KR20220012816A - 광원 시스템 - Google Patents

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KR20220012816A
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KR1020210092968A
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조나단 에프라임 데이비드 후르비츠
에오인 이. 잉글리시
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아날로그 디바이시즈 인터내셔널 언리미티드 컴퍼니
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Abstract

본 개시는 광원 구동 시스템들, 예를 들어, 레이저 구동 시스템들에 관한 것이다. 시스템들은, 광원을 턴 온하기 위해 전류 구동 신호의 초기 부분을 구동하기 위한 매우 낮은 인덕턴스의 전류 루프를 포함하도록 구성된다. 매우 낮은 인덕턴스의 전류 루프를 갖도록 시스템을 구현함으로써, 광원에 대해 매우 빠른 턴 온 시간이 달성될 수 있으며, 이는 특히, 광원으로부터 매우 빠른 턴-온 응답을 필요로 하는 비행 시간 시스템들에 대해 유용할 수 있다.

Description

광원 시스템{LIGHT SOURCE SYSTEM}
본 개시는, 예를 들어, 비행 시간 카메라 시스템에서 광원으로서 사용될 수 있는 광원 시스템에 관한 것이다.
비행 시간(Time-of-flight; ToF) 카메라 시스템들은, ToF 카메라 시스템으로부터 방출되는 광 신호의 왕복 시간을 측정함으로써 카메라와 물체 사이의 거리를 정하는 범위(range) 이미징 시스템들이다. 시스템들은 전형적으로, (레이저 또는 LED와 같은) 광원, 광원으로부터의 광의 방출을 제어하기 위한 광원 드라이버, 대상체에 반사되는 광을 이미징하기 위한 이미지 센서, 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 이미지 센서 드라이버, 광원으로부터 방출되는 광을 성형(shape)하고 이미지 센서 상으로 물체에 의해 반사되는 광을 포커싱하기 위한 광학부, 및 광원으로부터의 광의 방출과 물체로부터의 대응하는 반사 사이의 시간의 양을 결정함으로써 물체까지의 거리를 결정하도록 구성되는 계산 유닛을 포함한다.
ToF 카메라 시스템들은 수 센티미터로부터 수백 또는 수천 미터까지의 범위의 거리들을 측정할 수 있다. 광의 빠른 속도를 감안할 때, 광의 방출과 반사되는 광의 수신 사이의 단지 16.66ns의 시간 차이가 카메라 시스템으로부터 2.5m 떨어진 물체에 대응한다. 따라서, ToF는 거리를 정확하게 측정하기 위하여 높은 수준의 시간적 정밀도 및 제어를 요구한다.
본 개시는 광원 구동 시스템들, 예를 들어, 레이저 구동 시스템들에 관한 것이다. 시스템들은, 광원을 턴 온하고 턴 오프하기 위해 전류 구동 신호의 초기 부분을 구동하기 위한 매우 낮은 인덕턴스 전류 루프를 포함하도록 구성된다. 매우 낮은 인덕턴스 전류 루프를 갖도록 시스템을 구현함으로써, 광원에 대해 매우 빠른 턴 온 시간이 달성될 수 있으며, 이는 특히, 광원으로부터 매우 빠른 턴-온 응답 또는 변조 주파수를 필요로 하는 비행 시간 시스템들에 대해 유용할 수 있다.
본 개시의 제 1 측면에 있어서, 광원 시스템에 제공되며, 광원 시스템은: 기판; 기판의 표면 상에 장착되는 광원으로서, 광원은, 상부 단자를 갖는 상부 표면; 및 기판의 표면에 전도성으로 고정되며 하부 단자를 갖는 장착 표면으로서, 광원은 상부 단자와 하부 단자 사이에서 흐르는 전류에 의해 턴 온되도록 구성되는, 장착 표면을 포함하는, 광원; 광원을 구동하기 위한 전류의 제 1 부분을 공급하기 위한 수직 커패시터로서, 수직 커패시터는, 수직 커패시터의 제 1 플레이트에 대한 상부 단자를 포함하는 상부 표면으로서, 수직 커패시터의 상부 단자는 광원의 상부 단자에 전기적으로 결합되는, 상부 표면; 및 기판의 표면에 전도성으로 고정되며 수직 커패시터의 제 2 플레이트에 대한 하부 단자를 포함하는 장착 표면을 포함하는, 수직 커패시터; 및 기판의 표면 상에 장착되며, 광원의 동작을 제어하기 위해 수직 커패시터로부터 광원으로의 전류의 흐름을 제어하기 위하여 광원 및 수직 커패시터에 결합되는 전류 드라이버를 포함하며, 기판은 광원을 구동하기 위해 요구되는 상기 전류의 제 2 부분을 공급하기 위해 수직 커패시터에 전기적으로 결합되는 전압 단자를 포함한다.
기판의 전압 단자는 제 1 인터커넥터(interconnector)에 의해 수직 커패시터의 상부 단자에 전기적으로 결합될 수 있다.
기판의 표면과 광원의 상부 단자 사이의 거리는 기판의 표면과 수직 커패시터의 상부 단자 사이의 거리와 실질적으로 동일(예를 들어, 25% 이내)할 수 있다.
광원은, 기판의 표면과 광원의 상부 단자 사이의 거리가 기판의 표면과 수직 커패시터의 상부 단자 사이의 거리와 실질적으로 동일하도록 두께를 갖는 전도성 기단(podium)을 사용하여 기판의 표면 상에 장착될 수 있다.
전류 드라이버는 로우-사이드(low-side) 드라이버일 수 있으며, 광원의 하부 단자는 전류 드라이버에 의해 수직 커패시터의 하부 단자에 전기적으로 결합될 수 있고, 수직 커패시터의 상부 단자는 제 2 인터커넥터에 의해 광원의 상부 단자에 전기적으로 결합되어, 광원이 온(on)일 때 전류는 수직 커패시터의 상부 단자로부터 광원의 상부 단자로 그런 다음 광원의 하부 단자로부터 전류 드라이버를 통해 다시 수직 커패시터로 흐른다.
제 1 인터커넥터는 하나 이상의 결합 와이어들을 포함할 수 있다.
기판은, 광원이 온일 때 전류가 제 1 전도성 경로를 통해 광원의 하부 단자로부터 전류 드라이버의 제 1 단자로 흐르도록, 광원의 하부 단자와 전류 드라이버의 제 1 단자가 전도성으로 고정되는 제 1 전도성 경로(예를 들어, 제 1 전도성 트레이스); 및 광원이 온일 때 전류가 제 2 전도성 경로를 통해 드라이버의 제 2 단자로부터 수직 커패시터의 하부 단자로 흐르도록, 수직 커패시터의 하부 단자 및 전류 드라이버의 제 2 단자가 전도성으로 고정되는 제 2 전도성 경로(예를 들어, 제 2 전도성 트레이스)를 포함할 수 있다.
제 2 전도성 경로는 접지와 같은 기준 전위로 유지될 수 있다.
전류 드라이버는 하이-사이드(high-side) 드라이버일 수 있으며, 수직 커패시터의 상부 단자는 전류 드라이버에 의해 광원의 상부 단자에 전기적으로 결합될 수 있다.
기판은, 광원이 온일 때 전류가 제 1 전도성 경로를 통해 광원의 하부 단자로부터 수직 커패시터의 하부 단자로 흐르도록, 광원의 하부 단자 및 수직 커패시터의 하부 단자가 전도성으로 고정되는 기준 전압 전도성 경로를 포함할 수 있다.
기준 전압 전도성 경로의 부분은, 광원이 온일 때 전류가 기준 전압 전도성 경로를 통해 광원의 하부 단자로부터 전류 드라이버 아래의 수직 커패시터의 하부 단자로, 수직 커패시터의 상부 단자로부터 광원의 상부 단자로의 전류 흐름에 대해 실질적으로 반대 방향으로 흐르도록 전류 드라이버 아래를 통과할 수 있다.
하이-사이드 전류 드라이버는: 제 3 단자 및 제 4 단자를 갖는 제 1 표면; 및 기판의 표면에 고정되는 제 2 표면을 포함할 수 있으며, 수직 커패시터의 상부 단자는 제 3 인터커넥터에 의해 전류 드라이버의 제 3 단자에 결합되고, 전류 드라이버의 제 4 단자는 제 4 인터커넥터에 의해 광원의 상부 단자에 결합된다.
여기에서, 제 3 인터커넥터는 하나 이상의 결합 와이어들을 포함할 수 있으며, 제 4 인터커넥터는 하나 이상의 결합 와이어들을 포함할 수 있다.
광원의 상부 단자, 수직 커패시터의 상부 단자 및 전류 드라이버의 제 3 및 제 4 단자들은 모두 기판의 표면으로부터 실질적으로 동일한 거리에 있을 수 있다.
본 개시의 모든 측면들에 있어서, 제 1 인터커넥터는, 전압 단자에 전도성으로 고정되는 장착 표면, 및 수직 커패시터의 상부 단자와 기판의 표면으로부터 실질적으로 동일한 거리에 있는 상부 표면을 갖는 전도성 플랫폼; 및 전도성 플랫폼의 상부 표면 및 수직 커패시터의 상부 단자에 고정되는 적어도 하나의 전도성 엘리먼트를 포함할 수 있다.
본 개시의 모든 측면들에 있어서, 기판은 PCB의 비-전도성 기판일 수 있다.
광원 시스템은 광원을 구동하기 위한 전류의 제 3 부분을 공급하기 위한 추가적인 커패시터를 더 포함할 수 있으며, 추가적인 커패시터는 수직 커패시터보다 더 큰 커패시턴스를 가지고, 수직 커패시터, 광원 및 전류 드라이버는 제 1 전류 루프를 형성하기 위해 함께 결합되며, 추가적인 커패시터, 광원 및 전류 드라이버는 제 2 전류 루프를 형성하기 위해 함께 결합된다.
광원 시스템은 제 2 수직 커패시터를 더 포함할 수 있으며, 제 2 수직 커패시터는: 제 2 수직 커패시터의 제 1 플레이트에 대한 상부 단자를 포함하는 상부 표면으로서, 제 2 수직 커패시터의 상부 단자는 광원의 제 2 상부 단자에 전기적으로 결합되고, 광원의 제 1 상부 단자는 광원의 상부 표면의 제 1 측면에 위치되며 광원의 제 2 상부 단자는 광원의 상부 표면의 제 2 대향되는 표면에 위치되는, 상부 표면; 및 기판의 표면에 전도성으로 고정되며 수직 커패시터의 제 2 플레이트에 대한 하부 단자를 포함하는 장착 표면을 포함하며, 제 2 수직 커패시터는, 광원이 온일 때 전류가 제 2 수직 커패시터로부터 광원으로 흐르는 전류에 실질적으로 반대 방향으로 제 1 수직 커패시터로부터 광원으로 흐르도록, 기판의 상기 전압 단자에 전기적으로 결합되며 제 1 수직 커패시터의 위치에 대해 광원의 대향되는 측면 상에 위치된다.
본 개시의 제 2 측면에 있어서, 광원 시스템에 제공되며, 광원 시스템은: 전류 드라이버를 포함하는 전류 IC; 드라이버 IC의 표면 상에 장착되는 광원으로서, 광원은, 제 1 단자; 및 광원의 장착 표면 상의 제 2 단자로서, 광원의 제 2 단자는 드라이버 IC의 표면 상의 전류 드라이버의 제 1 단자에 전도성으로 결합되는, 제 2 단자를 포함하는, 광원; 및 드라이버 IC의 상기 표면 상에 장착되는 커패시터로서, 커패시터는, 커패시터의 제 1 플레이트에 대한 제 1 단자로서, 제 1 단자는, 광원이 온일 때 전류가 커패시터의 제 1 플레이트로부터 광원의 제 1 단자로 흐르도록 공급 전압 및 광원의 제 1 단자에 전도성으로 결합되는, 제 1 단자; 및 커패시터의 제 2 플레이트에 대한 제 2 단자로서, 커패시터의 상기 제 2 단자는, 광원이 온일 때 전류가 전류 드라이버를 통해 광원의 제 2 단자로부터 커패시터의 제 2 플레이트로 흐르도록 커패시터의 장착 표면 상에 있으며 드라이버 IC의 표면 상의 전류 드라이버의 제 2 단자에 전도성으로 결합되는, 제 2 단자를 포함하는, 커패시터를 포함한다.
커패시터는 수직 실리콘 커패시터일 수 있으며, 커패시터의 제 1 단자는 커패시터의 상부 표면 상에 있다. 커패시터의 제 1 단자는 결합 와이어들을 사용하여 광원의 제 1 단자에 결합될 수 있다.
대안적으로, 커패시터는 측방 실리콘 커패시터일 수 있고, 커패시터의 제 2 단자는 커패시터의 장착 표면 상에 있으며, 광원의 제 1 단자에 전기적으로 결합되는 드라이버 IC 전도성 경로에 전도성으로 결합된다. 광원의 제 1 단자는 광원의 상부 표면 상에 있을 수 있으며, 드라이버 IC 전도성 경로는 결합 와이어들을 사용하여 광원의 제 1 단자에 전기적으로 결합된다. 또는, 광원의 제 1 단자는 광원의 장착 표면 상에 있을 수 있으며, 드라이버 IC 전도성 경로는 전도성 결합을 사용하여 광원의 제 1 단자에 전기적으로 결합된다.
