JP2001112030A - 改良式デジタル画像化回路及びその方法 - Google Patents
改良式デジタル画像化回路及びその方法Info
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Abstract
素センサ)を備えた画像化回路を提供する。 【解決手段】 基板と、該基板上に設けられて、少なく
とも複数の行をなすように配列された複数の画素セル1
2と、それぞれが所定の行に関連づけられ、該行の画素
セルに結合された複数の第1信号導体と、前記複数の第
1信号導体のそれぞれの間に1つずつ設けられ、各々が
ある行の第1信号導体と別の行の第1信号導体とを選択
的に結合させることを特徴とする複数の選択的にイネー
ブルにできる結合導体30とを含む能動画素センサ回路
10を提供する。
Description
路に関するものであり、とりわけ、テスト及び/または
通常モードの動作におけるこうした回路での効率のよい
処理方法に関するものである。
が、当該技術において知られている。これらの回路に
は、電荷結合素子(CCD:charge coupled device)及び
能動画素センサ(APS:active pixel sensor)をベース
にした回路が含まれている。CCDとAPSとの相違点は、AP
Sには、各画素セルにトランジスタのような能動素子(ac
tive device)が含まれているという点である。したがっ
て、APS(active pixel sensor)の名称は、これらの能
動素子(active device)があることに由来する。典型的
なAPSセルには、フォトダイオードといくつかのトラン
ジスタが含まれており、リセット、行、及び、列の接合
を備えている(図2)。本発明は、とりわけ、APSに適
用可能であるが、本発明の遅延連続信号伝搬及び他の態
様は、他のデジタル画像化回路及びメモリ・セル・アレ
イ(memory cell array)にも適用可能である。
る。ウェーハの各APSについて、適正に動作するかテス
トをしなければならないし、一定の拒絶率(rejection
ration)が予測される。拒絶または故障を生じる問題の
多くは、金属導電材料の保全性(integrity)に関連して
いる。保全性の問題は、通常、3つの部分、すなわち、
(1)開回路を生じる導電材料の空隙と、(2)短絡を
生じる付着導電材料と、、(3)例えば、絶縁層のピン
ホール等に起因する垂直層の損傷とから生じる。
まな金属保全性テストが実施されている。これらのテス
トには、一般に、アレイ内の各行を個別に順次選択する
こと、及び、リセット及び列導体についても、このプロ
セスを反復することが含まれる。このテスト構成では、
全てのテスト信号を処理するのに、かなりの時間を要
し、信号処理にかなりの量の論理が必要とされる。認識
しておくべきことは、APS回路の場合、ダイの約2/3
〜3/4は、そのAPSから構成されており、復号化(dec
ode)、テスト、及び、その他の処理回路要素のためには
わずかなスペースしか残されていないという点である。
さらに、従来のテストには、アナログ信号で実施される
ものもあり、したがって、信号処理のために、アナログ
・デジタル変換器及びプログラム可能な利得増幅器(pr
ogrammable gain amplifier)の追加が必要になる。
ば、とりわけ、リセット信号に関して、先行技術のAPS
より迅速な信号処理が可能になる。「画像(ピクチ
ャ)」を撮る場合、全セルのリセット信号を同時に出力
することが必要になり(イメージの両端における傾き
(gradient)を低減するため)、この出力によって、許
容できない電流スパイクが生じないことが必要とされ
る。先行技術による実施態様の1つでは、各セル行が順
次イネーブルまたはディスエイブルにされる。各行は、
少なくとも3クロックサイクルを要するので、これに
は、1280行からなる画素アレイの場合、(25MHz
で)154μsになるので、120ns/行が必要にな
る。これでは、50μs以下であるカメラ製造業者の仕
