KR100724254B1 - Image sensor - Google Patents
Image sensor Download PDFInfo
- Publication number
- KR100724254B1 KR100724254B1 KR1020050129440A KR20050129440A KR100724254B1 KR 100724254 B1 KR100724254 B1 KR 100724254B1 KR 1020050129440 A KR1020050129440 A KR 1020050129440A KR 20050129440 A KR20050129440 A KR 20050129440A KR 100724254 B1 KR100724254 B1 KR 100724254B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transistor
- image sensor
- voltage
- current
- gate terminal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
- H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
본 발명은 화소의 구동전류를 가변시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 포토 다이오드와 복수의 트랜지스터를 포함하는 단위 화소와, 상기 단위 화소의 출력을 독출하기 위하여 버퍼 증폭기를 포함하는 상관 이중 샘플링 회로와, 상기 버퍼 증폭기로 동작하는 제1 트랜지스터가 동작범위 내에서 어떠한 신호가 입력되더라도 포화영역에서 동작되도록 하기 위하여 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전압을 포화전압 이상으로 상승시켜 출력하는 커런트 미러로 이루어지는 보정회로를 포함하되, 상기 커런트 미러는, 전원전압원으로부터 유입되는 전류량을 가변적으로 제어하는 가변 저항부와, 상기 가변 저항부와 접지전압원 사이에 접속되어 다이오드로 동작하는 제2 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 게이트단과 접속된 노드와, 접지전압원과 연결된 제2 전류원 사이에 접속되고, 게이트단이 상기 제2 트랜지스터의 게이트단과 접속되며, 상기 제2 트랜지스터의 게이트단으로 인가되는 전압에 따라 동작하는 동작하는 제3 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서를 제공하며, 이를 통해 단순히 배선공정을 통한 레이아웃(layout) 변경만으로도 화소 구동 전류를 변경하여, DZD(Dead Zone Deviation) 및 DBP(Dark Bad Pixel) 분포를 개선시킬 수 있다.The present invention provides an image sensor capable of varying a driving current of a pixel. To this end, the present invention provides a unit pixel including a photodiode and a plurality of transistors, and a buffer amplifier to read an output of the unit pixel. A correlated double sampling circuit and a first transistor operating as the buffer amplifier to increase and output a gate voltage of the first transistor above a saturation voltage in order to operate in a saturation region even if any signal is input within an operating range. And a correction circuit comprising a current mirror, wherein the current mirror includes: a variable resistor unit for variably controlling an amount of current flowing from a power source voltage source; a second transistor connected between the variable resistor unit and a ground voltage source to operate as a diode; Contacting the gate terminal of the first transistor A third transistor connected between the connected node and a second current source connected to a ground voltage source, and having a gate terminal connected to the gate terminal of the second transistor and operating according to a voltage applied to the gate terminal of the second transistor. The present invention provides an image sensor that includes an image sensor, thereby changing pixel driving current by simply changing a layout through a wiring process, thereby improving distribution of dead zone deviation (DZD) and dark bad pixel (DBP).
CMOS 이미지 센서, 상관 이중 샘플링 회로(CDS), 버퍼 증폭기, 포화영역, 커런트 미러, 가변 저항, DZD, DBP CMOS image sensor, correlated double sampling circuit (CDS), buffer amplifier, saturation region, current mirror, variable resistor, DZD, DBP
Description
도 1은 종래기술에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram illustrating a CMOS image sensor according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 다른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.2 is a circuit diagram illustrating another CMOS image sensor according to the prior art.
도 3은 종래기술에 따른 또 다른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.3 is a circuit diagram illustrating another CMOS image sensor according to the prior art.
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 종래기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 신호 세팅타임을 비교하기 위하여 도시한 도면.4 is a view for comparing the signal setting time of the CMOS image sensor according to the prior art shown in FIG. 2 and FIG.
