KR100381330B1 - Method for driving CMOS image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로의 감도 특성을 향상시키기 위한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법에 관한 것으로, 트랜스퍼 신호에 의해 포토다이오드 영역의 전하를 플로우팅 영역으로 트랜스퍼하고, 리셋 신호에 의해 플로우팅 영역의 전하를 리셋하는 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로에서 포토다이오드 영역의 전하를 센싱하는 동작을, 전하 축적 구간에서 트랜스퍼 신호는 비활성화되고 리셋 신호는 활성화되어, 이 상태에서 전하 센싱을 위하여 트랜스퍼 신호를 먼저 활성화한 후에 리셋 신호를 비활성화시켜 전하의 트랜스퍼 구간과 리셋 구간이 일정시간 겹치도록하여 데이터 센싱을 위한 기준 신호값(Vref)과 출력 신호값(Vsignal)을 연속하여 읽어내는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of driving a CMOS image sensor for improving the sensitivity characteristics of a pixel circuit of a CMOS image sensor. The present invention relates to transferring a charge of a photodiode region to a floating region by a transfer signal and floating by a reset signal. In the pixel circuit of the CMOS image sensor which resets the charge of the region, the charge sensing of the photodiode region is performed. In the charge accumulation period, the transfer signal is inactivated and the reset signal is activated, in which the transfer signal is first used for charge sensing. After activating, the reset signal is deactivated so that the transfer section and the reset section of the charge overlap each other for a predetermined time, so that the reference signal value V ref and the output signal value V signal for data sensing are continuously read.
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로의 감도 특성을 향상시키기 위한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly, to a method of driving a CMOS image sensor for improving the sensitivity characteristics of a pixel circuit of a CMOS image sensor.
최근 출시되는 많은 전자 제품들은 다기능을 갖추고 있다.Many electronic products on the market are multifunctional.
예를 들어, 개인용 컴퓨터는 CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory) 드라이버와 디지탈 다기능 디스크(Digital Versatile Disk : DVD)플레이어를 구비하거나, 화상 회의를 위한 카메라를 장착하고 있다.For example, a personal computer includes a compact disk-read only memory (CD-ROM) driver and a digital versatile disk (DVD) player, or a camera for video conferencing.
또한, 사진을 찍어서 컴퓨터로 편집 가능하게 해주는 디지탈 카메라도 등장하였으며, 노트북 컴퓨터와 휴대폰에도 소형 카메라가 장착된 제품이 출시될 예정이다.In addition, digital cameras have been introduced that allow users to take pictures and edit them with a computer, and notebook computers and mobile phones will also be equipped with small cameras.
그러나 이러한 개인용 컴퓨터와 같이 사이즈가 큰 제품인 경우에는 카메라가 부착된다고 하더라도 그다지 큰 영향을 미치지 않지만, 노트북 컴퓨터나 휴대폰과 같은 휴대용 제품인 경우에는 부착되는 카메라의 크기와 소모 전력이 심각한 문제점으로 나타난다.However, in the case of a large-sized product such as a personal computer, even though the camera is attached, it does not have much effect, but in the case of a portable product such as a notebook computer or a mobile phone, the size and power consumption of the attached camera appear as a serious problem.
특히, 영상을 촬영하여 출력을 얻을 수 있는 촬상 소자를 사용한 대표적인 제품인 비디오 카메라의 경우에 이러한 문제점이 잘 드러난다.In particular, such a problem is well revealed in the case of a video camera, which is a representative product using an imaging device capable of capturing an image and outputting the image.
일반적인 비디오 카메라의 경우에는 대부분 본체 외에도 크기가 큰 전지를 부착하여 사용해야 한다.In most video cameras, a large battery must be attached in addition to the main body.
이렇게 큰 전지를 사용하는 이유는 비디오 카메라에서 사용하는 영상 촬상 소자인 전하 결합 소자(Charge Coupled Device : CCD)가 많은 전력을 소모하기 때문이다.The reason for using such a large battery is that a charge coupled device (CCD), which is an image pickup device used in a video camera, consumes a lot of power.
또한, 현재까지 개발되어져 사용되는 대부분의 CCD는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)회로들에 비해서 고전압(+15V, -9V)을 이용해서 구동 되고, CCD를 제작하는 공정은 기본적으로 바이폴라 트랜지스터를 구현하는 공정과 비슷하기 때문에 CMOS공정에 비해서 공정 단가도 높다는 문제점이 있다.In addition, most CCDs developed and used to date are driven using high voltage (+ 15V, -9V) compared to CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuits, and the process of manufacturing a CCD basically implements a bipolar transistor. Since it is similar to the process, there is a problem that the process cost is higher than that of the CMOS process.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 제시되고 있는 것이, 저전압 동작이 가능하고 소모 전력이 작으면서 공정 단가도 저렴한 CMOS공정에서 촬상소자를 구현하고자 CMOS 이미지 센서에 대한 연구 및 생산이 이루어지고 있다.In order to solve such a problem, research and production of a CMOS image sensor have been made to implement an imaging device in a CMOS process capable of low voltage operation, low power consumption, and low process cost.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 구동 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a driving method of the CMOS image sensor according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀 회로의 구성을 설명한 후, 이와 같이 구성된 씨모스 이미지 센서의 구동 방법을 설명한다.First, a configuration of a unit pixel circuit of a general CMOS image sensor will be described, and then a method of driving the CMOS image sensor configured as described above will be described.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로 구성도이고, 도 2는 종래의 기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 구동 방법을 나타낸 클럭 타이밍도이며, 도 3은 센싱동작에 의한 출력 파형을 나타낸 출력 파형도이다.1 is a configuration diagram of a pixel circuit of a general CMOS image sensor, FIG. 2 is a clock timing diagram illustrating a method of driving a CMOS image sensor according to a related art, and FIG. 3 is an output waveform diagram illustrating an output waveform by a sensing operation. .
먼저, CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀 회로는 도 1에서와 같이, 게이트에 리셋 신호 입력 단자(22)를 통하여 리셋 신호가 인가되고 한쪽 전극은 플로팅 노드(25)에 연결되고 다른쪽 전극은 VDD 단자(23)에 연결되는 리셋 트랜지스터(21)와, 게이트가 플로팅 노드(25)에 연결되고 한쪽 전극은 VDD 단자(23)에 연결되는 셀렉트 트랜지스터(24)와, 게이트에는 컬럼(column)선택 신호 입력 단자(31)를 통하여 컬럼 선택 신호가 입력되고 상기 셀렉트 트랜지스터(24)에 직렬 연결되어 한쪽 전극이 부하 저항(32)에 연결되는 액세스 트랜지스터(30)와, 상기 플로팅 노드(25)에 한쪽 전극이 연결되고 게이트가 트랜스퍼 신호 입력 단자(28)에 연결되어 축적 전하의 리드시에 전하를 트랜스퍼시키는 트랜스퍼 트랜지스터(29)와, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(29)와 접지 단자(33)사이에 구성되는 포토다이오드(27)를 포함하여 구성된다.First, in the unit pixel circuit of the CMOS image sensor, as shown in FIG. 1, a reset signal is applied to a gate through a reset signal input terminal 22, one electrode is connected to the floating node 25, and the other electrode is connected to a VDD terminal ( A reset transistor 21 connected to 23, a select transistor 24 having a gate connected to the floating node 25 and one electrode connected to the VDD terminal 23, and a column selection signal input terminal at the gate. A column select signal is input through the 31 and an access transistor 30 connected in series with the select transistor 24 so that one electrode is connected to the load resistor 32, and one electrode is connected to the floating node 25. And a gate connected to the transfer signal input terminal 28 so as to transfer charge at the time of reading the accumulated charge, and between the transfer transistor 29 and the ground terminal 33. It is configured to include a photodiode (27).
다음으로는 이와 같은 픽셀 구조를 갖는 CMOS 이미지 센서의 구동 방법을 설명하면 다음과 같다.Next, a driving method of a CMOS image sensor having such a pixel structure will be described.
먼저, 포토다이오드(27)에 외부에서 입사되는 빛에 의하여 전하들이 축적된다.First, charges are accumulated by light incident from the outside to the photodiode 27.
그리고 도 2에 도시한 바와 같이, 포토다이오드(27)에 축적된 신호 전하가 트랜스터 게이트 입력 신호가 턴온되면(t=t0) 플로팅 노드(25)로 신호 레벨이 전달된다.As shown in FIG. 2, the signal charge accumulated in the photodiode 27 is transmitted to the floating node 25 when the transfer gate input signal is turned on (t = t 0 ).
이 때 리셋 트랜지스터(21)에 리셋게이트 입력신호가 오프(off) 상태를 유지하고 있다면 플로팅 노드(25)에 축적된 신호 전하에 의하여 리셋 트랜지스터(21)의 소오스단인 플로팅 노드(25)의 전위를 변화시키며 이는 셀렉트 트랜지스터(24)의 게이트 포텐셜을 변화시키게 된다.At this time, if the reset gate input signal is kept in the off state of the reset transistor 21, the potential of the floating node 25, which is the source terminal of the reset transistor 21 due to the signal charge accumulated in the floating node 25. This changes the gate potential of the select transistor 24.
셀렉트 트랜지스터(24)의 게이트 포텐셜 변화는 셀렉트 트랜지스터(24)의 소오스단 또는 액세스 트랜지스터(30)의 드레인 노드의 바이어스를 변화시킨다.The change in the gate potential of the select transistor 24 changes the bias of the source terminal of the select transistor 24 or the drain node of the access transistor 30.
이때 액섹스 트랜지스터(30)의 게이트에 컬럼 선택 신호 입력 단자(31)를 통하여 컬럼 선택 신호가 입력되면 포토다이오드(27)에서 생성된 신호 전하에 의한 전위차를 출력(Vout)하게 된다.At this time, when the column selection signal is input to the gate of the actuation transistor 30 through the column selection signal input terminal 31, the potential difference due to the signal charge generated by the photodiode 27 is output (Vout).
이와 같이 포토다이오드(27)의 전하 생성에 의한 신호 레벨을 검출한 후에 리셋 게이트 입력 신호가 온되면(t=t3) 리셋 신호 입력 단자(22)에 의해 리셋 트랜지스터(21)가 온(ON) 상태로 바뀌게 되면서 신호 전하는 전부 리셋된다.When the reset gate input signal is turned on (t = t 3 ) after detecting the signal level due to the charge generation of the photodiode 27 as described above, the reset transistor 21 is turned on by the reset signal input terminal 22. The signal charge is reset as it changes to state.
이와 같은 과정을 반복하여 각각의 신호 레벨을 리드하고 리셋후의 레퍼런스 포텐셜도 리드 아웃하게 된다.This process is repeated to read each signal level and to read out the reference potential after reset.
이와 같은 방법으로 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로가 구동되면 각 픽셀마다 도 3에 도시한 것과 같은 전압 파형이 나타난다.When the pixel circuit of the CMOS image sensor is driven in this manner, a voltage waveform as shown in FIG. 3 appears for each pixel.
시간 t가 t0이전, 즉 트랜스퍼 게이트 입력신호가 온이 되기 전인 포토다이오드에서 전하가 축적되는 구간에는 기준 전압값인 다크 신호(Vdark)가 출력된다.The time t is t 0 before, that is, the transfer gate signal input period in which the charges are accumulated in the photodiode, before the whole has the reference voltage value of the dark signal (V dark) is output.
다크 신호란, 다크(dark) 상태에서 측정되는 신호 출력(Vdark)으로서 수광소자와 CMOS 채널에서 발생된 전하와 출력단에서 생기는 일종의 노이즈의 합으로 생각할 수 있고, 이것은 CMOS 소자가 갖는 최소 신호값이 되므로, CMOS 이미지 센서의 감도 및 다이나믹 레인지에 영향을 주는 요소가 된다.The dark signal is a signal output (V dark ) measured in the dark state and can be considered as the sum of the charge generated in the light receiving element and the CMOS channel and a kind of noise generated at the output stage. Therefore, it becomes a factor influencing the sensitivity and dynamic range of the CMOS image sensor.
시간 t가 t0에서 리셋 게이트 입력신호는 오프(off)상태이고, 트랜스퍼 게이트 입력신호가 온(on)이 되면 포토다이오드에 축적되어 있던 신호 전하가 트랜스퍼 트랜지스터(29)를 통해 플로팅 노드(25)로 이동하게 되고, 이것은 셀렉터 트랜지스터(24)의 게이트 포텐셜에 변화를 주어 컬럼 선택 신호에 따라 출력 신호값(Vsignal)이 Ⅰ구간(t0에서 t3까지의 구간)과 같이 나타난다.When time t is t 0 , the reset gate input signal is in an off state, and when the transfer gate input signal is on, the signal charge accumulated in the photodiode is transferred through the transfer transistor 29 to the floating node 25. This causes the change in the gate potential of the selector transistor 24 so that the output signal value V signal appears as a section I (t 0 to t 3 ) according to the column selection signal.
즉, 먼저 램프 클럭이 동작하여 다크 상태에 대한 전압값(Vdark)을 한 번 읽어내고, 다음으로 각 픽셀의 신호값을 읽어내기 위하여 트랜스퍼 게이트에 트랜스퍼 게이트 입력신호를 일정시간(t2-t0) 온시킨 다음 픽셀의 출력 신호값인 Vsignal을 읽어 Vsignal과 다크상태의 전압값인 Vdark의 차(Vout=Vsignal-Vdark)를 출력한다.That is, the ramp clock operates to read the voltage value (V dark ) for the dark state once, and then to transfer the transfer gate input signal to the transfer gate for a predetermined time (t 2- t to read the signal value of each pixel). 0 ) It turns on and reads V signal , the output signal value of the pixel, and outputs the difference between V signal and V dark (V out = V signal -V dark ).
이 때, 트랜스퍼 게이트의 입력 신호는 로우상태로서 각 컬럼에 연결되어 있는 센스 앰프(도시되지 않음)에서 읽어낸다.At this time, the input signal of the transfer gate is low and read from a sense amplifier (not shown) connected to each column.
하나의 로우(row)의 값을 읽어낸 뒤에는 리셋 게이트와 트랜스퍼 게이트가 온이 되어 포토다이오드 영역등에 남아있는 전하를 제거한 후 다시 리셋 게이트와 트랜스퍼 게이트를 오프시켜 다음 동작을 준비한다.After reading one row value, the reset gate and the transfer gate are turned on to remove the charges remaining in the photodiode region and the like, and then the reset gate and the transfer gate are turned off to prepare for the next operation.
여기서, 종래의 CMOS 이미지 센서의 구동 방법은 일정시간동안(t2-t0) 트랜스퍼 게이트를 온 시켜 포토다이오드에 축적되어 있는 전하를 플로팅확산영역으로 완전히 이동시킨 후 다시 트랜스퍼 게이트는 오프시켜 신호 레벨을 읽는 것이 특징이다.Here, in the conventional CMOS image sensor driving method, the transfer gate is turned on for a predetermined time (t 2 -t 0 ) to completely transfer the charge accumulated in the photodiode to the floating diffusion region, and then the transfer gate is turned off to turn off the signal level. It is characterized by the reading.
그러나 상기와 같은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 구동 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the driving method of the CMOS image sensor of the prior art as described above has the following problems.
종래의 씨모스 이미지 센서의 구동 방법은 트랜스퍼 게이트를 일정시간 온 시켜 포토다이오드에서 생성되어 축적된 신호 전하들을 한꺼번에 이동시켜 신호 레벨을 측정하기 때문에 컬럼의 센스 앰프를 통하여 읽어내는 순간에 각 픽셀에 들어오는 빛에 의하여 생성된 값까지 읽어낼 수 없어 감도가 떨어지는 문제점이 있다.The conventional method of driving CMOS image sensor is to enter each pixel at the moment of reading through the sense amplifier of the column because the transfer gate is turned on for a certain time and the signal charges generated by the photodiode are moved together and the signal level is measured. There is a problem that the sensitivity is lowered because the value generated by the light cannot be read.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 씨모스 이미지 센서의 구동 방법을 해결하기 위한 것으로, 전하의 트랜스퍼 구간과 리셋 구간이 일정시간 겹치도록 하여 씨모스 이미지 센서의 픽셀 회로가 고감도의 특성을 가지도록 한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve such a conventional method of driving the CMOS image sensor, so that the transfer section and the reset section of the charge overlaps for a predetermined time so that the pixel circuit of the CMOS image sensor has a high sensitivity characteristics It is an object of the present invention to provide a method of driving a Morse image sensor.
도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 픽셀 회로 구성도1 is a block diagram of a pixel circuit of a general CMOS image sensor
도 2는 종래의 씨모스 이미지 센서의 구동 방법을 나타낸 클럭 타이밍도2 is a clock timing diagram illustrating a method of driving a conventional CMOS image sensor.
도 3은 종래의 구동 방법에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀에서 출력되는 출력 파형도3 is an output waveform diagram output from a unit pixel of a CMOS image sensor according to a conventional driving method
도 4는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법을 나타낸 클럭 타이밍도4 is a clock timing diagram illustrating a method of driving a CMOS image sensor according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 구동 방법에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀에서 출력되는 출력 파형도5 is an output waveform diagram output from a unit pixel of a CMOS image sensor according to a driving method according to the present invention;
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법은 트랜스퍼 신호에 의해 포토다이오드 영역의 전하를 플로우팅 영역으로 트랜스퍼하고, 리셋 신호에 의해 플로우팅 영역의 전하를 리셋하는 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로에서 포토다이오드 영역의 전하를 센싱하는 동작을, 전하 축적 구간에서 트랜스퍼 신호는 비활성화하고 리셋 신호는 활성화하여, 이 상태에서 전하 센싱을 위하여 트랜스퍼 신호를 먼저 활성화한 후에 리셋 신호를 비활성화시켜 전하의 트랜스퍼 구간과 리셋 구간이 일정시간 겹치도록하여 데이터 센싱을 위한 기준 신호값(Vref)과 출력 신호값(Vsignal)을 연속하여 읽어내는 것을 특징으로 한다.In the method of driving the CMOS image sensor according to the present invention for achieving the above object is a CMOS for transferring the charge of the photodiode region to the floating region by the transfer signal, and resets the charge of the floating region by the reset signal In the pixel circuit of the image sensor, the charge sensing of the photodiode region is performed. In the charge accumulation period, the transfer signal is deactivated and the reset signal is activated. In this state, the transfer signal is first activated for charge sensing, and then the reset signal is deactivated. It is characterized in that the reference period (V ref ) and the output signal value (V signal ) for data sensing is continuously read so that the transfer period and the reset period of the charge overlap each other.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of driving the CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 일반적인 CMOS 이미지 센서의 픽셀 회로의 구성을 참고하여 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 구동 방법으 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration of the pixel circuit of the general CMOS image sensor shown in Figure 1 as a driving method of the CMOS image sensor according to the present invention will be described.
도 4는 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 구동 방법을 나타낸 클럭 타이밍도이고, 도 5는 본 발명에 의한 CMOS 이미지 센서의 구동 방법에 따른 픽셀 회로의 출력 파형도이다.4 is a clock timing diagram illustrating a method of driving a CMOS image sensor according to the present invention, and FIG. 5 is an output waveform diagram of a pixel circuit according to the method of driving a CMOS image sensor according to the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 트랜스퍼 게이트 입력 신호가 오프 상태인 동안 외부에서 빛이 입사되면 포토다이오드(27) 영역에서는 빛의 양에 비례하여 전하가 발생되고, 이렇게 발생된 전하는 포토다이오드(27) 영역에 모여 축적된다.As shown in FIG. 4, when light is incident from the outside while the transfer gate input signal is in an off state, charge is generated in the photodiode 27 region in proportion to the amount of light, and the generated charge is generated in the photodiode 27. Accumulate in the area.
즉, t0이전의 구간은 전하 축적 구간이 된다.That is, the section before t 0 becomes the charge accumulation section.
그리고 축적된 신호 전하는 트랜스퍼 트랜지스터(29)의 게이트에 트랜스퍼 게이트 입력 신호가 입력되어 턴온(turn-on)되는 순간(t=t0)부터 플로우팅 영역(39)으로 축전된 전하가 트랜스퍼 되기 시작한다.The accumulated signal charge begins to transfer the charge stored in the floating region 39 from the moment t = t 0 at which the transfer gate input signal is input to the gate of the transfer transistor 29 and turned on. .
이 때 온 상태를 유지하고 있던 리셋 게이트 입력신호는 트랜스퍼 게이트가 턴온 되어도 어느 일정한 시간동안은 온상태를 유지하여 기준 전압값(Vref)인 다크 상태의 다크 신호값(Vdark)을 센싱한다.At this time, the reset gate input signal maintained in the on state remains on for a predetermined time even when the transfer gate is turned on to sense the dark signal value V dark in the dark state, which is the reference voltage value V ref .
다시 말하면, 전하가 트랜스퍼 되는 구간과 리셋 되는 구간이 일정시간 동안 겹치게 된다.In other words, the section where the charge is transferred and the section where the reset is overlapped for a predetermined time.
여기서, 전하가 트랜스퍼 되는 구간과 리셋 되는 구간이 겹치는 시간 즉, 트랜스퍼 게이트 입력 신호가 온(t=t0)된 시간 후부터 리셋 게이트 입력신호가 오프되는 시간(t=t1)까지는 15∼30nsec이고, 바람직하게는 20nsec 정도이다.Here, the time when the charge transfer period and the reset period overlap, that is, the time after the transfer gate input signal is on (t = t 0 ) to the time when the reset gate input signal is off (t = t 1 ) is 15 to 30 nsec. Preferably, it is about 20 nsec.
이 때 트랜스퍼 게이트(29) 및 리셋 게이트(21)가 동시에 온 상태가 되어도 포토다이오드(27) 영역에서 발생된 신호 전하가 리셋 게이트(21)를 통해 모두 빠져나가지는 않는다.At this time, even when the transfer gate 29 and the reset gate 21 are turned on at the same time, the signal charges generated in the photodiode 27 region do not all escape through the reset gate 21.
왜냐하면, 아주 짧은 시간(20nsec 정도)동안에 포토다이오드 영역에 축적되어 있던 전하들이 트랜스퍼 게이트(29)를 통해 모두 트랜스퍼 될 수는 없으며, 또한 프로우팅 영역으로 트랜스퍼 된 전하들이 리셋 게이트(21)를 통해 모두 빠져나갈 수도 없어 도 5에 도시된 바와 같이, 이 구간(t1∼t2)동안은 거의 일정한 값을 가지는 기준 신호값(Vref)인 다크신호값(Vdark)을 얻을 수 있다.This is because the charges accumulated in the photodiode region for a very short time (about 20 nsec) cannot be transferred through the transfer gate 29, and the charges transferred to the floating region are all transferred through the reset gate 21. As shown in FIG. 5, the dark signal value V dark , which is a reference signal value V ref having a substantially constant value, can be obtained during this period t 1 to t 2 .
이후에 리셋 게이트 입력 신호를 턴오프시키면 트랜스퍼 게이트(29)를 통해 플로우팅 영역으로 트랜스퍼 된 신호전하가 플로우팅 노드(25)의 신호레벨을 변화시키고 상기 플로팅 노드(25)의 신호레벨의 변화에 의하여 셀렉트 트랜지스터(24)의 게이트 포텐셜을 변화시키게 된다.Subsequently, when the reset gate input signal is turned off, the signal charge transferred to the floating region through the transfer gate 29 changes the signal level of the floating node 25 and changes the signal level of the floating node 25. As a result, the gate potential of the select transistor 24 is changed.
셀렉트 트랜지스터(24)의 게이트 포텐셜 변화는 셀렉트 트랜지스터(24)의 소오스단 또는 액세스 트랜지스터(30)의 드레인 노드의 바이어스를 변화시키고, 이때 액섹스 트랜지스터(30)의 게이트에 컬럼 선택 신호 입력 단자(31)를 통하여 컬럼 선택 신호가 입력되면 포토다이오드 영역의 전하를 센싱하여 출력 신호값(Vsignal)을 출력한다.The change in the gate potential of the select transistor 24 changes the bias of the source terminal of the select transistor 24 or the drain node of the access transistor 30, wherein the column select signal input terminal 31 is applied to the gate of the access transistor 30. When the column selection signal is input through the C1, the charge of the photodiode region is sensed and the output signal value V signal is output.
이 때, 포토다이오드 영역에 축적된 전하가 플로우팅 영역으로 모두 트랜스퍼 되는 순간(t=t2)에 도 5에 도시한 바와 같이 t2의 시간에서 최대 신호 레벨을 얻게 되고, 트랜스퍼 게이트 입력 신호를 턴오프 시킨다.At this time, as shown in FIG. 5, the maximum signal level is obtained at the time t 2 as the charges accumulated in the photodiode region are all transferred to the floating region (t = t 2 ). Turn off.
이후에는 트랜스퍼 트랜지스터(29)가 오프상태로 플로우팅 영역에 트랜스퍼 되어 있는 전하들을 상기와 같은 방법으로 센싱하여 출력 신호값을 얻을 수 있다.Thereafter, the transfer transistor 29 may sense the charges transferred to the floating region in the off state as described above to obtain an output signal value.
이로써, 기준 전압값(Vdark)과 출력 신호값(Vsignal)을 도 5의 Ⅱ구간에서 연속적으로 센싱하여 (Vsignal- Vdark)의 값을 갖는 출력값(Vout)을 얻을 수 있다.As a result, the reference voltage value V dark and the output signal value V signal may be continuously sensed in section II of FIG. 5 to obtain an output value V out having a value of (V signal −V dark ).
이와 같이 포토다이오드(27)의 전하 생성에 의한 신호 레벨을 검출하여 센싱 동작이 끝난 후(t=t3)에 리셋 게이트 입력 신호와 트랜스퍼 게이트 입력 신호를 동시에 턴온시켜(t=t4) 포토다이오드 영역에 남아있는 전하 및 플로우팅 영역에 남아있는 전하들을 리셋 트랜지스터(21)를 통해 전부 리셋시킨다.As described above, after detecting the signal level due to the charge generation of the photodiode 27 and the sensing operation is completed (t = t 3 ), the reset gate input signal and the transfer gate input signal are simultaneously turned on (t = t 4 ). The electric charge remaining in the region and the electric charge remaining in the floating region are reset through the reset transistor 21.
이것은 다음 시간 즉, 동일 영역의 픽셀의 값이 넘어오는 시간 전에 이전의 신호 전하들이 남아 있지 않도록 하기 위해서이다.This is to ensure that the previous signal charges do not remain before the next time, i.e., the time when the value of the pixel of the same area is over.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 구동 방법에 있어서 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method of driving the CMOS image sensor according to the present invention has the following effects.
포토다이오드 영역의 전하들을 센싱하는 동안에 플로우팅 영역으로 트랜스퍼되는 전하의 값을 거의 같은 시간에 읽어내어 플로우팅 영역 표면에서 일어날 수 있는 전자의 재결합 및 여러 가지 원인에 의해 전하들이 소멸되기 전에 신호 전하들의 값을 읽어 낼 수 있어 감도 특성이 향상되는 효과가 있다.During sensing of the charges in the photodiode region, the value of the charge transferred to the floating region is read at about the same time and before the charges disappear due to various recombination of electrons and possible causes at the surface of the floating region. Since the value can be read, the sensitivity characteristic is improved.
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Citations (3)
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| JPH0637969A (en) * | 1992-07-17 | 1994-02-10 | Fuji Xerox Co Ltd | Driving method for image sensor and image sensor |
| US5434519A (en) * | 1994-10-11 | 1995-07-18 | International Business Machines Corporation | Self-resetting CMOS off-chip driver |
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