KR102098700B1 - 개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센싱 장치 - Google Patents

개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센싱 장치 Download PDF

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Abstract

개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센싱 장치가 게시된다. 본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 수신광의 에너지가 상기 오실레이팅 신호의 주파수로 반영되어 확인될 때, 전류량이 유의미한 전기적 성분으로 작용한다. 이러한 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 제공되는 전원 전압의 레벨이 낮아지는 경우에도, 수신되는 수신광의 세기를 효과적으로 감지할 수 있다. 즉, 본 발명의 포토 센싱 장치는 넓은 동적 범위를 가진다. 또한, 본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 다이오드 전류에서 노이즈 전류를 제외한 순전류가 상기 오실레이팅 신호의 주파수로 반영된다. 그 결과, 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 노이즈 특성이 크게 개선된다.

Description

개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센싱 장치{PHOTO SENSING DEVICE WITH HAVING IMPROVED DYNAMIC RANGE AND NOISE RESISTANT PROPERTY}
본 발명은 수신광을 감지하는 포토 센싱 장치에 관한 것으로서, 특히 개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센싱 장치에 관한 것이다.
포토 센싱 장치는 수신되는 수신광(受信光)의 에너지를 감지하여 센싱 데이터로 발생하는 전자 회로 장치이다. 현재, 수신광의 에너지를 전압 레벨의 신호로 변환하여 이용하는 전압 레벨형 포토 센싱 장치가 많이 사용되고 있다.
도 1은 기존의 포토 센싱 장치를 나타내는 도면으로서, 전압 레벨형 포토 센싱 장치이다. 도 1의 포토 센싱 장치는 광센싱부(10), 이득 증폭부(20) 및 데이터 변환부(30)를 포함하여 구성된다. 상기 광센싱부(10)의 포토 다이오드(11)는 수신되는 수신광(LGT)을 다이오드 전류(Ipd)로 변환한다. 그리고, 상기 다이오드 전류(Ipd)는 축전 캐패시터(13)와 연산증폭기(15)에 의하여 센싱 신호(XSEN)로 발생된다.
이때, 상기 연산증폭기(15)에서 제공되는 센싱 신호(XSEN)는 상기 다이오드 전류(Ipd)의 양 즉, 수신광(LGT)을 반영하는 전압 레벨을 가진다. 그리고, 센싱 신호(XSEN)의 전압 레벨은 이득 증폭부(20) 및 데이터 변환부(30)에 의하여 디지털 성분의 센싱 데이터(DSEN)로 변환된다. 참고로, 도 1에서 참조부호 'VREF'는 기준 전압을 나타내며, 참조부호 'VNN'은 외부에서 제공되는 '다이오드 파워 전압'을 나타낸다.
그런데, 도 1과 같은 기존의 포토 센싱 장치에서는 상기 연산 증폭기(15)에 제공되는 전원 전압(VDD)이 낮아지는 경우, 상기 센싱 신호(XSEN)가 가질 수 있는 전압 레벨의 범위도 제한된다.
그 결과, 도 1의 포토 센싱 장치에서는, 사용가능한 전원 전압(VDD)의 범위 즉, 동적 범위가 좁은 문제점이 발생된다.
또한, 포토 다이오드에서 발생되는 다이오드 전류(Ipd)에는 다크 전류, 주변광에 따른 전류, 노이즈에 따른 전류 등의 노이즈 전류가 포함된다. 그런데, 도 1과 같은 기존의 포토 센싱 장치에서는, 상기 센싱 신호(XSEN)는 노이즈 전류가 포함된 다이오드 전류(Ipd)가 반영된다.
그러므로, 도 1의 포토 센싱 장치는 노이즈 특성에 약하다는 단점을 지닌다.