様は満たされない。もう1つの先行技術による実施態様
では、グローバルリセット(イネーブル(enable)/ディ
スエイブル(disable))信号が送り出される。これによ
って、タイミング要件はみたされるが、寄生静電容量
(parasitic capacitance)によって、行当たり5mAの
電流スパイクが生じ、結果として、アレイの電流スパイ
クは6.4Aになるが、これは許容できない。
害)を生じない迅速なやり方で、画素セルアレイに関す
るリセット信号を出力することが必要とされている。
目的は、効率のよいテストを可能にするAPSを備えた画
像化回路を提供することにある。
セット、及び、列(column)の導体の保全性を効率よくテ
ストするAPSを備えた画像化回路を提供することにあ
る。
EMI(電磁障害)レベルが生じないやり方で、セルの迅
速なイネーブル、ディスエイブルを可能にするAPSを備
えた画像化回路を提供することにある。
する目的は、本明細書において解説される改良式デジタ
ル画像化回路及び方法を用いることによって実現され
る。
る。少なくとも1つの実施態様において、本発明には、
行、リセット、または、列タイプの導体のような、特定
のタイプの主導体のそれぞれの間に設けられた複数の選
択的にイネーブルにできる結合導体が含まれている。こ
の結合導体をイネーブルにすることよって、ある導体に
伝搬させられる信号を他の同様の(または潜在的に異な
る可能性のある)導体に伝搬することが可能になる。こ
の構成によれば、テストモードにおいて、例えば、金属
保全性の欠陥を検出することが可能になる。この構成に
よれば、動作モードにおいて、例えば、迅速ではある
が、望ましくない電流(EMI(電磁障害))スパイクが
生じないやり方で、グローバル信号を送り出すことが可
能になる。結合導体は、能動画素センサアレイを蛇行し
て通るように形成され、連続し、ほぼ直列の一時的信号
導体を効率よく形成するため、導体端部またはその近く
に設けることが望ましい。この選択可能な結合構成は、
主要導体タイプの全て、いくつか、または、1つについ
て設けることが可能である。
の達成については、本発明に関する下記のより詳細な説
明を図面と共に検討することによって、当該技術者には
より理解しやすくなるはずである。
る、効率がよいテスト及び操作で行われた、能動画素セ
ンサの概略図が示されている。センサは、M行及びN列を
なすように構成された複数の能動画素セル12を含む、
行列0として形成されるのが望ましい。各行及び列の交
差点には、画素セルが設けられる。本発明を取り入れた
APSは、任意のサイズとすることが可能であるが、典型
的な2つのサイズが、1280×1600である2Mの
画素のAPSと、1024×1280である1.3Mの画素
である。各画素は、5μm×5μm未満の寸法を備えて
いる。
搬経路が示されている。蛇行状等の接続方式の特徴は、
テストモードまたは通常モードの動作において用いるこ
とが可能であることである。最初に、テストモード動作
について説明し、引き続き、通常モード動作について述
べることにする。
て、本発明によれば、行信号導体及びリセット信号導体
を組み込んだ選択可能な連続した信号導体が得られる。
列信号導体についても、同様の構成を設けることが望ま
しい。これらの構成によれば、それぞれ、行、リセッ
ト、及び、列の信号導体の金属保全性がテストされる。
テストには、行、リセット、または、列の導体の第1導
体に対するテスト信号の出力を伴うのが望ましい。テス
ト信号は、導体の残り(そのタイプの)を通って伝搬
し、最後の導体の出力として読み取られる。出力におけ
る正しいテスト信号の受信は、テストを受ける導体タイ
プ(行、リセット、または、列)に関する金属保全性を
表している。次に、これらのテストの実施方法について
さらに詳細に述べることにする。
ート21、NORゲート22、及び、インバータ23を含
む行0の選択論理回路20に送られるのが望ましい。AN
Dゲート21は、テストイネーブル(TE:test enable)
信号及びテストデータ(TD:test data)信号を受信す
