KR100691190B1 - Image Censor Array - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서의 증폭기 및 이득 차이에 의해서 나타나는 고정 패턴 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있는 이미지 센서 어레이에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이는, 포토다이오드와, 상기 포토 다이오드에 연결되어 소스 팔로워로 동작하는 드라이브 트랜지스터와, 상기 드라이브 트랜지스터와 직렬로 연결되어 선택신호를 인가받으면 턴온되어 상기 드라이브 트랜지스터를 동작시키는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 다수의 이미지 센서; 및 상기 다수의 이미지 센서에 공통으로 연결되고, 각 이미지 센서의 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터와 차동 결합되며 상기 선택신호에 동기한 스위칭제어신호가 인가되는 공통 입력단을 포함하여, 상기 다수 이미지 센서중 선택신호가 인가된 이미지센서의 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터를 제1입력단으로, 상기 공통 입력단을 제2입력단으로 하는 연산증폭기를 구성하는 공통 출력부를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to an image sensor array capable of effectively reducing fixed pattern noise caused by an amplifier and a gain difference of an image sensor. The image sensor array according to the present invention is connected to a photodiode and the photodiode, and is connected to a source follower. A plurality of image sensors including a drive transistor configured to be connected to the drive transistor, and a select transistor connected in series with the drive transistor to receive a selection signal and operating the drive transistor; And a common input terminal commonly connected to the plurality of image sensors, differentially coupled to a drive transistor and a select transistor of each image sensor, and having a switching control signal applied in synchronization with the selection signal. And a common output unit constituting an operational amplifier including the drive transistor and the select transistor of the image sensor to which the first input terminal is applied, and the common input terminal as the second input terminal.
이미지 센서, CIS, 고정 패턴 노이즈(FPN), 연산증폭기, 버퍼, 오프셋 Image Sensor, CIS, Fixed Pattern Noise (FPN), Operational Amplifiers, Buffers, Offsets
Description
도 1은 이미지 센싱을 위한 픽셀 어레이 및 그 주변 장치를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating a pixel array and a peripheral device for image sensing.
도 2는 종래의 픽셀 이미지 센서의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a conventional pixel image sensor.
도 3은 종래의 다른 픽셀 이미지 센서의 회로도이다.3 is a circuit diagram of another conventional pixel image sensor.
도 4는 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이의 회로도이다.4 is a circuit diagram of an image sensor array according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이의 다른 회로도이다.5 is another circuit diagram of an image sensor array according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100a, 100b: 이미지 센서 200: 공통 출력부100a, 100b: image sensor 200: common output
PD: 포토 다이오드 M1: 리셋 트랜지스터PD: photodiode M1: reset transistor
M2: 드라이브 트랜지스터 M3: 셀렉트 트랜지스터M2: Drive Transistor M3: Select Transistor
M4, M5, M8: 제1~제3 PMOS 트랜지스터M4, M5, M8: first to third PMOS transistors
M6, M7: 제1,2 NMOS 트랜지스터M6, M7: first and second NMOS transistors
I1, I2: 전류 소스(current source)I1, I2: current source
본 발명은 이미지 센서 어레이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정 패턴 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있는 이미지 센서 어레이에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor array, and more particularly to an image sensor array capable of effectively reducing fixed pattern noise.
이미지 센서는 빛이 컬러 필터를 통해 광 도전체로 들어오면 빛의 파장과 세기에 따라서 광 도전체에서 발생하는 전자-정공이 가변되고, 이를 신호 처리 가능한 레벨의 전압신호로 출력하는 소자이다. 이미지센서는 방식에 따라서 CCD(Charge Coupled Device)형 이미지센서와 CMOS형 이미지센서로 구분된다.The image sensor is an element that outputs a voltage signal at a level capable of signal processing when electrons and holes generated in the photoconductor vary according to the wavelength and intensity of light when the light enters the photoconductor through the color filter. Image sensors are classified into CCD (Charge Coupled Device) image sensors and CMOS image sensors.