본 발명의 목적은 상기 기존기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 포토 센싱 장치에 관한 것이다. 본 발명의 포토 센싱 장치는 출력광을 출력하되, 상기 출력광이 출력되는 턴온 상태 및 상기 출력광의 출력이 차단되는 턴오프 상태가 제어되는 광원; 애노드 단자는 안정 노드와 전기적으로 연결되어 다이오드 전류를 생성하는 포토 다이오드로서, 상기 다이오드 전류의 적어도 일부는 상기 광원에서 출력되는 상기 출력광에 의존되는 상기 포토 다이오드; 상기 다이오드 전류에 대하여, 노이즈 전류를 제거하도록 구동되는 노이즈 제거부로서, 상기 노이즈 전류는 상기 포토 다이오드에 의하여 발생되는 전류로서, 상기 광원의 턴오프 상태에서 발생되는 전류인 상기 노이즈 게거부; 예비 노드에서의 순전류를 소싱하는 소싱부로서, 상기 예비 노드는 상기 안정 노드의 상기 순전류를 수신하며, 상기 순전류는 상기 다이오드 전류에서 상기 노이즈 전류를 제거한 전류에 기초되는 상기 소싱부; 및 상기 광원의 턴온 상태에서, 상기 소싱부에 소싱되는 상기 순전류를 미러링하여 미러링 전류 그룹을 발생하도록 구동되며, 상기 미러링 전류 그룹의 전류량에 따른 주파수를 가지는 오실레이팅 신호를 발생하도록 구동되는 미러 오실레이팅부를 구비한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 수신광의 에너지가 상기 오실레이팅 신호의 주파수로 반영되어 확인될 때, 전류량이 유의미한 전기적 성분으로 작용한다. 이러한 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 제공되는 전원 전압의 레벨이 낮아지는 경우에도, 수신되는 수신광의 세기를 효과적으로 감지할 수 있다. 즉, 본 발명의 포토 센싱 장치는 넓은 동적 범위를 가진다.
또한, 본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 다이오드 전류에서 노이즈 전류를 제외한 순전류가 상기 오실레이팅 신호의 주파수로 반영된다. 그 결과, 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 노이즈 특성이 크게 개선된다.
본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 기존의 포토 센싱 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 3a는 도 2의 미러 오실레이팅부의 일예를 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 2의 미러 오실레이팅부의 다른 일예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 광원 및 스위치들의 턴온 상태 및 턴오프 상태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 내용을 명세서 전반에 걸쳐 설명함에 있어서, 개개의 구성요소들 사이에서 '전기적으로 연결된다', '연결된다', '접속된다'의 용어의 의미는 직접적인 연결뿐만 아니라 속성을 일정 정도 이상 유지한 채로 중간 매개체를 통해 연결이 이루어지는 것도 모두 포함하는 것이다. 개개의 신호가 '전달된다', '도출된다'등의 용어 역시 직접적인 의미뿐만 아니라 신호의 속성을 어느 정도 이상 유지한 채로 중간 매개체를 통한 간접적인 의미까지도 모두 포함된다. 기타, 전압 또는 신호가 '가해진다, '인가된다', '입력된다' 등의 용어도, 명세서 전반에 걸쳐 모두 이와 같은 의미로 사용된다.
또한 각 구성요소에 대한 복수의 표현도 생략될 수도 있다. 예컨대 신호선은 동일한 속성을 가지는 여러 신호선들, 예컨대 데이터 신호들과 같이 다발로 이루어진 경우에 이를 굳이 단수와 복수로 구분할 필요가 없기 때문이기도 하다. 이런 점에서 이러한 기재는 타당하다. 따라서 이와 유사한 표현들 역시 명세서 전반에 걸쳐 모두 이와 같은 의미로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서에서, '전압 레벨형 포토 센싱 장치'는 '수신되는 수신광에 따른 전류의 양을 전압으로 변환하고, 변환된 전압의 레벨에 따른 센싱 데이터를 발생하는 포토 센싱 장치'를 의미한다. 그리고, '전류형 포토 센싱 장치'는 '수신되는 수신광에 따른 전류의 양에 따른 센싱 데이터를 발생하되, 전류의 양을 전압으로 변환하지 않는 포토 센싱 장치'를 의미한다
본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
그리고, 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 센싱 장치를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 포토 센싱 장치는 '전류형 포토 센싱 장치'로서, 광원(LSC), 포토 다이오드(100), 노이즈 제거부(200), 소싱부(300), 미러 오실레이팅부(500)을 구비하며, 바람직하기로는, 안정화부(400) 및 데이터 변환부(600)를 더 구비한다.