る。TD信号は、ANDゲート21を介してNORゲート22に
渡される。NORゲート22のもう一方の入力は、テスト
モード中、低レベルに保たれる行0のアドレス信号30
である。TD信号は、引き続き、インバータ26を通って
行1選択論理回路に送られる。ANDゲート31及びNORゲ
ート32によれば、行0選択論理回路20におけるそれ
らの対応ゲートと同じ機能が得られる。NORゲート32
は、インバータ33を介して、行1にTD信号を渡す。
介して、ANDゲート41、NORゲート42、及び、インバ
ータ43を含む行2選択論理回路40に伝搬する。行2
の選択論理回路40は、TD信号を行2に渡す。それぞ
れ、偶数行と奇数行に沿って行ったり来たりするよう
に、TD信号を伝搬させるこの蛇行パターンは、最後の行
(M−1)に達するまで繰り返すのが望ましい。行(M−
1)選択論理回路60には、ANDゲート61、NORゲート
62、及び、インバータ63が含まれているのが望まし
い。他の行選択回路と同様、行(M−1)選択論理回路
は、テスト信号を行(M−1)に渡す。
路(信号発生及びテスト論理回路)80によって発生
し、行選択論理回路(及び、後述する対応リセット選択
論理回路)のそれぞれに送られるのが望ましい。TE信号
によって、テストモード動作が実行可能になる。TD信号
は、論理的高レベル信号と論理的低レベル信号の両方を
もたらすのが望ましく、異なる論理状態のシリアルデー
タを含むことが可能である。あるテストにおいて、行0
選択論理回路20にデータが入力され、テスト論理回路
80によって行(M−1)から受信したものと比較され
る。
ス)は、約0.5μmのライン幅を備えており、これら
のラインは、それに関連した寄生静電容量及び抵抗を備
えている。これらの寄生成分によって、固有の遅延が生
じる。論理構成要素によって、遅延が誘発されるが、こ
の遅延は、信号トレースの寸法が誘因となる遅延よりも
大幅に短くなる傾向がある(例えば、数百ピコ秒)。図
1のAPSにおける行導体によって誘発される遅延は、
1,600列と仮定すると、約5nsになる。1280行
のAPSの場合、これによって、上部から底部まで6.4
μsの信号伝搬時間が達成される。
示されている。この構成は、行ラインと区別がつくよう
に、また、図面が混雑しないように、点線で示されてい
る。言うまでもなく、行導体テストのために設けられた
同じ論理回路及び信号導体が、リセット導体テスト(及
び、通常モードのリセット動作)のために設けるのが望
ましい。したがって、各行間のリセット選択論理回路に
は、ANDゲート、NORゲート、及び、インバータ(及び、
テストイネーブル信号及び個別アドレス信号等)が含ま
れている。テスト論理回路80によって、リセット導体
に関する独立したテストイネーブル信号及びテストデー
タ信号が供給される。これらの信号は、それぞれ、TE´
及びTD´と表示される。
及びリセット信号導体のテストは、同時に実施される。
しかし、TD及びTD´信号は、例えば、橋絡等のような短
絡または開路を検出する確率を高めるため、互いに補完
信号であることが望ましい。
表的な能動画素セルの概略図が示されている。セル12
には、3つのトランジスタ13〜15(一般にnタイプ
の電界効果トランジスタである)と、感光または「フォ
ト」ダイオード11が含まれているのが望ましい。トラ
ンジスタ13及び14は、VDDに結合され、トランジス
タ15は、トランジスタ14のソースに結合されてい
る。リセット信号が、トランジスタ13のゲートに加え
られ、行選択信号が、トランジスタ15のゲートに加え
られる。
ンが高レベルと出力されると、逆バイアスのかかったフ
ォトダイオードの寄生静電容量がリセットレベルまで充
電される。ダイオード出力接続点17が安定化すると、
リセットラインが、低レベルに引き下げられ、光誘発電
荷キャリヤによって、入射光の強度に比例した割合で、
フォトダイオードに放電させることが可能になる。特定
の露光時間が経過すると、行選択ラインが高レベルと出
力され、セル出力接続点19(列導体が接続されてい
る)において、ソース・フォロワ・バッファ・トランジ