CCD형 이미지 센서는 수광부에서 발생한 전자를 CCD를 이용하여 전달하여 마지막단에서 전압형태로 변환하기 때문에 노이즈 특성은 우수하지만 고가이며, 고화질 디지털 카메라 및 캠코더에 주로 사용된다.CCD type image sensor transfers electrons generated from the light receiving part and converts them into voltage form at the last stage.
CMOS 이미지센서는 각각의 수광부에서 발생한 전자를 전압으로 변환하고 이를 마지막 단까지 전달하는 방식으로, 신호가 약하고 잡음이 유입될 경로가 많다는 단점이 있으나, 최근 반도체 공정 기술이 발달하면서, CDS(Correlated Double Sampling) 방식을 사용하여 잡음을 감소시킬 수 있는 방법이 개발되면서, 디지털 카메라, 카메라 기능을 갖는 모바일 폰, PC 카메라 등, 그 사용범위가 확대되고 있다.CMOS image sensor converts electrons generated from each light receiver into voltage and transfers them to the last stage. However, the CMOS image sensor has a weak signal and a lot of paths for noise. However, with the development of semiconductor process technology, CDS (Correlated Double) As a method of reducing noise by using a sampling method has been developed, the use range of digital cameras, mobile phones with camera functions, and PC cameras is expanding.
보통 이미지 센서는 단위 화소로 사용되며, 소정 규격의 이미지를 얻기 위해서는 다수의 이미지 센서를 소정의 열과 행으로 배치된 이미지 센서 어레이가 사용된다.In general, an image sensor is used as a unit pixel, and an image sensor array in which a plurality of image sensors are arranged in predetermined columns and rows is used to obtain an image of a predetermined standard.
도 1은 카메라 등에 구현되는 픽셀 어레이 및 그 주변 장치를 나타낸 것으로서, 다수의 이미지 센서가 행렬로 배치되어 리셋 신호에 의해 동시에 리셋하는 픽셀 어레이(10)를 구성하고, 열 선택신호와 전달 신호에 따라서 상기 픽셀 어레이(10)의 이미지 센서를 열(row) 단위로 활성화하는 열 디코더(11)와, 상기 열 디코더(11)에 의해 활성화된 픽셀 어레이(10)의 각 이미지센서에서 발생한 전압을 행 단위로 샘플링하여 출력하는 행 샘플링 회로 및 멀티플렉서(12)와, 상기 행 샘플링 회로 및 멀티플렉서(12)로부터 출력된 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(14)와, 정해진 순서에 따라서 상기 열 디코더(11) 및 행 샘플링 회로 및 멀티플렉서(12)를 제어하는 카운터(13)로 이루어진다.1 illustrates a pixel array implemented in a camera or the like and a peripheral device thereof, and includes a pixel array 10 in which a plurality of image sensors are arranged in a matrix and simultaneously reset by a reset signal, and according to a column selection signal and a transfer signal. The
상기 픽셀 어레이(10)에 있어서, 동일한 행에 속하는 이미지 센서의 출력라인은 공통으로 연결되어 상기 행 샘플링 회로 및 멀티플렉서(12)에 연결되어, 상기 열 디코더(11)의 동작에 의해 선택된 열의 이미지센서에서 발생한 전압이 행 샘플링 회로 및 멀티플렉서(12)를 거쳐 출력된다.In the pixel array 10, output lines of image sensors belonging to the same row are connected in common and connected to the row sampling circuit and the
그리고, 상기 픽셀 어레이(10)에 구비되는 각 이미지 센서는 도 2 또는 도 3과 같이 구성된다.Each image sensor included in the pixel array 10 is configured as shown in FIG. 2 or 3.
