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KR101675977B1 - 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기 및, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치 - Google Patents

고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기 및, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치 Download PDF

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KR101675977B1
KR101675977B1 KR1020160104287A KR20160104287A KR101675977B1 KR 101675977 B1 KR101675977 B1 KR 101675977B1 KR 1020160104287 A KR1020160104287 A KR 1020160104287A KR 20160104287 A KR20160104287 A KR 20160104287A KR 101675977 B1 KR101675977 B1 KR 101675977B1
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KR
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voltage
detector
output
controlled oscillator
terahertz
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이상국
박대웅
김선아
한석균
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한국과학기술원
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    • G—PHYSICS
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Abstract

본 발명은, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기로서, 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환하는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비하는 검출기 및 상기 검출기로부터 출력되는 전류를 읽는(readout) 측정기를 포함할 수 있다.

Description

고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기 및, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치{TERAHERTZ RECEIVER AND TERAHERTZ IMAGINIG SENSOR APPARATUS FOR HIGH DATA RATE}
본 발명은 테라헤르츠와 같이 고주파수를 고속으로 정확하게 검출할 수 있는 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기 및, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치에 관한 것이다.
전자기파 스펙트럼 대역에서 0.1 ~ 3 THz 영역의 테라헤르츠(THz)파 기술은 비금속 및 무극성 물질을 투과하는 특성과 함께 또한 매우 다양한 분자들의 공진주파수가 이 영역에 분포하고 있다는 특징을 가지고 있다. 이들 분자들의 비파괴, 미개봉, 비접촉법으로 실시간으로 식별함으로써 의료, 농업, 식품, 환경계측, 바이오, 안전, 첨단재료평가 등 매우 다양한 응용분야에서 지금까지 없었던 신개념의 분석기술 제공이 가능할 것으로 예측되고 있는 첨단 기술 분야이다. 또한, 테라헤르츠파 기술은 또한 수 meV 수준의 매우 낮은 에너지로 인하여 인체에의 영향이 거의 없기 때문에 인간중심의 유비쿼터스 사회 실현의 필수 핵심기술로 급부상하고 있으며 그 수요가 매우 빠른 속도로 증가하고 있다.
가장 광범위하게 사용된 테라헤르츠파 발생/검출기는 펨토초급 초단 펄스레이저를 초고속 응답속도를 가지는 반도체에 조사시켜 테라헤르츠파를 발생시키는 타임 도메인 스펙트로스코피(Time Domain Spectroscopy : 이하 TDS라 칭함) 기반의 포토믹싱법이 활용되고 있다. 펨토초급의 고출력 펄스레이저 및 포토믹서로 구성된 테라헤르츠파 발생/검출기로 높은 잡음비(SNR)제공 등의 장점이 있으나, 펨토초급 고출력레이저 및 매우 정교한 광학계를 필수적으로 요구하고 있어 고가격 및 큰 시스템 크기 등으로 포터블 개념의 계측기로 발전하기에는 많은 제한이 따른다.
TDS 방식보다 늦게 발전되기 시작한 주파수 도메인 스펙트로스코피(Frequency Domain Spectroscopy: 이하 FDS라 칭함) 방식의 테라헤르츠파 발생/검출기는 값비싸고 크기가 큰 펨토초 고출력 레이저 대신 값싸고 크기가 작은 두 개의 연속발진 다이오드 레이저 (LD)를 여기 광원으로 사용함으로 좀 더 포터블 및 상용화에 가깝게 다가선 기술로 최근 주목 받고 있다. 그러나 이 FDS 방식 테파헤르츠파 발생/검출기의 경우에도 여러 가지 비싼 부품들 및 정밀한 패키징 기술들이 사용됨으로 인하여 아직까지는 연구소 정도에서만 사용되고 있는 고가의 장치로 알려져 있는데 최근에는 dual-mode tunable LD를 여기 광원으로 사용하고자 하는 시도, 여기 광원과 포토믹서를 집적화하고자 하는 시도 등 여러 가지 상용화 기술들이 포터블 및 저가격화를 위하여 연구되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0030975호 (2009. 09. 18)에 개시되어 있다.
