연산증폭기는 차량에서 운전자가 디스플레이를 편안하게 보고 전력을 절감하도록 백라이팅을 제어할 수 있는 간단한 방법이다. 더 복잡한 광 센서 대신에 연산증폭기를 사용하면 유연하고 맞춤화가 가능하다.
트랜스임피던스 구성으로 연산증폭기 설계
헤드 유닛, 원격 디스플레이, 클러스터, 헤드업 디스플레이(HUD)와 같은 자동차 디스플레이 시스템은 주변 조도를 회로로 감지하고, 그에 따라서 아날로그-디지털 컨버터(ADC)나 마이크로컨트롤러를 통해서 빛의 세기 또는 시간대에 따라 백라이트 밝기를 조절한다. 트랜스임피던스 증폭기 회로, 보다 구체적으로는 포토다이오드 증폭기 회로는 이러한 주변 빛의 변화를 감지하고 그에 따라서 응답할 수 있다.
포토다이오드 증폭기 회로는 포토다이오드의 낮은 전류를 유용한 전압으로 변환하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 그림 1과 같이 연산증폭기를 트랜스임피던스 구성으로 설계한다. 포토다이오드는 가시광선, 적외선, 자외선 같은 다양한 광원을 감지할 수 있다. 포토다이오드가 더 많은 빛 에너지에 노출되면 더 높은 전류를 발생시켜서 회로의 출력 전압을 높인다.
그림 1. 비반전 입력에서 역 오프셋 바이어스를 사용한 트랜스임피던스 증폭기 구성
차량에 사용하기 위해서는 연산증폭기의 비반전 입력에 작은 바이어스 전압을 인가해야 한다. 그래야 입력 전류가 없을 때 출력이 음의 전원 레일에서 포화를 일으키지 않는다. 흔히 양의 전압 전원의 저항 분배기를 사용해서 비반전 입력을 접지보다 높게 바이어스 한다. 이러한 역 바이어스는 포토다이오드 접합부 커패시턴스를 낮추는 대신에, 회로가 더 빨리 응답할 수 있다. 역 바이어스는 또한 고주파수 성능을 향상시킨다. 회로 안정성을 유지하기 위해서 피드백 커패시터를 필요로 한다.
포토다이오드 증폭기를 사용하면 회로를 필요에 따라 유연하게 맞춤화할 수 있다. 자동차급 연산증폭기를 전략적으로 선택하거나 회로의 구성 부품들을 조정해서 이득을 제어할 수 있다. 이렇게 해서 적절한 입력 바이어스 전류를 제공하거나 보정을 추가해서 어떠한 안정성 문제를 교정할 수 있다. 또한 각각의 특정 애플리케이션에 적합하게 사용할 수 있도록 다양한 자동차급 연산증폭기 제품들이 나와 있다. 예를 들어, TI의 OPA348-Q1은 45 mA의 매우 낮은 포토다이오드 전류를 제공하며 1 MHz의 확장 대역폭으로 동작한다.
TI의 LM2904-Q1은 2개의 독립적인 주파수 보정 연산증폭기로 이루어졌으며 이득-대역폭 곱이 0.7 MHz이다. 연산증폭기는 자동 조절을 위한 경제적인 솔루션을 제공한다.
포토다이오드 증폭기 회로는 많은 자동차 시스템의 백라이트를 자동으로 측정할 수 있는 간단하면서도 유연한 방법이다. TI는 포괄적인 유형의 연산증폭기 제품과 회로 설계를 지원하기 위한 리소스들을 제공하고 있어, 백라이트 제어를 위한 맞춤화된 솔루션을 설계할 수 있다. 자동차 디스플레이 시스템에 트랜스임피던스 구성을 사용함으로써 간편하고도 저렴한 비용으로 자동 백라이트 제어를 할 수 있다.
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