도 2에 보인 이미지센서는, 빛에 반응하여 용량 값이 변화되는 포토 다이오드(PD)와, 리셋 신호에 의해 상기 포토 다이오드(PD)를 리셋시켜 다음 판독 처리를 가능케하는 리셋 트랜지스터(M1)와, 상기 포토 다이오드(PD)에 저장된 전기신호에 의하여 소스 팔로워 (source follower)로 동작하는 드라이브 트랜지스터(M2)와, 열 선택신호에 따라서 동작하여 상기 드라이브 트랜지스터(M2)에서 생성된 전압을 출 력시키는 셀렉트 트랜지스터(M3)를 포함한다.The image sensor shown in FIG. 2 includes a photodiode PD whose capacitance is changed in response to light, a reset transistor M1 for resetting the photodiode PD by a reset signal to enable the next read processing, A drive transistor M2 operating as a source follower by an electrical signal stored in the photodiode PD and a selector operating in response to a column selection signal to output a voltage generated by the drive transistor M2. The transistor M3 is included.
즉, 리셋 신호(Rx)를 인가하여 리셋 트랜지스터(M1)가 일정 시간 동안 온 되면, 수광된 빛의 파장이나 세기에 비례한 량의 전류가 포토 다이오드(PD)에서 발생하고, 열 선택신호(S)에 의해 턴 온하는 셀렉트 트랜지스터(M3)에 의해서 상기 드라이브 트랜지스터(M2)에 의해 전압 신호로 변환되어 출력되어 상기 도 1의 행 샘플링 회로 및 멀티플렉서(12)로 출력된다. 상기 도 2에 보인 이미지 센서는 3개의 CMOS 트랜지스터만으로 구현되기 때문에 보통 3TR 이미지 센서라 한다. That is, when the reset transistor M1 is turned on for a predetermined time by applying the reset signal Rx, an amount of current in proportion to the wavelength or intensity of the received light is generated in the photodiode PD and the column select signal S Is converted into a voltage signal by the drive transistor M2 and output to the row sampling circuit and the
이때, 상기 포토다이오드(PD)와 드라이브 트랜지스터(M2)의 사이에 전달 신호에 따라서 포토 다이오드(PD)에 저장된 전기신호를 증폭하여 드라이브 트랜지스터(M2)로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 4개의 CMOS 트랜지스터가 이용되므로 4TR 이미지 센서라 한다. In this case, the photodiode may further include a transfer transistor between the photodiode PD and the drive transistor M2 to amplify an electric signal stored in the photodiode PD and transmit the amplified electric signal to the drive transistor M2. In this case, since four CMOS transistors are used, it is called a 4TR image sensor.
상기 픽셀 어레이는 사이즈를 줄이기 위해서 상술한 3TR 혹은 4TR 이미지 센서가 주로 사용되지만, 이외에도 여러 구조의 이미지 센서가 제안되었다.In order to reduce the size of the pixel array, the above-described 3TR or 4TR image sensor is mainly used, but image sensors having various structures have been proposed.
도 3은 다른 구조의 이미지센서로서, 상기 도 2의 이미지센서의 드라이브 트랜지스터(M2) 대신에 연산증폭기(OP1)을 이용한 것으로서, 빛에 반응하여 용량 값이 변화되는 포토 다이오드(PD)와, 리셋 신호에 의해 상기 포토 다이오드(PD)를 리셋시켜 다음 판독 처리가 가능하도록 하는 리셋 트랜지스터(M1)와, 상기 포토 다이오드(PD)에 생성된 전하를 증폭하여 전압신호로 변환하기 위한 연산증폭기(OP1)과, 열 선택신호에 따라서 동작하여 연산증폭기(OP1)로부터 전압신호가 출력되도록 하는 셀렉트 트랜지스터(M3)로 이루어진다.3 is an image sensor having another structure, in which an operational amplifier OP1 is used instead of the drive transistor M2 of the image sensor of FIG. 2, and a photo diode PD whose capacitance is changed in response to light, and a reset A reset transistor M1 for resetting the photodiode PD by a signal to enable next read processing, and an operational amplifier OP1 for amplifying and converting the charge generated in the photodiode PD into a voltage signal. And a select transistor M3 which operates in accordance with the column selection signal to output a voltage signal from the operational amplifier OP1.
그런데, 상술한 구조의 이미지 센서를 이용하여 픽셀 어레이를 구현하는 경우, 각각의 이미지센서 간에 공정 편차가 발생할 수 있기 때문에, 공정 산포에 기인하는 고정 패턴 노이즈 (Fixed Pattern Noise, 이하 FPN이라 함)를 유발시킨다.However, when the pixel array is implemented using the image sensor having the above-described structure, since the process deviation may occur between the respective image sensors, fixed pattern noise (hereinafter referred to as FPN) due to process dispersion may be Cause.
FPN은 디바이스에 기인한 출력 값의 변동 및 이미지 센서를 가로지르는 상호 접속 부정합(mismatch)에 의해 초래된 가시적인 결합으로서, FPN의 가장 주요한 요인은 증폭기들 간의 오프셋 및 이득 차이이다.The FPN is a visible combination caused by variations in output values due to the device and interconnect mismatch across the image sensor, the main factor of which is the offset and gain difference between the amplifiers.
이러한 FPN을 감소시키기 위해서, 기존에는 도 1의 아날로그-디지털 변환기로부터 출력된 디지털 영상 데이터를 이미지 프로세싱에 의하여 처리하거나, 이미지 센서 어레이의 컬럼 신호 출력단 측에 별도의 노이즈 제거 회로를 구비시키고 있으나, 이러한 기존의 방식의 별도의 추가 구성이 증가한다는 문제점이 있으며, 효과적인 노이즈 감소 효과를 얻기 어려웠다. In order to reduce the FPN, conventionally, digital image data output from the analog-to-digital converter of FIG. 1 is processed by image processing, or a separate noise removing circuit is provided on the column signal output side of the image sensor array. There is a problem that an additional additional configuration of the conventional method is increased, and it is difficult to obtain an effective noise reduction effect.
더불어, 기존에 사용되는 CDS(Correlated Doubled Sampling) 방식은 오프셋 차이에 의한 FPN을 줄일 수 있으나, 센서간의 이득 차이에 의한 FPN은 줄일 수 없다.In addition, the conventional CDS (Correlated Double Sampling) method can reduce the FPN due to the offset difference, but can not reduce the FPN due to the gain difference between the sensors.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 이미지 센서의 증폭기 및 이득 차이에 의해서 나타나는 고정 패턴 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있는 이미지 센서 어레이를 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide an image sensor array capable of effectively reducing the fixed pattern noise caused by the amplifier and gain difference of the image sensor.
상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이는, 포토다이오드와, 상기 포토 다이오드에 연결되어 소스 팔로워로 동작하는 드라이브 트랜지스터와, 상기 드라이브 트랜지스터와 직렬로 연결되어 선택신호를 인가받으면 턴온되어 상기 드라이브 트랜지스터를 동작시키는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 다수의 이미지 센서; 및 상기 다수의 이미지 센서에 공통으로 연결되고, 각 이미지 센서의 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터와 차동 결합되며 상기 선택신호에 동기한 스위칭제어신호가 인가되는 공통 입력단을 포함하여, 상기 다수 이미지 센서중 선택신호가 인가된 이미지센서의 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터를 제1입력단으로, 상기 공통 입력단을 제2입력단으로 하는 연산증폭기를 구성하는 공통 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.As a construction means for achieving the above object, an image sensor array according to the present invention, a photodiode, a drive transistor connected to the photodiode to operate as a source follower, and connected in series with the drive transistor to select a selection signal A plurality of image sensors including a select transistor that is turned on when applied to operate the drive transistor; And a common input terminal commonly connected to the plurality of image sensors, differentially coupled to a drive transistor and a select transistor of each image sensor, and having a switching control signal applied in synchronization with the selection signal. And a common output unit constituting an operational amplifier including the drive transistor and the select transistor of the image sensor to which the first input terminal is applied, and the common input terminal as the second input terminal.
또한, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이에 있어서, 상기 공통 출력부는, 상기 다수 이미지 센서의 각 드라이브 트랜지스터와 전원단 사이에 구비되는 제1 PMOS 트랜지스터; 자신의 게이트가 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트 및 자신의 드레인에 동시에 연결되는 상기 제2 PMOS 트랜지스터; 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인에 직렬로 연결되는 제1 NMOS 트랜지스터; 상기 제1NMOS 트랜지스터의 드레인에 직렬로 연결되고 게이트로 제어신호(S/W 신호)가 입력되는 제2 NMOS 트랜지스터; 상기 제2 NMOS 트랜지스터(M7)의 드레인과 각 이미지 센서의 셀렉트 트랜지스터에 공통으로 연결되는 제1 전류 소스; 상기 드라이브 트랜지스터와 제1 PMOS 트랜지스터의 접점에 게이트가 연결되고, 전원단에 소스가 연결되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트와 드레인이 연결되는 제3 PMOS 트랜지스터; 및 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 드레인과 접지 사이에 구비되는 제2 전류 소스를 포함하고, 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 드레인이 이미지 센서 어레이의 출력단(OUT)으로 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the image sensor array according to the present invention, the common output unit may include: a first PMOS transistor provided between each drive transistor and a power supply terminal of the plurality of image sensors; The second PMOS transistor whose gate is simultaneously connected to the gate of the first PMOS transistor and its drain; A first NMOS transistor connected in series with the drain of the second PMOS transistor; A second NMOS transistor connected in series with a drain of the first NMOS transistor and receiving a control signal (S / W signal) through a gate; A first current source commonly connected to the drain of the second NMOS transistor M7 and the select transistor of each image sensor; A third PMOS transistor having a gate connected to a contact point of the drive transistor and a first PMOS transistor, a source connected to a power supply terminal, and a gate and a drain of the first NMOS transistor connected; And a second current source provided between the drain of the third PMOS transistor and the ground, wherein the drain of the third PMOS transistor is connected to an output terminal OUT of the image sensor array.
더하여, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이에 있어서, 상기 공통 출력부는 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 드레인과 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트 사이에 피드백단을 더 구비하여, 출력신호의 이득 및 스케일을 조정할 수 있다.In addition, in the image sensor array according to the present invention, the common output unit may further include a feedback terminal between the drain of the third PMOS transistor and the gate of the first NMOS transistor to adjust the gain and scale of the output signal.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이에 대하여 설명한다.Hereinafter, an image sensor array according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이의 구성을 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram showing the configuration of an image sensor array according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이는, 복수의 트랜지스터를 통해 수광부에서 발생한 전자를 전압으로 변환하여 출력단으로 전달하는 다수의 이미지 센서(100a, 100b)와, 상기 각 이미지 센서(100a, 100b)의 출력단에 공통으로 연결되며 상기 각 이미지 센서(100a, 100b)에 구비된 복수의 트랜지스터와 결합하여 연산증폭회로를 구성하는 공통 출력부(200)로 이루어진다.Referring to FIG. 4, an image sensor array according to the present invention includes a plurality of
상기 다수의 이미지 센서(100a, 100b)는 일반적으로 사용되고 있는 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)로서, 가장 기본적인 3TR 구조뿐만 아니라 4TR 구조 및 상기 3TR, 4TR 구조를 개선한 어떠한 이미지 센서라도 사용가능하다.The plurality of
더 구체적으로 설명하면, 각 이미지 센서(100a, 100b)는 빛에 반응하여 전자 가 생성되는 포토 다이오드(PD)와, 리셋 신호에 의해 상기 포토 다이오드(PD)를 리셋시켜 다음 판독 처리를 할 수 있게 하는 리셋 트랜지스터(M1)와, 소스 팔로워 (source follower)로 동작하여 상기 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 전압 신호로 출력하는 드라이브 트랜지스터(M2)와, 선택신호에 따라서 동작하여 상기 드라이브 트랜지스터(M2)에서 생성된 전압을 출력하는 셀렉트 트랜지스터(M3)를 포함한다.In more detail, each of the
이외에, 이미지 센서(100a, 100b)는 센서의 성능 향상을 위하여, 상기 포토다이오드(PD)와 드라이브 트랜지스터(M2)의 사이에 전달 신호에 따라서 포토 다이오드(PD)에 저장된 전기신호를 증폭하여 드라이브 트랜지스터(M2)로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터, 및/또는 센서의 다이내믹 레인지를 확장하기 위해 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 드라이브 트랜지스터(M2)의 사이에 구비되어 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하를 전달받아 저장하는 플로팅 디퓨전(FD)을 더 포함할 수 있으며, 그 외에 다른 소자들도 더 구비될 수 있다. 이때, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이에 구비되는 이미지 센서는, 포토 다이오드(PD)와, 드라이브 트랜지스터(M2)와, 셀렉트 트랜지스터(M3)는 반드시 구비하고 있어야 한다.In addition, the
공통 출력부(200)는 상기 다수의 이미지 센서(100a, 100b)의 출력측에 공통으로 연결되는 것으로서, 상기 이미지 센서(100a, 100b) 내에 구비된 일부 CMOS 트랜지스터들, 즉, 전압 신호를 출력하기 위한 드라이브 트랜지스터(M2) 및 셀렉트 트랜지스터(M3)와 결합하여 연산증폭회로를 구현하게 된다.The
더 구체적으로 상기 공통 출력부(200)는, 상기 다수 이미지 센서(100a, 100b)의 드라이브 트랜지스터(M2)와 전원단(Vdd) 사이에 구비되는 제1 PMOS 트랜지스터(M4)와, 자신의 게이트가 상기 제1 PMOS 트랜지스터(M4)의 게이트 및 자신의 드레인에 동시에 연결되는 상기 제2 PMOS 트랜지스터(M5)와, 상기 제2 PMOS 트랜지스터(M5)의 드레인에 직렬로 연결되는 제1 NMOS 트랜지스터(M6)와, 상기 제1NMOS 트랜지스터의 드레인에 직렬로 연결되고 게이트로 상기 제어신호(S/W 신호)가 입력되는 제2 NMOS 트랜지스터(M7)와, 상기 제2 NMOS 트랜지스터(M7)의 드레인과 각 이미지 센서(100a, 100b)의 셀렉트 트랜지스터(M3)에 공통으로 연결되는 제1 전류 소스(I1)와, 상기 드라이브 트랜지스터(M2)와 제1 PMOS 트랜지스터(M4)의 접점에 게이트가 연결되고 전원단에 소스단이 연결되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터(M6)의 게이트와 드레인이 연결되는 제3 PMOS 트랜지스터(M8)와, 상기 제3 PMOS 트랜지스터(M8)의 드레인과 접지 사이에 구비되는 제2 전류 소스(I2)를 포함하며, 상기 제3 PMOS 트랜지스터(M8)의 드레인이 이미지 센서 어레이의 출력단(OUT)으로 연결된다.More specifically, the