본 개시의 제 3 측면에 있어서, 레이저 구동 회로가 제공되며, 레이저 구동 회로는: 레이저; 레이저를 구동하기 위한 전류를 공급하기 위하여 레이저에 결합되는 제 1 커패시터로서, 제 1 커패시터는 제 1 커패시턴스를 갖는, 제 1 커패시터; 레이저를 구동하기 위한 전류를 공급하기 위하여 레이저에 결합되는 제 2 커패시터로서, 제 2 커패시터는 제 1 커패시턴스보다 더 큰 제 2 커패시턴스를 갖는, 제 2 커패시터; 레이저와 제 1 및 제 2 커패시터들 사이의 전류의 흐름을 제어하기 위해 레이저, 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터에 결합되는 전류 드라이버를 포함하며, 레이저, 전류 드라이버 및 제 1 커패시터는 함께 제 1 전류 회로를 형성하고, 레이저, 전류 드라이버 및 제 2 커패시터는 함께 제 2 전류 회로를 형성하며, 제 1 전류 회로의 인덕턴스는 제 2 전류 회로의 인덕턴스보다 상대적으로 더 낮다.
제 1 커패시터는, 기판의 표면 상의 전도성 트레이스에 전도성으로 결합되는 하부 표면을 갖는 수직 실리콘 커패시터일 수 있다.
레이저는 기판의 표면 상에 장착될 수 있으며, 제 1 커패시터의 상부 표면 상의 상부 단자는, 레이저가 턴 온될 때 전류가 제 1 커패시터의 상부 단자로부터 레이저의 상부 단자로 흐르도록 레이저의 상부 표면 상의 상부 단자에 전기적으로 결합된다.
제 1 커패시터는, 내부에 상기 전류 드라이버가 형성된 집적 회로의 표면 상에 제 1 커패시터를 장착하고 제 1 커패시터의 단자를 집적 회로의 표면 상의 제 1 단자에 전도성으로 결합함으로써 전류 드라이버에 결합될 수 있다. 레이저는, 레이저를 집적 회로의 표면 상에 장착하고 레이저의 단자를 집적 회로의 표면 상의 제 2 단자에 전도성으로 결합함으로써 전류 드라이버에 결합될 수 있다.
본 개시의 측면들이 다음의 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 패키징된 광원 모듈의 예시적인 표현들을 도시한다.
도 1c는 PCB 상에 장착된 도 1a 및 도 1b의 패키징된 광원 모듈을 도시한다.
도 1d는 도 1a 및 도 1b의 광원 모듈을 나타내는 회로도를 도시한다.
도 1e는 광원에 대한 이상적인 구동 전류 신호 및 이상적인 광학적 파워 신호의 표현을 도시한다.
도 2a는 본 개시의 측면들에 따른 광원 시스템을 도시한다.
도 2b는 도 2a의 시스템의 구성의 회로도 표현을 도시한다.
도 3a는 도 2a의 시스템의 제 1 커패시터 및 광원의 표현의 측면을 도시한다.
도 3b는, 광원의 높이를 상승시키기 위해 사용되는 기단(podium)을 갖는 도 2a의 시스템의 제 1 커패시터 및 광원의 표면의 추가적인 측면을 도시한다.
도 3c는, 전압 단자의 높이를 상승시키기 위한 추가적인 기단을 갖는 도 2a의 시스템의 제 1 커패시터 및 광원의 표현의 다른 추가적인 측면을 도시한다.
도 3d는, 전기적 결합을 형성하기 위해 전도성 브리지(bridge)가 사용되는 도 2a의 시스템의 제 1 커패시터 및 광원의 표면의 다른 추가적인 측면을 도시한다.
도 4a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 4b는 도 4a의 시스템의 회로도 표현을 도시한다.
도 5a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 5b는 도 5a의 시스템의 회로도 표현을 도시한다.
도 6은 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 7a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 7b는 도 7a의 시스템의 도면의 측면을 도시한다.
도 8a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 8b는 도 8a의 시스템의 회로도 표현을 도시한다.
도 9는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 10a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 10b는 도 10a의 시스템의 회로도 표현을 도시한다.
도 10c는 도 10a의 시스템의 도면의 측면을 도시한다.
도 11a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 11b는 도 11a의 시스템의 회로도 표현을 도시한다.
도 12는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 13a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 13b는 도 13a의 시스템의 도면의 측면을 도시한다.
도 13c는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 13d는 도 13c의 시스템의 제 1 커패시터의 도면의 측면을 도시한다.
도 13e는 도 13c의 시스템의 도면의 측면을 도시한다.
도 13f는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템을 도시한다.
도 13g는 도 13f의 시스템의 도면의 측면을 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 제 1 커패시터를 공급 전압 단자에 결합하기 위해 사용될 수 있는 전도성 클립들의 표현들을 도시한다.
다수의 인자들이, ToF 카메라 시스템이 물체까지의 거리를 측정할 수 있는 정밀도에 영향을 줄 수 있다. 이러한 인자들 중 하나는 광원으로부터 방출되는 광의 성질이다. 예를 들어, 주변 광 간섭이 거리/깊이 결정의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 전형적으로, 상대적으로 높은 주파수 변조를 가지고 방출되는 광을 변조하는 것이 주변 광 간섭을 감소시킬 수 있다. 그러나, 최대 달성가능 주파수가 광원을 구동하는 신호의 상승 및 하강 시간에 의해 제한될 수 있다.
추가로, 정확한 거리/깊이 측정의 범위가 방출되는 광의 피크 파워에 의해 제한될 수 있다. 눈의 안전 한계들 내에 머무르면서 방출되는 광의 피크 파워를 증가시키는 것은 시스템에 의해 정확하게 측정될 수 있는 최대 깊이를 증가시킬 수 있다.
깊이 측정에서의 잡음, 광원의 변조 주파수 및 검출되는 신호 광자들의 수 사이의 관계는 다음으로부터 확인될 수 있다:
Figure pat00001
여기에서:
σ = 깊이 잡음
c = 광속
Asignal = 검출된 신호 광자들의 평균 수
Bbackground = 검출된 배경 광자들의 평균 수
fmod = 변조 주파수
MC = 변조 대비(modulation contrast)
방출되는 광의 피크 파워를 증가시키는 것은 Asignal을 증가시켜야 한다. 방출되는 광의 변조 주파수를 증가시키는 것이 또한 전체 깊이 잡음 불확실성을 감소시켜야 한다. 단지 예로서, 본 발명자들은, 광원이 수직 캐비티 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL)인 경우, 양호한 깊이 측정 범위가 달성될 수 있으며, 광원 구동 신호가 600ps의 영역 내의 상승 및 하강 시간을 가지고 4A의 영역 내의 피크 전류를 전달할 수 있는 경우, σ가 바람직한 레벨 내로 유지될 수 있다는 것을 인식하였다. 수 미터 범위 내의 물체들을 이미징하기 위하여, 변조 주파수들은 50 내지 400MHz의 범위 내일 수 있으며, 다수의 주파수들이 상이한 거리들에서의 위상 펼침(phase unwrapping)을 핸들링하기 위해 캡처의 다수의 프레임들에 걸쳐 사용될 수 있다. 변조된 광은 프레임마다 수십 마이크로초(uS)의 범위 내의 주기에 걸쳐 버스트(burst)되며, 흔히 근거리 투사(near throw) 애플리케이션들에 대해 1-2mS마다 10uS의 영역 내의 그리고 장거리 투사(longer throw) 애플리케이션들에 대해 수백 마이크로초(uS) 영역 내의 기간에 걸쳐 버스트된다. 그러나, 본원에서 개시되는 측면들이 단지 이러한 특정 파라미터들에만 한정되지는 않으며, 시스템은 다른 레벨들의 피크 전류, 상승/하강 시간들, 변조 주파수들 및 버스트 주기들을 전달하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
따라서, 정확도 및 측정 범위 둘 모두를 개선하기 위하여, 상대적으로 높은 주파수 변조 신호를 가지고 변조되는 높은 피크 파워의 광 신호를 광원으로부터 방출하는 것이 바람직하다. 이는, 상대적으로 짧은 상승 및 하강 시간 내에 높은 피크 전류를 달성하는 높은 전류 구동 신호가 광원으로 전달될 것을 요구한다.
그러나, 상대적으로 높은 전류 및 상대적으로 짧은 상승 및 하강 시간을 가지고 광원을 구동함에 있어서 다수의 도전들이 존재한다. 특히, 광원 구동 회로들 내의 고유 저항들 및 인덕턴스들은 전기적 손실에 기여할 뿐만 아니라(그럼으로써 광원으로부터의 특정 광 파워 출력을 달성하기 위해 요구되는 전류의 양을 증가시킬 뿐만 아니라), 전류 레벨들 사이의 회로 전환들을 느리게 만들고 그럼으로써 턴 온 및 턴 오프를 느리게 만든다.
이러한 도전을 염두에 두고, 본 발명자들은 ToF 카메라 시스템들에서 사용하기에 적절한 광원 시스템의 다양한 설계들을 고안했다. 이러한 설계들에 있어서, 시스템은, 매우 짧은 상승 및/또는 하강 시간을 가지고 광원 구동 전류의 제 1 부분을 공급하도록 설계된 저-인덕턴스 전류 루프/회로를 포함한다. 저-인덕턴스 루프는, 광원에 근접하여 위치되며 광원 및 드라이버 회로에 결합되는 제 1 커패시터를 포함한다. 근접의 결과로서, 제 1 커패시터, 광원 및 광원 드라이버에 의해 형성되는 전류 루프/회로의 크기가 매우 작으며 그 결과 인덕턴스가 최소화된다. 제 1 커패시터는 광원을 턴 온하기 위한 초기 전류를 공급하며, 루프의 낮은 인덕턴스의 결과로서 초기 전류의 상승-시간이 매우 짧을 수 있다. 이에 더하여, 구동 전류 및 전력 공급의 요구되는 헤드룸(headroom)이 더 낮을 수 있으며 이는 더 전력 효율적인 해법을 가능하게 한다.
선택적으로, 제 2의 더 높은 인덕턴스 루프가 또한 존재할 수 있으며, 제 2 루프는 제 1 커패시터보다 더 크며 초기 턴 온 이후에 제 1 커패시터 상에 전하를 보충하거나 및/또는 광원을 구동할 수 있는 제 2 커패시터를 포함한다. 제 2 커패시터는 광원 및 광원 드라이버에 너무 가깝게 결합되지는 않는다. 이와 같이, 제 2 커패시터, 광원 및 광원 드라이버에 의해 형성되는 전류 루프/회로의 인덕턴스는 제 1 커패시터, 광원 및 광원 드라이버에 의해 형성되는 인덕턴스보다 더 크다. 대안예에 있어서, 제 2 커패시터가 생략될 수 있으며, 공급 전압에 의해 초기 턴 온 이후에 제 1 커패시터가 보충될 수 있고 광원이 구동될 수 있다. 이러한 방식으로, 광원은 처음에는 더 낮은 인덕턴스 전류 루프 내의 전류를 공급받아서 전류 신호 상승 시간을 개선할 수 있으며, 그런 다음 이후에 구동 신호의 '안정-상태' 기간 동안 더 높은 인덕턴스 전류 루프 내의 전류를 공급받아서 높은 피크 전류가 구동 신호 지속 기간 동안 지속되는 것을 가능하게 할 수 있다. 달성되는 상승 시간이 초기에 구동 회로의 인덕턴스에 의해 가장 많이 영향을 받기 때문에, 빠른 상승 시간 및 높은 피크 전류가 달성될 수 있다. 공급 전압은 커패시터들 둘 모두를 충전하고 전류의 더 긴 버스트 기간들을 유지하기 위해 필요한 전류를 제공할 수 있다.
제 1 전류 루프의 인덕턴스를 최소화하기 위한 다양한 설계 세부사항들이 또한 개시된다. 예를 들어, 컴포넌트들이 장착되는 기판의 평면과 광원의 상부 단자가 놓이는 평면 사이의 전류의 수직 병진 이동(translation)이 제 1 커패시터에 의해 수행되는 수직 커패시터로서 제 1 커패시터를 구현한다. 이는, 순수하게 전도성 비아와 같은 이러한 2개의 평면들 사이에서 전류를 전도시키기 위해 전용되는 임의의 특징부들에 대한 필요성을 감소시키거나/제거하며, 그럼으로써 인덕턴스를 훨씬 더 감소시킨다. 추가적인 예에 있어서, 광원 및 제 1 커패시터는 드라이버 회로를 포함하는 집적 회로(integrated circuit; IC)의 표면 상에 장착될 수 있으며, 그럼으로써 형성되는 전류 루프의 물리적 크기를 최소화하여 인덕턴스를 추가로 감소시킨다.
도 1a 및 도 1b는, 상대적으로 높은 인덕턴스 구동 회로 및 그에 따른 상대적으로 느린 상승 및 하강 시간들을 겪는 종래의 패키징된 광원 모듈(110)의 예시적인 표현들을 도시한다. 광원은 VCSEL이며, 패키징된 광원 모듈(110)은 VCSEL(120) 및 포토다이오드(130)(이는 눈의 안전 이유들을 위해 광학적 파워 출력을 측정하기 위해 사용될 수 있음)를 포함한다. VCSEL(120)의 애노드 단자(122)는 와이어 결합(142)을 통해 결합 패드(140)에 결합되며, 캐소드 단자는 VCSEL(110)의 밑면 상에 존재한다(따라서 보이지 않음).
도 1c는 PCB(160) 상에 장착된 패키징된 광원 모듈(110)을 도시한다. 결합 패드(140) 및 광원 모듈(110)의 캐소드 단자는 PCB(160)를 통해 드라이버 IC(150)에 결합된다.
