이차원 마이크로볼로미터를 위한 픽셀 단위의 Time-to-Digital ADC

Abstract

본 연구에서는 휴대용 적외선 카메라 용 2차원 마이크로볼로미터를 위한 신호취득 회로를 연구하였다. 소형, 저전력 및 우수한 영상 특성을 갖는 시스템을 구현하기 위해, 새로운 픽셀 단위의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 제안하고 이를 검증하였다. 이러한 픽셀 단위의 ADC를 구현하기 위해 고정밀 바이어스 전류 제거 방식과 새로운 time-to-digital 방식을 제안하여 적절하게 결합하였다. 제안하는 회로는 0.35-μm 2-poly 4-metal 표준 CMOS 공정으로 설계했고, 볼로미터를 기준으로 배열의 크기는 320×240이며 픽셀의 크기는 40 μm×40 μm이다. 제안하는 바이어스 제거 회로는 60 % 이상의 보정범위에서 0.55 % 이하의 매우 작은 보정오차를 보이며, 이 특성 값들은 상황에 맞추어 쉽게 최적화할 수 있다. 제안하는 픽셀 단위의 ADC는 넓은 입력 범위에 대해 우수한 SNR 특성을 보이면서 75.1 dB의 넓은 동작범위를 가지며, 입-출력 특성이 보다 선형적이므로 제한된 디지털 해상도 내에서 보다 효율적인 변환 결과를 얻을 수 있다.