상술한 공통 출력부(200)에 구비된 제1~제3 PMOS 트랜지스터(M4, M5, M8)와 제1,2 NMOS 트랜지스터(M6, M7) 및 제1,2 전류 소스(I1, I2)는 각 이미지 센서(100a, 100b)의 드라이브 트랜지스터(M2) 및 셀렉트 트랜지스터(M3)와 결합하여, 연산증폭기(Operational Amplifier)를 구성한다. 상기 구성된 연산증폭기는 버퍼로서 동작하여 상기 드라이브 트랜지스터(M2)로부터 발생한 전압을 출력단(OUT)으로 전달한다.The first to third PMOS transistors M4, M5, and M8, the first and second NMOS transistors M6 and M7, and the first and second current sources I1 and I2 included in the
이때, 공정 산포에 의해 발생하는 고정 패턴 노이즈 (FPN)는 해당 이미지 센서(100a, 100b)의 드라이브 트랜지스터(M1) 및 셀렉트 트랜지스터(M3)와, 상기 공 통 출력부(200)의 제1,2 NMOS 트랜지스터(M6,M7)의 부정합(mismatch)에 의해 발생되는 오프셋 크기로 나타나며, 이러한 오프셋 크기는 상기 제1~제3 PMOS 트랜지스터(M4, M5, M8), 제1,2 NMOS 트랜지스터(M6, M7), 제1,2 전류 소스(I1, I2), 드라이브 트랜지스터(M2) 및 셀렉트 트랜지스터(M3)에 의해 구현된 연산증폭기의 이득에 반비례하므로, CMOS 트랜지스터들 간의 부정합에 의한 효과가 매우 작아지게 되며, 결국 출력단(OUT)에서 나타나는 고정 패턴 노이즈의 감소 효과를 얻을 수 있게 된다.In this case, the fixed pattern noise FPN generated by the process dispersion includes the drive transistors M1 and the select transistor M3 of the
이러한 작용은 이하에서 설명될 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이의 작용으로부터 더 쉽게 이해될 수 있다.This action can be more readily understood from the action of the image sensor array according to the invention which will be described below.
본 발명에 의한 이미지 센서 어레이에 있어서, 다수의 이미지 센서(100a, 100b)들은 각각 입력되는 선택신호(S1~Sn)에 따라서 센싱 전압을 발생시키는데, 이때, 각 이미지 센서(100a, 100b)들의 선택신호(S1~Sn)는 소정 순서에 따라서 인가되어, 일정 간격으로 선택된 한 이미지 센서(100a, 100b)에서 센싱 전압이 발생한다. 이에, 상기 공통 출력부(200)는 한번에 하나의 이미지 센서(100a, 100b)와 전기적으로 결합한다.In the image sensor array according to the present invention, the plurality of
더불어, 상기 공통 출력부(200)의 제2 NMOS 트랜지스터(M7)의 게이트로 인가되는 제어신호(S/W)는 상기 이미지 센서(100a, 100b)들의 선택 신호(S1~Sn)들이 발생될 때마다 동시에 인가되어, 상기 제2 NMOS 트랜지스터(M7)을 온 시킨다.In addition, the control signal S / W applied to the gate of the second NMOS transistor M7 of the
참고로, 상기 다수 이미지 센서(100a, 100b)의 리셋 신호(R)는 동시에 인가 되는 것으로서, 다수 이미지 센서(100a, 100b)의 센싱 전압을 모두 출력한 후 인가되어, 다음 센싱 전압의 출력을 준비하기 위한 것이다.For reference, the reset signals R of the plurality of
따라서, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이는, 리셋 신호(R)가 인가되어 각 이미지 센서(100a, 100b)들의 리셋 트랜지스터(M1)가 일정 시간 동안 온 된 후, 포토 다이오드(PD)에서 입사된 빛에 반응하여 전하가 생성되고, 이는 셀렉트 신호(S1~Sn)가 인가되는 경우 드라이브 트랜지스터(M2)를 통해 전압 형태로 변환되어 출력된다.Therefore, in the image sensor array according to the present invention, the light incident on the photodiode PD after the reset signal R is applied and the reset transistors M1 of the
따라서, 셀렉트 신호(S1)가 온 된 경우, 해당하는 이미지센서(100a)의 드라이브 트랜지스터(M2)와 셀렉트 트랜지스터(M3)와 공통 출력부(200)의 회로가 결합하여 연산 증폭기를 구성하며, 따라서, 상기 이미지 센서(100a)의 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하는 상기 이미지센서(100a)의 드라이브 트랜지스터(M2)와 셀렉트 트랜지스터(M3)와 공통 출력부(200)의 회로로 구현된 연산증폭기의 이득에 대응하는 전압신호로 변환되어 출력단(OUT)으로 전달된다.Therefore, when the select signal S1 is turned on, the circuits of the drive transistor M2 and the select transistor M3 of the
