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이차원 마이크로볼로미터 FPA를 위한 이 단계 바이어스 전류 억제 방식을 갖는 픽셀 단위의 전류 미러 신호취득 회로
Pixel-level Current Mirroring Injection with 2-step Bias-current Suppression for 2-D Microbolometer FPAs 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.52 no.11, 2015년, pp.36 - 43  

황치호 (국방과학 연구소) ,  우두형 (가톨릭대학교 정보통신전자공학부)

초록
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본 연구를 통해서 초점면 배열 이차원 마이크로볼로미터를 위한 픽셀 단위의 신호취득 회로를 연구하였다. 높은 응답도와 긴 적분시간을 갖는 픽셀 단위의 구조를 위해 이 단계 바이어스 전류 억제 방식을 갖는 전류 미러 입력회로를 제안하였다. 제안하는 회로는 $0.35-{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS 공정을 이용하여 설계했고, 마이크로볼로미터의 배열 크기는 $320{\times}240$이며 픽셀 크기는 $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$이다. 제안하는 이 단계 바이어스 전류 억제 방식은 넓은 보정 범위에서 충분히 작은 보정 오차를 보이며, 설계 파라미터를 조정하여 보정 범위와 보정 오차를 간단히 최적화할 수 있다. 제안하는 회로는 높은 응답도와 1 ms 이상의 긴 적분시간을 갖기 때문에 회로의 잡음등가온도차(NETD)를 26 mK까지 개선할 수 있고, 이는 기존회로의 잡음등가 온도차인 67 mK에 비해 매우 개선된 수치이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A pixel-level readout circuit is studied for 2-dimensional microbolometer focal plane arrays (FPAs). A current mirroring injection (CMI) input circuit with 2-step current-mode bias suppression is proposed for a pixel-level architecture with high responsivity and long integration time. The proposed c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • [5∼6] 또한, 취득된 영상 신호를 디지털화할 때 변환 해상도를 크게 낮출 수 있으므로, 영상 모듈의 소형화 및 저전력화에 기여할 수 있게 된다. 본 연구에서는 높은 응답도와 긴 적분시간을 갖는 픽셀 단위의 신호취득 회로를 구현하기 위해, 이 단계 바이어스 전류 억제 방식을 갖는 전류 미러 입력회로를 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마이크로볼로미터 감지 배열을 위한 신호취득 회로를 설계시 무엇이 중요한 고려사항인가? 마이크로볼로미터 감지 배열을 위한 신호취득 회로를 설계할 때, 잡음 특성은 매우 중요한 고려사항이다. 마이크로볼로미터의 주 잡음은 열잡음(Johnson noise, #)과 1/f 잡음(#)이며, 전체 잡음(#)에 대한 식은 아래와 같다.
적외선 영상 장치의 과거와 현재의 쓰임은 어떠한가? 물체가 방사하는 적외선을 이용하여 빛이 없는 환경에서도 사물을 볼 수 있도록 하는 적외선 영상 장치는 현재 군사용, 의료용 및 산업용 등으로 널리 사용되고 있다. 과거의 적외선 영상 시스템은 주로 군수분야를 중심으로 발전해왔으나, 최근 들어 자동차 시야 보조 장치 및 보안카메라와 같은 민간분야를 중심으로 시장이 급속하게 확대되고 있다. 이에 따라 소형, 저전력의 휴대용 적외선 카메라에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 별도의 냉각기가 필요한 광자 감지 방식에서 벗어나 비냉각형인 열 감지 방식의 마이크로볼로미터에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.
적외선 영상 장치가 쓰이는 곳은? 물체가 방사하는 적외선을 이용하여 빛이 없는 환경에서도 사물을 볼 수 있도록 하는 적외선 영상 장치는 현재 군사용, 의료용 및 산업용 등으로 널리 사용되고 있다. 과거의 적외선 영상 시스템은 주로 군수분야를 중심으로 발전해왔으나, 최근 들어 자동차 시야 보조 장치 및 보안카메라와 같은 민간분야를 중심으로 시장이 급속하게 확대되고 있다.
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참고문헌 (8)

  1. E. Mounier, "Microbolometers for thermography and night vision markets," Proc. SPIE, Vol. 7930, pp. 79300E-1-79300E-6, Feb. 2011. 

  2. Y. S. Kim, et al, "Uncooled microbolometer arrays with high responsivity using meshed leg structure", IEEE Photonics Tech. Letters, Vol. 25, No. 21, pp. 2108-2110, Nov. 2013. 

  3. D. Jakonis, C. Svensson and C. Jansson, "Readout architectures for uncooled IR detector arrays," Sensors and Actuators, Vol. 84, pp. 220-229, 2000. 

  4. P. W. Kruse, Uncooled infrared imaging arrays and systems, Semiconductors and semimetals, Vol. 47, pp. 47-45, 1997. 

  5. B. H. Kim and H. C. Lee, "Smart TDI readout circuit for long-wavelength IR detector", Electron. Lett., Vol. 38, pp. 854-855, 2002. 

  6. M. W. Ng, Y. H. Chee, and Y. P. Xu, "On-chip compensation of dark current in infrared focal plane arrays", Circuits and Systems, IEEE international symposium on, Vol. 3, pp. 6-9, 2001. 

  7. B. Hu, P. Li, A. W. Ruan and D. M. Lin, "Design and verification of 160 x 120 bolometer ROIC", Computational Problem-Solving, IEEE international conference on, pp. 275-278, 2011. 

  8. S. L. Liu, et al, "A design of readout circuit for 384x288 uncooled microbolometer infrared focal plane array", Solid-State and Integrated Circuit Technology, IEEE international conference on, pp. 1-3, 2012. 

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