상기 광원(LSC)은 출력광(LUT)을 출력한다. 그리고, 상기 광원(LSC)은 구동 신호(XDR)에 응답하여 턴온 상태 및 턴오프 상태가 제어된다. 여기서, 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서, 구동 신호(XDR)가 활성화되어(도 4의 t1 참조), 상기 출력광(LUT)이 출력된다. 그리고, 상기 광원(LSC)의 턴오프 상태에서, 상기 구동 신호(XDR)가 비활성화되어(도 4의 t2 참조), 상기 출력광(LUT)의 출력이 차단된다.
참고로, 본 발명의 포토 센싱 장치에서의 상기 구동 신호(XDR)는 펄스 폭 변조 신호이다.
그리고, 상기 출력광(LUT)은 피사체(OBJ)에 투과, 반사 등의 광작용이 수행되어 수신광(LGT)으로 생성된다. 본 발명의 포토 센싱 장치는 이러한 수신광(LGT)의 에너지를 감지하여, 상기 피사체(OBJ)의 패턴 등을 인식하는데 이용될 수 있다.
상기 포토 다이오드(100)는 다이오드 파워 전압(VNN)과 안정 노드(NSTV) 사이에 형성된다. 이때, 상기 포토 다이오드(100)의 애노드(anode) 단자는 상기 안정 노드(NSTV)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 포토 다이오드(100)의 캐소트(cathode) 단자는 상기 다이오드 파워 전압(VNN)에 전기적으로 연결된다. 이러한 상기 포토 다이오드(100)는 수신되는 수신광(LGT)의 에너지(광의 세기, 출력시간 등에 따름)를 감지하여 다이오드 전류(Ipd)의 적어도 일부로 변환한다. 즉, 상기 다이오드 전류(Ipd)의 적어도 일부는 상기 광원(LSC)에서 출력되는 상기 출력광(LUT)에 의존된다.
한편, 본 명세서에서, 상기 다이오드 전류(Ipd)는 크게 노이즈 전류(Ins)와 순전류(Inet)로 구성되어 있는 것으로 이해될 수 있다.
이때, 상기 노이즈 전류(Ins)는 상기 광원(LSC)이 턴오프된 상태에서도, 상기 포토 다이오드(100)에서 발생되는 전류를 의미한다. 이러한 노이즈 전류(Ins)는 상기 광원(LSC)에서 출력되는 출력광(LUT)가 아닌 주변광에 의한 전류, 다크 전류, 노이즈에 의하여 발생되는 전류 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 순전류(Inet)는 상기 다이오드 전류(Ipd)에서 상기 노이즈 전류(Ins)를 뺀 전류를 의미한다.
그러므로, 수신되는 수신광(LGT)의 에너지가 상기 포토 다이오드(100)에 의하여 변환되는 전류는 상기 순전류(Inet)로 이해될 수 있다.
본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 상기 노이즈 전류(Ins)에 따른 영향은 가능한 한 제거하고, 상기 순전류(Inet)에 따른 영향만을 반영한 주파수/데이터값을 가지는 오실레이팅 신호(XOSC)/센싱 데이터(DESN)가 획득될 수 있다.
그 결과, 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 센싱 기능이 크게 향상된다.
계속 도 2를 참조하면, 상기 노이즈 제거부(200)는 상기 다이오드 전류(Ipd)에 대하여, 상기 노이즈 전류(Ins)를 제거하도록 구동된다.
그리고, 상기 소싱부(300)는 예비 노드(NPRE)에서의 순전류(Inet)를 소싱한다. 이때, 상기 예비 노드(NPRE)는 상기 안정 노드(NSTV)의 상기 순전류(Inet)를 수신하도록 구동된다.
바람직하기로는, 상기 소싱부(310)는 소스 트랜지스터(310)을 구비한다. 이때, 상기 소스 트랜지스터(310)는 게이트 단자 및 드레인 단자가 상기 예비 노드에 전기적으로 연결되며, 소스 단자가 접지 전압(VSS)에 전기적으로 연결되는 앤모스 트랜지스터이다.
상기 노이즈 제거부(200)는 구체적으로 제거 트랜지스터(210), 제거 캐패시터(220) 및 제거 스위치(SWE)를 구비한다.
상기 제거 트랜지스터(210)는 일측 접합이 상기 안정 노드(NSTV)에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 접합이 접지 전압(VSS)에 전기적으로 연결되는 앤모스 트랜지스터이다.