마찬가지로, 셀렉트 신호(Sn)가 온 된 경우, 해당하는 이미지 센서(100b)의 드라이브 트랜지스터(M2)와 셀렉트 트랜지스터(M3)와 공통 출력부(200)의 회로가 결합하여 연산 증폭기를 구성하며, 따라서, 상기 이미지 센서(100a)의 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하는 상기 이미지센서(100b)의 드라이브 트랜지스터(M2)와 셀렉트 트랜지스터(M3)와 공통 출력부(200)의 회로로 구현된 연산증폭기의 이득에 대응하는 전압신호로 변환되어 출력단(OUT)으로 전달된다.Similarly, when the select signal Sn is turned on, a circuit of the drive transistor M2 and the select transistor M3 of the
상기에서, 서로 다른 이미지 센서(100a)(100b)의 공정 산포에 기인한 FPN은 드라이브 트랜지스터(M2) 및 셀렉트 트랜지스터(M3)와, 공통 출력단(200)의 제1,2 NMOS 트랜지스터(M6,M7)의 오프셋 크기로 나타나며, 상기 오프셋 크기는 해당 연산증폭기의 이득에 비교할때 매우 작은 신호이기 때문에, 각 이미지 센서(100a,100b)간에 나타나는 공정 편차는 출력신호에 큰 영향을 미치지 못하게 된다.In the above, the FPN due to the process dispersion of the
더하여, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이는, 모든 이미지 센서(100a),(100b)들을 공통의 버퍼로 묶어 센싱 전압을 출력시킴으로써, 다수 이미지 센서(100a),(100b)들간의 이득 차이를 최소화할 수 있다.In addition, the image sensor array according to the present invention may minimize the difference in gain between the plurality of
더하여, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이는 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.In addition, the image sensor array according to the present invention may be configured as shown in FIG.
도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 이미지 센서 어레이에 있어서, 상기 공통 출력부(200)는 출력신호를 입력단으로 피드백하는 피드백단(210)을 더 구비할 수 있다. 상기 피드백단(210)은 출력단(out)과 연산증폭회로의 입력단에 해당하는 제1 NMOS 트랜지스터(M6)의 게이트를 연결하며, 이때, 상기 피드백단(210)의 임피던스값을 조정함에 의하여, 출력신호를 더 큰 이득으로 증폭하거나, 출력파형을 로그 스케일로 변경하여, 이미지 센서의 동적 범위(dynamic range)를 확장시킬 수 있다.Referring to FIG. 5, in the image sensor array according to the present invention, the
상기 피드백단(210)은 일반적으로 저항 혹은 캐패시터 등의 수동 소자로 구현된다.The
상기와 같이, 공통 출력부(200)는 피드백단(210)을 더 포함함으로써, 단순한 버퍼만이 아니라 증폭기 혹은 로그 스케일 회로로 확장될 수 있다.As described above, the
상술한 바와 같이, 본 발명은 이미지 센서 어레이를 구현하는데 있어서, 다수 이미지 센서에 구비된 일부 CMOS 트랜지스터를 연산증폭기의 구성 요소로 이용하여, 공정 산포에 의한 고정 패턴 노이즈가 연산증폭기의 오프셋으로 나타나도록 함으로서, 고정 패턴 노이즈를 제거할 수 있는 우수한 효과가 있다.As described above, the present invention implements an image sensor array, by using some CMOS transistors included in multiple image sensors as components of an operational amplifier, so that fixed pattern noise due to process dispersion appears as an offset of the operational amplifier. By doing so, there is an excellent effect of removing the fixed pattern noise.
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