 출력된다.

도 4의 (a),(b)에서 최종 출력신호인 레이저 증폭신호(AMP_PD)를 비교해 볼 때 노이즈 성분이 조금 포함되어 있다. 하지만, 도 4의 (b)에 도시된 레이저 증폭신호(AMP_PD)를 종래 기술에 의한 도 2의 (b)에서의 레이저 증폭신호(AMP_PD)와 비교해 볼 때, 상대적으로 노이즈 성분이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 따라서, 차동 증폭기(AMP31)에서 출력되는 레이저 증폭신호(AMP_PD)를 근거로 레이저 신호를 판정할 때 판정 오류가 거의 발생되지 않는다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시 예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

31 : 레이저 감지부 32 : 고역필터
33 : 전달부 34 : 차동 증폭부

Claims

입사되는 레이저를 센싱하여 그에 따른 레이저 감지신호를 출력하는 레이저 감지부;
상기 레이저 감지신호를 고역필터링하는 고역필터 및,
상기 고역필터의 출력신호를 증폭하는 차동 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 수신회로.
제1항에 있어서, 상기 고역필터는
상기 레이저 감지부의 출력단자인 제1노드와 상기 차동증폭부의 입력단 측에 연결된 제2노드의 사이에 연결된 커패시터 및,
상기 제2노드와 접지단자의 사이에 연결된 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 수신회로.
제1항에 있어서, 상기 고역필터의 출력신호를 차동증폭부에 전달하는 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 수신회로.
제3항에 있어서, 상기 전달부는
일측 단자가 전원단자에 연결되고, 타측 단자 및 게이트가 제3노드에 연결된 제1 모스트랜지스터;
일측 단자가 상기 제3노드에 연결되고, 타측 단자가 상기 제2노드에 연결되며, 게이트는 저항을 통해 전원단자에 연결된 제2 모스트랜지스터 및,
일측 단자 및 게이트가 상기 제2노드에 연결되고, 타측 단자가 접지단자에 연결된 제3 모스트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 수신회로.
제1항에 있어서, 상기 차동 증폭부는
비반전입력단자가 저항을 통해 감지용 기준전압단자에 연결되고, 반전입력단자가 상기 고역필터의 출력단 측에 연결된 차동증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 수신회로.