KR100644032B1 - CMOS Image Sensor for High Speed analog signal processing - Google Patents
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Abstract
데이터 신호가 세틀링 타임내에 안정화되는 타임 마진이 충분한 정도의 상대적인 저속의 시스템을 사용하더라도 수백만 픽셀을 갖는 소자의 전체적인 신호 처리속도가 고속이 가능하도록 다중 경로를 통해 아날로그 신호를 처리하고, 아울러 다중 경로를 통해 신호를 처리하므로써 발생되는 동일 색상 신호의 옵셋값 차이를 효과적으로 제거할 수 있는 방법 및 그를 위한 CMOS 이미지센서가 개시되어 있다.Even if you use a relatively low-speed system with a sufficient time margin to stabilize the data signal within the settling time, the analog signal is processed through multiple paths so that the overall signal processing speed of a device with millions of pixels is high. Disclosed are a method and a CMOS image sensor for eliminating the difference between offset values of the same color signal generated by processing a signal.
CMOS이미지센서, 아날로그신호처리, 패스(path), 버스, 옵셋CMOS image sensor, analog signal processing, path, bus, offset
Description
도 1은 종래기술에 따른 아날로그 신호 처리 패스를 보여주는 CMOS 이미지센서의 구성도.1 is a block diagram of a CMOS image sensor showing an analog signal processing path according to the prior art.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 아날로그 신호 처리 패스를 보여주는 CMOS 이미지센서의 구성도.2 to 6 are schematic diagrams of a CMOS image sensor showing an analog signal processing path according to various embodiments of the present disclosure.
도 7은 도 5의 아날로그신호 처리 패스 구조에서 제1실시예 따른 디코딩 방법을 설명하기 위한 CMOS 이미지센서의 구성도.7 is a configuration diagram of a CMOS image sensor for explaining a decoding method according to the first embodiment in the analog signal processing path structure of FIG.
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 동작설명을 위한 도면.8a to 8c are views for explaining the operation of FIG.
도 9는 도 5의 아날로그신호 처리 패스 구조에서 제2실시예 따른 디코딩 방법을 설명하기 위한 CMOS 이미지센서의 구성도.9 is a configuration diagram of a CMOS image sensor for explaining the decoding method according to the second embodiment in the analog signal processing path structure of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
710 : 픽셀어레이710: pixel array
720, 760 : CDS부720, 760: CDS section
730, 770 : ASP부730, 770: ASP section
740 : 780 : 컬럼드라이버740: 780: column driver
750, 790 : 선택부750, 790: selection
ADB1_L, ADB2_L : 제1 및 제2 하부아날로그데이터버스ADB1_L, ADB2_L: First and second lower analog data bus
ADB1_U, ADB2_U : 제1 및 제2 상부아날로그데이터버스ADB1_U, ADB2_U: First and Second Upper Analog Data Bus
본 발명은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서(Image sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속으로 아날로그 신호를 처리하기 위한 방법 및 그를 위한 CMOS 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, and more particularly, to a method for processing an analog signal at high speed and a CMOS image sensor therefor.
잘 알려진 바와 같이, 이미지 센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이 중 전하결합소자(CCD; Charge Coupled Device)는 개개의 MOS 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지센서는 CMOS 집적 회로 제조 기술을 이용하여 픽셀어레이를 구성하고 이를 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. CMOS 이미지센서는 저전력 소비라는 큰 장점을 가지고 있기 때문에 휴대폰 등 개인 휴대용 시스템에 매우 유용하다. As is well known, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Among these, a charge coupled device (CCD) includes individual MOS capacitors in close proximity to each other. A charge carrier is a device that is stored and transported in a capacitor, and a CMOS image sensor is a device that employs a switching method of constructing a pixel array using a CMOS integrated circuit fabrication technology and sequentially detecting an output thereof. CMOS image sensors have the great advantage of low power consumption, which is very useful for personal portable systems such as mobile phones.
도 1은 종래기술에 따른 CMOS 이미지센서의 구성도로서, 픽셀로부터 얻어진 이미지 테이터(아날로그 신호)가 처리되는 과정을 보여주는 구성도이다.1 is a configuration diagram of a CMOS image sensor according to the related art, and illustrates a process of processing image data (analog signals) obtained from pixels.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 이미지센서는 R(Red), G(Green), B(Blue) 픽셀(Pixel)들이 로오(row) 방향으로 N개, 컬럼(column) 방향으로 M개(N,M은 정수)로 매트릭스 배치되어 픽셀어레이(11)를 구성하고 있으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS(Correlated Double Sampling)회로로 구성된 CDS부(12)가 픽셀어레이부(11)의 하부측에 배치된다. 픽셀어레이부(11) 우측에는 CDS부(12)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 ASP부(Analog Signal Processor)(13)가 배치된다.Referring to FIG. 1, in the image sensor according to the related art, R (Red), G (Green), and B (Blue) pixels are N in a row direction and M in a column direction. N, M are integers) and are arranged in a matrix to form the pixel array 11, and a
CDS회로는 각 픽셀에서 리셋 신호(Reset signal) 및 데이터 신호(Data signal)를 각각 샘플링하여 아날로그 데이터 버스에 실어주고, ASP부(13)에서 리셋신호와 데이터신호의 차이값을 구한 다음 증폭하는 기능을 한다. 이에 의해 실질적인 피사체의 이미지에 대한 순순한 픽셀 데이터를 얻도록 한다.The CDS circuit samples the reset signal and the data signal from each pixel and loads them on the analog data bus, and the
픽셀의 데이터를 읽을 때, 픽셀어레이부(11)의 어느한 로오(row)의 픽셀들은 동시(동일 클럭)에 한꺼번에 CDS부(12)의 각 CDS회로로 전달되며, CDS회로의 출력은 컬럼드라이버(14)에 제어받아 아날로그 데이터 버스(15)를 통해 순차적으로 ASP부(13)로 전달되어 처리된다. When reading the pixel data, the pixels of any row of the pixel array unit 11 are transferred to each CDS circuit of the
상술한 바와 같이, 종래의 CMOS 이미지센서는, 어느 하나의 로오(row)가 선택되면 그 로오에 해당하는 각각의 픽셀 신호(리셋신호 및 데이터신호)들이 해당 CDS회로에 저장되고, 그 다음에 컬럼드라이버에 의해 순차적으로 각 CDS회로의 신호가 ASP에 전달되는 방식을 채택하고 있다. As described above, in the conventional CMOS image sensor, when any row is selected, each pixel signal (reset signal and data signal) corresponding to the row is stored in a corresponding CDS circuit, and then a column The driver adopts a method in which signals from each CDS circuit are sequentially transferred to the ASP.