상기 제거 캐패시터(220)는 일측 단자가 상기 제거 트랜지스터(210)의 게이트 단자에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 상기 접지 전압(VSS)에 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 광원(LSC)의 턴오프 상태에서, 상기 제거 스위치(SWE)는 상기 예비 노드(NPRE)과 상기 제거 트랜지스터(210)의 게이트 단자를 전기적으로 연결하도록 구동된다.
이에 따라, 상기 광원(LSC)의 턴오프 상태에서 상기 제거 캐패시터(220)는 전하를 축전하게 된다.이때, 상기 제거 캐패시터(220)에는, 상기 노이즈 전류(Ins)에 상응하는 양의 전하가 축전된다.그 결과, 상기 광원(LSC)의 턴오프 상태에서 발생되는 노이즈 전류(Ins)는 상기 제거 트랜지스터(210)를 통하여 흐르게 된다.
그리고, 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서 상기 제거 스위치(SWE)가 턴온프된다. 이 경우에도, 상기 노이즈 전류(Ins)가 여전히 상기 제거 트랜지스터(210)를 통하여 상기 접지 전압(VSS)으로 흐른다.
이에 따라, 상기 예비 노드(NPRE)와 연결되는 상기 소싱부(300)의 상기 소스 트랜지스터(310)에는, 상기 다이오드 전류(Ipd)에서 상기 노이즈 전류(Ins)를 뺀 순전류(Inet)가 흐른다.
다시 기술하자면, 상기 소스 트랜지스터(310)는 자신의 게이트 단자 및 드레인 단자로 상기 포토 다이오드(100)에서 발생되는 상기 순전류(Inet)를 수신한다. 이러한 상기 소스 트랜지스터(310)에 의하여, 상기 포토 다이오드(100)에서 발생되는 상기 순전류(Inet)의 전류 패스가 형성된다.
한편, 안정화부(400)는 상기 안정 노드(NSTV)의 상기 순전류(Inet)를 상기 예비 노드(NPRE)로 전송하되, 상기 안정 노드(NSTV) 즉, 상기 포토 다이오드(100)의 애노드 단자의 전압을 일정한 레벨로 유지하도록 구동된다.
상기 안정화부(400)은 구체적으로 안정화 트랜지스터(410) 및 연산 증폭기(420)를 구비한다.
상기 안정화 트랜지스터(410)는 일측 접합이 상기 포토 다이오드(100)의 상기 애노드 단자 즉, 상기 안정 노드(NSTV)에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 접합이 상기 소스 트랜지스터(310)의 상기 게이트 단자 및 상기 드레인 단자에 전기적으로 연결되는 피모스 트랜지스터이다.
그리고, 상기 연산 증폭기(420)는 기준 전압(VREF)에 대한 상기 포토 다이오드(100)의 상기 애노드 단자 즉, 상기 안정 노드(NSTV)의 전압의 차이에 따른 레벨을 가지는 출력 신호를 발생한다. 그리고, 상기 연산 증폭기(420)의 출력 신호는 상기 안정화 트랜지스터(410)의 게이트 단자에 인가된다.
이러한 구성을 가지는 상기 안정화부(400)에 의하여, 상기 안정 노드(NSTV) 즉, 상기 포토 다이오드(100)의 애노드 단자의 전압은 상기 기준 전압(VREF)와 동일하게 된다.
이에 따라, 상기 포토 다이오드(100)의 캐소드 단자와 상기 애노드 단자 사이의 전압차는 센싱동작 중에 일정하게 유지된다. 그 결과, 상기 다이오드 전류(Ipd)의 크기는 수신광(LGT)의 에너지에 의존하게 된다. 즉, 상기 순전류(Inet)의 크기는 수신광(LGT)의 에너지를 보다 정확히 반영하게 된다.
계속 도 2를 참조하면, 상기 미러 오실레이팅부(500)는 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서, 상기 소싱부(300)에 의하여 소싱되는 상기 순전류(Inet)를 미러링하여 미러링 전류 그룹(GImr)을 발생하고, 상기 미러링 전류 그룹(GImr)의 전류량에 따른 주파수를 가지는 오실레이팅 신호(XOSC)를 발생한다.
바람직하기로는, 상기 미러 오실레이팅부(500)는 미러링 유닛(510) 및 오실레이팅 유닛(530)을 구비하며, 더욱 바람직하기로는, 미러링 스위치(SWM)를 더 구비한다.