도 5 및 도 6은 종래기술에 따른 CMOS 이미지 센서에서 DZD(Dead Zone Deviation) 분포를 설명하기 위하여 도시한 도면.5 and 6 are diagrams for explaining the Dead Zone Deviation (DZD) distribution in the CMOS image sensor according to the prior art.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.7 is a circuit diagram illustrating a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 8은 도 7에 도시된 가변 저항부의 일례에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a CMOS image sensor according to an example of the variable resistor unit illustrated in FIG. 7.
도 9는 도 7에 도시된 가변 저항부의 다른 예에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.9 is a circuit diagram illustrating a CMOS image sensor according to another example of the variable resistor unit illustrated in FIG. 7.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면.10 to 12 are diagrams for explaining the effect of the CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 단위 화소10: unit pixel
20 : 상관 이중 샘플링 회로20: correlated double sampling circuit
30, 132 : 전류원30, 132: current source
40 : 클램프 회로40: clamp circuit
130. 230 : 커런트 미러130. 230: Current mirror
CDS : 상관 이중 샘플링 회로CDS: Correlated Double Sampling Circuit
231 : 가변 저항부231: variable resistor
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 설계 기술에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor design technology, and more particularly, to design technology of an image sensor.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 더욱이, 카메라가 장착된 PDA(Personal Digital Assistant), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기 등과 같은 이동통신단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다. Recently, the demand of digital cameras is exploding with the development of video communication using the Internet. Moreover, the demand for small camera modules increases as the popularity of mobile communication terminals such as PDAs equipped with cameras, International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000), Code Division Multiple Access (CDMA) terminals, etc. increases. Doing.
카메라 모듈은 기본적으로 이미지 센서를 포함한다. 일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 소자를 말한다. 이러한 이미지 센서로는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, 이하, CCD라 함)와 시모스(CMOS; Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서가 널리 사용되고 있다. The camera module basically includes an image sensor. In general, an image sensor refers to a device that converts an optical image into an electrical signal. As such an image sensor, a charge coupled device (hereinafter referred to as a CCD) and a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) image sensor are widely used.
CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소모가 많으며, 제조공정시 마스크 공정 수가 많아 공정이 복잡하고, 시그날 프로세싱 회로(signal processing circuit)를 칩 내에 구현할 수 없어 원 칩(one chip)화가 어렵다는 등의 여러 단점이 있다. 이에 반해, 시모스 이미지 센서는 하나의 단일 칩 상에 제어, 구동 및 신호 처리 회로의 모놀리식 집적화가 가능하기 때문에 최근에 보다 주목을 받고 있다. 게다가, 시모스 이미지 센서는 저전압 동작 및 저전력 소모, 주변기기와의 호환성 및 표준 CMOS 제조 공정의 유용성으로 인하여 기존의 CCD에 비해 잠재적으로 적은 비용을 제공한다. CCD has a complicated driving method, high power consumption, complicated process due to the large number of mask processes in the manufacturing process, and it is difficult to realize a signal processing circuit in a chip, making it difficult to make one chip. There are disadvantages. In contrast, CMOS image sensors are receiving more attention recently because of the monolithic integration of control, drive, and signal processing circuitry on a single chip. In addition, CMOS image sensors offer potentially lower cost than conventional CCDs due to low voltage operation and low power consumption, compatibility with peripherals, and the availability of standard CMOS fabrication processes.
그러나, 시모스 이미지 센서에서 수광 소자, 예컨대 포토 다이오드(photo diode)에 의해 생성된 아날로그 신호는 기생 캐패시턴스, 저항, 암전류 누설 또는 반도체 소자 특성의 불일치 등에 의해 야기되는 다양한 기생 효과(parasitic effect)를 갖는다. 이러한 기생 효과는 반도체 소자에서는 필수적으로 발생되는 것으로서, 이미지 데이터의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio)의 저하를 가져온다. 따라서, 잡음은 시모스 이미지 센서의 성능을 제한하는 중요한 요인으로 작용 하고 있다. However, analog signals generated by light receiving elements, such as photo diodes, in CMOS image sensors have various parasitic effects caused by parasitic capacitance, resistance, dark current leakage, or mismatch of semiconductor device characteristics. Such a parasitic effect is essentially generated in a semiconductor device, resulting in a decrease in the signal to noise ratio of the image data. Therefore, noise is an important factor that limits the performance of CMOS image sensors.