한편, 상술한 종래의 구동방식 및 구성에서는 픽셀이 수백만개 이상 어레이되는 경우 로오 방향의 픽셀 개수가 증가하게 되고, 그 만큼 CDS회로도 증가하여야 하며, 또한 증가분 만큼 많은 개수의 CDS회로에 아날로그 데이터 버스가 공통 접속되어, 아날로그 데이터 버스의 부하커패시턴스도 커지게 된다.On the other hand, in the above-described conventional driving scheme and configuration, when millions of pixels are arrayed, the number of pixels in the row direction is increased, and the number of CDS circuits must be increased by that amount. The common connection also increases the load capacitance of the analog data bus.
때문에 기존에 사용하는 시스템으로는 고속 동작이 어렵게 되고, 고속 동작을 위해서는 원하는 신호 처리의 기능을 갖도록 기능 블록(특히 ASP)이 개선되어야 한다. 또한, 고속 동작의 시스템을 설계하면 그 만큼 세틀링 타임내에 신호값을 안정화시키기 위한 타임 마진이 적기 때문에 소자의 신뢰성 및 양산성에 악 영향을 미치게 된다.Therefore, high speed operation is difficult with existing systems, and functional blocks (particularly ASPs) must be improved to have a desired signal processing function for high speed operation. In addition, designing a high-speed operation system has a low time margin for stabilizing signal values within the settling time, which adversely affects the reliability and mass productivity of the device.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 데이터 신호가 세틀링 타임내에 안정화되는 타임 마진이 충분한 정도의 상대적인 저속의 시스템(예컨대 ASP)을 사용하더라도 수백만 픽셀을 갖는 소자의 전체적인 아날로그신호 처리가 고속으로 동작이 가능하도록 한 CMOS 이미지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to use the entire device of a device having millions of pixels even when using a relatively low-speed system (such as an ASP) having a sufficient time margin to stabilize the data signal within the settling time. It is an object of the present invention to provide a CMOS image sensor that enables analog signal processing to operate at high speed.
또한, 본 발명은 상대적인 저속의 시스템을 사용하더라도 소자의 전체적인 고속 동작이 가능하도록 다중 경로를 통해 신호를 처리하면서도, 각 색상별 신호(즉, 동일한 R 또는 G 또는 B 신호)들은 동일한 ASP의 패스(path)에서 처리되도록 디코딩하므로써 옵셋의 문제를 해결한 CMOS 이미지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
In addition, while the present invention processes signals through multiple paths to enable high-speed operation of the device even when using a relatively low speed system, each color-specific signal (i.e., the same R or G or B signal) is passed through the same path of ASP. The purpose is to provide a CMOS image sensor that solves the problem of offset by decoding to be processed in the path).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CMOS 이미지센서는, 3색의 복수개의 픽셀들이 로오(row) 방향 및 컬럼(column) 방향으로 매트릭스 배치된 픽셀어레이부; 상기 픽셀의 출력신호를 입력받으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS(Correlated Double Sampling)회로로 구성된 CDS부; 상기 CDS부의 전체 CDS회로에 대한 출력을 분할하여 전달받는 복수의 아날로그데이터버스; 및 상기 복수개의 아날로그데이터버스에 연결된 ASP(Analog Signal Processor)를 포함한다.According to one aspect of the present invention, a CMOS image sensor includes: a pixel array unit in which a plurality of pixels of three colors are arranged in a matrix in a row direction and a column direction; A CDS unit configured to receive an output signal of the pixel and include one correlated double sampling (CDS) circuit for each column; A plurality of analog data buses which receive the outputs of all the CDS circuits of the CDS unit; And an analog signal processor (ASP) connected to the plurality of analog data buses.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
(제1실시예)(First embodiment)
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 구성도로서, 도 1의 종래기술과 다르게 픽셀로부터 얻어진 이미지 테이터(아날로그 신호)가 확장된 2개의 버스(25a, 25b)를 통해 처리되는 것을 보여주는 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, in which image data (analog signals) obtained from pixels are processed through two
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지센서는 R(Red), G(Green), B(Blue) 픽셀(Pixel)들이 로오(row) 방향으로 N개, 컬럼(column) 방향으로 M개(N,M은 정수)로 매트릭스 배치되어 픽셀어레이(21)를 구성하고 있으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS회로로 구성된 CDS부(22)가 픽셀어레이부(21)의 하단측에 배치된다. 픽셀어레이부(21) 우측방에는 CDS부(22)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 ASP부(Analog Signal Processor)(23)가 배치된다. 또한, 컬럼어드레스를 입력받아 컬럼선택신호(Cs0, CS1....)를 출력하는 컬럼드라이버(24)와, 컬럼선택신호(CS0, CS1....)에 제어받아 CDS회로의 출력신호를 해당하는 아날로그데이터버스에 선택적으로 전달하는 선택부(26)를 포함한다.Referring to FIG. 2, in the image sensor according to the first embodiment of the present invention, N (R), G (Green), and B (Blue) pixels are arranged in a row direction in a row, and a column. The matrix is arranged in M (N, M is an integer) in the direction to form the pixel array 21, the
본 실시예에서, 픽셀어레이부(20)는 첫번째 컬럼에 G픽셀이 배치되면서 G픽셀 및 R픽셀 반복하여 배열된 복수의 짝수 로오(even row)와, 첫번째 컬럼에 B픽셀이 배치되면서 B픽셀 및 G픽셀이 반복하여 배열된 복수의 홀수 로오(odd row)를 포함한다.In the present embodiment, the