スタ(source followerbuffer transistor)14を介し
て、接続点17における電圧のサンプリングを行うこと
が可能になる。リセット信号が、再び高レベル及び低レ
ベルと出力され、接続点17の2度目のリセットが行わ
れる。リセットレベルが、出力19においてサンプリン
グされる。入射光にさらした後の出力19における電圧
レベルとリセットレベルとの差は、入射光の強度に比例
する。
行、リセット、及び、列導体の結合が示されている。
スト導体を備えたAPS110の略図が示されている。行
及びリセット導体は、図を分かりやすくするため示され
ていないが、もちろん、設けられていることが望まし
い。
12のように構成し、配列するのが望ましい、複数のAP
Sセル112が含まれている。図3には、APSアレイにお
ける典型的な最初の4列が例示されている。
est)信号と呼ばれる、実際上はテストイネーブル信号
及びテストデータ信号であるテスト信号が、入力接続点
108に供給される。CT信号は、複数のNMOSトランジス
タ135、155等に供給され、インバータ115を介
して、複数のPMOSトランジスタ125、145、165
に供給される。トランジスタ125、135、145、
155、及び、165等は、テストモードにおいて短絡
回路として機能する。トランジスタ137、147、1
57、167等によって、ある列における信号を後続列
によって検知することが可能になる。
0)の間に結合されている。トランジスタ135、13
7は、列0と列1の間に結合されている。トランジスタ
145、147は、列1と列2の間に結合され、トラン
ジスタ155、157は、列2と列3の間に結合され、
トランジスタ165、167は、列3と次の列(不図
示)の間に結合されている。トランジスタ165から出
力されるCT信号は、引き続き列の残りを伝搬する。
論理的高レベル状態にある接続点108での入力であ
る。これは、インバータ115によって低レベルに変更
され、結果として、トランジスタ125を介して、論理
的高レベルが、列0の上部において出力される。この論
理的高レベルが、列0の底部においてトランジスタ13
7によって検知され、次に、列1の底部において、論理
的低レベルが出力される。この論理的低レベルが、列1
の上部において検知され、列2の上部において、論理的
高レベルが出力される。このパターンが、APSの残りに
ついても続行され、論理的高レベルが出力接続点107
に送り込まれて、終了する。CT出力(CTO)信号は、列
テスト論理回路105によってアクセスされる接触パッ
ド102まで伝搬するのが望ましい。望ましい実施態様
の場合、接触パッド102は、行、リセット、及び、列
のテストに共通であり、多重化接続のような分離及び選
択は、当該技術において既知のところである。
例示されている。電流源は、電流ミラーとして実施され
るのが望ましく、列電圧レベルを低レベルに移行させる
ことが可能である。
ト構成が示されている。このデジタルテストは、ADC
及びプログラム可能な利得増幅器等を必要としないの
で、アナログテストよりも大幅に迅速である。また、ダ
イの面積(real estate)の消費量が少なくてすむ。
めの代替選択的にイネーブルにできる結合の概略図が示
されている。図4には、典型的なAPS210の最初の3
行が例示されている。選択可能トライステートデバイス
(tri-state device)が、各行またはリセット導体(行
導体だけしか示されていない)間に設けられている。T
E、TD、及び、ADR信号が、例えば、TEによって、APSが
テストモードになり、TDが、連続導体を伝搬するテスト
データであるといったように、ほぼ上述のように供給さ
れる。
る)の右側のトライステートデバイス230は、TE信号
を受信し、先行導体(例示の実施態様における偶数導
体)の端部に結合されている。CMOSトライステートデバ
イスが望ましいとされる。右側のトライステートデバイ
ス230は、奇数行、例えば、図1の行1の右端部に結
合されている。奇数行(行1)の左端部は、左側のトラ
イステートデバイス240に結合されている。各左側ト
ライステートデバイスは、対応する奇数行に関するTE信
号及びADR信号を受信するのが望ましい。左側デバイス
240は、CMOSトライステートデバイスとして構成する
のも望ましい。
続行(行2)のTE及びADR入力にも結合されている。こ
のパターンは、APSの残りの部分の行及びリセット導体
についても続行されることが望ましい。
40が、トライステートであり、奇数行の左端の信号
が、例えば、行1と行2の間の導体245を介して、次
の行に伝搬するようになっている。右側デバイス230
は、イネーブルになると、例えば、行0から行1といっ
たように、先行偶数行の信号を後続奇数行に渡す。
うに構成される。右側デバイス230が、トライステー
トであり、個々の行信号がAPSの左側から行に伝搬する
ことを可能にする、開回路の様相を呈するようになって
いる。
合、選択可能な連続リセット信号導体によって、各セル
におけるリセット信号の受信時期に対して、したがっ
て、イメージ入力データが積分される期間に対して有効
な制御が加えられる。
実施態様の場合、リセット信号の起動によって、一般
に、「露光」が開始され、機械的シャッタが閉じると、
露光期間が終了する。各行に順次アドレスを指定して起
動する先行技術による方法は、結果として、上部行と底
部行の間のターン・オン期間があまりに長くなりすぎる
ため、イメージに傾き(gradient)が生じることにな
る。全セルに対してグローバル(すなわち、同時に)リ
セット信号を出力する他の先行技術による実施態様で
は、許容できないEMI(電磁障害)電流スパイクが発生
する([従来の技術]セクションで述べたように)。リ
セット信号イネーブルできる論理回路90は、画像化デ
ータの積分を開始するため、上述のようにリセット導体
を伝搬するリセット信号の出力を行い、個々のリセット
導体毎に(すなわち、行毎に)約5nsの遅延を被って、
アレイ内の全画素セル(5ns×1280行)に対し6.
4μsでリセット信号を配信する。
でリセットが行えるが、不都合なほどの大量のEMI(電
磁障害)(すなわち、電流スパイク等)は生じない。
て行ってきたが、もちろん、さらに修正することが可能
であり、本明細書は、一般に、本発明の原理に従った、
及び、本発明が関連する技術において既知のまたは慣例
となっている方法の範囲内に含まれ、既述の本質的な特
徴に適用することが可能であり、本発明の範囲及び付属
の請求項の制限内に含まれる、本開示からの逸脱を含
む、本発明のいかなる変更、用法、または、改変をも包
含することを意図したものである。
素センサ(APS)の概略図である。
略図である。
概略図である。
めの代替選択的にイネーブルにできる導体構成(トライ
ステート能力を備えた)の概略図である。
Claims (12)
- 【請求項1】基板と、 該基板上に設けられて、少なくとも複数の行をなすよう
に配列された複数の画素セルと、 それぞれが所定の行に関連づけられ、該行の画素セルに
結合された複数の第1信号導体と、 前記複数の第1信号導体のそれぞれの間に1つずつ設け
られ、各々がある行の第1信号導体と別の行の第1信号
導体とを選択的に結合させることを特徴とする複数の選
択的にイネーブルにできる結合導体とを含む能動画素セ
ンサ回路。 - 【請求項2】前記選択的にイネーブルにできる結合導体
が、前記複数の第1信号導体の互い違いの端部に設けら
れているため、前記結合導体が導通可能になると、前記
第1信号導体のうちの第1番目の導体に入力される信号
が前記複数の第1信号導体の残りの導体を通ってほぼ蛇
行するように伝搬することを特徴とする請求項1に記載
の回路。 - 【請求項3】前記選択的にイネーブルにできる結合導体
が、前記複数の第1信号導体の互い違いの端部に設けら
れているため、前記第1信号導体のうちの第1番目の導
体に入力される信号が、前記第1信号導体のうちの前記
第1番目の導体において第1方向に伝搬し、前記第1信
号導体のうちの第2番目の導体において前記第1方向と
ほぼ逆の第2方向に伝搬し、前記第1信号導体のうちの
第3番目の導体において再び前記第1方向に伝搬するこ
とを特徴とする、請求項1に記載の回路。 - 【請求項4】前記選択的にイネーブルにできる結合導体
の少なくともいくつかがトライステート論理及びテスト
イネーブルな入力とを含むことと、前記テストイネーブ
ルな入力において正しい方向性の信号を受信すると、先
行する第1信号導体の信号が、前記トライステート論理
を通って、後続の第1信号導体に送られることとを特徴
とする請求項1に記載の回路。 - 【請求項5】前記第1信号導体が、リセット信号導体及
び行信号導体を含む信号導体のグループの1つであるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の回路。 - 【請求項6】それぞれが所定の行と関連づけられ、その
画素行の画素セルに結合された複数の第2信号導体と、 該複数の第2信号導体のそれぞれの間に1つずつ設けら
れ、各々がある行の第2信号導体と別の行の第2信号導
体とを選択的に結合させることを特徴とする複数の選択
的にイネーブルにできる結合導体とを含む回路であっ
て、 前記第1信号導体がリセット信号導体及び行信号導体を
含む信号導体のグループの1つであることと、前記第2
信号導体がそのグループの他の1つであることを特徴と
する請求項1に記載の回路。 - 【請求項7】信号が前記第1信号導体のうちの第1番目
の導体に入力され、前記結合導体がイネーブルになる
と、入力信号が前記第1信号導体の各後続導体において
その入力信号を受信する前に遅延が生じるようなやり方
で残りの第1信号導体に順次伝搬されるように、前記第
1信号導体及び前記選択的にイネーブルにできる結合導
体が構成されており、前記遅延が約25ns/行未満であ
ることを特徴とする請求項1に記載の回路。 - 【請求項8】前記複数の画素セルが、さらに、複数の列
をなすように構成されていて、 ここで、前記回路が、さらに、 それぞれが画素列の1つと関連づけられ、その画素列の
画素セルに結合された複数の列導体と、 少なくとも1つが前記列導体のそれぞれの間に設けら
れ、介在する結合回路がイネーブルになると、ある列導
体の信号が後続の列導体において検知されるようになっ
ている複数の選択的にイネーブルにできる結合回路とを
含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。 - 【請求項9】基板と、 前記基板上に設けられ、少なくとも複数の列をなすよう
に構成された複数の画素セルと、 それぞれが前記画素列の1つに関連づけられ、その画素
列の画素セルに結合された複数の列導体と、 少なくとも1つが、前記列導体のそれぞれの間に設けら
れており、介在する結合回路がイネーブルになると、あ
る列導体の信号が後続の列導体において検知されるよう
になっている複数の選択的にイネーブルにできる結合回
路とを含む能動画素センサ回路。 - 【請求項10】前記複数の選択的にイネーブルにできる
回路がイネーブルになると、前記列導体の残りを蛇行状
に通る前記列導体のうちの前記第1導体における信号が
検知されることを特徴とする、請求項9に記載の能動画
素センサ回路。 - 【請求項11】少なくとも複数の行をなすように構成さ
れた基板上に、複数の画素セルを設けるステップと、 それぞれが所定の行に関連づけられ、その行の画素セル
に結合された複数の第1信号導体を設けるステップと、 前記複数の第1信号導体のそれぞれの間において導体を
選択的にイネーブルにできる結合をすることによって、
第1信号導体における信号が、後続の第1信号導体に伝
搬するようにするステップとを含む能動画素センサ回路
のための処理方法。 - 【請求項12】前記複数の第1信号導体の互い違いの端
部に前記選択的にイネーブルにできる結合導体を設ける
ステップと、 前記選択的にイネーブルにできる結合導体をイネーブル
にするステップと、 前記第1信号導体及び前記イネーブルになった結合導体
を通って、ほぼ蛇行するように信号を伝搬させるステッ
プとを含む請求項11に記載の方法。
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