시모스 이미지 센서에서 잡음이 발생되는 원인은 이미지 데이터의 샘플링과 관련되는 kT/C 잡음, 이미지 신호를 증폭하기 위해 사용되는 회로와 관련되는 1/f 잡음 및 센서의 신호 처리 회로의 불일치와 관련되는 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise, 이하, FPN이라 함) 등이 있다. 이중 FPN은 이미지 안에 세로선 또는 스트립(strip)으로 나타나서 사람의 눈에 쉽게 발견되므로 시각적으로 매우 좋지 않다. Noise in the CMOS image sensor is caused by kT / C noise related to the sampling of the image data, 1 / f noise associated with the circuit used to amplify the image signal, and fixed by the mismatch of the signal processing circuit of the sensor. Patterned Pattern Noise (hereinafter referred to as FPN). Dual FPNs are not very good visually because they appear as vertical lines or strips in the image and are easily found in the human eye.
최근에는 이러한 FPN을 제거하기 위하여 독출(read out) 회로에 상관 이중 샘플링 회로(Correlate Double Sampling circuit; 이하, CDS라 함)가 사용되고 있다. Recently, a Correlate Double Sampling circuit (hereinafter referred to as CDS) has been used in a read out circuit to remove such FPN.
도 1 및 도 2는 일반적인 시모스 이미지 센서에서 단위 화소와 CDS를 도시한 구성도이다. 여기서는, 일례로 4-T(4-Transistor) 구조를 갖는 단위 화소에 대해 설명한다. 1 and 2 are diagrams illustrating unit pixels and CDSs in a general CMOS image sensor. Here, as an example, a unit pixel having a 4-T (4-Transistor) structure will be described.
도 1 및 도 2를 참조하면, 단위 화소(10)는 1개의 포토 다이오드(PD)와, 4개의 NMOS 트랜지스터(M1 내지 M3)로 이루어진다. 4개의 NMOS 트랜지스터(M1 내지 M4)는 포토 다이오드(PD)에서 집속된 광전하(photo-generated charge)를 플로팅 디퓨젼 영역(Floating Diffusion; FD)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor, Tx), 원하는 값으로 플로팅 디퓨젼 영역(FD)의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 디퓨젼 영역(FD)을 리셋(reset)시키기 위한 리셋 트랜지스터(reset transistor, Rx), 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하에 따라 동작하여 소스 팔로워(source follower)로 구성되어 버퍼 증폭기(buffer amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(drive transistor; Dx), 스위칭으로 어드레싱(addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(select transistor; Sx)로 구성된다. 이러한 단위 화소(10)가 매트릭스 형태로 복수 개로 배열되어 화소부가 형성된다. 1 and 2, the
CDS(20)는 화소부의 칼럼라인(Column Line)당 하나씩 설치되어 하나의 칼럼라인과 연결된 복수의 단위 화소로부터 칼럼라인으로 출력되는 아날로그 신호를 독출하여 처리한다. 이러한 CDS는 리셋 독출구간 동안 리셋신호(RST)에 의해 턴-온(turn-ON)되는 리셋 트랜지스터(Rx)에 의해 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 전원전압(VDD)으로 리셋시키고, 리셋된 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전위에 대응되는 레벨을 갖고 칼럼라인으로 출력되는 신호(이하, 리셋전압이라 함)와, 리셋 독출구간 후 신호 검출구간 동안 포토 다이오드(PD)로 조사되는 빛에 의해 전자와 홀이 형성되고, 이러한 전자들의 축적에 대응되는 레벨을 갖고 칼럼라인(CL)으로 출력되는 신호(이하, 영상 신호전압이라 함)를 각각 독출하여 샘플링하기 위한 소정의 회로가 구성된다. The
이러한 CDS(20)는 보통 버퍼 증폭기로 기능하는 PMOS 트랜지스터(PM)를 포함한다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 통해 출력되는 리셋전압과 영상 신호전압을 증폭하여 출력하도록 게이트가 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소스단과 연결된 노드(node)와 연결된다. This