도 3a는 상기 미러 오실레이팅부(500)의 일예를 나타내는 도면이다. 도 3a의 상기 미러링 유닛(510)은 공통 미러링 트랜지스터(TRmt)를 구비한다. 상기 공통 미러링 트랜지스터(TRmt)는, 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서, 상기 예비 노드(NPRE) 즉, 상기 소스 트랜지스터(310)의 게이트 단자 및 드레인 단자에 접속되는 게이트 단자와 상기 접지 전압(VSS)에 전기적으로 접속되는 소스 단자를 가지는 앤모스 트랜지스터이다.
이때, 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서, 상기 스위치(SWM)는 상기 예비 노드(NPRE)를 상기 공통 미러링 트랜지스터(TRmt)의 게이트 단자에 연결하도록 구동된다.
그 결과, 상기 공통 미러링 트랜지스터(TRmt)에 흐르는 상기 공통 미러링 전류(Imrt)는 상기 소스 트랜지스터(310)에 흐르는 순전류(Inet)를 미러링하게 된다. 여기서, 상기 공통 미러링 전류(Imrt)는 상기 미러링 전류 그룹(GImr, 도 2 참조)에 포함된다. 그리고, 상기 순전류(Inet)의 크기에 대한 상기 공통 미러링 전류(Imrt)의 크기는 상기 소스 트랜지스터(310)에 대한 상기 공통 미러링 트랜지스터(TRmt)의 폭/길이의 비에 따른다.
상기 오실레이팅 유닛(530)는 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5)를 포함한다. 그리고, 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5) 각각은 자신의 풀업 트랜지스터(TU) 및 풀다운 트랜지스터(TD)를 구비한다. 또한, 상기 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5)는 오실레이팅 체인을 형성하여 오실레이팅 신호(XOSC)를 생성하도록 구동된다.
이때, 상기 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5) 각각의 풀다운 트랜지스터(TD)의 일측 접합은 상기 공통 미러링 전류(Imrt)를 공통으로 수신한다.
도 3a에서와 같은 구성을 가지는 상기 미러 오실레이팅부(500)에 의하면, 상기 오실레이팅 신호(XOSC)는 상기 공통 미러링 전류(Imrt)의 전류량 즉, 상기 미러링 전류 그룹(GImr)의 전류량에 따른 주파수를 가지며 오실레이션한다.
다시 기술하자면, 상기 오실레이팅 신호(XOSC)는 상기 순전류(Inet)의 전류량에 따른 주파수를 가지며 오실레이션한다.
한편, 상기 미러 오실레이팅부(500)의 구성은 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 3b는 상기 미러 오실레이팅부(500)의 다른 일예를 나타내는 도면이다. 도 3b의 상기 미러링 유닛(510)은 제1 내지 제5 미러링 트랜지스터(TRm1 내지 TRm5)를 구비한다. 상기 제1 내지 제5 미러링 트랜지스터(TRm1 내지 TRm5) 각각은, 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서, 상기 예비 노드(NPRE) 즉, 상기 소스 트랜지스터(310)의 게이트 단자 및 드레인 단자에 접속되는 게이트 단자와 상기 접지 전압(VSS)에 전기적으로 접속되는 소스 단자를 가지는 앤모스 트랜지스터이다.
이때, 상기 광원(LSC)의 턴온 상태에서, 상기 스위치(SWM)는 상기 예비 노드(NPRE)를 상기 제1 내지 제5 미러링 트랜지스터(TRm1 내지 TRm5) 각각의 게이트 단자에 연결하도록 구동된다.
그 결과, 상기 제1 내지 제5 미러링 트랜지스터(TRm1 내지 TRm5) 각각에 흐르는 상기 제1 내지 제5 미러링 전류(Imr1 내지 Imr5)는 상기 소싱부(300)의 소스 트랜지스터(310)에 흐르는 순전류(Inet)를 미러링하게 된다. 여기서, 상기 제1 내지 제5 미러링 전류(Imr1 내지 Imr5)는 상기 미러링 전류 그룹(GImr, 도 2 참조)에 포함된다. 그리고, 상기 순전류(Inet)의 크기에 대한 상기 제1 내지 제5 미러링 전류(Imr1 내지 Imr5)의 크기는 상기 소스 트랜지스터(310)에 대한 상기 제1 내지 제5 미러링 트랜지스터(TRm1 내지 TRm5)의 폭/길이의 비에 따른다.
