A Read-In Integrated Circuit for IR Scene Projectors Adopting a Sub-Frame Control Technique for Minimizing the Temperature Loss

In this paper, a read-in integrated circuit (RIIC) for IR scene projectors (IRSPs) adopting a sub-frame control technique is proposed, which minimizes the reduction of the apparent temperature of the IR images projected from IRSPs operating at a frame rate of 30 Hz. The proposed sub-frame control technique significantly reduces the amount of scene data loss on capacitors, which is caused by leakage currents flowing through MOSFET switches during holding periods, by dividing a unit frame into 8 sub-frames and refreshing the same scene data for each sub-frame. A current-drive RIIC was designed for the higher apparent temperature of IR radiated from the emitter, and it receives the scene data as a form of analog voltages from an external DAC. A prototype chip with a $64{\times}32$ RIIC array was fabricated using Magnachip/SKhynix $0.35{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS process, and the measured maximum output data current is $230.3{\mu}A$. This amount of current ensures the projection of IR images whose maximum apparent temperature is $366.2^{\circ}C$ in the mid-wavelength IR (MWIR) when applied to a prototype emitter having a resistance of $15k{\Omega}$.

온도 손실의 최소화를 위해 Sub-Frame 제어 기법을 적용한 적외선 영상 투사기용 신호입력회로

본 논문에서는 30 Hz의 프레임률로 동작하는 적외선 영상 투사기 (IR scene projector, IRSP)에서 투사되는 적외선 영상의 유효온도 감소를 최소화하기 위해 sub-frame 제어 기법을 적용한 IRSP용 신호입력회로 (read-in integrated circuit, RIIC)를 제안한다. 제안하는 sub-frame 제어 기법은 단위 프레임을 8개의 sub-frame으로 나누어 동일한 영상 데이터를 8회 refresh함으로써 픽셀 내 커패시터에 sampling된 영상 데이터가 유지 기간 동안 MOSFET 스위치를 통한 누설 전류로 인해 손실되는 정도를 감소시킨다. Emitter에서 투사되는 적외선 영상의 높은 유효온도를 위해 전류 구동형 RIIC를 설계하였으며, 외부의 DAC로부터 아날로그 전압 형태의 영상 데이터를 전송 받는다. 시제품 $64{\times}32$ RIIC array 칩은 매그나칩/SK하이닉스 $0.35{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS 공정으로 제작되었으며, 출력 가능한 최대 데이터 전류는 $230.3{\mu}A$이다. 이를 $15k{\Omega}$의 저항 값을 갖는 시제품 emitter 소자에 인가할 시 mid-wavelength IR (MWIR) 대역을 기준으로 최대 $366.2^{\circ}C$의 유효온도를 갖는 적외선 영상의 투사가 가능하다.