한편, 리셋전압과 영상 신호전압 간의 차가 커지면 화면에 고정패턴잡음 (Fixed Pattern Noise, FPN)이 발생한다. 어두운 곳에서 리셋전압이 영상 신호전압 간의 차이가 적기 때문에 큰 문제가 되지 않지만, 아주 밝은 곳에서는 리셋전압과 영상 신호전압 간의 차이가 커지기 때문에 PMOS 트랜지스터(PM)가 포화영역에서 동작하지 못하고, 트라이오드 영역에서 동작하게 된다. 이에 따라, 영상 신호전압의 셋팅(setting) 시간이 지연되게 되어 고정패턴잡음을 발생시키는 요인이 되기도 한다. On the other hand, when the difference between the reset voltage and the image signal voltage increases, fixed pattern noise (FPN) is generated on the screen. In the dark, the reset voltage is not a big problem because the difference between the image signal voltage is small, but in the very bright place, the difference between the reset voltage and the image signal voltage becomes large, so that the PMOS transistor PM does not operate in the saturation region, and the triode It will work in the area. Accordingly, the setting time of the video signal voltage is delayed, which may cause a fixed pattern noise.
이러한 문제를 해결하기 위해 CMOS 이미지 센서에서는 보정회로를 구비하고 있는데, 이러한 보정회로의 일례가 도 1 및 도 2에 도시되었다. 도 1에서는 보정회로로 전류원(30)을 구비하고, 도 2에서는 클램프(clamp) 회로(40)를 구비하고 있다. In order to solve this problem, a CMOS image sensor includes a correction circuit. An example of such a correction circuit is illustrated in FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, a
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 전류원(30)을 구비한 CMOS 이미지 센서의 동작특성을 설명하면 다음과 같다. 노드(node)에 연결되는 전류원(30)에는 이상적으로 전압이 '0'이 되지만, 실제로는 커런트 미러(current mirror)로서 Von 전압이 걸리게 된다. 이 Von 전압은 결국 PMOS 트랜지스터(PM)의 게이트 전압이 된다. 만약, Von 전압이 너무 낮게 되면, PMOS 트랜지스터(PM)의 포화영역(saturation region), 즉 하기의 수학식1과 같은 동작조건을 벗어나게 되어 트라이오드 영역(triode region)으로 진입하게 되는데, 이러한 요인 때문에 고정패턴잡음이 발생하게 된다. First, as shown in FIG. 1, operation characteristics of a CMOS image sensor having a
Vsd ≤ Vsg - |Vth| PMOS 트랜지스터(PM)가 트라이오드 영역에서 동작Vsd ≤ Vsg-| Vth | PMOS transistor PM operates in triode region
상기 수학식1에서 Vsd는 PMOS 트랜지스터(PM)의 소스-드레인 간 전압이고, Vsg는 소스-게이트 간 전압이며, Vth는 문턱전압을 나타낸다. In
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 클램프 회로(40)를 구비한 CM0S 이미지 센서의 동작특성을 설명하면 다음과 같다. 클램프 회로(40)는 노드(node)의 전위를 일정 전압으로 유지시키기 위하여 전원전압단(VDD)과 노드(node) 사이에 NMOS 트랜지스터(NM)를 연결하였다. 이 NMOS 트랜지스터(NM)는 소스-드레인 간 전압차에 따라 턴-온/오프된다. 그러나, 이러한 클램프 회로(40)를 사용하는 경우에는 영상 신호전압의 데이터를 잃어 버릴 수 있으며, 전원전압단(VDD)과 트랜지스터(NM)의 자체 노이즈를 신호와 함께 전달할 수 있다. 또한, 클램프 신호(clamp)가 변동(variation)되는 경우 전류의 조절이 어려워지며, 이 경우 회로 설계시 설정된 전류 값과 크게 달라져 회로가 정상적으로 동작하지 않고 오동작하는 문제가 발생될 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 2, operation characteristics of the CM0S image sensor having the
이에 따라, 최근에는 도 3에 도시된 바와 같이 시모스 이미지 센서의 아날로그 회로 중 상관 이중 샘플링 회로에 있어서 버퍼 증폭기로 동작하는 트랜지스터가 어떠한 입력 조건에서도 포화영역에서 동작되도록 제어하는 보정회로가 제안되었다. Accordingly, recently, as shown in FIG. 3, a correction circuit for controlling a transistor operating as a buffer amplifier in a correlated double sampling circuit among analog circuits of the CMOS image sensor to operate in a saturation region under any input condition has been proposed.