상기 오실레이팅 유닛(530)는 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5)를 포함한다. 그리고, 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5) 각각은 자신의 풀업 트랜지스터(TU) 및 풀다운 트랜지스터(TD)를 구비한다. 또한, 상기 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5)는 오실레이팅 체인을 형성하여 오실레이팅 신호(XOSC)를 생성하도록 구동된다.
이때, 상기 제1 내지 제5 인버터(INV1 내지 INV5)의 풀다운 트랜지스터(TD)의 일측 접합은 대응하는 상기 제1 내지 제5 미러링 전류(Imr1 내지 Imr5)를 수신한다.
도 3b에서와 같은 구성을 가지는 상기 미러 오실레이팅부(500)에 의하면, 상기 오실레이팅 신호(XOSC)는 상기 제1 내지 제5 미러링 전류(Imr1 내지 Imr5)의 전류량 즉, 상기 미러링 전류 그룹(GImr)의 전류량에 따른 주파수를 가지며 오실레이션한다.
다시 기술하자면, 상기 오실레이팅 신호(XOSC)는 상기 순전류(Inet)의 전류량에 따른 주파수를 가지며 오실레이션한다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 데이터 변환부(600)는 상기 오실레이팅 신호(XOSC)의 주파수를 감지하여 센싱 데이터(DSEN)으로 변환한다.
정리하면, 본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 상기 수신광(LGT)의 에너지가 상기 오실레이팅 신호(XOSC)의 주파수로 반영되어 확인될 때, 전기적 성분으로는 전압 레벨이 아니라 전류량이 유의미하게 이용된다. 즉, 본 발명의 포토 센싱 장치는 전류형 포토 센싱 장치이다.
이러한 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 연산 증폭기(420) 및/또는 오실레이팅 유닛(530)의 인버터들(INV1~INV5)에 제공되는 전원 전압(VDD)의 레벨이 낮아지는 경우에도, 수신되는 수신광(LGT)의 에너지를 효과적으로 감지할 수 있다. 즉, 본 발명의 포토 센싱 장치는 넓은 동적 범위를 가진다.
또한, 본 발명의 포토 센싱 장치에서는, 다이오드 전류(Ipd)에 대하여 노이즈 제거부(200)에서 제거되는 노이즈 전류(Ins)를 뺀 순전류(Inet)가 반영하여 오실레이션 신호(XOSC)의 주파수 및/또는 센싱 데이터(DSEN)의 데이터값이 결정된다.
그러므로, 본 발명의 포토 센싱 장치에 의하면, 특히 저주파 노이즈 특성이 개선되어 센싱의 정확도가 크게 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
예를 들면, 본 명세서에서는, 상기 오실레이팅 유닛(530)가 5개의 인버터(INV1~INV5)들로 구성되는 실시예가 도시되고 기술되었다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 오실레이팅 유닛(530)가 (2m+1)(여기서, m은 자연수)개의 인버터들로 구성되는 다양한 실시예들에 의해서도 구현될 수 있음은 자명하다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 포토 센싱 장치에 있어서,
    출력광을 출력하되, 상기 출력광이 출력되는 턴온 상태 및 상기 출력광의 출력이 차단되는 턴오프 상태가 제어되는 광원;
    애노드 단자는 안정 노드와 전기적으로 연결되어 다이오드 전류를 생성하는 포토 다이오드로서, 상기 다이오드 전류의 적어도 일부는 상기 광원에서 출력되는 상기 출력광에 의존되는 상기 포토 다이오드;
    상기 다이오드 전류에 대하여, 노이즈 전류를 제거하도록 구동되는 노이즈 제거부로서, 상기 노이즈 전류는 상기 포토 다이오드에 의하여 발생되는 전류로서, 상기 광원의 턴오프 상태에서 발생되는 전류인 상기 노이즈 게거부;
    예비 노드에서의 순전류를 소싱하는 소싱부로서, 상기 예비 노드는 상기 안정 노드의 상기 순전류를 수신하며, 상기 순전류는 상기 다이오드 전류에서 상기 노이즈 전류를 제거한 전류에 기초되는 상기 소싱부; 및
    상기 광원의 턴온 상태에서, 상기 소싱부에 소싱되는 상기 순전류를 미러링하여 미러링 전류 그룹을 발생하도록 구동되며, 상기 미러링 전류 그룹의 전류량에 따른 주파수를 가지는 오실레이팅 신호를 발생하도록 구동되는 미러 오실레이팅부를 구비하며,