모듈레이션 주파수 변화에 따른 커패시터의 임피던스 변화가 적기 때문에, 반응도의 변화 정도가 작아 테라헤르츠 통신에 적합한 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기 및, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기는 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환하는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비하는 검출기 및 상기 검출기로부터 출력되는 전류를 읽는(readout) 측정기를 포함한다.
측정기는 상기 검출기로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기를 포함할 수 있다.
측정기는 상기 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 저항; 및 상기 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 기생 캐패시터를 포함하고, 상기 로드 저항에 흐르는 전류를 읽을 수 있다.
측정기는 아래의 수학식을 이용하여 전류를 읽을 수 있다.
I = 1 / (Rch + RLI || CLI) * △V * (1/ωCLI / (1/ωCLI + RLI))
여기서, I : 로드 저항을 흐르는 전류
△V : 테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압
Rch : 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 채널 저항
RLI : 측정기의 로드 저항
CLI : 측정기의 로드 기생 캐패시터
본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치는 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환하는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비하는 검출기와, 상기 검출기로부터 출력되는 전류를 읽는(readout) 측정기 및 측정기에서 측정된 전류 값에 기초하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 신호 생성부를 포함한다.
측정기는 상기 검출기로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기를 포함할 수 있다.
디지털 신호 생성부는 상기 측정기의 출력 전압에 따라 발진 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기를 포함할 수 있다.
디지털 신호 생성부는 상기 전압 제어 발진기로부터 출력된 발진 주파수를 디지털 신호로 변환하는 주파수 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치는 상기 변환된 디지털 신호에 기초하여 데이터를 생성하는 디지털 신호 처리기를 더 포함할 수 있다.
고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치는 상기 전압 제어 발진기에 인가되는 상기 출력 전압을 조절하여 전압제어 발진기의 이득을 조절할 수 있는 조절기를 더 포함할 수 있다.
조절기는 출력 감도를 높여야할 경우 상기 전압제어 발진기의 이득이 높아지도록 상기 측정기의 출력 전압을 조절하고, 잡음의 민감도를 줄여야할 경우 상기 전압제어 발진기의 이득이 낮아지도록 상기 출력 전압을 조절할 수 있다.
전압제어 발진기의 이득은 (주파수 제어 범위 / 전압 제어 범위) 값일 수 있다.
측정기는 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 저항 및 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 기생 캐패시터를 포함하고, 상기 로드 저항에 흐르는 전류를 읽을 수 있다.
측정기는 아래의 수학식을 이용하여 전류를 읽을 수 있다.
I = 1 / (Rch + RLI || CLI) * △V * (1/ωCLI / (1/ωCLI + RLI))
여기서, I : 로드 저항을 흐르는 전류
△V : 테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압
Rch : 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 채널 저항
RLI : 측정기의 로드 저항
CLI : 측정기의 로드 기생 캐패시터
개시된 발명에 따르면, 모듈레이션 주파수 변화에 따른 커패시터의 임피던스 변화를 적게 함으로써, 반응도의 변화를 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기의 등가회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 전압제어 발진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 전압제어 발진기의 이득(KVCO)을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 전압제어 발진기의 출력 주파수를 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이미징 센서 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기(100)는 검출기(110) 및, 측정기(120)를 포함할 수 있다.
검출기(110)는 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환할 수 있다. 검출기(110)는 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환할 수 있는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비할 수 있다.
측정기(120)는 검출기(110)로부터 출력되는 전류를 읽을(readout) 수 있다. 예를 들면, 측정기(120)는 검출기(110)로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스(trans-impedance) 증폭기로 구현될 수 있다. 측정기(120)는 이외에도 다양한 형태로 구현될 수 있다.
*도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기의 등가회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기(100)는 검출기(110) 및, 측정기(120)를 포함할 수 있다.
검출기(110)는 테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압(△V)(111) 및, 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 채널 저항(Rch)(112)과 같은 등가 회로로 표현될 수 있다.
측정기(120)는 검출기(110)와 접지 사이에 연결되는 로드 저항(RLI)(121), 검출기(110)와 접지 사이에 연결되는 로드 기생 캐패시터(CLI)(122)과 같은 등가 회로로 표현될 수 있다.
측정기(120)는 아래의 수학식을 이용하여 로드 저항(121)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
* I = 1 / (Rch + RLI || CLI) * △V * (1/ωCLI / (1/ωCLI + RLI))
여기서, I : 로드 저항을 흐르는 전류
△V : 테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압
Rch : 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 채널 저항
RLI : 측정기의 로드 저항
CLI : 측정기의 로드 기생 캐패시터
테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압(△V)을 최대한 전달하기 위해, 로드 저항(RLI)(121) 및, 로드 기생 캐패시터(CLI)는 작은 값을 사용한다. 예를 들면, 로드 저항(RLI)(121)는 1K를 사용하고, 로드 기생 캐패시터(CLI)(122)는 10fF을 사용할 수 있다. 모듈레이션(modulation) 주파수의 값이 증가하면, 로드 기생 캐패시터(CLI)의 임피던스 값은 작아진다. 로드 기생 캐패시터(CLI)(122)가 10fF인 경우, 모듈레이션 주파수와 로드 기생 캐패시터(CLI)의 임피던스 값의 관계는 아래 표 1과 같이 표현될 수 있다.
modulation frequency (HZ) 로드 기생 캐패시터(CLI)의 임피던스
1M 15.9M
10M 1.59M
100M 159K
1G 15.9K
10G 1.59K
위의 수학식을 참고하면, 측정기(120)의 로드 저항(RLI)(121)이 작은 값을 가지기 때문에, 측정되는 전류값은 모듈레이션(modulation) 주파수에 따라 로드 기생 캐패시터(CLI)의 임피던스의 값이 많이 변화되더라고, 크게 변화되지 않는다. 즉, 반응도의 변화가 작다. 따라서, 본 발명에 따른 측정기(120)는 광대역 테라헤르츠 통신에 적합하다.
고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기는 모듈레이션 주파수 변화에 따른 커패시터의 임피던스 변화를 적게 함으로써, 반응도의 변화를 작게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치는 검출기(200), 측정기(210), 디지털 신호 생성부(220), 조절기(225), 디지털 신호 처리기(230) 및 클록 생성부(235)를 포함할 수 있다.
검출기(200)는 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환할 수 있다. 검출기(200)는 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환할 수 있는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비할 수 있다.
측정기(210)는 검출기(200)로부터 출력되는 전류를 읽을(readout) 수 있다. 예를 들면, 측정기(210)는 검출기(200)로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스(trans-impedance) 증폭기로 구현될 수 있다.
측정기(210)는 도 1에 기재된 수학식을 이용하여 로드 저항에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
전압 제어 발진기(221)는 트랜스임피던스(trans-impedance) 증폭기(210)의 출력 전압에 따라 발진 주파수를 출력할 수 있다.
주파수 디지털 변환기(222)는 전압제어 발진기(221)로부터 출력된 발진 주파수를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들면, 주파수 디지털 변환기(222)는 계수기 등으로 구현할 수 있다.
조절기(225)는 전압제어 발진기(221)에 인가되는 출력 전압을 조절하여 전압제어 발진기의 이득을 조절할 수 있다. 전압제어 발진기의 이득(KVCO) = (주파수 제어 범위) / (전압 제어 범위) 값이다.
조절기(225)는 시스템의 상황이 출력 감도를 높여야할 경우, 전압제어 발진기의 이득이 높아지도록 전압제어 발진기(221)에 인가되는 출력 전압을 조절할 수 있다. 이에, 작은 출력 전압의 변화에도 전압제어 발진기(225)의 출력 주파수의 변화가 커지게 되므로, 출력 감도가 높아진다.
반대로, 조절기(225)는 잡음의 민감도를 줄여야할 경우, 전압제어 발진기의 이득이 낮아지도록 전압제어 발진기(221)로 인가되는 출력 전압을 조절할 수 있다. 이에, 작은 출력 전압의 변화에도 전압제어 발진기(221)의 출력 주파수의 변화가 크지 않게 되므로, 출력이 잡음에 대해 민감하게 반응하지 않는다.
이와 같은 출력 전압의 조절은 사용자 등에 의한 수동 조절 또는 알고리즘 등을 통한 자동 조절이 가능하다.
디지털 신호 처리기(230)는 변환된 디지털 신호에 기초하여 데이터를 생성할 수 있다.
디지털 신호 처리기(230)는 제 1 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 상기 전압제어 발진기(221)에서 생성된 제 1 발진 주파수와, 제 2 제어 신호가 검출기(200)에 입력되는 동안 상기 전압제어 발진기에서 생성된 제 2 발진 주파수의 차이 값에 기초하여 데이터를 생성할 수 있다. 전압제어 발진기(221)에서 생성된 제 1 발진 주파수 및 제 2 발진 주파수는 주파수 디지털 변환기(222)에서 디지털 신호로 변환되어 디지털 신호 처리기(230)로 입력될 수 있다.
클록 생성부(235)는 초점면 배열 이미징 장치에 포함된 회로들의 동작을 위한 클록을 생성하고, 각 회로들의 동작 타이밍을 제어할 수 있다.
예를 들면, 수신 안테나 및, 검출기(200)로 구성된 1개의 세트('1개의 픽셀에 대응')가 구성된 경우를 가정하면, 클록 생성부(235)는 1개의 세트를 구동하는 시간 동안, 검출기(200)에 제 1 제어 신호 및, 제 2 제어 신호를 입력할 수 있다. 여기서, 제 1 제어 신호는 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전류를 생성하도록 하는 신호이며, 제 2 제어 신호는 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전류를 생성하지 않도록 하는 신호이다. 여기서, 구동하는 시간 동안 검출기(200)에 전원은 항상 인가되어 있으며, 제 1 제어 신호는 검출기(200)가 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전류를 생성하도록 하고, 제 2 제어 신호는 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전류를 생성하지 않도록 제어하는 신호를 의미한다. 예를 들면, 검출기(200)가 전계효과 트랜지스터 검출기인 경우, 제 1 제어 전압 및 제 2 제어 전압은 바이어스 전압일 수 있다. 구동하는 시간이란 1개의 픽셀(pixel)에 대응되는 세트에 전원을 온(on) 시키는 시각으로부터 오프(off) 시키는 시각 사이의 시간을 의미한다. 구동하는 시간을 다른 용어로 스캔하는 시간이라고도 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 전압제어 발진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전압제어 발진기는 복수 개의 딜레이 셀이 직렬 연결된 링 형태로 구현된 링 전압제어 발진기일 수 있다. 예를 들면, 딜레이셀은 인버터(400, 410, 420, 430) 또는 차동 딜레이 셀 등으로 구현될 수 있다.
딜레이 셀은 인가되는 전압에 의해 전류를 제어하여 RC 시정수 제어가 가능하도록 구현된다.
이에, 복수 개의 딜레이 셀로 이루어진 전압제어 발진기는 검출기의 출력 전압(Vctrl)을 입력 받아 그에 따른 발진 주파수(fOSC)를 출력한다.
도 5은 전압제어 발진기의 이득(KVCO)을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5에는 전압제어 발진기의 제어 전압(Vctrl)에 따른 출력 주파수(fOSC) 곡선이다. 전압제어 발진기의 이득(KVCO) = (주파수 제어 범위) / (전압 제어 범위) 값이다.
따라서, 전압제어 발진기(KVCO)의 정의에 따라 도 3의 곡선의 기울기가 각 제어 전압(Vctrl)에 대한 전압제어 발진기(KVCO) 값이 된다. 곡선의 기울기가 높은 부분이 high KVCO 부분이 되고, 곡선의 기울기가 낮은 부분이 low KVCO 부분이 된다.
시스템의 상황이 출력 감도를 높여야할 경우, 전압제어 발진기의 이득이 높아지도록 전압제어 발진기에 인가되는 출력 전압을 조절(출력 전압을 high KVCO 부분으로 이동시킴)할 수 있다.
반대로, 잡음의 민감도를 줄여야할 경우, 전압제어 발진기의 이득이 낮아지도록 전압제어 발진기로 인가되는 출력 전압을 조절(출력 전압을 low KVCO 부분으로 이동시킴)할 수 있다.
이와 같이, 시스템의 상황에 맞게 출력 전압을 조절함으로써, 전압제어 발진기는 최적의 상황에서 발진 주파수를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 전압제어 발진기의 출력 주파수를 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 6에 기재된 그래프의 가로축은 시간이며, 세로축은 전압제어 발진기에서 생성되는 출력 주파수이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, t1, t3, t5, t7 등의 시간에 제 1 제어 신호가 입력되는 경우 또는 t2, t4, t6, t7 등의 시간에 제 1 제어 신호가 입력되는 경우에 전압제어 발진기에서 출력된 주파수의 절대값을 보면 일정하지 않다. 이와 같이 전압 제어 발진기의 출력 주파수가 일정하지 않은 이유는 주파수 드리프트(frequency drift) 현상 때문이다.
본 발명에 따른 디지털 신호 처리기는 전압제어 발진기에서 출력된 주파수의 절대값을 이용하지 않고, 제 1 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 전압제어 발진기에서 생성된 제 1 발진 주파수와, 제 2 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 전압제어 발진기에서 생성된 제 2 발진 주파수의 차이 값('△f')을 이용함으로써, 주파수 드리프트(frequency drift) 현상에 따른 노이즈를 없앨 수 있다. 여기서, △f는 제 1 제어 신호가 입력된 경우의 인가 전압과 제 2 제어 신호가 입력된 경우의 인가 전압의 차이값인 △V에 의해 발생되는 출력 주파수의 차이값일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이미징 센서 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 이미징 센서 장치가 4개의 픽셀(pixel)로 구성되어 있고, 4개의 픽셀에 대응되는 세트(수신 안테나 및 검출기를 포함)가 4개 존재하는 경우를 기준으로 설명하겠다. 그러나, 이미징 센서 장치에 포함된 픽셀의 개수는 이에 한정되지 않고 다양하게 구현될 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 세트 1, 세트 2, 세트 3 및 세트 4에는 구동 신호가 순차적으로 인가될 수 있다. 예를 들면, 각 구동 신호는 2ms 동안 인가될 수 있다.
클록 생성부(235)는 각각의 세트 1, 세트 2, 세트 3 및 세트 4들을 구동하는 시간 동안, 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 생성하여 검출기(200)에 입력할 수 있다. 여기서, 제 1 제어 신호는 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전압을 생성하도록 하는 신호이며, 제 2 제어 신호는 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전압을 생성하지 않도록 하는 신호이다. 제 1 제어 신호 및 제 2 제어신호의 인가 시간은 각각 1ms이다.
디지털 신호 처리기(230)는 제 1 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 전압제어 발진기(221)에서 생성된 제 1 발진 주파수를 읽어 들이고, 제 2 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 상기 전압제어 발진기에서 생성된 제 2 발진 주파수를 읽어 들일 수 있다. 예를 들면, 디지털 신호 처리기(230)는 제 1 제어 신호가 입력되는 '1ms' 내에, 전압제어 발진기(221)에서 생성된 제 1 발진 주파수를 읽어('리딩 신호')들이고, 제 2 제어 신호가 입력되는 '1ms' 내에, 전압제어 발진기(221)에서 생성된 제 2 발진 주파수를 읽어('리딩 신호') 들일 수 있다. 즉, 디지털 신호 처리기(230)는 리딩 신호('1ms') 마다 발진 주파수를 읽어 들일 수 있다.
예를 들면, 디지털 신호 처리기(230)는 제 1 제어 신호 또는 제 2 제어 신호가 검출기에 입력되었다가 없어 질 때 또는, 리딩 신호가 입력될 때, 직전 '1ms' 동안에 생성된 발진 주파수를 읽을 수 있다. 구체적으로는, 주파수 디지털 변환기(222)는 직전 '1ms' 동안 전압 제어 발진기(221)에서 생성된 발진 주파수를 읽어들이고, 디지털 신호 처리기(230)는 주파수 디지털 변환기(222)에서 생성된 발진 주파수 신호를 읽을 수 있다.
예를 들면, 디지털 신호 처리기(230)는 세트에 인가되는 구동 신호의 하강 에지(falling) 마다 제 1 발진 주파수 및, 제 2 발진 주파수의 차이값(△f)를 연산할 수 있다.
디지털 신호 처리기(230)는 읽어들인 제 1 발진 주파수와 제 2 발진 주파수의 차이 값에 기초하여 데이터를 생성할 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기
111 : 트랜지스터의 DC 출력 전압
112 : 채널 저항
110 : 검출기
120 : 측정기
121 : 로드 저항
122 : 로드 기생 캐패시터
200 : 검출기
210 : 측정기
220 : 디지털 신호 생성부
225 : 조절기
230 : 디지털 신호 처리기
235 : 클록 생성부

Claims (4)

  1. 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환하는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비하는 검출기; 및
    상기 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 저항과 상기 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 기생 캐패시터를 포함하고, 상기 검출기로부터 출력되는 상기 로드 저항에 흐르는 전류를 아래의 수학식을 이용하여 읽는 측정기를 포함하는,
    I = 1 / (Rch + RLI || CLI) * △V * (1/ωCLI / (1/ωCLI + RLI))
    여기서, I : 로드 저항을 흐르는 전류
    △V : 테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압
    Rch : 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 채널 저항
    RLI : 측정기의 로드 저항
    CLI : 측정기의 로드 기생 캐패시터
    고속 데이터 출력용 테라헤르츠 수신기.
  2. 수신 안테나를 통해 수신된 테라헤르츠파 신호를 전류로 변환하는 전계효과트랜지스터(FET)를 구비하는 검출기;
    상기 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 저항과 상기 검출기와 접지 사이에 연결되는 로드 기생 캐패시터를 포함하고, 상기 검출기로부터 출력되는 상기 로드 저항에 흐르는 전류를 읽으며, 상기 검출기로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환 및 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기로 구성되는 측정기;
    상기 측정기의 출력 전압에 따라 발진 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기와, 상기 전압 제어 발진기로부터 출력된 발진 주파수를 디지털 신호로 변환하는 주파수 디지털 변환기를 포함하고, 상기 측정기에서 측정된 전류 값에 기초하여 디지털 신호를 생성하는 디지털 신호 생성부; 및
    수신안테나 및 상기 검출기를 포함하는 세트를 구동하는 시간 동안, 상기 검출기에 상기 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전류를 생성하도록 하는 제 1 제어 신호 및, 상기 수신된 테라헤르츠파에 의한 DC 출력 전류를 생성하지 않도록 하는 제 2 제어 신호를 입력하는 클록 생성부; 및
    상기 제 1 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 상기 전압 제어 발진기에서 생성된 제 1 발진 주파수와, 상기 제 2 제어 신호가 검출기에 입력되는 동안 상기 전압 제어 발진기에서 생성된 제 2 발진 주파수의 차이 값에 기초하여 데이터를 생성하는 디지털 신호처리기;를 포함하는, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 제어 발진기에 인가되는 상기 출력 전압을 조절하여 전압제어 발진기의 이득을 조절하고, 출력 감도를 높여야 할 경우 상기 전압제어 발진기의 이득이 높아지도록 상기 측정기의 출력 전압을 조절하고, 잡음의 민감도를 줄여야 할 경우 상기 전압제어 발진기의 이득이 낮아지도록 상기 출력 전압을 조절하는 조절기를 더 포함하는, 고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정기는 아래의 수학식을 이용하여 전류를 읽는,
    I = 1 / (Rch + RLI || CLI) * △V * (1/ωCLI / (1/ωCLI + RLI))
    여기서, I : 로드 저항을 흐르는 전류
    △V : 테라헤르츠파에 의해 생성되는 트랜지스터의 DC 출력 전압
    Rch : 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 채널 저항
    RLI : 측정기의 로드 저항
    CLI : 측정기의 로드 기생 캐패시터
    고속 데이터 출력용 테라헤르츠 이미징 센서 장치.
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