도 1d는, 기생 인덕턴스들, 저항들 및 커패시턴스들의 표현들을 포함하는 시스템(100)을 나타내는 회로도를 도시한다. 패키징된 VCSEL 모듈(110) 내에 상대적으로 높은 등가 직렬 인덕턴스가 존재하며, 이는 PCB 라우팅 기생들과 결합되어 전류 구동 신호의 상승 시간을 억제할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이는 또한 원치 않는 전기적 공진을 초래할 수 있다. 전류의 빠른 변화가 존재할 때 구동 동안 인덕턴스에 걸친 강하는 인덕턴스에 걸친 전압 강하를 초래하며, 이는 드라이버의 이용가능한 전압 준수(voltage compliance)/헤드 룸을 감소시킨다. 이를 보상하기 위해, 전력 공급 전압이 증가될 수 있지만, 이는 레이저 구동 기간 동안 전력 소비를 증가시킨다. 따라서, 레이저의 동작 동안 전력 소비를 최소화하기 위해 회로 인덕턴스의 감소가 바람직하다.
도 1e는, 도 1c 및 도 1의 배열들에 의해 실현되는 실제 광학적 파워 및 드라이버 전류와 이상적인 구동 전류 신호 및 이상적인 광학적 파워 신호의 표현을 도시한다. 보일 수 있는 바와 같이, 드라이버 전류의 상승 및 하강 시간들 및 그에 따른 VCSEL(120)의 광학적 파워 출력이 또한 이상적인 것보다 더 느리다. VCSEL에 대한 구동 신호는 단지 구형파(square wave)가 아니라 더 많은 것으로 구성될 수 있다. 특히, 프리-엠퍼시스(pre-emphasis) 또는 파형 성형이 광학적 에지 속도 또는 스펙트럼 콘텐트를 제어하고 개선하는 것을 시도하기 위해 추가될 수 있지만, 그러나 이들 모두가 루프 인덕턴스와 싸운다.
도 2a는 본 개시의 측면들에 따른 광원 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은, 이러한 경우에 VCSEL인 광원(210), 광원 드라이버(220), 제 1 커패시터(230) 및 제 2 커패시터(240)를 포함한다. 이러한 예에서 제 1 커패시터(230)는 저 인덕턴스 와이어 결합형 수직 커패시터이다. 이는, 예를 들어, 실리콘 커패시터, 예컨대, Murata - https://www.murata.com/-/media/webrenewal/products/capacitor/siliconcapacitors/pdf/silicon-capacitors-cataloguev15murata.ashx?la=en&cvid=20200227020954000000에 의해 제조되는 와이어 결합가능 수직 Si 커패시터일 수 있다.
이러한 수직 실리콘 커패시터들은 주어진 영역에 대하여 커패시턴스의 유효 표면을 증가시키기 위해 어떤 형태의 트렌칭(trenching)을 가지고 실리콘으로 만들어질 수 있다. 트렌치들은 하나의 전극으로 라이닝(line)되고, 절연체로 코팅되며, 그런 다음 제 2 전극으로 코팅될 수 있다. 그런 다음, 제 1 전극은 고농도로 도핑된 실리콘을 통해 커패시터의 하단 표면에 연결될 수 있으며, 이는 그런 다음 솔더(solder) 또는 등가물을 통한 시스템 내에서의 부착에 적절할 수 있는 단자를 형성하기 위해 양호한 금속성 전도체로 코팅된다. 상부 전극은, 와이어 결합 또는 다른 연결 방법을 가능하게 하기 위하여 유사한 방식으로 커패시터의 상부 표면 상에 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 커패시터들을 제조하는 다른 방법들이 존재한다.
제 1 커패시터(230)의 상부 표면은 제 1 커패시터(230)의 제 1 (상단) 플레이트에 대한 연결을 만들기 위한 상부 단자를 포함한다. 상부 단자는, 결합 와이어들(232)에 의해 이러한 예에서 공급 전압 트레이스(임의의 적절한 전압, 예를 들어, 3.3V, 또는 5V, 또는 11V 등일 수 있음)인 전압 단자에 결합된다. 제 1 커패시터(230)의 상부 단자가 또한 결합 와이어들(234)에 의해 VCSEL(210)의 상부 표면 상의 상부 단자(이러한 경우에, 애노드 단자)에 결합되며, 그 결과 제 1 커패시터(230)의 상부 단자에 대하여 2개의 상이한 연결들이 만들어진다. 이때, VCSEL이 온될 때, 전류는 (이하에서 설명되는 바와 같이) 제 1 커패시터(230) 및 공급 전압으로부터 애노드 단자에 공급될 수 있다.
제 1 커패시터(230)의 장착 (하부) 표면은 (도 2a에서는 보이지 않는) 제 1 커패시터(230)의 제 2 (하단) 플레이트에 대한 연결들을 만들기 위한 하부 단자를 포함한다. 제 1 커패시터의 장착 표면은, 이러한 경우에, 솔더/범프(bump) 결합 또는 전도성 접착제 등과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 PCB의 접지 트레이스인 기준 전압 전도성 경로에 전도성으로 결합된다. VCSEL(210)의 장착 (하부) 표면은 하부 단자(이러한 경우에, 캐소드 단자)를 포함한다. 하부 단자는 금속 결합 또는 전도성 접착제 등과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 캐소드 전도성 경로(이러한 예에서, PCB의 트레이스)에 전도성으로 결합된다. VCSEL(210) 및 제 1 커패시터(230)의 하부 단자들은, 드라이버(220)의 제 1 (전류 입력) 단자를 캐소드 트레이스에 전도성으로 결합(예를 들어, 솔더/범프 결합, 전도성 접착제, 등)하고 드라이버(220)의 제 2 (전류 출력) 단자를 기준 전압 트레이스에 결합(예를 들어, 다이 결합, 솔더/범프 결합, 전도성 접착제, 등)함으로써 전류 드라이버(220)에 의해 서로 결합되며, 그 결과 VCSEL이 온될 때, VCSEL 캐소드 구동 드라이버(220)로부터 전류가 흐르고 제 1 커패시터(230)의 하단 플레이트로 복귀하며, 이의 상단 플레이트는 전류를 동일한 VCSEL(210)의 애노드로 전달한다.
이러한 예에 있어서, 표현된 컴포넌트들/엘리먼트들 전부가 PCB의 절연 기판 상에 장착된다. 그러나, 이러한 예시적인 구현예 및 이하의 모든 다른 예시적인 구현예들에 있어서, 다른, 비-PCB 타입의 기판들, 예를 들어, 세라믹 기판들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전도성 경로들(예를 들어, 트레이스들) 모두는, 전도성 비아들과 같은 상호연결들이 요구되지 않도록 기판의 동일한 측면 상에 존재한다는 것이 보일 수 있으며, 이는 회로의 인덕턴스 및 회로 길이를 감소시키는데 도움을 준다.
도 2b는 시스템(200)의 구성의 회로도 표현을 도시한다. 드라이버(220)는 전류 소스/싱크(sink)를 포함하는 것으로 표현되지만, (VCSEL 구동 전류를 턴 온 및 턴 오프하기 위한 스위치들/트랜지스터들과 같은) 드라이버(220)의 어떠한 다른 컴포넌트들도 단순성을 위해 표현되지 않는다. 드라이버(220)는 트랜지스터를 전류 소스/싱크로 동작하도록 바이어싱하기 위해 제어되는 게이트 전압을 갖는 FET와 같은 트랜지스터 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 트랜지스터는 또한 회로 전류를 턴 온 및 턴 오프하여 VCSEL(210)을 제어하기 위한 스위치로서 역할할 수 있다. 대안적으로, 드라이버(220)는 전류 소스의 하나의 측면 상에 전류 소스 및 VCSEL과 직렬로 제공될 수 있는 제 2 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 이는 회로 전류를 턴 온하거나 또는 턴 오프하기 위한 스위치로서 동작될 수 있다. 선택적으로, 디지털적으로 제어되는 전류를 형성하기 위한 복수의 구동 트랜지스터들이 존재할 수 있으며, 전류는, 단지 구동 전류 온 및 오프 사이에서 움직이는 것이 아니라, 하나의 레벨로부터 다른 레벨로 광원의 요구되는 변조를 생성하기 위해, 복수의 구동 트랜지스터들에 의해 또는 다른 수단에 의해 하나의 비-제로 레벨로부터 다른 비-제로 레벨로 변조될 수 있다. 이러한 예에 있어서, 드라이버(220)는, 이것이 VCSEL(210)의 캐소드 측면에 위치되기 때문에 하부 측면 드라이버로서 동작한다는 것이 보일 수 있다. 따라서, 드라이버/전류 드라이버(220)는 대안적으로 회로 내의 전류의 스위치 온 및 오프 또는 변조를 제어하도록 구성된 제어기/전류 제어기로서 지칭될 수 있음이 이해될 것이다.
제 1 커패시터(230)는 VCSEL(210) 및 드라이버(220)에 매우 가깝게 위치된다. 결과적으로, 제 1 커패시터(230), VCSEL(210) 및 드라이브(220)에 의해 형성되는 전류 루프는 상대적으로 짧다. 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)은 100μm, 200μm, 500μm, 1mm 또는 2mm 떨어진 영역 내에 위치될 수 있다. 추가로, 제 1 커패시터(230)는 수직 커패시터이며, 이는 실리콘 수직 커패시터와 같은 저 인덕턴스 설계가 되도록 선택될 수 있다. 높이에서 제 1 커패시터(230)가 VCSEL(210)에 더 가까울수록, 컴포넌트들이 함께 더 가깝게 위치될 수 있으며, 연결 방법이 더 짧고 더 작은 루프가 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 커패시터(230), VCSEL(210) 및 드라이버(220)에 의해 형성되는 전류 루프는 상대적으로 짧고 상대적으로 저 인덕턴스이다. 그러나, 매우 콤팩트한 설계를 원하는 결과로서, 제 1 커패시터(230)의 커패시턴스 값 및 그에 따라 제 1 커패시터(230)가 VCSEL(210)로 전달할 수 있는 에너지(짧은 시간 기간에 걸친 전류)의 양이 상대적으로 작을 수 있다. 제 2 커패시터(240)는 VCSEL(210) 및 드라이버(240)로부터 더 떨어져 위치되며, (수직 커패시터에 비해) 상대적으로 높은 인덕턴스 설계일 수 있다. 결과적으로, 제 2 커패시터(240), VCSEL(210) 및 드라이버(220)에 의해 형성되는 전류 루프는 (제 1 루프에 비해) 상대적으로 길고 상대적으로 높은 임피던스일 수 있다. 그러나, 제 2 커패시터(240)는 제 1 커패시터(230)에 비해 상대적으로 높은 커패시턴스를 가질 수 있으며, 따라서, 높은 주파수 요구들이 제 1 커패시터(230)에 의해 충족되었기 때문에, 전류의 변화의 상대적으로 낮은 레이트를 가지고 VCSEL(210)로 상대적으로 큰 전류를 전달하는 것이 가능할 수 있다. 제 2 커패시터(240)는, 세라믹 커패시터, 폴리머 커패시터 및/또는 다수의 유형들의 커패시터의 조합과 같은 커패시터의 임의의 적절한 설계 또는 유형 또는 조합일 수 있다. 일 예에 있어서, 이것은, 그 위에 VCSEL(210)가 장착되는 기판 상에 장착되거나 또는 케이블 또는 코드에 의해 다른 곳에 장착되고 연결되는 SMD 커패시터일 수 있다.
드라이버(220)가 구동 전류를 턴 온할 때, 제 1 루프가 상대적으로 낮은 인덕턴스이기 때문에 제 1 커패시터(230)는 초기에 구동 전류의 제 1 부분을 VCSEL(210)에 공급해야 한다. 상대적으로 낮은 루프 인덕턴스는 그 전류의 짧은 상승 시간을 야기할 것이며, 그 결과 구동 전류의 고-주파수 성분이 제 1 커패시터(230)에 의해 공급될 수 있다. 제 2 커패시터(240)는 구동 전류의 제 2 부분을 VCSEL에 공급해야 하며, 공급 전압이 구동 전류의 제 3 부분을 VCSEL에 공급해야 하고, 또한 제 1 커패시터(230) 및/또는 제 2 커패시터(240)를 충전해야 한다. 제 2 커패시터(240) 및 공급 전압을 포함하는 회로들의 상대적으로 큰 루프 인덕턴스 및 공급 전압의 임피던스 때문에, 상승 시간은 제 1 커패시터(230)에 의해 공급되는 전류의 제 1 부분에 비하여 상대적으로 길 수 있다. 그러나, 제 2 커패시터(240) 및 공급 전압에 의해 공급될 수 있는 전류의 상대적으로 큰 양은 회로가 구동 신호의 지속 기간 동안 큰 피크 전류를 유지하는 것을 가능하게 해야 한다. 따라서, 이러한 배열은, 높은 구동 전류(예를 들어, 약 4A, 예컨대 3.5A 또는 4.5A, 또는 그 이상)가 수십 또는 수백 μs의 전체 동작 조명 기간 동안 높은 변조 주파수(예를 들어, 약 10MHz 내지 500MHz 또는 그 이상)에서 상대적으로 빠른 스위칭/상승 시간(예를 들어, 약 500ps, 예컨대 460ps, 또는 520ps, 등)을 가지고 달성될 수 있다는 것을 의미한다.
제 1 커패시터는 단지 수백 mVs의 리플(ripple)을 가지고 변조 주파수의 몇몇 사이클들의 부분에 걸쳐 전류를 전달하기 위해 수십 내지 수백 nF의 영역 내에 있을 수 있으며, 반면 제 2 커패시터는 버스트 내의 변조 주파수의 다수의 기간들 동안 전력 공급으로부터 전류 드로우(draw)를 평활화하기 위해 및/또는 수십 또는 수백 uS 동안 전류 전달을 유지하기 위해 상당히 더 클 수 있다(수 uF 내지 수백 uF).