도 3을 참조하면, 종래기술에 따른 보정회로는 단위 화소로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하여 출력하기 위하여 버퍼 증폭기로 동작하는 PMOS 트랜지스터(PM)를 포함하는 이중 상관 샘플링 회로(CDS)에서 PMOS 트랜지스터(PM)가 동작 범 위 내에서 어떠한 입력이 들어오더라도 포화영역에서 동작되도록 PMOS 트랜지스터(PM)의 게이트 전압을 일정 전압 이상으로 유지시키는 커런트 미러(current mirror)(130)로 이루어진다. Referring to FIG. 3, a correction circuit according to the related art includes a PMOS transistor (a PMOS transistor) in a dual correlation sampling circuit (CDS) including a PMOS transistor (PM) that operates as a buffer amplifier to amplify and output an analog signal output from a unit pixel. The PM) is formed of a
커런트 미러(130)는 PMOS 트랜지스터(PM)의 게이트-소스 간 전압이 최소 포화전압인 2Von에서 항상 동작되도록 하기 위하여 제1 및 제2 전류원(131, 132)과,제1 전류원(131)과 접지전압원(VSS) 사이에 접속되어 다이오드(diode)로 동작하는 NMOS 트랜지스터(NM1)와, PMOS 트랜지스터(PM)의 게이트단과 접속된 노드(node)와 제2 전류원(132) 사이에 접속되며, 게이트단이 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트단과 접속되어 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트 전압에 따라 동작하는 NMOS 트랜지스터(NM2)로 이루어진다. The
이러한 보정회로(130)에서는 노드(node) 전압을 2Von으로 상승시키는 것이 가능하며, 이에 따라 노드(node)와 연결된 PMOS 트랜지스터(PM)가 항상 포화영역에서 동작되도록 할 수 있다. 결국, 도 4에 도시된 바와 같이, 보정회로 적용시 세팅타임이 현저하게 감소한 것을 알 수 있다. 여기서, 'A'는 도 3에 도시된 보정회로를 적용한 경우의 파형이고, 'B'는 도 1 또는 도 2에 도시된 보정회로를 적용한 경우의 파형이다.In the
그러나, 종래기술에 따른 보정회로(130)에서는 전류원(131)을 통해 흐르는 전류(Ia)가 고정되는 경우, 드라이브 트랜지스터(Dx), 셀렉트 트랜지스터(Sx) 그리고 로드 트랜지스터인 NMOS 트랜지스터(NM2)를 각각 흐르는 전류(Ib, Ic, Id)가 모두 고정되기 때문에 화소 구동전류를 조절할 수 없다. 이를 도 5 및 6을 참조하여 설명한다. However, in the
도 5 및 도 6은 'Ia'의 높고 낮음에 따른 DZD(Dead Zone Deviation) 분포를 도시한 파형도이다. 여기서, 도 5는 'Ia'가 높은 경우 DZD 분포를 도시한 파형도이고, 도 6은 'Ia'가 낮은 경우 DZD 분포를 도시한 파형도이다. 도 5의 경우 화소 구동전류가 충분하기 때문에 DZD가 덜 감소하는 것을 알 수 있고, 'Ia'가 낮은 경우 화소 구동전류가 충분하지 않기 때문에 DZD가 훨씬 더 많이 감소하는 것을 알 수 있다. 5 and 6 are waveform diagrams showing Dead Zone Deviation (DZD) distributions according to high and low Ia. 5 is a waveform diagram showing a DZD distribution when 'Ia' is high, and FIG. 6 is a waveform diagram showing a DZD distribution when 'Ia' is low. In the case of FIG. 5, the DZD decreases because the pixel driving current is sufficient, and the DZD decreases even more because the pixel driving current is not sufficient when 'Ia' is low.
이렇듯, 종래기술에 따른 보정회로에서는 'Ia' 값이 고정되는 경우 화소의 구동전류를 환경에 따라 적절히 제어하는 것이 어려워 DZD, DBP 분포 제어가 어렵고, 이에 따라 저조도 특성이 저하되고, 저조도하에서 잡음이 증가하는 문제가 발생된다. As described above, in the correction circuit according to the related art, when the value of 'Ia' is fixed, it is difficult to properly control the driving current of the pixel according to the environment, so that it is difficult to control the DZD and DBP distribution, which results in low light characteristics and noise in low light. An increasing problem arises.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 화소의 구동전류를 가변시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an image sensor capable of varying a driving current of a pixel, which is devised to solve the above-described problems of the prior art.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 포토 다이오드와 복수의 트랜지스터를 포함하는 단위 화소와, 상기 단위 화소의 출력을 독출하기 위하여 버퍼 증폭기를 포함하는 상관 이중 샘플링 회로와, 상기 버퍼 증폭기로 동작하는 제1 트랜지스터가 동작범위 내에서 어떠한 신호가 입력되더라도 포화영역에서 동작되도록 하기 위하여 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전압을 포화전압 이상으로 상승시켜 출력하는 커런트 미러로 이루어지는 보정회로를 포함하되, 상기 커런트 미러는, 전원전압원으로부터 유입되는 전류량을 가변적으로 제어하는 가변 저항부와, 상기 가변 저항부와 접지전압원 사이에 접속되어 다이오드로 동작하는 제2 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 게이트단과 접속된 노드와, 접지전압원과 연결된 제2 전류원 사이에 접속되고, 게이트단이 상기 제2 트랜지스터의 게이트단과 접속되며, 상기 제2 트랜지스터의 게이트단으로 인가되는 전압에 따라 동작하는 제3 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a unit pixel including a photodiode and a plurality of transistors, a correlated double sampling circuit including a buffer amplifier to read an output of the unit pixel, and the buffer. The first transistor, which operates as an amplifier, includes a correction circuit including a current mirror that raises and outputs the gate voltage of the first transistor above the saturation voltage in order to operate in the saturation region regardless of which signal is input within the operating range. The current mirror may include a variable resistor unit for variably controlling an amount of current flowing from a power source voltage source, a second transistor connected between the variable resistor unit and a ground voltage source to operate as a diode, and connected to a gate terminal of the first transistor. A second current source connected to the node and the ground voltage source Is connected to the gate terminal is connected to the gate end of the second transistor, it provides an image sensor including a third transistor, which operates in accordance with the voltage applied to the gate terminal of the second transistor.
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 설명한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 기능을 수행하는 동일 요소들을 나타낸다. 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. In addition, parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements performing the same function.
실시예Example
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 보정회로를 설명하기 위하여 도시한 회로도이다. 7 is a circuit diagram illustrating a correction circuit of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보정회로는 도 3에 도시된 종래기술에 따른 보정회로에서 커런트 미러(130)를 구성하는 전류원(131) 대신에 저항을 가변시켜 전류의 양을 선택적으로 제어할 수 있는 가변 저항부(231)를 구비한다. Referring to FIG. 7, the correction circuit according to the embodiment of the present invention changes the resistance by changing the resistance instead of the
이러한 가변 저항부(231)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 예로 구현할 수 있다. The
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 가변 저항부(231)는 복수의 저항(R1~R3)이 전원전압원(VDD)과 NMOS 트랜지스터(NM1) 사이에 직렬 접속된 구조를 갖는다. 각 저항(R1~R3)은 모두 소자 제조공정시 형성되며, 각 노드(①~③) 중 어느 하나는 금속배선 공정시 선택적으로 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인단과 접속된다. 즉, 금속배선 공정시 마스크(mask) 공정을 변경하여 가변적으로 저항을 선택하여 저항값을 제어하게 된다. First, as shown in FIG. 8, the
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 가변 저항부(231)는 수동형 소자인 저항(R1~R3) 대신에 능동형 소자인 트랜지스터를 이용하여 구현할 수도 있다. 일례로, NMOS 트랜지스터(NM3~NM5)로 구현할 수 있는데, 이때 각각의 저항값을 다르게 하기 위하여 트랜지스터의 폭(width, W)을 서로 다르게 형성한다. 각 노드(①~③) 중 어느 하나는 금속배선 공정시 선택적으로 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인단과 접속된다. 이 또한, 도 8과 같이 금속배선 공정시 마스크 공정을 변경하여 저항값을 제어하게 된다. In addition, as shown in FIG. 9, the
도 9에 도시된 NMOS 트랜지스터(NM3~NM5)의 접속관계에 따른 전류를 설명하 면 다음과 같다. The current according to the connection relationship between the NMOS transistors NM3 to NM5 shown in FIG. 9 will be described below.
도 9를 참조하면, 노드(①)만 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인단과 연결된 경우NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인단으를 흐르는 전류를 'Idtot1'이라 하고, 노드(①,②)가 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인단과 연결된 경우 흐르는 전류를 'Idtot2'라 하며, 노드(①,②,③)가 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인단과 연결된 경우 흐르는 전류를 'Idtot3'라 하면 각각의 전류값은 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 9, when only the
Idtot2 = Idsat × 2WIdtot2 = Idsat × 2W
Idtot3 = Idsat × 3WIdtot3 = Idsat × 3 W
한편, 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 저항 가변부(231)는 금속배선 및 컨택 플러그(contact plug)와 같은 배선공정을 통해 쉽게 연결관계를 제어할 수 있다. On the other hand, the resistance
따라서, 도 8 및 도 9에 도시된 저항소자 또는 트랜지스터 소자와 무관하게 공간이 허용하는 범위 내에서 그 개수를 늘려 설계한 후 필요한 경우 배선공정을 통해 적절히 연결관계를 제어함으로써 NMOS 트랜지스터(NM1)의 전류를 제어할 수 있다. Therefore, irrespective of the resistance elements or transistor elements shown in FIGS. 8 and 9, the number of the NMOS transistor NM1 may be controlled by increasing the number within the allowable space and controlling the connection accordingly through a wiring process if necessary. Current can be controlled.
한편, 도 8 및 도 9에서 'A, B'는 배선공정을 통해 연결상태를 제어할 수 있는 부분을 나타낸다. On the other hand, 'A, B' in Figs. 8 and 9 shows a part that can control the connection state through the wiring process.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 보정회로를 통해 얻을 수 있는 효과들을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the effects obtained through the correction circuit according to the embodiment of the present invention will be described.
첫째, 단순히 배선공정을 통한 레이아웃(layout) 변경만으로도 화소 구동 전류를 변경할 수 있다. 즉, 배선공정을 통해 자유롭게 저항값을 제어함으로써 화소 구동 전류를 변경할 수 있다.First, the pixel driving current can be changed by simply changing the layout through the wiring process. That is, the pixel driving current can be changed by freely controlling the resistance value through the wiring process.
둘째, 화소 구동 전류를 증대시킴으로써 도 12에 도시된 바와 같이 DZD 분포(즉, 잡음)를 개선시킬 수 있다. Second, by increasing the pixel driving current, the DZD distribution (ie, noise) may be improved as shown in FIG. 12.
셋째, DZD 분포 개선을 통해 도 10에 도시된 바와 같이 DBP 분포를 개선시킬 수 있다. Third, as shown in FIG. 10, the DBP distribution may be improved by improving the DZD distribution.
넷째, DZD 분포 개선을 통해 도 11에 도시된 바와 같이 DZ(Dead Zone)을 감소시킬 수 있다. Fourth, it is possible to reduce the dead zone (DZ) as shown in FIG. 11 by improving the DZD distribution.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다. As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
첫째, 단순히 배선공정을 통한 레이아웃(layout) 변경만으로도 화소 구동 전 류를 변경할 수 있다. 즉, 배선공정을 통해 자유롭게 저항값을 제어함으로써 화소 구동 전류를 변경할 수 있다.First, the pixel driving current can be changed by simply changing the layout through the wiring process. That is, the pixel driving current can be changed by freely controlling the resistance value through the wiring process.
둘째, 화소 구동 전류를 증대시킴으로써 도 12에 도시된 바와 같이 DZD 분포(즉, 잡음)를 개선시킬 수 있다. Second, by increasing the pixel driving current, the DZD distribution (ie, noise) may be improved as shown in FIG. 12.
셋째, DZD 분포 개선을 통해 도 10에 도시된 바와 같이 DBP 분포를 개선시킬 수 있다. Third, as shown in FIG. 10, the DBP distribution may be improved by improving the DZD distribution.
넷째, DZD 분포 개선을 통해 도 11에 도시된 바와 같이 DZ(Dead Zone)을 감소시킬 수 있다. Fourth, it is possible to reduce the dead zone (DZ) as shown in FIG. 11 by improving the DZD distribution.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050129440A KR100724254B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050129440A KR100724254B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Image sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100724254B1 true KR100724254B1 (en) | 2007-05-31 |
Family
ID=38278878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050129440A KR100724254B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100724254B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8853608B2 (en) | 2011-08-05 | 2014-10-07 | SK Hynix Inc. | Image sensor |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08181348A (en) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Copal Co Ltd | Photoelectric converter |
JP2000278608A (en) | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sharp Corp | Output circuit for amplification solid-state image pickup device |
-
2005
- 2005-12-26 KR KR1020050129440A patent/KR100724254B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08181348A (en) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Copal Co Ltd | Photoelectric converter |
JP2000278608A (en) | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sharp Corp | Output circuit for amplification solid-state image pickup device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8853608B2 (en) | 2011-08-05 | 2014-10-07 | SK Hynix Inc. | Image sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100283638B1 (en) | Image pickup device using MOS type image pickup device | |
US8085330B2 (en) | Image pickup apparatus | |
US8035171B2 (en) | CMOS image sensor | |
US20060108618A1 (en) | CMOS image sensor having buried channel MOS transistors | |
JP4654046B2 (en) | Clamp circuit for CMOS image sensor | |
KR100790228B1 (en) | Cmos image sensor | |
US9899437B2 (en) | CMOS image sensor | |
US8188524B2 (en) | CMOS image sensor with wide dynamic range | |
KR100296451B1 (en) | Source follower circuit with improved gain and output circuit of solid-state imaging device using it | |
KR101003246B1 (en) | CMOS image sensor | |
KR100724254B1 (en) | Image sensor | |
KR100873280B1 (en) | Unit pixel in cmos image sensor with improved reset transistor | |
KR100707075B1 (en) | Correlate double sampling circuit of image sensor | |
KR20070050576A (en) | Image sensor | |
KR100694463B1 (en) | Calibration circuit and image sensor having the same | |
KR20040093908A (en) | Unit pixel for cmos image sensor | |
KR100421121B1 (en) | Method for operating a pixel circuit of a cmos image sensor | |
KR20070060631A (en) | Cmos image sensor | |
KR20040093901A (en) | Unit pixel for cmos image sensor with multi-funtion reset transistor | |
KR100444494B1 (en) | Unit Pixel with improved property in cmos image sensor | |
KR20090073562A (en) | Cmos image sensor with wide dynamic range | |
KR100664516B1 (en) | Charge pump apparatus and Image Sensor using the same | |
KR20040086282A (en) | Imager | |
KR20070071006A (en) | Cmos image sensor | |
KR100718777B1 (en) | Cmos image sensor and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
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: 20110428 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |