W-대역 수동 이미징을 위한 디케 복사계 (Dicke Radiometer) 설계

Abstract

CMOS 공정 기술이 발전함에 따라, 밀리미터파 대역에서의 연구가 활발히 진행되기 시작했다. 특히 밀리미터파 대역 중 W-대역은 공기 중에서 물이나 산소 등에 의해 감쇠 되는 크기가 적고, 안개나 미세먼지 그리고 다양한 물질 등에 대해 높은 투과성을 가지고 있어 이미징 분야로 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 CMOS 공정을 통해 W-대역에서의 디케 복사계(Dicke radiometer)를 이용하여 수동 이미징 구현 방법에 대해 설명하고 이미징 성능지표인 잡음 등가 온도 차(NETD)를 향상시킬 수 있는 구조를 제안한다. 기존의 스위치 – 저잡음 증폭기로 이어지는 디케 복사계의 구조와 달리 저잡음 증폭기에 입력단을 두 개로 분할하여 전원 스위칭 기능을 내장하고 분할 된 두 경로에 교차 결합 커패시터를 추가함으로써 전체 시스템의 잡음 지수 및 잡음 등가 온도 차를 향상시켰다. 또한 분할 된 두 경로 사이에 존재하는 파워 이득 차이를 줄이는 알고리즘을 제안함으로써 잡음 등가 온도차를 향상시켰다. 설계된 저잡음 증폭기는 시뮬레이션에서 약 33dB의 이득과 6.2dB의 잡음 지수를 나타내며 전체 디케 복사계의 잡음 등가 온도차는 0.13K, 반응도(responsivity)는 27MV/W를 나타낸다.