선택적으로, 제 1 커패시터(230)의 높이(즉, 제 1 커패시터(230)의 상부 표면과 이것에 장착된 기판의 표면 사이의 거리)는, 이것이 실질적으로(예를 들어, 5% 내에서, 또는 10% 내에서, 또는 25% 내에서) VCSEL(210)의 높이(즉, VCSEL(210)의 상부 표면과 이것에 장착되는 기판의 표면 사이의 거리)와 동일한 높이가 되도록 선택될 수 있다. 전형적으로, VCSEL은 100μm 또는 120μm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 일반적으로 이들은, 핸들링 및 신뢰성을 위한 필요 강성을 유지하는 두께를 유지하면서 VCSEL 밖으로의 열 전달을 개선하고 그것의 직렬 저항을 감소시키기 위해 두께를 최소화하기 위해 이러한 범위 내에 있다. 그러나, 이제 또는 장래에 더 얇거나 또는 더 두꺼운 VCSEL들 및 다른 발광 디바이스들을 갖는 것이 가능할 수 있다. 또한 이러한 두께는 5% 또는 10%의 영역 내의 제조 공차들을 겪을 수 있다. 따라서, 용어 "실질적으로"는 2개의 컴포넌트들이 정확하게 동일한 높이임을 의미하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 그 대신에, 이는, 이들이 적어도 물리적 디바이스 치수의 선택의 한계들을 고려하여 제조 공차들 내에서 및/또는 합리적인 근사치 내에서 동일한 높이에 가깝다는 것을 의미한다. 특히, 디바이스 높이들이 서로의 20-30% 내에서, 예컨대 25% 내에서 동일할 때, 상당한 이득들이 실현될 수 있다. 예를 들어, VCSEL이 100μm의 공칭 두께를 갖는 경우, VCSEL의 상부 단자와 기판으로부터 실질적으로 동일한 높이에서 상부 단자를 갖는 제 1 커패시터(210)는 70-130μm의 범위 내의(즉, +/- 30% 이내의) 어느 곳에서 또는 80-120μm의 범위 내의(즉, +/- 20% 이내의) 어느 곳에서 공칭 두께를 가질 수 있다. 특히, 결합 와이어들(234)의 길이는, 더 적은 수직 거리를 이동해야 하는 결합 와이어에 의해 그리고 또한 이것이 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)이 서로 더 가깝게 위치되는 것을 가능하게 하기 때문에 최소화될 수 있다. 이는 결합 와이어들과 연관된 기생 인덕턴스 및 저항을 최소화한다. 추가로, 결합 와이어들(234)의 "루프"의 양이 감소될 수 있으며, 이는 결합 와이어들(234)과 연관된 인덕턴스를 훨씬 더 감소시킨다. 이는 도 3을 참조하여 추가로 이해될 수 있다. 추가로, 커패시터는, 오로지 전류의 수직 전도에만 전용되는 컴포넌트들이 요구되지 않고 그럼으로써 인덕턴스를 추가로 감소시키도록 초기에 VCSEL(210)을 구동하기 위해 요구되는 전류의 수직 병진 이동의 전부는 아니지만 대부분을 수행할 수 있다.
이상에서 설명된 수직 커패시터(230)가 실리콘 설계이지만, 다른 유형들의 수직 커패시터가 대안적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면 상에 코팅될 수 있고, 예를 들어, 도 2a의 예에서 기준 전압 트레이스 상에 코팅될 수 있으며, 도 2a를 참조하여 이상에서 설명된 바와 동일한 방식으로 그것의 2개의 플레이트들로 만들어진 3개의 전도성 조건들을 가질 수 있는 수직 커패시터들이 존재한다. 이러한 커패시터는, 이들이 실질적으로 동일한 높이에 있지 않도록 VCSEL(210)에 비해 상대적으로 얇을 수 있다. 그러나, 이러한 설계는 여전히, 기판 표면으로부터 VCSEL 상부 단자로의 전류의 수직 병진 이동의 부분이 제 1 커패시터(230)에 의해 수행된다는 것을 의미하며, 이는, 모든 수직 병진 이동이 비아와 같은 오로지 전류 전도만을 수행하는 컴포넌트들에 이루어지는 배열들에 비해 인덕턴스를 감소시키는 것을 돕는다. 추가로, 이러한 설계는 제 1 커패시터(230)가 VCSEL(210)에 매우 근접하여 위치되는 것을 가능하게 하며, 그럼으로써 전류 루프의 크기를 감소시키고 인덕턴스를 감소시킨다. 따라서, 심지어 제 1 커패시터(230)가 VCSEL(210)의 높이와 실질적으로 동일하지 않은 높이를 갖는 수직 커패시터일 때에도, 시스템은 여전히, 요구되는 수직 전류 병진 이동의 부분을 수행하거나 및/또는 더 콤팩트한 회로 배열을 가능하게 하는 수직 커패시터에 의해 감소된 인덕턴스 및 그에 따른 전류 전환/변환의 더 빠른 속도를 달성할 수 있다.
또한 선택적으로, 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)의 치수들에 따라, 기단("슬러그(slug)"로도 지칭됨)이 그들의 상부 표면들을 실질적으로 동일-평면으로 가져가기 위해 제 1 커패시터(230) 및/또는 VCSEL(210)의 상부 표면을 상승시키기 위해 사용될 수 있다.
도 3a는, 제 1 커패시터(230)의 상부 표면과 VCSEL(210)의 상부 표면 사이에 높이 차이(Δh)가 존재하는 배열을 도시한다. VCSEL(210)은 VCSEL(210)의 캐소드와 PCB의 전도성 트레이스들 사이에 전도성 결합을 형성하기 위해 구리와 같은 전도성 재료 상에 장착될 수 있다. 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)은, 이들 사이에 존재할 수 있는 임의의 높이 차이(Δh)가 이들이 실질적으로 동일한 높이에 있는 것으로 간주될 수 있도록 충분히 작아지도록 선택될 수 있다. 그러나, 높이 차이(Δh)가 상대적으로 큰 경우들에 있어서, 컴포넌트들의 높이(즉, PCB의 표면과 컴포넌트들의 상부 단자들 사이의 거리)를 실질적으로 동일하게 만들기 위해 기단 또는 슬러그가 사용될 수 있다.
도 3b는, 기단(310)(또는 "슬러그" 또는 "심(shim)")이, 그것의 상부 표면이 제 1 커패시터(230)의 상단 표면과 실질적으로 동일한 높이에 있도록 VCSEL(210) 제 1 커패시터(230)의 높이를 상승시키기 위해 사용된다. 기단은 구리와 같은 임의의 적절한 전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 따라서 도 3a를 참조하여 이상에서 설명된 전도성 재료와 유사하지만, 높이 차이(Δh)를 감소시키거나 또는 제거하기 위해 특별하게 선택된 높이를 갖는다. 기단(310)의 표면적은 이것이 상승시키는 컴포넌트, 이러한 경우에 VCSEL(210)의 표면적과 유사할 수 있으며, 여기에서 기단은 VCSEL(210)과 기판의 표면 사이에서 기판의 표면 상에 위치된다. 결과적으로, 와이어 결합들(234)의 길이가 감소될 수 있으며, 이는 기생 인덕턴스들 및 저항들을 감소시킨다. 추가로, 도 3b에서 결합 와이어들(234)은 도 3a의 결합 와이어들(234)보다 더 작은 "루프"를 가지며(즉, 결합 와이어들(234)에 의해 형성된 루프의 반경이 유효하게 감소되며), 따라서 훨씬 더 감소된 인덕턴스를 갖는다는 것이 보일 수 있다.
제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)의 기하구조들에 따라, 기단(310)은 대안적으로, 예를 들어, VCSEL(210) 높이가 제 1 커패시터(230)의 높이보다 더 높아서 기단(310)이 VCSEL(210)의 상부 표면과 실질적으로 동일-평면이 되도록 그것의 상단 표면을 상승시키기 위해 제 1 커패시터(230) 아래에 위치될 수 있는 경우에, 제 1 커패시터(230)의 높이를 상승시키기 위해 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 어쨌든, 도 3b에서 310과 같은 기단은 결합 와이어들(234)을 가지고 함께 결합되는 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)의 단자들을 실질적으로 동일-평면 높이로 가져가기 위해 본원에서 개시되는 측면들 중 임의의 측면에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3c는, 추가적인 전도성 기단(320)이 결합 와이어들(232)과 PCB의 전도성 트레이스들 사이의 결합 와이어 결합 포인트의 높이를 상승시키기 위해 사용되는 다른 추가적인 구성을 도시한다. 전도성 기단(320)은 구리와 같은 임의의 적절한 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 결합 와이어들(232)이 PCB의 공급 트레이스들에 전기적으로 결합되는 포인트의 높이를 상승시킴으로써, 결합 와이어들(232)의 "루프"의 양이 감소되어 결합 와이어들(232)의 인덕턴스를 더 추가로 감소시킬 수 있다. 기단(320)은 기판(310)에 더하여 또는 이에 대한 대안으로서 사용될 수 있다.
도 3d는, 공급 단자, 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210) 사이의 결합들을 위해 결합 와이어들을 사용하는 대신에, 전도성 "브리지"(330), 예를 들어, 임의의 적절한 전도성 재료 예컨대 구리의 시트가 전도성 결합들을 달성하기 위해 사용될 수 있는 대안적인 구성을 도시한다. 브리지(330)는 전도성 접착제를 사용하여 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210) 애노드 단자에 고정될 수 있다. 이렇게 함으로써, 제 1 커패시터(230) 및 VCSEL(210)의 표면들이 실질적으로 동일-평면에 있으며 그럼으로써 루프의 인덕턴스들을 감소시키기 때문에 전류 루프가 가능한 한 작을 뿐만 아니라, 결합 와이어들과 연관된 다른 인덕턴스들(예컨대 그들의 "루핑" 형상에 의해 초래되는 인덕턴스들)이 감소되거나 또는 제거될 수 있다. 추가로, 결합의 임피던스는 증가된 전도성 영역에 의해 결합 와이어들에 비하여 감소될 수 있다. 결합 와이어들의 사용에 대한 다른 예시적인 대안예들이 이하에서 주어진다.
도 4a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템(400)을 도시한다. 이는 제 1 시스템(200)과 유사하지만, 제 1 커패시터(230)와 동일한 설계의 제 3 커패시터(430), 및 제 2 커패시터(420)와 동일한 설계의 제 4 커패시터(440)를 포함한다. VCSEL(210)은 그것의 상부 표면 상에 2개의 상부 단자들을 가지며, 여기에서 제 1 커패시터(230)는 결합 와이어들(234)에 의해 이러한 단자들 중 하나에 결합되고 제 3 커패시터(430)는 결합 와이어들(434)에 의해 다른 단자에 결합된다. 제 3 커패시터(430)는 또한 결합 와이어들(432)에 의해 공급 전압 전도성 경로에 결합된다.
도 4b는 시스템(400)의 구성의 회로도 표현을 도시한다. 보일 수 있는 바와 같이, 제 1 커패시터(230) 및 제 3 커패시터(430)는 각기 상대적으로 더 낮은 인덕턴스 전류 루프들(제 1 루프 및 제 3 루프)의 부분이다. 제 2 커패시터(240) 및 제 4 커패시터(440)는 각기 상대적으로 더 높은 인덕턴스 전류 루프들(제 2 루프 및 제 4 루프)의 부분이다. 시스템(400)의 동작은 시스템(200)의 동작과 매우 유사하다. 그러나, 시스템(200)에 비하여 VCSEL(210) 상의 결합 패드 연결들의 수를 2배로 함으로써, 결합 와이어 인덕턴스가 대략 절반으로 감소되어 전류 루프의 인덕턴스를 훨씬 더 감소시키고 구동 전류의 상승 시간을 개선할 수 있다. 추가로, 더 많은 커패시터들을 사용함으로써 더 많은 전류를 전달하는 것 및/또는, VCSEL(210) 및 드라이버(220)에 물리적으로 더 가깝게 존재할 수 있는 더 작은 커패시터들을 가지고 동일한 전류를 전달하는 것이 가능할 수 있으며, 그럼으로써 전류 루프들의 인덕턴스를 훨씬 더 감소시키고 전류의 상승/하강 시간을 훨씬 더 감소시킬 수 있다. 이에 더하여, 레이아웃의 대칭성 때문에, 전류는 제 3 루프에 비해 제 1 루프에서 그리고 제 4 루프에 비해 제 2 루프에서 실질적으로 반대 방향으로 흐른다. 결과적으로, 전자기 방출들을 감소시키고 시스템의 각각의 부분에 의해 보이는 유효 인덕턴스를 감소시킬 수 있는 어떤 자기장 상쇄가 존재할 수 있다.
도 5a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템(500)을 도시한다. 이는 시스템(400)과 매우 유사하지만, 제 4 커패시터(440)를 포함하지 않는다. 도 5b는 시스템(500)의 구성의 회로도 표현을 도시한다. 이러한 예에 있어서, 시스템(400)을 참조하여 설명된 바와 같이 결합 패드 연결들을 2배로 만드는 것의 일부 이득이 달성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b로부터 이해될 바와 같이, 레이아웃의 대칭성 때문에, 전류를 제 3 루프에 비해 제 1 루프에서 반대 방향으로 흐른다. 추가로, 회로의 다른 컴포넌트들과 제 2 커패시터(240) 사이에 2개의 전류 루프들이 유효하게 형성되며, 그 결과 다시 제 2 및 제 4 루프들이 존재하고 여기에서 전류들은 실질적으로 반대 방향으로 흐른다. 결과적으로, 전자기 방출들을 감소시키고 시스템의 각각의 부분에 의해 보이는 유효 인덕턴스를 감소시킬 수 있는 어떤 자기장 상쇄가 존재할 수 있다.