본 발명에서, CDS부(22)에서 출력된 신호는 아날로그 데이터 버스를 통해 ASP부(23)로 전달되는 바, 이때 도 1의 종래기술과 다르게 아날로그 데이터 버스는 2개로 확장되어 제1아날로그데이터버스(25a)와 제2아날로그데이터버스(25b)로 구성된다.In the present invention, the signal output from the
그리고, 픽셀어레이부(20) 내의 동일 로오상에서 동일 색상의 픽셀들에 대응하는 CDS회로들의 출력신호들은 동일의 아날로그데이터버스에 전달되도록 하는 전달수단으로서, 컬럼드라이버(24) 및 선택부(26)가 구성되어 있다. 즉, CDS부(22)의 각 CDS회로의 출력은 컬럼드라이버(24)로 생성된 선택신호(CS)에 제어받는 선택부(26)에 의해서 제1 또는 제2 아날로그데이터버스(25a, 25b)에 실리는 바, 예컨대 짝수 로오가 선택되었을때 B픽셀들의 신호(CDS회로를 통과한 신호)는 제1아날로그데이터버스(25a)에 전달되고, G픽셀들의 신호(CDS회로를 통과한 신호)는 제2아날로그데이터버스(25b)로 전달된다. 또한, 홀수 로오가 선택되었을때 G픽셀들의 신호 는 제1아날로그데이터버스(25a)에 전달되고, R픽셀들의 신호는 제2아날로그데이터버스(25b)로 전달된다.The
결국, 픽셀의 데이터를 읽을 때, 픽셀어레이부(20)의 어느한 로오(row)가 선택되면, 그 로오상의 픽셀들은 동시에(동일 클럭에서 한꺼번에) 대응하는 CDS부(22)의 각 CDS회로로 전달된 다음, 각 CDS회로의 출력은 컬럼드라이버(24)에 제어받아 순차적으로 제1 또는 제2 아날로그 데이터 버스(25a, 25b)에 전달되어 ASP부(23)에서 처리된다.As a result, when a row of the
이와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 CMOS 이미지센서는 픽셀의 개수가 증가하여 해당 CDS회로의 개수가 증가하더라도, 아날로그 데이터 버스가 분할되어 있으므로 그 만큼 아날로그 데이터 버스의 기생커패시턴스를 줄일 수 있다.As described above, the CMOS image sensor according to the first embodiment of the present invention can reduce the parasitic capacitance of the analog data bus because the analog data bus is divided even if the number of pixels increases and the number of corresponding CDS circuits increases.
즉, 아날로그 데이터 버스에 걸리는 부하 커패시턴스는 버스라인의 개수만큼 감소되게 된다. 따라서, 버스라인의 부하 감소만큼 버스를 통해 전달되는 아날로그 신호의 처리 속도는 향상되고, 전체 아날로그 신호 처리 대역폭을 증가시킬 수 있다.That is, the load capacitance across the analog data bus is reduced by the number of bus lines. Therefore, the processing speed of the analog signal transmitted through the bus can be improved by reducing the load of the bus line, and the overall analog signal processing bandwidth can be increased.
(제2실시예)Second Embodiment
앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에서는 하나의 ASP 패스를 사용하되, 아날로그 데이터 버스가 2개로 확장되는 경우만을 설명하고 있으나, 동일한 하나의 ASP를 사용하면서 4개 또는 그 이상으로 아날로그 데이터 버스를 확장될 수도 있는 바, 도 3에는 4개의 아날로그 데이터 버스로 확장된 본 발명의 제2실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 구성을 보여준다.Although the first embodiment of the present invention described above uses only one ASP pass, only the case where the analog data bus is extended to two is described. However, the analog data bus is extended to four or more while using the same ASP. As can be seen, Figure 3 shows the configuration of a CMOS image sensor according to a second embodiment of the present invention extended to four analog data buses.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지센서는 R(Red), G(Green), B(Blue) 픽셀(Pixel)들이 로오(row) 방향으로 N개, 컬럼(column) 방향으로 M개(N,M은 정수)로 매트릭스 배치되어 픽셀어레이(31)를 구성하고 있으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS회로로 구성된 CDS부(32)가 픽셀어레이부(31)의 하단측에 배치된다. 픽셀어레이부(31) 우측방에는 CDS부(32)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 ASP부(Analog Signal Processor)(33)가 배치된다.Referring to FIG. 3, in the image sensor according to the second embodiment of the present invention, N (R), G (Green), and B (Blue) pixels are arranged in a row direction in a row direction, and a column. The matrix is arranged in a matrix of M pieces (N, M are integers) in the direction to form a
아울러, CDS부(32)에서 출력된 신호는 아날로그 데이터 버스를 통해 ASP부(33)로 전달되는 바, 이때 도 1의 종래기술과 다르게 아날로그 데이터 버스는 4개로 확장되어 제1아날로그데이터버스(35a), 제2아날로그데이터버스(35b), 제3아날로그데이터버스(35c) 및 제4아날로그데이터버스(35d)로 구성된다.In addition, the signal output from the
그리고, CDS부(32)의 각 CDS회로의 출력은 컬럼드라이버(34)로 생성된 선택신호(CS0, CS1, CS2....)에 제어받는 선택부(36)에 의해서 제1 내지 제4 아날로그데이터버스(35a, 35b, 35c, 35d)에 실린다.The outputs of the CDS circuits of the
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 CMOS 이미지센서는 픽셀의 데이터를 읽을 때, 픽셀어레이부(31)의 어느한 로오(row)의 픽셀들은 동시(동일 클럭)에 한꺼번에 CDS부(32)의 각 CDS회로로 전달된 다음, 각 CDS회로의 출력은 컬럼드라이버(34)에 제어받아 제1 내지 제4 아날로그 데이터 버스(35a, 35b, 35c, 35d)를 통해 순차적으로 ASP부(33)로 전달된다. That is, when the CMOS image sensor according to the second embodiment of the present invention reads the pixel data, the pixels of any row of the
(제3실시예)(Third Embodiment)
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 구성도로서, 픽셀어레이부의 픽셀들로부터 출력되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그신호 처리 패스(path)를 전체적으로 두개로 나누어 처리하는 방식이다.4 is a configuration diagram of a CMOS image sensor according to a third exemplary embodiment of the present invention, in which an analog signal processing path for processing analog signals output from pixels of a pixel array unit is divided into two processes. .