    상기 소싱부는
    게이트 단자 및 드레인 단자가 상기 예비 노드에 전기적으로 연결되며, 소스 단자가 접지 전압에 전기적으로 연결되는 소스 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는
    일측 접합이 상기 안정 노드에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 접합이 접지 전압에 전기적으로 연결되는 제거 트랜지스터;
    일측 단자가 상기 제거 트랜지스터의 게이트 단자에 전기적으로 연결되는 제거 캐패시터; 및
    상기 광원의 턴오프 상태에서 상기 예비 노드와 상기 제거 트랜지스터의 게이트 단자를 전기적으로 연결하도록 구동되는 제거 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 포토 센싱 장치는
    상기 안정 노드에서의 상기 순전류를 상기 예비 노드로 전송하되, 상기 안정 노드의 전압을 일정하게 유지하기 위해 구동되는 안정화부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 안정화부는
    일측 접합이 상기 안정 노드에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 접합은 상기 소싱부에 전기적으로 전기적으로 연결되는 안정화 트랜지스터; 및
    기준 전압에 대한 상기 안정 노드의 차이에 따른 레벨을 가지는 출력 신호를 발생하는 연산 증폭기로서, 상기 출력 신호는 상기 안정화 트랜지스터의 게이트 단자에 인가되는 상기 연산 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 미러 오실레이팅부는
    상기 소싱부에 의하여 소싱되는 상기 순전류를 미러링하여, 공통 미러링 전류를 발생하는 공통 미러링 트랜지스터를 포함하는 미러링 유닛으로서, 상기 미러링 전류 그룹은 상기 공통 미러링 전류를 포함하는 상기 미러링 유닛; 및
    각각이 풀업 트랜지스터 및 풀다운 트랜지스터를 가지는 제1 내지 제n(여기서, n은 3이상인 홀수) 인버터를 포함하는 오실레이팅 유닛으로서, 상기 제1 내지 상기 제n 인버터는 오실레이팅 체인을 형성하여, 상기 오실레이션 신호를 발생하는 상기 오실레이팅 유닛을 구비하며,
    상기 제1 내지 상기 제n 인버터 각각의 풀다운 트랜지스터의 일측 접합은
    상기 공통 미러링 전류를 공통으로 수신하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 미러 오실레이팅부는
    상기 광원의 턴온 상태에서, 상기 예비 노드를 상기 공통 미러링 트랜지스터의 게이트 단자에 전기적으로 연결하도록 구동되는 미러링 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 미러 오실레이팅부는
    상기 소싱부에 의하여 소싱되는 상기 순전류를 미러링하여, 제1 내지 제n(여기서, n은 3이상인 홀수) 미러링 전류를 발생하는 제1 내지 제n 미러링 트랜지스터를 포함하는 미러링 유닛으로서, 상기 미러링 전류 그룹은 상기 제1 내지 제n 미러링 전류를 포함하는 상기 미러링 유닛; 및
    각각이 풀업 트랜지스터 및 풀다운 트랜지스터를 가지는 제1 내지 제n 인버터를 포함하는 오실레이팅 유닛으로서, 상기 제1 내지 상기 제n 인버터는 오실레이팅 체인을 형성하여, 상기 오실레이션 신호를 발생하는 상기 오실레이팅 유닛을 구비하며,
    상기 제1 내지 상기 제n 인버터의 풀다운 트랜지스터들 각각의 일측 접합은
    대응하는 상기 제1 내지 상기 제n 미러링 전류를 수신하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 미러 오실레이팅부는
    상기 광원의 턴온 상태에서, 상기 예비 노드를 상기 제1 내지 제n 미러링 트랜지스터의 게이트 단자에 전기적으로 연결하도록 구동되는 미러링 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 포토 센싱 장치는
    상기 오실레이팅 신호의 주파수를 감지하여 센싱 데이터로 변환하는 데이터 변환부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 포토 센싱 장치.
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