도 6은 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템(600)을 도시한다. 시스템(600)은 시스템(500)과 매우 유사하지만, 제 3 커패시터(430)를 포함하지 않으며 그 대신에 VCSEL(610)의 제 2 상부 단자를 공급 전압에 결합하기 위한 결합 와이어들(610)을 포함한다. 따라서, 제 2 커패시터(240)는 2개의 루트(route)를 통해 VCSEL(210)에 결합되며, 하나의 루트는 제 1 커패시터(230)의 제 1 플레이트를 통하고 제 2 루트는 결합 와이어들(610)을 통한다. 선택적으로, 결합 와이어들(610)의 단부들 둘 모두가 그 위에 모든 컴포넌트들이 장착되는 기판의 표면으로부터 실질적으로 동일한 거리에 있도록 (도 3d와 유사하게) 결합 와이어들(610)이 공급 전압에 결합되는 포인트를 상승시키기 위해 전도성 플랫폼이 사용될 수 있다.
도 7a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템(700)을 도시한다. 시스템(700)은 이상에서 설명된 시스템들과 매우 유사하지만, 제 1 VCSEL(210)과 동일한 드라이버(220)에 의해 구동되지만 제 3 커패시터(430) 및 제 4 커패시터(440)에 의해 형성된 별개의 낮은 인덕턴스 및 높은 인덕턴스 전류 루프들을 갖는 제 2 VCSEL(710)을 포함한다. 선택적으로, 드라이버(220)는 광학적 출력 파워를 증가시키기 위해 VCSEL들 둘 모두를 동시에 구동하도록 구성될 수 있거나, 또는, 예를 들어, (도 7b를 참조하여 설명된 바와 같이) 이들이 2개의 상이한 기능들을 수행하도록 구성되는 경우에 한번에 단지 하나만을 구동하도록 구성될 수 있다.
도 7b는, 2개의 상이한 광원들이 상이한 기능들을 수행하도록 구성되는 시스템(700)의 도면의 측면을 도시한다. 선택적으로, 2개의 상이한 광학적 엘리먼트들이 2개의 VCSEL들에 대해 사용될 수 있다. 이러한 예에 있어서, 광학적 엘리먼트(720)는 확산기(diffuser)이며 광학적 엘리먼트(730)는 패턴화된 광원을 생성하기 위한 회절 광학적 엘리먼트이다. 각각의 VCSEL에 대하여 임의의 적절한/희망되는 광학적 엘리먼트가 사용될 수 있거나 또는 어떠한 광학적 엘리먼트도 일체 사용되지 않을 수 있음이 이해될 것이다.
도 8a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템(800)을 도시한다. 도 8b는 시스템(800)의 구성의 회로도 표현을 도시한다. 시스템(800)은, 이것이 VCSEL 바이패스(810)를 포함하며 드라이버(220)가 바이패스 회로부를 포함한다는 점을 제외하면, 이상에서 설명된 시스템(200)과 매우 유사하다. 이러한 구성에서, 드라이버(220)는 VCSEL(210)을 턴 온 및 턴 오프하기 위해 바이패스 루프와 VCSEL(210) 구동 루프들 사이에서 스위칭하면서 전류의 연속적인 흐름을 유지할 수 있다. 이렇게 함으로써, 일부 기생 인덕턴스들을 통한 전류의 연속적인 흐름이 유지될 수 있으며, 그럼으로써 이러한 기생 인덕턴스들의 효과를 감소시키고 VCSEL 구동 전류의 상승 및 하강 시간을 감소시킨다. 도 8a에서 보일 수 있는 바와 같이, 제 1 커패시터(230)의 상부 단자는 바이패스(810)에 와이어 결합된다.
이상에서 설명된 예들의 각각에 있어서, 제 1 커패시터(230)는 수직 커패시터이다. 광원 시스템에서 수직 커패시터를 사용하는 것은 다른 형태들의 커패시터를 사용하는 이전의 회로들에 비해 루프 인덕턴스를 상당히 감소시킬 수 있다. 특히, VCSEL은, 이것이 온될 때 이것의 상부 및 하부 표면 상의 단자들 사이에서 전류가 흐른다는 점에서 수직 구조체라는 것이 이해될 것이다. 결과적으로, 회로는 반대 방향에서 전류에 대한 제 2 복귀 경로를 가져야 한다.
다수의 전통적인 시스템들에서, VCSEL은 각각의 전압 전위에 대하여 하나의 수직 층을 갖는 다층 기판 상에 장착될 수 있으며, 그 결과 3개의 층들: 접지 단자에 대한 하나의 층, 캐소드 전압에 대한 다른 층 및 공급 단자를 지탱하는 다른 층이 존재할 수 있다. 회로의 컴포넌트들은, 기판의 하부 표면들에 대한 적절한 수직 연결들을 제공하는 전도성 비아들을 갖는 기판의 상단 표면 상에 장착될 수 있다. 그러나, 이러한 비아들이 회로의 전체 인덕턴스에 기여한다.
도 3a 내지 도 3d에서 보일 수 있는 바와 같이, 본 개시에 있어서 제 1 커패시터(230)에 대하여 수직 커패시터를 사용함으로써, 제 1 커패시터(230)는 VCSEL(210)을 통한 전류 흐름에 대해 반대 방향에서 요구되는 수직 전류 병진 이동의 적어도 일부를 수행할 수 있으며, 즉, VCSEL(210)의 애노드 단자의 레벨까지 위로 전류를 운반할 수 있다. 결과적으로, 제 1 커패시터(230)는 2개의 기능들: 일부 구동 전류를 공급하는 것 및 수직 전류 병진 이동을 제공하는 것을 효과적으로 수행한다. 결과적으로, 비아들과 같은 오직 수직 전류 병진 이동의 목적들만을 서비스하는 컴포넌트 특징부들이 회피될 수 있으며, 루프 인덕턴스가 감소될 수 있다.
이러한 특성은 특히, 도 3b 내지 도 3d의 "기단" 구현예들에 대하여 유익할 수 있다. 이러한 도면들에서, 이제 유효하게 2개의 측방 또는 수평 평면들, 즉, VCSEL(210)의 애노드 표면에서의 하나의 더 높은 전압 평면 및 캐소드 단자 및 접지에 대하여 PCB에서의 하나의 더 낮은 전압 평면이 존재한다는 것이 보일 수 있다. 측방 평면들 사이에 또한 2개의 수직 또는 병진 이동 전류 경로들: 더 높은 전압 레벨/평면으로부터 더 낮은 전압 레벨/평면으로 전류를 운반하기 위한 VCSEL(210) 및 기단(210)에 의해 형성되는 하나의 경로 및 더 낮은 전압 레벨/평면으로부터 더 높은 전압 레벨/평면으로 전류를 운반하기 위한 제 1 커패시터(230)에 의해 형성된 다른 경로가 유효하게 존재한다. 이는, 시스템의 상이한 레벨들/층들 사이에서 움직이기 위해 비아들과 같은 전도 전용 경로들이 요구되는 다른 해법들에 비해 상당히 더 짧은 전체 전류 루프 및 감소된 인덕턴스를 야기한다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 전류 경로들은, 전류가 또한 단순성을 위해 도면들에 도시되지 않은 PCB 상에 장착된 드라이버(220)를 통해 흐를 것이라는 점에서 단순화된다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 드라이버(220)가 시스템의 낮은 전압 평면인 PCB 상에 장착되기 때문에, 전류는 그 위에 VCSEL(210)이 장착되는 PCB의 캐소드 트레이스로부터 드라이브(220)를 통해 PCB의 접지 트레이스로 그런 다음 제 1 커패시터(230)를 통해 시스템의 높은 전압 평면까지 위로 흐를 것임이 이해될 것이다. 결과적으로, 전류는 제 1 커패시터(230)를 통해 낮은 전압 평면으로부터 높은 전압 평면으로 병진 이동되며, 그럼으로써 그 기능을 수행하기 위해 전도성 경로가 제공되어야 할 필요성을 제거한다.
대안적인 구성에 있어서, 제 1 커패시터(230)(및 선택적으로 제 3 커패시터(430))는 수직 커패시터가 아니라 측방 커패시터일 수 있다. 예를 들어, 이것은 맞물린(interdigitated) 실리콘 측방 커패시터일 수 있다. 이러한 유형의 커패시터는 일반적으로, 이것이 전극들 및 절연체들의 층들에 의해 커패시터의 유효 표면 밀도를 증가시키기 위해 트렌치들 또는 필라(pillar)들과 같은 다른 수단을 사용한다는 점에 있어서 이상에서 설명된 수직 커패시터와 구조적으로 유사하다. 그러나, 수직 커패시터와는 대조적으로, 단자들 둘 모두가 캐피시터의 2개의 플레이트들에 대한 연결들을 용이하게 하기 위해 동일한 평면으로 가져와 진다. 이러한 커패시터들은 선택적으로 기생 저항 및 인덕턴스를 감소시키기 위해 전극 연결들의 로우(row)를 서로 맞물릴 수 있다.
도 9는, 시스템(200)과 유사한 시스템(900) 내에 구현되는 이러한 커패시터의 예시적인 표현을 도시한다. 보일 수 있는 바와 같이, 제 1 커패시터(930)의 제 1 플레이트(935)는 결합 와이어들(932)에 의해 공급 전압 트레이스에 와이어 결합되며 결합 와이어들(234)에 의해 VCSEL(210) 애노드에 와이어 결합된다. 제 1 커패시터(930)의 제 2 플레이트들(936)은 제 1 플레이트(935)와 서로 맞물리고, (이상에서 설명된 수직 커패시터 설계에 대해 사용되는 밑면 결합과는 대조적으로) 와이어 결합들(942)에 의해 접지 트레이스에 와이어 결합된다. 결과적으로, 수직 커패시터 구현예들과 마찬가지로, 2-단자 커패시터는 이것에 대해 만들어진 3개의 상이한 연결들을 갖는다. 플레이트들을 서로 맞물리는 것은, 와이어 결합들이 또한 서로 맞물리며 서로 반대 방향으로 흐르는 전류를 갖기 때문에, 공급 전압에 대한 와이어 결합들(932)과 접지에 대한 와이어 결합들(942) 사이의 인덕턴스를 상쇄하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 공급 전압 대 제 1 플레이트들 사이의 그리고 접지 대 제 2 플레이트 사이의 결합 와이어들이 서로 맞물리도록 이러한 방식으로 제 1 커패시터(930)의 플레이트들을 배열하는 것은 구동 회로의 더 낮은 인덕턴스 전류 루프의 인덕턴스를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
추가로, 전류 루프들의 인덕턴스들은, 실질적으로 동일한 높이에서 루프들 내에 상이한 결합들을 가짐으로써 훨씬 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 제 1 플레이트(935) 단자들의 높이는 VCSEL(210)의 애노드 단자와 실질적으로 동일 평면에 있을 수 있으며, PCB 트레이스들이 모드 하나의 표면 상에 있고, 그 결과 VCSEL의 캐소드, 구동 및 접지 트레이스들 사이의 결합이 모두 실질적으로 동일 평면에 있다. 따라서, 다시 낮은 인덕턴스 루프 주위의 전류 흐름의 실질적으로 2개의 평면들만이 존재하며, 여기에서 전류는 2개의 평면들 사이에서 오직 VCSEL을 통해 그리고 결합 와이어들(932 및 942)을 통해서 움직인다. 다시 한번, 필요한 경우 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명된 플랫폼들 중 하나 또는 둘 모두가 사용될 수 있다.
도 10a는 본 개시의 구성에 따른 추가적인 광원 시스템(1000)을 도시한다. 도 10b는 시스템(1000)의 구성의 회로도 표현을 도시한다. 이러한 시스템에서, 드라이버(1020)는 VCSEL(210)의 하이 사이드(high side) 드라이버로서 구성되며(따라서, 드라이브(1020)의 구동 트랜지스터는 로우 사이드(low side) 드라이버들에서 전형적으로 사용되는 바와 같은 NMOS 트랜지스터가 아니라 PMOS 트랜지스터일 수 있음), 그 결과 제 1 커패시터(230)의 상부 단자는 드라이버(1020)에 의해 VCSEL(210)의 상부 단자에 결합된다. 특히, VCSEL(210)의 상부 단자는 결합 와이어들(1050)에 의해 드라이버(1020)의 제 1 (출력 전류) 단자(들)에 결합되며, 제 1 커패시터(230)의 상부 단자는 결합 와이어들(1014)에 의해 드라이버(1020)의 제 1 (입력 전류) 단자(들)에 결합되고, 그 결과 VCSEL(210)이 온일 때 전류는 제 1 커패시터(230)로부터 드라이버(1020)의 제 1 단자로 그런 다음 드라이버(1020)의 제 2 단자로부터 VCSEL(210)로 흐른다. 도 10a는 또한 PCB의 추가적인 단자들에 결합된 드라이버의 단자들을 추가로 도시하지만, 단지 드라이버를 제어하기 위한 것과 같은 목적들을 위한 선택적인 연결들만이 존재하며 추가로 설명되지는 않을 것이다. VCSEL(210) 및 제 1 커패시터(230)의 하부 단자들은, 도 9a의 표면에서 보이지 않을 수 있는 금속 대 금속 결합 또는 전도성 접착체와 같은 임의의 적절한 형태의 전기적 결합에 의해 PCB(160)의 기준 전압 전도성 경로(예를 들어, 접지 트레이스)에 이들을 전도성으로 고정함으로써 서로 결합될 수 있다. 이러한 배열은 접지 루프 인덕턴스를 감소시키는 것을 도울 수 있으며, 그럼으로써 VCSEL 구동 전류의 상승 시간을 추가로 감소시킨다. 특히, 전류 루프의 크기는 전류가 실질적으로 2개의 평면들에서 이동하도록 제약함으로써 최소화될 수 있으며 - 여기에서 제 1 평면은 PCB의 접지 트레이스이고 제 2 평면은 제 1 커패시터(230), 드라이버(1020) 및 VCSEL(210)의 상부 표면들 상의 단자들이 놓이는 평면이다. 낮은 인덕턴스 루프에서, 전류는 접지 평면으로부터 제 1 커패시터(230)를 통해 단자 연결 평면으로 이동하고, 단자 연결 평면으로부터 VCSEL(210)을 통해 접지 평면으로 이동한다. 전하의 공급부로서 뿐만 아니라 접지 평면을 단자 연결 평면에 연결하기 위해 제 1 커패시터(230)를 사용하는 것의 이득들은 이상에서 설명된다. 추가로, 이러한 특정 배열에 있어서, 드라이버는, 이를 통해 전류가 VCSEL(210)로부터 제 1 커패시터(230)로 복귀하는 기준 전압 트레이스의 부분 위에서 기판 상에 장착된다. 예를 들어, 이것은, 전류가 드라이버(1020)의 아래에서 통과할 수 있도록 절연된 방식으로 기판에 고정될 수 있다. 이는, 높은 및 낮은 인덕턴스 전류 루프들 둘 모두에서, 전류는 접지 평면에서 실질적으로 하나의 방향으로 흐르고 단자 연결 평면에서 반대 방향으로 흐른다는 것을 의미한다. 따라서, 어느 정도의 루프 인덕턴스 상쇄가 달성될 수 있으며, 그럼으로써 각각의 루프의 인덕턴스를 훨씬 더 감소시킨다.