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지센서는 R(Red), G(Green), B(Blue) 픽셀(Pixel)들이 로오(row) 방향으로 N개, 컬럼(column) 방향으로 M개(N,M은 정수)로 매트릭스 배치되어 픽셀어레이(41)를 구성하고 있으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS회로(Correlated Double Sampling)로 구성된 CDS부(42, 46)가 픽셀어레이부(41)의 하단측 및 상단측에 각각 배치된다. 픽셀어레이부(41) 우측방에는 하단측 CDS부(42)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 ASP부(43)가 배치되고, 상단측 CDS부(46)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 ASP부(47)가 배치된다.Referring to FIG. 4, in the image sensor according to the third embodiment of the present invention, N (R), G (Green), and B (Blue) pixels are arranged in a row direction in a row, and a column. The matrix array is arranged in M (N, M is an integer) in the direction to form a pixel array 41, the
픽셀어레이부(710)는 첫번째 컬럼에 G픽셀이 배치되면서 G픽셀 및 R픽셀 반복하여 배열된 복수의 짝수 로오(even row)와, 첫번째 컬럼에 B픽셀이 배치되면서 B픽셀 및 G픽셀이 반복하여 배열된 복수의 홀수 로오(odd row)를 포함한다.The
CDS부(42)에서 출력된 신호는 제1 아날로그 데이터 버스(45)를 통해 ASP부(43)로 전달되고, CDS부(46)에서 출력된 신호는 제2 아날로그 데이터 버스(49)를 통해 ASP부(47)로 전달된다.The signal output from the
그리고, 하단측 CDS부(42)의 각 CDS회로의 출력은 제1컬럼드라이버(44)에서 생성된 선택신호(CS_L)에 제어받아 제1아날로그데이터버스(45)에 실리고, 상단측 CDS부(46)의 각 CDS회로의 출력은 제2컬럼드라이버(48)에서 생성된 선택신호(CS_U)에 제어받아 제2아날로그데이터버스(49)에 실린다. 실질적으로, CDS부(42, 46)의 각 CDS회로의 출력은 선택부(도2 및 도 3의 '26', '36' 참조)를 통해서 컬럼드라이버(44, 48)에 제어받아 아날로그데이터버스(45, 49)에 전달되는 바, 도 4에서는 이를 간략화하여 도시한 것이다.The output of each CDS circuit of the
픽셀의 데이터를 읽기 위한 전체적인 동작을 살펴보면, 픽셀어레이부(41)의 어느한 로오(row)가 선택되면 그 로오에 해당하는 모든 픽셀의 출력 신호들은 해당 컬럼의 하단측 및 상단측 CDS부(42, 46)로 각각 전달된다. 즉, 하단측 및 상단측 CDS부(42, 46)에 각각 동일 픽셀의 신호가 전달된다.Looking at the overall operation for reading the data of the pixel, if any row of the pixel array unit 41 is selected, the output signals of all pixels corresponding to the row are the bottom and
다음, 제1컬럼드라이버(44)는 하단측 CDS부(42) 중에서 G픽셀에 해당하는 컬럼의 CDS회로만을 순차적으로 구동하여 제1아날로그데이터버스(45)에 실어주고, 이 신호들은 해당 ASP부(43)에서 처리된다. 아울러, 제2컬럼드라이버(48)는 상단측 CDS부(46) 중에서 B픽셀 및 R픽셀에 해당하는 컬럼의 CDS회로만을 순차적으로 구동하여 제2아날로그데이터버스(49)에 실어주고, 이 신호들은 해당 ASP부(47)에서 처리된다. Next, the
상술한 바와 같이 본 발명의 제3실시예서는 R픽셀/B픽셀의 신호들과 G픽셀의 신호들이 서로 다른 아날로그신호 처리 패스(path)를 통해 처리되므로, 한 클럭에서 동시에 두개의 신호를 처리할 수 있어 2배의 대역폭을 갖는 아날로그 시스템을 구현할 수 있다.As described above, in the third embodiment of the present invention, since the signals of the R pixel / B pixel and the signals of the G pixel are processed through different analog signal processing paths, two signals can be processed simultaneously in one clock. This allows an analog system with twice the bandwidth.
