인공 광원에 의한 RIPPLE 현상을 제거한 TWO-CHANNEL 방식 광센서 설계

Abstract

최근 전자공학의 많은 분야에서 센서의 중요성이 점점 증가하고 있다. 광센서는 그 중 가장 간단하면서도 저렴한 것 중의 하나이다. 모바일용 기기들의 성능이 점차 집적화 되면서 많은 소비전력을 필요로 하고 있다. 따라서 저전력 설계가 최근 회로설계의 이슈가 되고 있다. 그 중 LCD 패널의 백라이트를 주변 광량에 맞추어 제어하는 광센서 기술이 최근에 주목 받아 왔고 국내외 적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 광량에 따라 백라이트를 제어하기 위해선 광량을 측정하는 센서가 필요하고 이 센서는 현재 여러 가지 방법으로 구현하고 있다. 포토 레지스터, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등 다양한 구현 방법이 있지만 최근의 연구 경향은 포토 다이오드와 ADC(Analog to digital converter)를 이용한 집적회로의 형태로 발전하고 있다. 기존의 집적회로 설계 즉, 포토다이오드와 ADC를 이용한 설계방식에서는 광량에 따라 포토다이오드에서 생성된 전류를 Integrating ADC를 이용하여 기준(reference) 전압 이하로 내려가게 되면 컨트롤 로직에 의해 스위칭이 일어나게 되고 스위칭 시점까지의 시간을 카운터로 측정하여 디지털 값을 출력하는 형태였다. 하지만 이 설계의 문제점은 인공광원에서의 교류 리플(60㎐)을 제거하지 못하여 결과 값에서의 오차를 야기하였다. 이 문제를 효과적으로 해결하기 위해 두 개의 비교기와 커패시터를 이용하여 커패시터 양단에 걸리는 전압이 일정한 기준 전압을 충족하게 되면 reset되고 그 reset 횟수를 측정하여 I2C (Inter Integrated Circuit- Philips사에서 개발한 multi-master serial computer bus)로 전달되고 최종적으로 디지털 출력 값을 갖게 된다. 측정 주기를 100㎳로 정하여 인공광원의 리플 현상을 평균적으로 제거할 수 있게 하였다. 본 연구에서는 기존의 방식(ADC를 사용한 방식-이후 Static방식이라 칭함)과 비교기와 커패시터를 사용한 방식(이후 TWO-CHANNEL방식이라 칭함)에 대해 인공광원의 리플 현상 제거와 성능 향상 및 개선점을 찾는데 그 목적이 있다.