도 10c는, 2개의 전류 평면들에서의 전류의 흐름이 보다 더 용이하게 이해될 수 있는 시스템(1000)의 표면의 측면을 도시한다.
선택적으로, 제 1 커패시터(230), 드라이버(1020) 및 VCSEL(210)의 상부 표면들은 기판의 표면으로부터 실질적으로 동일한 높이에 있을 수 잇다. 이는, 드라이버(1020)의 높이를 감소시키기 위해 상대적으로 박화된(thinned) 드라이버(1020) IC를 가짐으로써 및/또는 컴포넌트 선택을 통해 달성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그들의 단자들을 PCB 표면으로부터 실질적으로 동일한 높이로 가져가기 위하여 제 1 커패시터(230), VCSEL(210) 및/또는 드라이버(1020) 중 하나 이상의 높이를 상승시키기 위해 하나 이상의 전도성 플랫폼들이 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 결합 와이어들(232)이 제 1 커패시터(230)의 표면 상의 결합 와이어 단자들과 실질적으로 동일 평면에 있는 전도성 플랫폼에 결합되도록 공급 전압 결합 와이어 단자들의 높이를 상승시키기 위해 하나 이상의 전도성 플랫폼들이 사용될 수 있다. 이상의 설명으로부터 이해될 바와 같이, 이러한 특성들은 루프 인덕턴스를 훨씬 더 감소시키는 것을 도울 수 있다.
VCSEL(210)의 하부 단자 연결들은 PCB 기판(160)에 연결되며, 이는 VCSEL(210)의 열 방산을 개선할 수 있다. 이러한 예에서 제 1 커패시터(230)는 수직 커패시터이지만, 도 9의 측방 커패시터 구현예가 또한 하이 사이드 드라이버와 함께 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 11a는 본 개시의 측면에 따른 추가적인 광원 시스템(1100)을 도시한다. 도 11b는 시스템(1100)의 구성의 회로도 표현을 도시한다. 이러한 시스템은 시스템(1000)과 매우 유사하지만, 드라이버 IC(1120)는 통합된 포토다이오드(1130)를 더 포함한다. 포토다이오드(1130)는 드라이버 IC(1020) 내부의 전기적 연결 및 결합 와이어에 의해 VCSEL(210)의 상부 단자에 결합된다. 이것은 대안적으로 제 1 커패시터(230) 및/또는 드라이버(1020) 내의 기준 전압의 내부 루트에 결합될 수 있다. 포토다이오드(1130)는 눈의 안전 이유들을 위해 VCSEL(210)로부터 방출되는 광의 강도를 측정하는데 사용하기 위한 것이며, 이는 확산기와 같은 광 출력 경로 내의 임의의 광학적 컴포넌트로부터 반사되는 광을 취한다. 보일 수 있는 바와 같이, 드라이버 IC(1120)는 광 강도를 측정하는데 사용하기 위한 버퍼/증폭기 및 ADC와 같은 컴포넌트들을 더 포함한다. 포토다이오드(1130)는 이것이 또한 위쪽을 향하도록 드라이버 IC 내부에 내장될 수 있으며, 이는 추가 컴포넌트 없이 더 단순하고 더 낮은 비용의 해법을 가능하게 할 수 있다. 포토다이오드(1130)를 구성하고 VCSEL(210)로부터 대표적인 광의 검출을 위해 이를 사용하기 위한 몇몇 상이한 방식들이 존재하며, 예를 들어, 이것은 다른 공급 전압을 참조할 수 있거나 또는 이것은 캡처된 광학적 에너지의 저역 통과 필터링된 버전을 생성하기 위해 조명 기간에 걸쳐 커패시터를 방전하기 위해 사용될 수 있다는 것을 또한 유의해야 한다. 이러한 특정 예에 있어서, 드라이버 IC(1120)는 또한, 광 강도를 측정하는 것과 VCSEL(210) 애노드 상의 전압을 측정하는 것 사이를 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 스위치들을 포함한다. 시스템(1100)의 구성은 내장된 안전 특징부들을 갖는 콤팩트한 낮은 기생 인덕턴스 설계를 야기한다.
도 12는 본 개시의 구성에 따른 추가적인 광원 시스템(1200)을 도시한다. 이러한 예에 있어서, 시스템(1200)은 와이어 결합된 추가적인 안전 모니터링 IC(1210)를 포함한다. 안전 모니터링 IC(1210)는 VCSEL(210)로부터 방출되는 광의 강도를 측정하도록 구성된 통합된 광검출기를 포함한다. 안전 모니터링 IC(1210)는 시스템(1200)으로부터 오는 전력 공급을 분리하거나 또는 드라이버(1120)로의 전압을 0V로 션트(shunt)하기 위한 통합된 스위치들을 포함하며, 그럼으로써 검출되는 광의 위험 레벨들의 이벤트 시에 시스템을 션트 오프한다. 2개의 상이한 다이(die)들에서 안전 모니터들을 가짐으로써, 안전 모니터링 IC(1210) 또는 드라이버 IC(1120) 내에서 모니터링하는 PD(1130) 중 하나에 의해 검출되는 고장이 광 방출을 중단시키도록 시스템을 션트 오프할 수 있기 때문에, 이러한 시스템(1200)은 시스템의 안전 모니터에서 추가적인 중복성을 제공한다. 안전 모니터링 IC(1210)가 도 11a의 시스템 배열과 함께 사용되지만, 이것이 본원에서 개시되는 다른 시스템 설계들 중 임의의 설계와 함께 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 13a는 본 개시의 구성에 따른 추가적인 광원 시스템(1300)을 도시한다. 이러한 시스템은, 이의 상부 표면 상에 VCSEL(210), 제 1 커패시터(230) 및 제 3 커패시터(430)가 직접적으로 장착되는 드라이버 IC(1330)를 갖는 모듈 또는 패키지(1350)(점선으로 표시됨)를 포함한다. VCSEL(210)의 캐소드는 드라이버(1330)에 다이 대 다이 결합될 수 있다. 제 1 커패시터(230) 및 제 3 커패시터(430)는 이상에서 설명된 유형의 수직 커패시터들이다. 드라이버 IC(1330) 다이는 선택적으로 열 방산을 개선하기 위하여 박화될 수 있다. 외부 컴포넌트들(예를 들어, SDA, SCL, 등)에 대한 모듈 또는 패키지(1350)의 결합을 위한 다수의 단자들이 표시된다. 드라이버를 구성하고, 전력을 공급하며 제어하기 위한 선택적인 제어가 존재하며, 이들은 추가로 설명되지 않는다. 제 2 커패시터(240)는 모듈 또는 패키지(1350) 외부에 존재한다. 제 4 커패시터(440)는 이러한 도면에서 표시되지 않지만, 제 4 커패시터(440)가 광원 시스템(1300)의 부분으로서 선택적으로 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 예에서 드라이버 IC(1330)가 이상에서 논의된 바와 같이 내부에 내장된 포토다이오드(1030)를 포함한다는 것을 유의해야 한다.
드라이버 IC(1330)는, 이것이 그 위에 장착되는 기판/PCB의 기준 전압(접지(ground; GND)) 트레이스에 전도성으로 결합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 드라이버 IC(1330)의 접지 단자들은 인터커넥터들, 예컨대 결합 와이어들(1340)에 의해 접지 트레이스의 단자들에 결합될 수 있다. 드라이버 IC(1330)의 공급 전압 단자들이 또한 결합 와이어들(1340)과 같은 인터커넥터들에 의해 공급 전압 트레이스의 단자들에 결합될 수 있다.
도 13b는, 컴포넌트들의 배열 및 상호연결이 보다 더 용이하게 이해될 수 있도록 모듈 또는 패키지(1350)의 도면의 측면을 도시한다. 보일 수 있는 바와 같이, 제 1 커패시터(230) 및 제 3 커패시터(430)의 상부 단자들은 각기 결합 와이어들(1320)에 의해 공급 전압에 전도성으로 결합된다. 이러한 예에서, 결합 와이어들(1320)은 커패시터들의 상부 단자들을 드라이버 IC(1330)의 상부 표면 상의 공급 전압 단자들에 결합한다. 그러나, 대안적인 배열에서, 결합 와이어들(1320)과 같은 인터커넥터들은 커패시터들의 상부 단자들을, 그 위에 드라이버 IC(1330)가 장착되는 기판/PCB의 표면 상의 공급 전압 단자들에 직접적으로 결합할 수 있다.
커패시터들(230 및 430)의 상부 단자들은 또한, 인터커넥터들(1310), 즉 이러한 예에서 결합 와이어들에 의해 VCSEL(210)의 상부 단자들에 전기적으로 결합된다. 보일 수 있는 바와 같이, 이러한 예에서 커패시터들(230 및 430) 및 VCSEL의 상부 단자들은 모두 드라이버 IC(1320)의 상부 표면으로부터 실질적으로 동일한 높이에 있으며, 그럼으로써 결합 와이어들(1310)의 "루프" 및 길이를 최소화하고 또한 커패시터들이 VCSEL(210)에 더 가깝게 위치되는 것을 가능하게 한다.
커패시터들(230 및 430) 및 VCSEL(210)의 하부 단자들은 모두, VCSEL(210)의 하부 단자가 (전류 소스 심볼에 의해 도 13b에 표시된) 전류 드라이버에 의해 커패시터들(230 및 430)의 하부 단자들에 결합되는 이러한 방식으로 전도성 결합들(1360)을 사용하여 드라이버 IC(1310)의 상부 표면 상의 단자들에 전도성으로 결합된다. 특히, VCSEL(210)의 하부 단자는 전류 드라이버의 제 1 (전류 입력) 단자에 전도성으로 결합될 수 있으며, 제 1 및 제 3 커패시터들(230 및 430)의 하부 단자들은 전류 드라이버의 제 2 (전류 출력) 단자들에 결합되고, 그 결과 VCSEL이 온일 때, 전류는 전류 드라이버의 제 1 단자로부터 전류 드라이버를 통해 전류 드라이버의 제 2 단자들로 흐른다.
제 1 및 제 3 커패시터들(230 및 430), VCSEL(210) 및 전류 드라이버에 의해 형성되는 전류 루프들이 매우 콤팩트하다는 것이 도 13a 및 도 13b로부터 이해될 것이다. 추가로, 전류는 2개의 평면들- 커패시터들(230 및 430) 및 VCSEL(210)의 상부 단자들을 포함하는 제 1 평면, 및 드라이버 IC인 제 2 평면 -에서 유효하게 이동하며, 여기에서 전류는 커패시터들(230 및 430)을 통해 그리고 VCSEL(210)을 통해 평면들 사이에서 위아래로 움직인다. 결과적으로, 회로의 인덕턴스가 최소화될 수 있으며, 그럼으로써 커패시터들(230 및 430)에 저장된 전류를 사용하여 매우 빠른 초기 턴 온 속도를 가능하게 한다. 추가로, 모듈 또는 패키지(1350)의 물리적인 크기가 매우 작게 만들어지며, 이는 광원 시스템(1300)에서 이것을 사용하는 것을 더 용이하게 만든다.
도 13c는, 제 1 및 제 3 커패시터들(230 및 430)이 측방 실리콘 설계 커패시터들이라는 점을 제외하면, 도 13a에 도시된 것과 매우 유사한 광원 시스템(1300)의 추가적이고 대안적인 구현예를 도시한다.
도 13d는, 커패시터의 2개의 플레이트들에 대한 2개의 범프 단자 연결들을 도시하는 측방 실리콘 설계 커패시터의 표현의 측면을 도시한다. 2개의 범프 단자 연결들은 드라이버 IC 회로부 내의 적절한 전도성 경로들에 반도체 프로세싱에 의해 전도성으로 결합될 수 있다.
도 13e는 도 13c에 표현된 구현예의 측면 표현을 도시한다. 보일 수 있는 바와 같이, 커패시터들(230 및 430)의 각각의 단자들 중 하나는 IC 회로부 내의 기준 전압(이러한 경우에, 접지) 전도성 경로에 전도성으로 결합된다. 커패시터들(230 및 430)의 각각의 다른 단자는 IC 회로부 내의 공급 전압 전도성 경로에 전도성으로 결합되며, 이는 또한 인터커넥터들(1320)(이러한 예에서, 결합 와이어들)에 의해 VCSEL(210)의 상부 단자에 결합된다.
측방 실리콘 커패시터들은 상대적으로 낮은 인덕턴스 디바이스들이며, 제 1 및 제 3 커패시터들(230 및 430)을 드라이버 IC의 표면 상의 단자에 전도성으로 결합함으로써 전류 드라이버 및 VCSEL(210)에 결합하는 것은 전류 루프 내의 인덕턴스들을 최소화할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 3 커패시터들(230 및 430)에 저장된 전류를 사용하여 VCSEL에 대한 매우 빠른 초기 턴 온 속도가 달성될 수 있다.
도 13f는, 오직 VCSEL(210)의 애노드 및 캐소드 단자들 둘 모두만이 VCSEL(210)의 장착 표면 상에 있는, 도 13c와 매우 유사한 광원 시스템(1300)의 추가적이고 대안적인 구현예를 도시한다. 도 13g는, 이러한 차이점이 보다 더 용이하게 이해될 수 있는 도면의 측면을 도시한다.
이러한 대안예에 있어서, 상호연결들(1320)이 요구되지 않으며, 그 대신에 VCSEL(1370)은, 장착 표면 상의 그것의 애노드 단자로부터 VCSEL(1370)의 상부 표면으로 전류를 라우팅하는 내부 비아(1370)를 포함한다. VCSEL(210)의 캐소드 및 애노드 단자들은 전도성 결합 재료(1360)에 의해 드라이버 IC의 표면 상의 적절한 단자들에 전도성으로 결합될 수 있다. 다시 한번, 도 13c 내지 도 13e의 구현예와 마찬가지로, 이러한 배열은 매우 낮은 루프 인덕턴스를 가질 수 있으며, 이는 제 1 및 제 3 커패시터들(230 및 430)에 저장된 전류를 사용하여 매우 빠른 VCSEL(210) 턴 온 속도를 가능하게 한다.
이러한 접근 방식에 있어서, VCSEL(210)은, VCSEL의 어레이의 에미터 개구들이 상부 표면 상에 남아 있으면서 캐소드 단자에 대한 상이한 영역 내의 VCSEL(210)의 장착 표면으로 애노드 단자를 가져가기 위한 관통 실리콘 비아들 또는 유사한 것을 사용하며, 이는 광이 이러한 표면으로부터 방출되는 것을 가능하게 한다. 이는 때로 후면 조명 또는 BSI로 지칭된다.
도 13a 내지 도 13g에 표시된 특징들 중 일부가 선택적임이 이해될 것이다. 예를 들어, 대안예에 있어서, PD(1030)가 생략될 수 있거나, 제 3 커패시터(430)가 생략될 수 있거나 및/또는 제 4 커패시터(440)가 사용될 수 있다.
선택적으로, 기판(160) 상의 전압 공급 및/또는 기준 전압(접지) 단자들의 높이는 드라이버 IC(1330)의 표면과 실질적으로 동일한 높이로 효과적으로 상승될 수 있다. 이러한 방식으로, 결합 와이어들(1340)은 가능한 최소 루프를 가지고 가능한 한 짧게 만들어질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, (도 13a 및 도 13b와 같이) 커패시터들(230 및 430)의 상부 표면 및 드라이버 IC(1330)의 상부 표면 사이에 또는 (도 13c 및 도 13e와 같이) VCSEL(210)의 상부 표면과 드라이버 IC(1330)의 상부 표면 사이에 상호연결이 존재하는 구현예들에 있어서, 관련 드라이버 IC 단자들의 높이는 커패시터들/VCSEL의 높이와 실질적으로 동일해지도록 상승될 수 있다. 이는, 예를 들어, 임의의 적절한 반도체 프로세싱 기술들을 사용하여 결합 단자들 위의 다이 표면 상에 전도성 층(예컨대 구리)을 성장시킴으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 전도성 재료(예컨대 구리)가 적절한 전도성 에폭시를 사용하여 결합 단자들 위의 다이의 표면에 부착될 수 있다. 경우들 둘 모두에서, 도 3c에 표시된 것과 유사한 결과가 달성될 수 있으며, 그 결과 VCSEL(210)을 드라이버(1330)에 결합하는 결합 와이어들의 길이가 감소될 수 있으며 이들이 가진 "루프"의 양이 또한 감소될 수 있고, 그럼으로써 인덕턴스 및 저항을 추가로 감소시킨다.
이상에서 개시된 시스템들 모두에서, 낮은 기생 인덕턴스 및 그에 따른 더 짧은 상승 시간을 갖는 초기 구동 전류를 공급하기 위하여, VCSEL 및 드라이버와 함께 상대적으로 더 낮은 인덕턴스 루프를 형성하도록 배열된 하나 이상의 커패시터들이 존재한다. 피크 전류를 VCSEL에 공급하기 위하여 상대적으로 더 높은 인덕턴스 루프에서 하나 이상의 추가적인 커패시터들이 또한 VCSEL 및 드라이버에 결합되며, 그럼으로써 상대적으로 높은 피크 구동 전류를 달성한다(그렇지만, 이상에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 추가적인 커패시터들이 생략될 수 있으며, 피크 전류는 오로지 공급 전압에 의해 공급될 수 있다). 결과적으로, 짧은 상승 및 하강 시간과 고 주파수 동작 둘 모두를 달성하는 시스템이 실현될 수 있으며, 이는 광원 시스템을 사용하는 ToF의 시스템의 정확도 및 깊이 범위를 개선할 수 있다. 추가로, 초기 전류를 전달하는 커패시터들에 대해 사용되는 커패시터 설계들은, 심지어 커패시티/밀도가 작은 경우에도 매우 낮은 기생 인덕턴스를 갖도록 선택될 수 있다. 그 이후의 전류를 전달하는 커패시터들에 대해 사용되는 커패시터 설계들은, 심지어 그들의 인덕턴스가 상대적으로 높은 경우에도 높은 피크 전류를 전달하기 위하여 높은 커패시티/밀도를 갖도록 선택될 수 있다. 따라서, 짧은 전류 상승 시간 및 높은 피크 전류를 전달하기 위하여 낮은 인덕턴스 및 높은 커패시티 이득들이 동일한 시스템 내에서 실현될 수 있다.
이상에서 설명된 예들의 각각에 있어서, 제 1 커패시터(230)(및 선택적으로 또한 제 3 커패시터(430))의 적어도 하나의 결합 단자는, 이것이 결합되는 디바이스(예를 들어, VCSEL(210) 또는 드라이버)의 단자들과 실질적으로 동일 평면이거나/동일한 높이에 있을 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 이는, 컴포넌트 선택에 의해, 또는 (도 13a에 표시된 것과 같은) 회로 설계에 의해 달성될 수 있다. 다른 경우들에 있어서, 그들의 개별적인 단자들이 실질적으로 동일 평면에 있도록 제 1 커패시터(230) 및/또는 이것에 결합되는 디바이스의 높이를 상승시키기 위해 하나 이상의 전도성 플랫폼들이 사용될 수 있다. 선택적으로, 제 1 커패시터(230)(및 선택적으로 또한 제 3 커패시터(430))에 대한 다른 결합 표면들은, 커패시터가 결합되는 엘리먼트와 실질적으로 동일 평면이거나/동일한 높이에 있을 수 있다. 예를 들어, 커패시터의 상부 표면이 장착 표면의 공급 트레이스 또는 접지 트레이스에 와이어 결합되는 경우, 트레이스 결합 표면의 높이를 커패시터의 상부 표면과 실질적으로 동일 평면이 되도록 상승시키기 위해 플랫폼이 사용될 수 있다.
제 1 커패시터(230)(및 선택적으로 제 3 커패시터(430))가 수직 커패시터인 다양한 예시적인 시스템들이 이상에서 개시되었다. 이러한 예들에 있어서, (커패시터의 상부, 또는 상단, 측면에서의) 커패시터 플레이트들 중 하나는 2개의 결합들, 예를 들어, 결합 와이어 결합들 또는 전도성 클립들을 갖는다. 전형적으로, 이러한 결합들 중 하나는 그 위에 커패시터가 장착되는 기판 상의 접촉 패드/트레이스, 예를 들어, 공급 전압에 대한 것이며, 이러한 결합들 중 다른 것은 드라이버의 광원과 같은 레이저 구동 회로의 컴포넌트에 대한 것이다. (커패시터의 하부, 또는 하단, 측면에서의) 다른 커패시터 플레이트는 전형적으로, 그 위에 커패시터가 장착되는 기판 상의 접촉 패드/트레이스(예컨대 접지)에 전도성으로 고정된다. 이러한 3 결합 배열로 레이저 구동 회로 내에 수직 커패시터를 결합함으로써, 회로의 루프 인덕턴스가 감소될 수 있으며 그럼으로써 스위치 온 속도를 개선한다. 도 9의 측방 맞물린 커패시터와 유사하게, 결합 와이어 결합(또는 대안적으로 전도성 클립 결합)이 2개의 커패시터 플레이트들을 3개의 상이한 엘리먼트들/컴포넌트들에 연결하기 위해 사용된다. 특히, 하나의 커패시터 플레이트는 VCSEL에 와이어 결합되며, 또한 기판 상의 전압 공급 트레이스에 와이어 결합된다. 제 2 커패시터는 기판 상의 접지 트레이스에 와이어 결합된다. 다시 한번, 이러한 3 결합 배열은 회로의 루프 임피던스를 최소화하는 것을 도울 수 있다.
이상의 예들의 각각에 있어서, VCSEL, 드라이버 및 제 1 커패시터(및 제 3 커패시터)는, 이러한 컴포넌트들에 의해 형성되는 전류 루프가 작으며, 작은 인덕턴스를 갖도록 단일 패키지/모듈 내에 포함될 수 있다. 하나 또는 그 이상(예를 들어, 2개, 3개, 4개, 등)의 커패시터들이 그들의 빠른 상승 시간 목적을 위해 사용될 수 있다. 제 2 커패시터(및 제 4 커패시터)는 패키지/모듈의 부분일 수 있거나, 또는 패키지/모듈 외부에 있을 수 있으며 여기에서 패키지/모듈은 하나 이상의 외부 커패시터들의 결합의 위해 구성된다. 하나 또는 그 이상(예를 들어, 2개, 3개, 4개, 등)의 커패시터들이 이러한 고 피크 전류 목적을 위해 사용될 수 있다. 추가로, 이상의 예들의 각각이 적어도 하나의 상대적으로 낮은 커패시티 커패시터(예를 들어, 제 1 커패시터(230)) 및 적어도 하나의 상대적으로 높은 커패시티 커패시터(예를 들어, 제 2 커패시터(240))을 포함하지만, 대안예에 있어서, 회로는 단지 하나 또는 그 이상의 낮은 커패시티 커패시터만을 가질 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제 1 커패시터(230)는 초기에 빠르게 VCSEL(210)을 턴 온하기 위한 구동 전류의 제 1 부분을 공급할 수 있다. 희망되는 지속 기간 동안 VCSEL을 온-상태로 유지하기 위해 요구되는 구동 전류의 나머지는 전압 공급부에 의해 공급될 수 있다. 이러한 구현예는 특히, 공급 전압이 요구되는 구동 전류의 나머지를 공급할 수 있는 유형인 경우에 유용할 수 있으며, 이러한 경우에 회로 비용 및 물리적 크기는 제 2 커패시터(240)를 생략함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 공급 전압이 요구되는 구동 전류의 나머지 전체를 공급하기에 적절하지 않은 경우, 제 2 커패시터(240)가 포함될 수 있으며, 요구되는 구동 전류의 나머지는 공급 전압 및 제 2 커패시터(240) 둘 모두에 의해 공급될 수 있다.
당업자는, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 본 개시의 이상에서 설명된 측면들에 대하여 다양한 변경들 또는 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다.
본원에서 설명되는 다양한 측면들은 와이어 결합을 포함한다. 와이어 결합이 사용되는 곳마다, 임의의 다른 적절한 형태의 표면 전기적 결합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 리본 결합 및 전도성 클립 결합이 대안적으로 사용될 수 있다. 도 14a는, 와이어 결합을 사용하는 것이 아니라 구리 클립과 같은 전도성 클립(1410)이 제 1 커패시터(230)의 제 1 플레이트를 PCB 트레이스를 결합하기 위해 사용되는 것의 예시적인 표현을 도시한다. 도 14b는, 또한 제 1 커패시터(230)의 제 1 플레이트를 VCSEL(210)에 결합하기 위해 전도성 클립이 연장될 수 있는 방법의 추가적인 예를 도시한다. 이러한 예에 있어서, 심지어 와이어 결합들이 사용되지 않는 경우에도, 전류 경로 길이를 감소시키기 위해 제 1 커패시터(230)와 VCSEL(210) 사이의 단자 연결들이 실질적으로 동일한 평면 내에 있는 것(이러한 예에 있어서, 이는 플랫폼/기단(310)을 사용하여 달성됨)이 여전히 유익할 수 있다. 전도성 클립은 임의의 적절한 재료, 예를 들어, 전도성 에폭시를 사용하여 제 1 커패시터(230) 및/또는 VCSEL(210)에 고정될 수 있다.
이상의 광원 시스템들이 특히 ToF 카메라 시스템들과 함께 사용하는 것을 참조하여 설명되었지만, 광원 시스템은 이러한 사용에 한정되지 않으며 임의의 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 이상에서 설명된 광원 시스템들의 각각이 광원으로서 VCSEL을 갖지만, 임의의 적절한 유형의 광원, 예를 들어, 임의의 다른 유형의 레이저 또는 LED가 대안적으로 사용될 수 있다.
본원에서 주어진 예들 중 대부분에서, 광원(210)은 그것의 상부 표면 상에 애노드 단자 및 그것의 하부 표면 상에 캐소드 단자를 갖는다. 그러나, 회로의 나머지에서 컴포넌트 연결들의 적절한 사소한 재구성들을 가지면, 이는 대안적으로 반대로 될 수 있다. 예를 들어, 도 2a의 배열에서, 제 1 커패시터(230)의 상부 단자는, 공급 전압 트레이스에 결합되는 것이 아니라, 상호연결들(232)에 의해 기준 전압(GND) 트레이스에 결합될 수 있다. 하부 단자는 드라이버(202)의 단자와 함께 공급 전압 트레이스에 전도성으로 결합될 수 있으며, 드라이버(220)의 다른 단자 및 광원(210)의 하부 애노드 단자는 애노드 트레이스(본질적으로 도 2a의 "캐소드"로 라벨링된 트레이스와 동일함)에 전도성으로 결합된다. 이러한 경우에 있어서, 드라이버(220)는 하이-사이드 드라이버일 것이다. 달리 말하면, "공급 전압"으로 라벨링된 트레이스는 기준 전압 트레이스(접지)가 될 것이며, "GND"로 라벨링된 트레이스는 공급 전압 트레이스가 될 것이고, "캐소드"로 라벨링된 트레이스는 애노드 트레이스가 될 것이다. 도 11a의 구성과 마찬가지로, "공급 전압"으로 라벨링된 트레이스는 기준 전압 트레이스(접지)가 될 것이며, "GND"로 라벨링된 트레이스는 공급 전압 트레이스가 될 것이고, 드라이버(1120)는 로우 사이드 드라이버가 될 것이다.
용어들 '결합하는' 및'결합되는"은 본 개시의 전체에 걸쳐 2개의 컴포넌트들/디바이스 사이의 직접 전기적 연결들 및, 2개의 컴포넌트들/디바이스들 사이의 전기적 결합 경로 내에 하나 이상의 중간 컴포넌트들/디바이스들이 존재하는 2개의 컴포넌트들/디바이스들 사이의 간접 전기적 결합을 또한 포괄하기 위해 사용된다.

Claims (20)

  1. 광원 시스템으로서,
    기판;
    상기 기판의 표면 상에 장착되는 광원으로서, 상기 광원은,
    상부 단자를 갖는 상부 표면; 및
    상기 기판의 상기 표면에 전도성으로 고정되며 하부 단자를 갖는 장착 표면으로서, 상기 광원은 상기 상부 단자와 상기 하부 단자 사이에서 흐르는 전류에 의해 턴 온되도록 구성되는, 상기 장착 표면을 포함하는, 상기 광원;
    상기 광원을 구동하기 위한 상기 전류의 제 1 부분을 공급하기 위한 수직 커패시터로서, 상기 수직 커패시터는,
    상기 수직 커패시터의 제 1 플레이트에 대한 상부 단자를 포함하는 상부 표면으로서, 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자는 상기 광원의 상기 상부 단자에 전기적으로 결합되는, 상기 상부 표면; 및
    상기 기판의 상기 표면에 전도성으로 고정되며 상기 수직 커패시터의 제 2 플레이트에 대한 하부 단자를 포함하는 장착 표면을 포함하는, 상기 수직 커패시터; 및
    상기 기판의 상기 표면 상에 장착되며, 상기 광원의 동작을 제어하기 위해 상기 수직 커패시터로부터 상기 광원으로의 전류의 흐름을 제어하기 위하여 상기 광원 및 상기 수직 커패시터에 결합되는 전류 드라이버를 포함하며,
    상기 기판은 상기 광원을 구동하기 위해 요구되는 상기 전류의 제 2 부분을 공급하기 위해 상기 수직 커패시터에 전기적으로 결합되는 전압 단자를 포함하는, 광원 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 상기 전압 단자는 제 1 인터커넥터(interconnector)에 의해 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자에 전기적으로 결합되는, 광원 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 상기 표면과 상기 광원의 상기 상부 단자 사이의 거리는 상기 기판의 상기 표면과 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자 사이의 거리와 실질적으로 동일한, 광원 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 광원은, 상기 기판의 상기 표면과 상기 광원의 상기 상부 단자 사이의 거리가 상기 기판의 상기 표면과 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자 사이의 거리와 실질적으로 동일하도록 두께를 갖는 전도성 기단(podium)을 사용하여 상기 기판의 상기 표면 상에 장착되는, 광원 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 드라이버는 로우-사이드(low-side) 드라이버이며, 상기 광원의 상기 하부 단자는 상기 전류 드라이버에 의해 상기 수직 커패시터의 상기 하부 단자에 전기적으로 결합되고,
    상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자는 제 2 인터커넥터에 의해 상기 광원의 상기 상부 단자에 전기적으로 결합되어, 상기 광원이 온(on)일 때 전류는 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자로부터 상기 광원의 상기 상부 단자로 그런 다음 상기 광원의 상기 하부 단자로부터 상기 전류 드라이버를 통해 다시 상기 수직 커패시터로 흐르는, 광원 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 광원이 온일 때 전류가 제 1 전도성 경로를 통해 상기 광원의 상기 하부 단자로부터 상기 전류 드라이버의 제 1 단자로 흐르도록, 상기 광원의 상기 하부 단자와 상기 전류 드라이버의 상기 제 1 단자가 전도성으로 고정되는 상기 제 1 전도성 경로; 및
    상기 광원이 온일 때 전류가 제 2 전도성 경로를 통해 상기 드라이버의 제 2 단자로부터 상기 수직 커패시터의 상기 하부 단자로 흐르도록, 상기 수직 커패시터의 상기 하부 단자 및 상기 전류 드라이버의 상기 제 2 단자가 전도성으로 고정되는 상기 제 2 전도성 경로를 포함하는, 광원 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 2 전도성 경로는 기준 전위로 유지되는, 광원 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 드라이버는 하이-사이드(high-side) 드라이버이며, 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자는 상기 전류 드라이버에 의해 상기 광원의 상기 상부 단자에 전기적으로 결합되는, 광원 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기판은, 상기 광원이 온일 때 전류가 상기 제 1 전도성 경로를 통해 상기 광원의 상기 하부 단자로부터 상기 수직 커패시터의 하부 단자로 흐르도록, 상기 광원의 상기 하부 단자 및 상기 수직 커패시터의 상기 하부 단자가 전도성으로 고정되는 기준 전압 전도성 경로를 포함하는, 광원 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기준 전압 전도성 경로의 부분은, 상기 광원이 온일 때 전류가 상기 기준 전압 전도성 경로를 통해 상기 광원의 상기 하부 단자로부터 상기 전류 드라이버 아래의 상기 수직 커패시터의 상기 하부 단자로, 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자로부터 상기 광원의 상기 상부 단자로의 전류 흐름에 대해 실질적으로 반대 방향으로 흐르도록 상기 전류 드라이버 아래를 통과하는, 광원 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 전류 드라이버는,
    제 3 단자 및 제 4 단자를 갖는 제 1 표면; 및
    상기 기판의 상기 표면에 고정되는 제 2 표면을 포함하며,
    상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자는 제 3 인터커넥터에 의해 상기 전류 드라이버의 상기 제 3 단자에 결합되고, 상기 전류 드라이버의 상기 제 4 단자는 제 4 인터커넥터에 의해 상기 광원의 상기 상부 단자에 결합되는, 광원 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 광원의 상기 상부 단자, 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자 및 상기 전류 드라이버의 상기 제 3 및 제 4 단자들은 모두 상기 기판의 상기 표면으로부터 실질적으로 동일한 거리에 있는, 광원 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 인터커넥터는,
    상기 전압 단자에 전도성으로 고정되는 장착 표면, 및 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자와 상기 기판의 상기 표면으로부터 실질적으로 동일한 거리에 있는 상부 표면을 갖는 전도성 플랫폼; 및
    상기 전도성 플랫폼의 상기 상부 표면 및 상기 수직 커패시터의 상기 상부 단자에 고정되는 적어도 하나의 전도성 엘리먼트를 포함하는, 광원 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원 시스템은 상기 광원을 구동하기 위한 상기 전류의 제 3 부분을 공급하기 위한 추가적인 커패시터를 더 포함하며,
    상기 추가적인 커패시터는 상기 수직 커패시터보다 더 큰 커패시턴스를 가지고,
    상기 수직 커패시터, 광원 및 전류 드라이버는 제 1 전류 루프를 형성하기 위해 함께 결합되며,
    상기 추가적인 커패시터, 광원 및 전류 드라이버는 제 2 전류 루프를 형성하기 위해 함께 결합되는, 광원 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원 시스템은 제 2 수직 커패시터를 더 포함하며, 상기 제 2 수직 커패시터는,
    상기 제 2 수직 커패시터의 제 1 플레이트에 대한 상부 단자를 포함하는 상부 표면으로서, 상기 제 2 수직 커패시터의 상기 상부 단자는 상기 광원의 제 2 상부 단자에 전기적으로 결합되고, 상기 광원의 상기 제 1 상부 단자는 상기 광원의 상기 상부 표면의 제 1 측면에 위치되며 상기 광원의 상기 제 2 상부 단자는 상기 광원의 상기 상부 표면의 제 2 대향되는 표면에 위치되는, 상기 상부 표면; 및
    상기 기판의 상기 표면에 전도성으로 고정되며 상기 수직 커패시터의 제 2 플레이트에 대한 하부 단자를 포함하는 장착 표면을 포함하며,
    상기 제 2 수직 커패시터는, 상기 광원이 온일 때 전류가 상기 제 2 수직 커패시터로부터 상기 광원으로 흐르는 전류에 실질적으로 반대 방향으로 상기 제 1 수직 커패시터로부터 상기 광원으로 흐르도록, 상기 기판의 상기 전압 단자에 전기적으로 결합되며 상기 제 1 수직 커패시터의 상기 위치에 대해 상기 광원의 대향되는 측면 상에 위치되는, 광원 시스템.
  16. 광원 시스템으로서,
    전류 드라이버를 포함하는 전류 IC;
    상기 드라이버 IC의 표면 상에 장착되는 광원으로서, 상기 광원은,
    제 1 단자; 및
    상기 광원의 장착 표면 상의 제 2 단자로서, 상기 광원의 상기 제 2 단자는 상기 드라이버 IC의 상기 표면 상의 상기 전류 드라이버의 제 1 단자에 전도성으로 결합되는, 상기 제 2 단자를 포함하는, 상기 광원; 및
    상기 드라이버 IC의 상기 표면 상에 장착되는 커패시터로서, 상기 커패시터는,
    상기 커패시터의 제 1 플레이트에 대한 제 1 단자로서, 상기 제 1 단자는, 상기 광원이 온일 때 전류가 상기 커패시터의 상기 제 1 플레이트로부터 상기 광원의 상기 제 1 단자로 흐르도록 공급 전압 및 상기 광원의 상기 제 1 단자에 전도성으로 결합되는, 상기 제 1 단자; 및
    상기 커패시터의 제 2 플레이트에 대한 제 2 단자로서, 상기 커패시터의 상기 제 2 단자는, 상기 광원이 온일 때 전류가 상기 전류 드라이버를 통해 상기 광원의 상기 제 2 단자로부터 상기 커패시터의 상기 제 2 플레이트로 흐르도록 상기 커패시터의 장착 표면 상에 있으며 상기 드라이버 IC의 상기 표면 상의 상기 전류 드라이버의 제 2 단자에 전도성으로 결합되는, 상기 제 2 단자를 포함하는, 상기 커패시터를 포함하는, 광원 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 커패시터는 수직 실리콘 커패시터이며,
    상기 커패시터의 상기 제 1 단자는 상기 커패시터의 상부 표면 상에 있는, 광원 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 커패시터는 측방 실리콘 커패시터이며,
    상기 커패시터의 상기 제 2 단자는 상기 커패시터의 상기 장착 표면 상에 있으며, 상기 광원의 상기 제 1 단자에 전기적으로 결합되는 드라이버 IC 전도성 경로에 전도성으로 결합되는, 광원 시스템.
  19. 레이저 구동 회로로서,
    레이저;
    상기 레이저를 구동하기 위한 전류를 공급하기 위하여 상기 레이저에 결합되는 제 1 커패시터로서, 상기 제 1 커패시터는 제 1 커패시턴스를 갖는, 상기 제 1 커패시터;
    상기 레이저를 구동하기 위한 전류를 공급하기 위하여 상기 레이저에 결합되는 제 2 커패시터로서, 상기 제 2 커패시터는 상기 제 1 커패시턴스보다 더 큰 제 2 커패시턴스를 갖는, 상기 제 2 커패시터;
    상기 레이저와 상기 제 1 및 제 2 커패시터들 사이의 전류의 흐름을 제어하기 위해 상기 레이저, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 2 커패시터에 결합되는 전류 드라이버를 포함하며,
    상기 레이저, 전류 드라이버 및 제 1 커패시터는 함께 제 1 전류 회로를 형성하고,
    상기 레이저, 전류 드라이버 및 제 2 커패시터는 함께 제 2 전류 회로를 형성하며,
    상기 제 1 전류 회로의 인덕턴스는 상기 제 2 전류 회로의 인덕턴스보다 상대적으로 더 낮는, 레이저 구동 회로.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제 1 커패시터는, 내부에 상기 전류 드라이버가 형성된 집적 회로의 표면 상에 상기 제 1 커패시터를 장착하고 상기 제 1 커패시터의 단자를 상기 집적 회로의 상기 표면 상의 제 1 단자에 전도성으로 결합함으로써 상기 전류 드라이버에 결합되는, 레이저 구동 회로.
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