또한, ASP가 두개로 분할되므로 역할이 절반으로 감소하기 때문에, 각각의 ASP는 데이터 신호가 세틀링 타임내에 안정화되는 타임 마진이 충분한 정도의 상대적인 저속의 시스템을 사용할 수 있다.In addition, since the ASP is split in two, so the role is reduced in half, each ASP can use a relatively low speed system with sufficient time margin for the data signal to stabilize within the settling time.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 상대적인 저속의 시스템을 사용하더라도 소자의 전체적인 고속 동작이 가능하도록 다중 경로를 통해 신호를 처리하면서도, 각 색상별 신호(즉, 동일한 R 또는 G 또는 B 신호)들은 동일한 아날로그 신호 처리 패스(path)에서 처리되도록 디코딩하므로써 옵셋의 문제를 해결할 수 있다. In addition, the present invention, while using a relatively low-speed system as described above, while processing the signal through the multi-path to enable the overall high-speed operation of the device, while the signals for each color (that is, the same R or G or B signal) is the same The problem of offset can be solved by decoding to be processed in the analog signal processing path.
즉, 픽셀어레이내의 G 픽셀의 신호들은 하단측 아날로그데이터버스(45)를 통해 하단측 ASP(43)에서 처리되도록 디코딩하고, RB픽셀은 상단측 아날로그데이터버스(49)를 통해 상단측 ASP(47)에서 처리되도록 디코딩하므로 해서, 동일 픽셀간의 옵셋을 최소화할 수 있고 이에 의해 영상 화질의 옵셋 노이즈를 최소화 할 수 있다.That is, signals of the G pixels in the pixel array are decoded to be processed by the
(제4실시예)(Example 4)
앞서 설명한 본 발명의 제5실시예는 신호 처리 패스(path)를 두개로 분할한 경우로서, 이때 각각의 아날로그 신호처리 패스(path)에 다수의 아날로그 데이터 버스를 적용할 수 있는 바, 도 5 및 도 6은 이러한 CMOS 이미지센서의 구성예를 보인다.The fifth embodiment of the present invention described above is a case in which a signal processing path is divided into two, and in this case, a plurality of analog data buses can be applied to each analog signal processing path. 6 shows an example of the configuration of such a CMOS image sensor.
도 5는 아날로그 신호처리 패스(path)가 상단 및 하단측에서 2개로 분할되고, 각각의 패스(path)는 2개의 아날로그 데이터 버스를 구비하는 경우이다. 이 때에는 각 패스(path)의 아날로그데이터라인의 부하 커패시턴스를 줄여주면서 아울러 2개의 패스(path)를 통해 한 클럭에서 동시에 신호 처리가 가능하다.5 shows a case where an analog signal processing path is divided into two at the upper and lower sides, and each path includes two analog data buses. This reduces the load capacitance of the analog data lines on each path, while simultaneously allowing two paths to signal at the same time.
도 6은 아날로그 신호처리 패스(path)가 상단 및 하단측에서 2개로 분할되고, 각각의 패스(path)는 4개의 아날로그 데이터 버스를 구비하는 경우이다. 이 때에는 각 패스(path)의 아날로그데이터라인의 부하 커패시턴스를 더욱더 줄여주면서 아울러 2개의 패스(path)를 통해 한 클럭에서 동시에 신호 처리가 가능하다.6 shows a case in which analog signal processing paths are divided into two at the top and bottom sides, and each path includes four analog data buses. At this time, the load capacitance of the analog data line of each path is further reduced, and two paths can simultaneously process a signal at one clock.
도 5 및 도 6과 같은 경우에도 하단측 아날로그 신호 패스(path)를 통해 G픽셀의 신호가 처리되고, 상단측 패스(path)를 통해 BR픽셀의 신호가 처리되도록 하므로써 동일 픽셀 신호간의 옵셋을 최소화 한다.5 and 6, the G pixel signal is processed through the lower analog signal path and the BR pixel signal is processed through the upper path, thereby minimizing offset between the same pixel signals. do.
(본 발명에서의 디코딩 방법에 대한 실시예들)Embodiments of the decoding method in the present invention
본 발명은 상대적인 저속의 시스템을 사용하더라도 소자의 전체적인 고속 동작이 가능하도록 다중 경로를 통해 신호를 처리하면서도, 각 색상별 신호(즉, 동일한 R 또는 G 또는 B 신호)들은 동일한 ASP의 패스(path)에서 처리되도록 디코딩하므로써 옵셋의 문제를 해결하는 바, 이하에서는 디코딩을 위한 구체적인 실시예를 살펴보도록 한다.While the present invention processes signals through multiple paths to enable high-speed operation of the device even with a relatively low speed system, each color signal (i.e., the same R or G or B signal) is a path of the same ASP. The problem of offset is solved by decoding to be processed in. Hereinafter, a specific embodiment for decoding will be described.
도 7 및 도 9는 아날로그 신호처리 패스(path)가 상단 및 하단측에서 2개로 분할되고, 각각의 패스(path)는 2개씩의 아날로그 데이터 버스를 구비하는 경우에 대한 디코딩 방법들을 설명하기 위한 실시예들이다. 궁극적으로 도 7 및 도 9의 실시예들은 픽셀어레이내의 G 픽셀의 신호들은 하단측 아날로그데이터버스를 통해 하단측 ASP에서 처리되도록 디코딩하고, R픽셀 및 B픽셀은 상단측 아날로그데이터버스를 통해 상단측 ASP에서 처리되도록 디코딩하는 것이다. 7 and 9 illustrate decoding methods for a case in which an analog signal processing path is divided into two at the top and bottom sides, and each path has two analog data buses. Examples are. Ultimately, the embodiments of Figs. 7 and 9 decode the signals of the G pixels in the pixel array to be processed in the bottom side ASP via the bottom side analog data bus, and the R pixels and B pixels are top side through the top side analog data bus. Decode to be processed in ASP.
먼저, 도 7을 참조하면, R(Red), G(Green), B(Blue) 픽셀(Pixel)들이 로오(row) 방향으로 N개, 컬럼(column) 방향으로 M개(N,M은 정수)로 매트릭스 배치되어 픽셀어레이(710)를 구성하고 있으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS회로(Correlated Double Sampling)로 구성된 CDS부(720, 760)가 픽셀어레이부(710)의 하단측 및 상단측에 각각 배치된다. 또한, 하단측 CDS부(720)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 하단측 ASP부(730)와, 상단측 CDS부(760)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 상단측 ASP부(770)가 별도로 구비된다.First, referring to FIG. 7, R (Red), G (Green), and B (Blue) pixels are N in a row direction and M in a column direction, where N and M are integers. Are arranged in a matrix to form a
본 실시예에서, 픽셀어레이부(810)는 첫번째 컬럼에 G픽셀이 배치되면서 G픽셀 및 R픽셀 반복하여 배열된 복수의 짝수 로오(even row)와, 첫번째 컬럼에 B픽셀이 배치되면서 B픽셀 및 G픽셀이 반복하여 배열된 복수의 홀수 로오(odd row)를 포함한다.In the present embodiment, the pixel array unit 810 includes a plurality of even rows arranged by repeating G pixels and R pixels while G pixels are arranged in the first column, B pixels and B pixels being arranged in the first column. G pixels contain a plurality of odd rows arranged repeatedly.
그리고, 하단측 CDS부(720)에서 출력된 신호는 하단측 컬럼드라이버(740)와 하단측 선택부(750)로 구성된 전달수단을 통해 제1 및 제2 하부아날로그데이터버스(ADB1_L, ADB2_L)에 실려서 하단측 ASP부(730)로 전달된다. 상단측 CDS부(760)에서 출력된 신호는 상단측 컬럼드라이버(780) 및 상단측 선택부(790)로 구성된 전달수단을 통해 제1 및 제2 상부아날로그데이터버스(ADB1_U, ADB2_U)에 실려서 상단측 ASP부(770)로 전달된다.In addition, the signal output from the lower
그리고, 하단측 선택부(750)는 하단측 CDS부(720)의 각 CDS회로에 일측단이 연결되고 타측단은 제1하부아날로그데이터버스(ADB1_L) 또는 제2하부아날로그데이터버스(ADB2_L)에 연결된 스위칭소자들로서 구현되며, 선택부(750)의 각 스위칭 소 자는 하단측 컬럼드라이버(740)에 제어받아 온/오프 구동된다. The
하단측 컬럼드라이버(740)는 컬럼어드레스(ca)를 입력받아 컬럼선택신호(CS1, CS2....)를 생성하는 컬럼디코더(742)와, 드라이버선택신호(ds)와 컬럼선택신호(CS1, CS2....)를 입력받고 자신의 출력으로 선택부(750)의 각 스위칭소자를 제어하는 AND게이트부(744)로 실시 구성되어 있다.The
또한, 상단측 선택부(790)는 상단측 CDS부(760)의 각 CDS회로에 일측단이 연결되고 타측단은 제1상부아날로그데이터버스(ADB1_U) 또는 제2상부아날로그데이터버스(ADB2_U)에 연결된 스위칭소자로서 구현되며, 선택부(790)의 각 스위칭 소자는 상단측 컬럼드라이버(780)에 제어받아 온/오프 구동된다.In addition, the
상단측 컬럼드라이버(780)는 컬럼어드레스(ca)를 입력받아 컬럼선택신호(CS1, CS2....)를 생성하는 컬럼디코더(782)와, 드라이버선택신호(ds)와 컬럼선택신호(CS1, CS2....)를 입력받고 자신의 출력으로 선택부(790)의 각 스위칭소자를 제어하는 AND게이트부(784)로 실시 구성되어 있다.The
드라이버선택신호(ds)는 짝수 로오(even row)가 선택된 경우와 홀수 로오(odd row)가 선택될 경우에 서로 상반된 논리값을 갖는 논리신호로서, 본 실시예에서는 짝수 로오가 선택된 경우 논리 '0'를 갖고, 홀수 로오가 선택된 경우 논리 '1'를 갖는다.The driver selection signal ds is a logic signal having opposite logic values when an even row is selected and an odd row is selected. In this embodiment, the driver selection signal ds is a logic '0'. Has a logic '1' if odd row is selected.
픽셀의 데이터를 읽기 위한 전체적인 동작을 살펴본다.Let's look at the overall operation for reading the pixel's data.
픽셀어레이부(710)의 어느한 로오(row)가 선택되면 그 로오에 해당하는 모든 픽셀의 출력 신호들은 동시에 해당 컬럼의 하단측 및 상단측 CDS부(720, 760)로 각 각 전달된다. 즉, 하단측 및 상단측 CDS부(720, 760)에 각각 동일 픽셀의 신호가 전달된다. When a row of the
그 다음에, 컬럼드라이버(740)는 하단측 선택부(750)의 각 스위칭소자중에서 G픽셀에 해당하는 컬럼의 스위칭소자만을 순차적으로 구동하여 제1 또는 제2 하부아날로그데이터버스(ADB1_L, ADB2_L)에 교번적으로 실어준다. 이 신호들은 해당 ASP부(730)에서 처리된다. Then, the
아울러, 컬럼드라이버(780)는 상단측 선택부(790)의 각 스위칭소자중에서 B픽셀과 R픽셀에 해당하는 컬럼의 스위칭소자만을 순차적으로 구동하여 제1 또는 제2 상부아날로그데이터버스(ADB1_U, ADB2_U)에 교번적으로 실어준다. 이 신호들은 해당 ASP부(760)에서 처리된다. In addition, the
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 동작을 설명하기 위한 화소 배열부 및 동작 타이밍도로서, 이를 참조하여 도 7에 제시된 실시예에 대한 구체적인 데이터 처리 동작을 살펴본다.8A to 8C illustrate a pixel arrangement and an operation timing diagram for describing the operation of FIG. 7. Referring to this, a detailed data processing operation of the embodiment shown in FIG. 7 will be described.
도 8a는 화소 배열부를 도시하고 있으며, 도 8b는 드라이버선택신호(ds)가 '0'(짝수 로오의 픽셀들이 처리되는 경우)인 경우의 동작 타이밍도이며, 도 8c는 드라이버선택신호(ds)가 '1'(홀수 로오의 픽셀들이 처리되는 경우)인 경우의 동작 타이밍도이다.FIG. 8A shows a pixel array unit, FIG. 8B is an operation timing diagram when the driver selection signal ds is '0' (when even-numbered pixels are processed), and FIG. 8C is a driver selection signal ds. Is an operation timing diagram when '1' (when pixels of odd rows are processed).
도 8a에서는 동일 색상의 픽셀들을 구분하기 위하여 순차적으로 번호가 부여되어 있다.In FIG. 8A, numbers are sequentially assigned to distinguish pixels of the same color.
먼저, 도 8b를 참조하여 짝수 로오의 픽셀들의 데이터가 출력되는 동작(드라 이버선택신호 ds는 '0')을 살펴본다. 도면에서는 데이터신호가 먼저 출력되고 리셋신호가 출력되는 것으로 도시되어 있으나, 리셋신호가 먼저 출력되고 데이터신호가 추력될 수도 있다.First, referring to FIG. 8B, an operation of outputting data of even-numbered pixels (driver selection signal ds is '0') will be described. In the drawing, the data signal is output first and the reset signal is output, but the reset signal is output first and the data signal may be thrust.
칼럼어드레스(ca)가 칼럼디코더(742, 782)에 입력되어 예컨대, 4개의 칼럼선택신호(cs1 ∼ cs4)가 출력될 때, 드라이버선택신호(ds)가 '0'이므로 그 역인 신호 'dsb'는 '1'이다. 이로 인해, 신호 'dsb'를 일입력으로 받는 AND게이트들은 해당하는 타입력인 칼럼선택신호(cs1 ∼ cs4)에 따라서 스위칭신호를 출력한다. 출력 스위칭신호가 '1'인 값을 가질 수 있는 AND게이트는 A1a, A3a, A2b, A4b이다.When the column address ca is input to the
이에 의해 칼럼선택신호(CS1)이 활성화되면, 제1상부아날로그데이터버스(ADB1_U)에는 픽셀 B1의 데이터신호(EB1_D) 및 리셋신호(EB1_R)가 연속해서 실리고, ASP부(770)에서 이 신호들의 차이값을 구한 다음 증폭하므로써, 픽셀 B1의 데이터 값이 구해진다. 한편, 픽셀 B1의 데이터가 처리됨과 동시에 제1하부아날로그데이터버스(ADB1_L)에는 픽셀 G2의 데이터신호(EG2_D) 및 리셋신호(EG2_R)가 연속해서 실리고, ASP부(730)에서 이 신호들의 차이값을 구한 다음 증폭하므로써, 픽셀 G2의 데이터 값이 구해진다. 그리고, 픽셀 B1의 리셋신호(EB1_R)가 제1상부아날로그데이터버스(ADB1_U)에 실릴때 픽셀 B3의 데이터신호(EB3_D)가 제2상부아날로그데이터버스(ADB2_U)에 실리기 시작하고, 픽셀 G2의 리셋신호(EG2_R)가 제1하부아날로그데이터버스(ADB1_L)에 실릴때, 픽셀 G4의 데이터신호(EG4_D)가 제2하부아날로그데이터버스(ADB2_L)에 실리기 시작한다.As a result, when the column selection signal CS1 is activated, the data signal EB1_D and the reset signal EB1_R of the pixel B1 are successively loaded on the first upper analog data bus ADB1_U, and the
도 8c는 홀수 로오의 픽셀들에서 데이터가 출력되는 동작에 대한 것으로, 짝 수 로오와 유사한 동작을 수행하는 바, 그 설명은 생략하기로 한다.FIG. 8C illustrates an operation of outputting data from pixels of odd rows, and performs an operation similar to that of even rows, and description thereof will be omitted.
전술한 동작에서 알 수 있듯이, 픽셀어레이내의 G 픽셀의 신호들은 제1 및 제2 하부아날로그데이터버스를 통해 하단측 ASP에서 처리되도록 디코딩되고, R 또는 B픽셀은 제1 및 제2 상부아날로그데이터버스를 통해 상단측 ASP에서 처리되도록 디코딩된다. 따라서, 동일 색상 신호는 동일한 ASP 패스(path)에서 처리되므로 동일 색상 신호의 옵셋값 차이를 최소화 할 수 있다.As can be seen in the above operation, the signals of the G pixels in the pixel array are decoded to be processed in the lower side ASP via the first and second lower analog data buses, and the R or B pixels are first and second upper analog data buses. Decoded to be processed in the top side ASP via. Therefore, since the same color signal is processed in the same ASP path, it is possible to minimize the difference in offset values of the same color signal.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디코딩 스킴을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a decoding scheme according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, R(Red), G(Green), B(Blue) 픽셀(Pixel)들이 로오(row) 방향으로 N개, 컬럼(column) 방향으로 M개(N,M은 정수)로 매트릭스 배치되어 픽셀어레이(910)를 구성하고 있으며, 각 컬럼별로 하나씩의 CDS회로(Correlated Double Sampling)로 구성된 CDS부(920, 960)가 픽셀어레이부(710)의 하단측 및 상단측에 각각 배치된다. 하단측 CDS부(920)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 하단측 ASP부(930)와, 상단측 CDS부(960)로 부터 출력된 아날로그 신호를 처리하기 위한 상단측 ASP부(970)가 별도로 구비된다.9, R (Red), G (Green), and B (Blue) pixels are N in a row direction and M (N, M are integers) in a column direction. The matrix array is arranged to form the pixel array 910, and
본 실시예에서, 픽셀어레이부(910)는 첫번째 컬럼에 G픽셀이 배치되면서 G픽셀 및 R픽셀 반복하여 배열된 복수의 짝수 로오(even row)와, 첫번째 컬럼에 B픽셀이 배치되면서 B픽셀 및 G픽셀이 반복하여 배열된 복수의 홀수 로오(odd row)를 포함한다.In the present exemplary embodiment, the pixel array unit 910 includes a plurality of even rows arranged by repeating G pixels and R pixels while G pixels are arranged in the first column, B pixels and G pixels contain a plurality of odd rows arranged repeatedly.
그리고, 하단측 CDS부(920)에서 출력된 신호는 하단측 선택부(950)를 통해 제1 및 제2 하부아날로그데이터버스(ADB1_L, ADB2_L)에 실려서 하단측 ASP부(930)로 전달되고, 상단측 CDS부(960)에서 출력된 신호는 상단측 선택부(990)를 통해 제1 및 제2 상부아날로그데이터버스(ADB1_U, ADB2_U)에 실려서 상단측 ASP부(970)로 전달된다.The signal output from the lower
하단측 선택부(950)는 스위칭소자부(952)와 멀티플렉서부(954)로 구성되는 바, 스위칭소자부(952)는 하단측 CDS부(920)의 각 CDS회로에 일측단이 연결되고 멀티플렉서부(954)의 해당 멀티플렉서(MUX)의 입력단에 타측단이 연결되며, 컬럼디코더(940)로 부터 출력되는 컬럼선택신호(CS)에 제어받아 온/오프 구동된다.The
하단측 선택부(950)의 멀티플렉서부(954)를 구성하는 각 멀티플렉서는 4입력 2출력 멀티플렉서(MUX)로서 실시 구성되어 있는 바, 4입력단은 해당 컬럼의 스위칭소자 타측단에 연결되어 있고, 2출력단중에서 어느 하나는 제1하부아날로그데이터버스(ADB1_L)에 연결되며, 다른 하나는 제2하부아날로그데이터버스(ADB2_L)에 연결된다. 또한, 하단측 선택부(950)의 각 멀티플렉서는 제어신호(cont)에 제어받아 4입력중 2개의 입력을 제1 및 제2 하부아날로그데이터버스(ADB1_L, ADB2_L)에 전달한다. 제어신호는 짝수 로오(even row)가 선택된 경우와 홀수 로오(odd row)가 선택될 경우에 서로 상반된 논리값을 갖는 논리신호로서, 본 실시예에서는 짝수 로오가 선택된 경우 논리 '0'를 갖고, 홀수 로오가 선택된 경우 논리 '1'를 갖는다.Each multiplexer constituting the
하단측 컬럼디코더(940)는 컬럼어드레스(ca)를 입력받아 컬럼선택신호(CS1, CS2....)를 생성한다.The
한편, 상단측 선택부(990)는 스위칭소자부(992)와 멀티플렉서부(994) 및 인 버터(996)로 구성되는 바, 스위칭소자부(992)는 상단측 CDS부(960)의 각 CDS회로에 일측단이 연결되고 멀티플렉서부(994)의 해당 멀티플렉서(MUX)의 입력단에 타측단이 연결되며, 컬럼디코더(980)로 부터 출력되는 컬럼선택신호(CS)에 제어받아 온/오프 구동된다.On the other hand, the
상단측 선택부(990)의 멀티플렉서부(994)를 구성하는 각 멀티플렉서는 4입력 2출력 멀티플렉서(MUX)로서 실시 구성되어 있는 바, 4입력단은 해당 컬럼의 스위칭소자 타측단에 연결되어 있고, 2출력단중에서 어느 하나는 제1상부아날로그데이터버스(ADB1_U)에 연결되며, 다른 하나는 제2상부아날로그데이터버스(ADB2_U)에 연결된다. 또한, 상단측 선택부(990)의 각 멀티플렉서는 제어신호(cont)를 입력받아 반전된 신호를 생성하는 인버터(896)의 출력에 제어받아 4입력중 2개의 입력을 제1 및 제2 상부아날로그데이터버스(ADB1_U, ADB2_U)에 전달한다. Each multiplexer constituting the
상단측 컬럼디코더(980)는 컬럼어드레스(ca)를 입력받아 컬럼선택신호(CS1, CS2....)를 생성한다.The
도 9에 도시된 디코딩 방법 역시, 도 7과 동일한 동작을 하므로 그 구체적인 동작 설명은 생략한다.Since the decoding method shown in FIG. 9 also performs the same operation as that of FIG. 7, detailed description of the operation will be omitted.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같은 본 발명은, 다중 패스(path)를 통해 아날로그 신호를 처리하므로써 안정적 신호 처리 시스템을 통해 신호 처리 속도를 향상시킬 수 있고, 아울러 다중 패스(path)를 통해서 신호를 처리하더라도 픽셀 어레이 내의 동일 픽셀에 대한 신호들은 동일 패스(path)를 통해 처리되도록 하므로써 동일 픽셀 간의 옵셋을 최소화하여 화질을 개선하는 효과가 있다.As described above, the present invention can improve the signal processing speed through a stable signal processing system by processing an analog signal through multiple paths, and in the pixel array even if the signal is processed through multiple paths. Signals for the same pixel are processed through the same path, thereby minimizing offset between the same pixels, thereby improving image quality.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20091125 Year of fee payment: 4 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |