KR100672674B1 - Method of Driving a CMOS Image Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지 센서의 구동 방법이 제안된다. 시모스 이미지 센서의 픽셀은 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 한 개의 포토 다이오드로 구성된다. 여기서, 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터의 게이트 전압은 외부에서 인가하되, 그 외부 인가 전압의 공급을 부트 스트래핑 방법에 의해 제공하여 보통의 게이트 인가 전압보다 높게 인가될 수 있도록 한다.The present invention proposes a method of driving a CMOS image sensor. The pixel of the CMOS image sensor is composed of a reset transistor, a transfer transistor, a driving transistor, a selection transistor, and a photodiode. Here, the gate voltage of the reset transistor and the transfer transistor is externally applied, but the supply of the externally applied voltage is provided by a bootstrapping method so that the gate voltage of the reset transistor and the transfer transistor can be applied higher than the normal gate applied voltage.
시모스 이미지 센서, 픽셀, 트랜지스터, 포토 다이오드CMOS image sensor, pixel, transistor, photodiode
Description
도 1은 종래 기술에 따른 시모스 이미지 센서의 한 픽셀의 등가 회로 및 타이밍 다이어그램을 보여주는 다이어그램1 is a diagram showing an equivalent circuit and timing diagram of one pixel of a CMOS image sensor according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 한 픽셀의 등가 회로 및 이에 따른 타이밍 다이어그램을 보여주는 다이어그램 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a pixel of the CMOS image sensor according to the present invention, and thus a timing diagram.
도 3은 본 발명 및 종래 기술에 따른 픽셀의 리드 아웃 파형을 비교하는 다이어그램3 is a diagram comparing the readout waveform of a pixel in accordance with the present invention and the prior art;
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 리셋(Reset) 트랜지스터 12 : 전송 (Transfer) 트랜지스터11: Reset Transistor 12: Transfer Transistor
13 : 구동(drive) 트랜지스터 14 : 선택(selection) 트랜지스터13
15 : 포토 다이오드(photodiode) 15 photodiode
본 발명은 시모스 이미지 센서의 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a CMOS image sensor.
도 1은 종래 기술에 따른 시모스 이미지 센서의 한 픽셀의 등가 회로 및 타이밍 다이어그램을 보여주는 다이어그램이다.1 is a diagram showing an equivalent circuit and timing diagram of one pixel of a CMOS image sensor according to the prior art.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래 시모스 이미지 센서의 한 픽셀은 4개의 트랜지스터들(transistor)로 구성된 리드 아웃(read-out) 회로를 갖는다. As shown in FIG. 1, one pixel of a conventional CMOS image sensor has a read-out circuit composed of four transistors.
도 1에서, 상기 종래 시모스(CMOS) 형 이미지 센서(image sensor)의 한 픽셀(Pixel)은 4개의 트랜지스터(transistor)들, 즉 리셋(Reset) 트랜지스터(1), 전송 (Transfer) 트랜지스터(2), 구동(drive) 트랜지스터(3), 그리고 선택(selection) 트랜지스터(4)와 1개의 포토 다이오드(photodiode)(5)로 구성된다. In FIG. 1, one pixel of the conventional CMOS image sensor includes four transistors, that is, a reset transistor 1 and a transfer transistor 2. , A
전술한 바와 같이, 상기 4개의 트랜지스터(transistor)(1-4)의 게이트(gate) 전압은 외부에서 인가되거나 또는 내부에서 인가된다. As described above, the gate voltages of the four transistors 1-4 are applied externally or internally.
그러나, 상기 리셋(reset) 트랜지스터(1)와 상기 전송 트랜지스터(transfer transistor)(2)의 게이트 전압을 외부에서 인가할 때, 상기 도 1의 회로 구조에 따르면, 상기 리셋 트랜지스터(Reset transistor)(1)와, 상기 전송 트랜지스터(transfer transistor)(2)의 문턱 전압(threshold voltage)에 의해 발생하는 전압 강하에 의해 도 1에 나타낸 플로팅 확산 지점(floating diffusion: FD)에서의 전압 범위가 낮게 되어, 실제 제공되는 외부 또는 내부 전원 전압에 비해 상기 플로팅 확산 지점(FD: floating diffusion)및 그 후단의 소스 폴로워(source follower)를 통해 나타나는 전압(VDL)은 많이 떨어져, 밖으로 읽어내는 신호의 다이내믹 영역(dynamic range)을 손해보게 된다.However, when the gate voltages of the reset transistor 1 and the transfer transistor 2 are externally applied, according to the circuit structure of FIG. 1, the reset transistor 1 ) And the voltage drop generated by the threshold voltage of the transfer transistor 2 lowers the voltage range at the floating diffusion FD shown in FIG. Compared to the external or internal supply voltage provided, the voltage VDL that appears through the floating diffusion (FD) and its source follower is farther apart, so that the dynamic range of the signal read out range).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)의 전원 전압을 올리지 않고 신호의 동작 범위를 넓혀 서 시모스 이미지 센서의 다이내믹 영역을 넓힐 수 있는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)의 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the CMOS image sensor (CMOS) can widen the dynamic range of the CMOS image sensor by increasing the operating range of the signal without raising the power supply voltage of the CMOS image sensor. The purpose is to provide a method of driving an image sensor).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 의하면, 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)의 구동 방법은 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 한 개의 포토 다이오드로 구성된 시모스 이미지 센서의 픽셀에 있어서, 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터의 게이트 전압을 외부에서 인가하되, 그 외부 인가 전압의 공급 을 부트 스트래핑 방법에 의해 제공하여 보통의 게이트 인가 전압보다 높게 인가할 수 있도록 한다.According to one embodiment of the present invention for achieving the above object, a method of driving a CMOS image sensor includes a pixel of a CMOS image sensor composed of a reset transistor, a transfer transistor, a driving transistor, a selection transistor, and a photodiode. In this case, the gate voltages of the reset transistors and the transfer transistors are applied externally, and the supply of the externally applied voltages is provided by the bootstrapping method so that the gate voltages of the reset transistors and the transfer transistors are higher than the normal gate applied voltages.
바람직하게, 상기 리셋 트랜지스터(reset transistor) 및 전송 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트(gate) 전압은 수직 스캐닝 회로(vertical scanning circuit)에서 부트스트래핑 회로(bootstrapping circuit)를 사용하여 인가함으로서, 실제 외부에서 전원 전압을 높이지 않고도 상기 리셋 트랜지스터(reset transistor) 및 전송 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트(gate) 전압을 높인다.Preferably, the gate voltages of the reset transistor and the transfer transistor are applied by using a bootstrapping circuit in a vertical scanning circuit, so that power is actually supplied from an external source. The gate voltage of the reset transistor and the transfer transistor is increased without increasing the voltage.
이하에서, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 시모스 이미지 센서의 한 픽셀의 등가 회로 및 이에 따른 타이밍 다이어그램을 보여주는 다이어그램이다. 도 3은 본 발명 및 종래 기술에 따른 픽셀의 리드 아웃 파형을 비교하는 다이어그램이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a pixel of the CMOS image sensor according to the present invention and thus a timing diagram. 3 is a diagram comparing the readout waveform of a pixel according to the present invention and prior art.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전술한 종래 픽셀과 동일하게 본 발명에 따른 시 모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)는 광 신호로부터 전기적인 신호로 신호를 변환한 각 픽셀(또는 화소)로부터 신호를 읽어내기(read out) 위해서 상기 픽셀(pixel) 주변부에 구동 회로(driving circuit)들이 형성되는데, 상기 각 픽셀(화소)은 1개의 포토 다이오드(photodiode) 및 4 개의 트랜지스터들(transistors)로 구성된다. As shown in Fig. 2, the CMOS image sensor according to the present invention reads out a signal from each pixel (or pixel) that converts a signal from an optical signal to an electrical signal, as in the above-described conventional pixel. Driving circuits are formed in the periphery of the pixel to read out, each pixel consisting of one photodiode and four transistors.
본 발명에서는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)의 전원 전압을 올리지 않고 신호의 다이내믹 동작 범위를 넓히기 위한 방법을 제공하고자 한다. 따라서, 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)의 다이내믹 영역(dynamic range)를 높이고자 한다. 즉, 상기 시모스 이미지 센서는 리셋(Reset) 트랜지스터(11), 전송 (Transfer) 트랜지스터(12), 구동(drive) 트랜지스터(13), 그리고 선택(selection) 트랜지스터(14)와 1개의 포토 다이오드(photodiode)(15)로 구성된다. An object of the present invention is to provide a method for extending a dynamic range of a signal without raising a power supply voltage of a CMOS image sensor. Therefore, it is intended to increase the dynamic range of the CMOS image sensor. That is, the CMOS image sensor includes a
즉, 도 2에 나타낸 것과 같이 4개의 리드 아웃 트랜지스터(read-out transistor)들을 사용하는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)에 있어서, 상기 리셋 트랜지스터(reset transistor)(11)와, 상기 전송 트랜지스터(transfer transistor)(12)에 인가되는 게이트(gate) 전압을 수직 스캐닝 회로(vertical scanning circuit)(도시 되지 않음)에서 부트스트래핑 회로(bootstrapping circuit) 사용에 의해, 실제 외부에서 전원 전압을 높이지 않고도 상기 리셋 트랜지스터(reset transistor)(11) 및 전송 트랜지스터(transfer transistor)(12)의 게이트(gate) 전압을 높인다. That is, in the CMOS image sensor using four read-out transistors as shown in FIG. 2, the
이에 따라, 상기 리셋 트랜지스터(reset transistor)(11)나 상기 전송 트랜지스터(transfer transistor)(12)의 문턱 전압 손실(threshold voltage loss)에 의 한 전압 강하를 방지하여 상기 플로팅 확산 영역(FD: floating diffusion)에서의 전압을 높여 결국 신호 전압의 스윙(swing)을 높인다. Accordingly, a voltage drop caused by a threshold voltage loss of the
따라서, 상기 시모스 이미지 센서의 다이내믹 영역(dynamic range)를 높이거나 또는 상기 포토다이오드(photodiode)(15)의 지역에 잔류하는 잔류 전하에 따른 이미지 래그 현상(image lag)을 최소화시킨다.Therefore, the dynamic range of the CMOS image sensor is increased or the image lag due to the residual charge remaining in the region of the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 도 2에 나타낸 상기 플로팅 확산(floating diffusion)의 동작 전압을 올릴 수 있어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 낮은 전압 방향으로 데이터 라인 상의 전압 스윙(swing) 폭을 넓힐 수 있게 된다. 따라서, 그만큼 전원 공급 전압을 낮출 수도 있고, 넓어진 만큼 추가 신호의 사용이 가능하게 된다. As described above, according to the present invention, the operating voltage of the floating diffusion shown in Fig. 2 can be raised, and as shown in Fig. 3, the voltage swing width on the data line in the low voltage direction is increased. It can be widened. Therefore, the power supply voltage can be lowered by that much, and the use of additional signals can be made as wider.
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