KR100866950B1 - Ｓ/ｎ비 향상을 위한 ｃｄｓ회로 및 상기 ｃｄｓ회로를이용한 신호변환방법 - Google Patents

Ｓ/ｎ비 향상을 위한 ｃｄｓ회로 및 상기 ｃｄｓ회로를이용한 신호변환방법 Download PDF

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Abstract

상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)회로가 개시된다. 상기 CDS회로는 입력신호를 수신하고, 상기 입력신호를 상호 연관된 이중 샘플링하고, 그 결과로서 발생된 상기 입력신호의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 결과를 출력하는 증폭회로와 기준전압과 상기 증폭회로로부터 출력된 신호를 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비한다. 상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 기준전압은 상기 램프신호 발생기의 초기전압이다.
상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)

Description

Ｓ/Ｎ비 향상을 위한 ＣＤＳ회로 및 상기 ＣＤＳ회로를 이용한 신호변환방법 {Correlated Double Sampling Circuit for improving signal to noise ratio and signal converting method using the same}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 픽셀 하나의 신호를 디지털 신호로 변환하는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 동작 타이밍 도이다.
도 3은 전치 증폭기를 구비하는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CDS를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 부분을 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 동작 타이밍 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CDS의 입력전압의 변화폭을 증폭시키는 증폭회로의 회로도를 나타낸다.
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신호 대 잡음 비를 향상시킬 수 있는 CMOS이미지 센서에 사용되는 CDS회로 및 상기 CDS회로를 이용한 신호변환방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)는 전하결합소자(Charge-Coupled Device; CCD)에 비해 저전압에서 동작이 가능하고, 소비전력이 작고, 또한 표준 CMOS공정을 사용하고, 집적화에 유리한 장점을 가지고 있다. 따라서 향후 상기 CIS는 상기 CCD를 대체할 것이다.
그러나 상기 CIS는 상기 CCD와 달리 빛에 따라 반응하는 액티브 픽셀 센서 (Active Pixel Sensor; APS)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변화시키기 위한 고해상도의 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter; ADC)를 필요로 한다.
아날로그 신호를 디지털 신호로 변화시키는 방법은 한 개의 ADC를 사용하는 방법과 컬럼(column) ADC를 사용하는 방법으로 분류된다. 한 개의 ADC를 사용하는 방법은 고속으로 동작하는 하나의 ADC를 사용하여 정해진 시간 내에 모든 컬럼의 APS로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 따라서 상기 ADC를 위한 칩의 면적은 감소되는 장점이 있으나, 상기 하나의 ADC가 고속으로 동작해야 하므로, 상기 CIS가 소모하는 전력은 큰 단점이 있다.
그러나, 컬럼 ADC를 사용하는 방법은 간단한 구조를 갖는 ADC를 각 컬럼마다 배치하므로, 상기 ADC를 위한 칩의 면적은 증가하는 단점이 있지만, 상기 CIS가 소 모하는 전력은 작다는 장점이 있다.
고성능 CIS를 구현하기 위해서는 상기 CIS의 신호-잡음 비율(signal to noise ratio; S/N 비)이 높아야 한다. 따라서 거의 대부분의 CIS는 상기 APS으로부터 출력되는 아날로그 신호에 상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)방법을 사용하여 상기 APS로부터 출력되는 리셋전압과 신호전압을 각각 샘플링하고 샘플링된 두 값의 차이를 사용한다. 따라서 상기 CIS는 고정 형태의 잡음(fixed pattern noise)이나 저주파수 잡음을 제거함으로서 S/N 비를 향상시킨다. 여기서 리셋전압은 리셋 샘플링 시 APS로부터 발생된 전압을 의미하고, 상기 신호전압은 신호 샘플링 시에 상기 APS로부터 발생된 전압을 의미한다.
또한, CDS방법을 이용하여 샘플링된 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC도 상기 CIS의 S/N비를 결정한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 S/N비를 향상시킬 수 있는 CDS회로 및 이를 이용한 신호변환방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)회로는 입력신호를 수신하고, 상기 입력신호를 상호 연관된 이중 샘플링하고, 그 결과로서 발생된 상기 입력신호의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 결과를 출력하는 증폭회로와 기준전압과 상기 증폭회로로부터 출력된 신호를 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비한다.
상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 기준전압은 상기 램프 신호발생기의 초기전압이다.
상기 CDS회로는 입력단, 출력단, 다수개의 커패시터들, 및 상기 다수개의 커패시터들 중에서 대응되는 두 개의 커패시터들 사이에 각각 접속되는 다수개의 스위치들을 구비하는 증폭회로와 기준전압과 상기 증폭회로의 출력단으로부터 출력되는 전압을 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비한다. 상기 다수개의 스위치들 각각은 대응되는 제어신호에 응답하여 상기 다수개의 커패시터들 각각을 직렬과 병렬 중에서 어느 하나의 방법으로 접속한다.
상기 CDS회로는 각각이 제1번 단자와 제2번 단자를 구비하는 다수개의 커패시터들, 상기 다수개의 커패시터들 중에서 대응되는 두 개의 커패시터들 각각의 동일번호 단자들사이에 각각 접속되는 다수개의 제1스위치들, 상기 다수개의 커패시터들 중에서 대응되는 두 개의 커패시터들 각각의 다른 번호 단자들사이에 각각 접속되는 다수개의 제2스위치들, 상기 다수개의 커패시터들 중에서 제1커패시터의 제1번 단자와 제2번 단자 중에서 어느 하나의 단자에 접속되는 입력단, 상기 다수개의 커패시터들 중에서 제2커패시터의 제1번 단자와 제2번 단자 중에서 어느 하나의 단자에 접속되는 출력단, 및 기준전압과 상기 출력단으로부터 출력되는 전압을 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비한다.
상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 램프신호 발생기의 출력단은 상기 다수개의 커패시터들 중에서 제3커패시터의 제1번 단자와 제2번 단자 중에서 어느 하나의 단자에 접속된다.
상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 기준전압은 상기 램프 신호발생기의 초기전압이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 신호변환방법은 빛의 세기를 감지하여 상기 아날로그 신호를 발생하는 단계; 상기 아날로그 신호에 대하여 상호 연관된 이중 샘플링하고, 그 샘플링 결과로서 발생된 상기 아날로그 신호의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 증폭결과를 출력하는 단계; 및 기준전압과 상기 증폭결과로서 발생된 신호의 차이를 비교하고, 그 비교결과로서 상기 디지털 신호를 발생하는 단계를 구비한다. 상기 기준전압은 램프신호 발생기의 출력전압에 관련되어 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 픽셀 하나의 신호를 디지털 신호로 변환하는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, CMOS이미지 센서의 단위 블록(100)은 컬럼 ADC방법으로서 단위 APS 픽셀(110), 램프신호 발생기(120) 및 ADC(130)를 구비한다.
당업계에서 잘 알려진 바와 같이 APS 단위픽셀(110)은 포토 다이오드(PD)와 다수개의 트랜지스터들(Tx, Rx, Dx, 및 Sx) 및 전류원(IN)을 구비한다.
포토 다이오드(PD)는 외부로부터 입력되는 빛에 반응하여 소정의 전압을 발생하고, 전달 트랜지스터(Tx)는 포토 다이오드(PD)에 의하여 발생된 전압을 소스-폴로우(source-follow) 트랜지스터(Dx)의 게이트로 전달하고, 리셋 트랜지스터(Rx)는 소스-폴로우 트랜지스터(Dx)의 게이트로 리셋 전압을 인가하고, 선택 트랜지스터(Sx)는 소스-폴로우 트랜지스터(Dx)에 의하여 발생된 전압을 노드(112)로 인가하고, 전류원(IN)은 노드(112)와 접지전원(또는 접지전압; VSS)사이에 접속된다. 따라서 단위 APS 픽셀(110)은 외부로부터 입력되는 빛의 세기에 상응하는 전압(VAPS)을 발생한다.
램프신호 발생기(120)는 아날로그 램프전압을 발생한다. ADC(130)는 비교기 (133)와 인버터(134), 다수개의 스위치들(S1 내지 S3) 및 다수개의 커패시터들(C0, C1 및 C2)을 구비한다. ADC(130)는 단위 APS 픽셀(110)로부터 출력되는 전압(VAPS)과 기준전압(Vref)을 수신하고, 수신된 신호들에 대하여 상호 연관된 이중 샘플링을 수행하고, 그 결과로서 디지털 신호(Dout)를 발생한다. 따라서 ADC(130)는 상호 연관된 이중 샘플링과 아날로그-디지털 변환기의 역할도 수행한다.
도 2는 도 1에 도시된 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 동작 타이밍 도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 리셋 샘플링 구간(TRS)이전에 단위 APS 픽셀(110)은 리셋전압(Vres)을 발생한다. 리셋 샘플링이 수행되는 리셋 샘플링 구간(TRS)동안, 각 스위치(S1 내지 S3)는 온(on)되므로, 노드(132)로 비교기(133)의 출력전압, 즉 기준전압(Vref)이 인가되고, 커패시터(C0)에는 리셋전압(Vres)과 노드(132)의 전압(Vin) 차이에 상응하는 전하가 저장된다.
그리고, 신호 샘플링 구간(Tss)이전 구간에서, 단위 APS 픽셀(110)의 전압(VAPS)은 리셋전압(Vres)에서 외부로부터 입력되는 빛의 세기에 비례하는 신호전압(Vsig)만큼 감소한다.
신호 샘플링이 수행되는 신호 샘플링 구간(Tss)동안, 노드(132)에는 단위 APS 픽셀(110)의 전압변화(Vres-Vsig)에 비례하는 만큼의 전압이 발생된다. 따라서 비교기(133)는 제1입력단의 전압(Vin)과 제2입력단의 전압(Vref)을 비교하고, 그 비교결과에 상응하는 논리 로우(low) 또는 논리 하이(high)를 갖는 신호를 출력한다.
CMOS이미지 센서의 단위 블록(100)은 리셋 샘플링 동작시의 단위 APS 픽셀(110)의 출력전압(VAPS)과 신호 샘플링 동작시의 단위 APS 픽셀(110)의 출력전압(VAPS)의 차이를 이용하여 CDS를 수행한다. 따라서 CMOS이미지 센서의 단위 블록(100)은 리셋전압(Vres)과 신호전압(Vsig)에 공통적으로 존재하는 잡음 성분을 제거할 수 있으므로, CIS의 S/N 비는 향상된다.
상기 CDS가 끝나는 시점(tRS)부터 노드(132)의 전압(Vin)은 램프신호 발생기 (120)로부터 출력되는 램프전압(Vramp)을 따라 증가한다. 따라서 노드(132)의 전압이 기준전압(Vref)보다 큰 경우, 비교기(132)의 출력전압은 논리 하이로 된다. 즉, 비교기(133)는 단위 APS 픽셀(110)로부터 출력되는 아날로그 전압(VAPS)은 디지털 전압으로 변환한다. 인버터(134)는 비교기(133)의 출력전압을 반전시킨다. 그리고 각 커패시터(C1과 C2)는 커플링을 위한 커패시터이다.
CMOS이미지 센서의 단위 블록(100)은 그 구성이 간단하고 소비하는 전력이 적다는 장점이 있으나, 단위 APS 픽셀(110)의 크기가 작아지면서 단위 APS 픽셀 (110)의 출력전압(VAPS)의 변동폭이 작아질수록, ADC(130)의 S/N 비가 나빠진다.
즉, ADC(130)가 N비트 ADC인 경우, 노드(132)의 전압(Vin)의 변동폭(Vres-Vsig)이 작아질수록, 상기 변동폭(Vres-Vsig)을 2N으로 나눈 값에 해당되는 전압도 작아지므로, 상기 ADC(130)가 외부 잡음에 점점 취약해진다. 따라서 상기 ADC(130)로는 고해상도의 ADC를 구현하기 어렵다.
도 3은 전치 증폭기를 구비하는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 블록도를 나타낸다. 도 3은 도 1에 도시된 CMOS이미지 센서의 단위 블록(100)이 갖는 문제점을 해결하기 위한 고안된다. 도 1과 도 3을 참조하면, 도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서의 단위 블록은 단위 APS 픽셀(110)의 출력전압(VAPS)을 증폭하기 위한 전치 증폭기(320)를 더 구비한다.
상기 전치 증폭기(320)는 단위 APS 픽셀(110)의 출력전압(VAPS)의 변동폭 (Vres-Vsig)을 증가시키므로, 비교기(133)로 입력되는 신호(Vin)의 크기는 증가된다. 따라서 도 3에 도시된 CMOS이미지 센서의 단위 블록은 고해상도 ADC를 용이하게 구현할 수 있다. 그러나 CMOS이미지 센서의 단위 블록은 별도의 전치 증폭기 (320)를 구비하므로, 면적과 소비전력이 증가하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 CMOS이미지 센서의 단위 블록이 갖는 각 문제점을 해결하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CDS를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 부분을 나타낸다. 도 4를 참조하면, CMOS 이미지 센서의 단위 블록은 램프신호 발생기(120), 전압변동폭 증폭회로(410) 및 ADC(430)을 구비한다.
램프신호 발생기(120)는 램프신호(Vramp)를 발생하고, 상기 램프신호 발생기 (120)의 출력단은 노드(413)와 접속된다.
전압변동폭 증폭회로(410)는 입력신호(VAPS)를 수신하고, 상기 입력신호(VAPS)를 CDS하고, 그 결과로서 발생된 상기 입력신호의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 결과를 출력한다. 전압변동폭 증폭회로(410)는 다수개의 커패시터들(C11, C12, C01, 및 C02) 및 다수개의 스위치들(S1, SW1과 SW2)을 구비한다.
스위치(SW1)는 커패시터(C11)의 제1(번)단자(412)와 커패시터(C12)의 제1(번)단자(411)사이에 접속되고, 스위치(SW1)는 커패시터(C11)의 제2(번)단자(413)와 커패시터(C12)의 제2(번)단자(414)사이에 접속된다. 또한, 스위치(SW1)는 커패시터 (C01)의 제1단자(416)와 커패시터(C02)의 제1단자(417)사이에 접속되고, 스위치 (SW1)는 커패시터(C01)의 제2단자(411)와 커패시터(C02)의 제2단자(415)사이에 접속된다. 여기서 제1단자와 제2단자는 커패시터의 두 개의 단자를 구분하기 위한 것으로, 커패시터의 어느 한 단자가 제1번 단자가 되는 경우 상기 커패시터의 다른 한 단자는 제2번 단자가 된다.
스위치(SW2)는 커패시터(C11)의 제1단자(412)와 커패시터(C12)의 제2단자 (414)사이에 접속되고, 스위치(SW2)는 커패시터(C01)의 제1단자(416)와 커패시터 (C02)의 제2단자(415)사이에 접속된다. 전압변동폭 증폭회로(410)는 입력신호(VAPS)의 변동폭을 2배 증폭시키기 위한 회로이다.
ADC(430)는 비교기(431), 인버터(433), 커패시터 및 두 개의 스위치들(S2 및 S3)을 구비한다. 비교기(431)는 증폭회로(410)의 출력단(417)으로부터 출력되는 전압과 기준전압(Vramp0)을 수신하고, 이들을 비교하고, 그 비교결과를 커패시터로 출력한다. 인버터(433)는 상기 커패시터를 통하여 입력되는 비교기(431)의 출력신호를 반전시키고, 그 결과를 출력한다. 여기서 인버터(433)의 출력(Dout)은 논리 하이 또는 논리 로우이다.
도 5는 도 4에 도시된 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 동작 타이밍 도이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 CMOS 이미지 센서의 단위 블록의 동작을 설명하면 다음과 같다.
리셋 샘플링이 수행되는 리셋 샘플링 구간(TRS)동안, 각 스위치(S1, S2, S3 및 SW1)는 온(on)상태이고, 스위치(SW2)는 오프(off)상태이다. 따라서 커패시터 (C01)과 커패시터(C02)는 서로 병렬로 접속되므로, 커패시터(C01)과 커패시터 (C02)각각에는 기준전압(Vramp0)과 리셋전압(Vres)전압의 차이(Vramp0 - Vres)에 상응하는 전하가 충전된다. 여기서 기준전압(Vramp0)은 램프신호 발생기(120)의 출력전압(Vramp)과 관련되고, 램프신호 발생기(120)의 초기전압을 나타낸다.
그리고 신호 샘플링이 수행되는 신호 샘플링 구간(Tss)동안, 각 스위치(S1와 SW1)은 온(on)상태를 유지하고, 각 스위치(S2, S3 및 SW2)는 오프(off)상태를 유지한다. 따라서 커패시터 (C11)과 커패시터(C12)는 서로 병렬로 접속되므로, 커패시터(C11)과 커패시터(C12)각각에는 신호전압(Vsig)과 기준전압(Vramp0)전압의 차이 (Vsig - Vramp0)에 상응하는 전하가 충전된다.
따라서 신호 샘플링이 끝나기 직전의 노드(417)의 전압(Vin)은 수학식 1로 표현된다.
Figure 112004004462576-pat00001
그리고, 신호 샘플링 이후, 각 스위치(S1 및 SW1)은 오프(off)되고, 스위치( SW2)는 온(on)된다. 따라서 각 커패시터(C11, C12, C01 및 C02)는 직렬로 접속되고, 노드(417)의 전압(Vin)은 수학식 2로 표현된다.
Figure 112004004462576-pat00002
수학식 1과 수학식 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CDS회로의 증폭회로(410)의 출력단(417)의 전압변동폭은 도 1에 도시된 노드(132)의 전압변동폭보다 2배 증가한다. 따라서 본 발명에 따른 CDS회로는 고해상도의 ADC(430)를 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 CDS회로는 추가적인 전치 증폭기를 필요로 하지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 CDS회로는 적은 레이아웃 면적을 필요로 하면서 전력 을 적게 사용하는 CDS회로 및 고해상도의 ADC를 용이하게 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CDS의 입력전압의 변화폭을 증폭시키는 증폭회로의 회로도를 나타낸다. 도 6에 도시된 증폭회로는 노드(411)로 입력되는 입력신호(VAPS)의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 결과를 비교기(431)로 출력하는 구성을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 증폭회로는 다수개의 커패시터들(C11, C12, C13, C01, C02, C03,...) 및 다수개의 스위치들(SW1과 SW2)를 구비한다. 각 스위치(SW1)는 신호 샘플링 시 다수개의 커패시터들(C11, C12, C13, C01, C02, C03,...)을 병렬로 접속시키기 위한 기능을 수행하고, 스위치(SW2)는 신호 샘플링이 끝난 후 다수개의 커패시터들(C11, C12, C13, C01, C02, C03,...)을 직렬로 접속시키기 위한 기능을 수행한다.
따라서 노드(417)의 전압(Vin)은 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112004004462576-pat00003
이 경우, 본 발명에 따른 CDS회로의 증폭회로(410)의 출력단(417)의 전압변동폭은 도 1에 도시된 노드(132)의 전압변동폭보다 n배 증가한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 증폭회로를 구비하는 CDS회로는 외부 노이즈에 강하고, 비교기로 입력되는 입력신호의 변동폭을 크게할 수 있으므로, 상기 CDS회로에서 해상도의 ADC는 용이하게 구현될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 증폭회로를 구비하는 CDS회로는 그 레이아웃 면적이 작고, 적은 전력을 소비하는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)회로에 있어서,
    입력신호를 수신하고, 상기 입력신호를 상호 연관된 이중 샘플링하고, 그 결과로서 발생된 상기 입력신호의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 결과를 출력하는 증폭회로; 및
    기준전압과 상기 증폭회로의 출력단으로부터 출력되는 전압을 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 기준전압은 상기 램프신호 발생기로부터 출력된 초기전압인 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  3. 상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)회로에 있어서,
    입력단, 출력단, 다수개의 커패시터들, 및 상기 다수개의 커패시터들 사이에 연결되어 상기 다수개의 커패시터들 사이의 연결 관계를 제어하기 위한 다수개의 스위치들을 구비하는 증폭회로; 및
    기준전압과 상기 증폭회로의 출력단으로부터 출력되는 전압을 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 램프신호 발생기의 출력단은 상기 다수개의 커패시터들 중에서 어느 하나의 커패시터와 접속되는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 CDS회로는 램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고, 상기 기준전압은 상기 램프신호 발생기로부터 출력된 초기전압인 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  6. 제3항에 있어서, 상기 다수개의 커패시터들의 총 커패시턴스는 상기 다수개 의 스위치들 각각의 스위칭 동작에 기초하여 가변되는 특징으로 하는 CDS회로.
  7. 제3항에 있어서, 상기 다수개의 스위치들 각각은 대응되는 제어신호에 응답하여 상기 다수개의 커패시터들 각각을 직렬과 병렬 중에서 어느 하나의 방법으로 접속하는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  8. 상호 연관된 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)회로에 있어서,
    각각이 제1번 단자와 제2번 단자를 구비하는 다수개의 커패시터들;
    상기 다수개의 커패시터들 중에서 대응되는 두 개의 커패시터들 각각의 동일번호 단자들사이에 각각 접속되는 다수개의 제1스위치들;
    상기 다수개의 커패시터들 중에서 대응되는 두 개의 커패시터들 각각의 다른 번호 단자들사이에 각각 접속되는 다수개의 제2스위치들;
    상기 다수개의 커패시터들 중에서 제1커패시터의 제1번 단자와 제2번 단자 중에서 어느 하나의 단자에 접속되는 입력단;
    상기 다수개의 커패시터들 중에서 제2커패시터의 제1번 단자와 제2번 단자 중에서 어느 하나의 단자에 접속되는 출력단; 및
    기준전압과 상기 출력단으로부터 출력되는 전압을 수신하고, 이들의 차이를 비교하고, 그 비교결과를 출력하는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다수개의 제1스위치들 각각과 상기 다수개의 제2스위치들 각각은 서로 상보적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 CDS회로는,
    램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고,
    상기 램프신호 발생기의 출력단은 상기 다수개의 커패시터들 중에서 제3커패시터의 제1번 단자와 제2번 단자 중에서 어느 하나의 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  11. 제8항에 있어서, 상기 CDS회로는,
    램프신호를 발생하는 램프신호 발생기를 더 구비하고,
    상기 기준전압은 상기 램프신호 발생기로부터 출력된 초기전압인 것을 특징으로 하는 CDS회로.
  12. 신호변환방법에 있어서,
    빛의 세기를 감지하여 상기 아날로그 신호를 발생하는 단계;
    상기 아날로그 신호에 대하여 상호 연관된 이중 샘플링하고, 그 샘플링 결과로서 발생된 상기 아날로그 신호의 변동폭을 n배 증폭시키고, 그 증폭결과를 출력하는 단계; 및
    기준전압과 상기 증폭결과로서 출력된 전압의 차이를 비교하고, 그 비교결과로서 상기 디지털 신호를 발생하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 신호변환방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기준전압은 램프신호 발생기로부터 출력된 초기전압인 것을 특징으로 하는 신호변환방법.
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NL1028084A NL1028084C2 (nl) 2004-02-03 2005-01-21 Gecorreleerde dubbele bemonstering (CDS) met versterking in beeldmeetinrichting.
US11/046,946 US7492401B2 (en) 2004-02-03 2005-01-31 Correlated-double-sampling (CDS) with amplification in image sensing device
CN2005100064343A CN1652566B (zh) 2004-02-03 2005-02-01 图像传感设备中的相关双采样放大器
JP2005028134A JP4741253B2 (ja) 2004-02-03 2005-02-03 相関二重サンプリング回路、及び相関二重サンプリング回路を利用した信号変換方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8957994B2 (en) 2013-03-15 2015-02-17 Samsung Electronics Co., Ltd. CDS circuit and analog-digital converter using dithering, and image sensor having same

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006014316A (ja) * 2004-06-22 2006-01-12 Samsung Electronics Co Ltd サブサンプリングされたアナログ信号を平均化する改善された固体撮像素子及びその駆動方法
US8294495B2 (en) * 2005-07-01 2012-10-23 Maxim Integrated Products, Inc. Constant slope ramp circuits for sampled-data circuits
JP2007074447A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Fujitsu Ltd Ｃｍｏｓセンサ
KR100746197B1 (ko) * 2005-12-08 2007-08-06 삼성전자주식회사 공급 전원 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 이미지센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환방법
US7969493B2 (en) * 2006-03-20 2011-06-28 Intellectual Ventures Fund 27 Llc Matching free dynamic digital pixel sensor
KR100878304B1 (ko) 2006-11-03 2009-01-14 삼성전자주식회사 상호연관 이중 샘플링을 수행하기 위한 상호연관 이중샘플링 회로 및 그것을 포함하는 싸이클릭 아날로그 디지털변환 장치
JP2008134097A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 Matsushita Electric Works Ltd センサ装置
KR101452406B1 (ko) * 2008-01-30 2014-10-21 삼성전자주식회사 기생 캐패시턴스의 영향을 줄일 수 있는 ｃｄｓ 회로 및이를 포함하는 이미지 센서
US8207487B2 (en) * 2008-06-25 2012-06-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device including charge/discharge circuit
JP2010051538A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Panasonic Corp 撮像装置
US20100252717A1 (en) * 2008-09-29 2010-10-07 Benoit Dupont Active-pixel sensor
FR2941779B1 (fr) * 2009-01-30 2011-02-25 Soc Fr Detecteurs Infrarouges Sofradir Circuit de detection d'un rayonnement lumineux
KR101077408B1 (ko) * 2010-02-05 2011-10-26 서강대학교산학협력단 Ｃｍｏｓ 이미지 센서
KR101181310B1 (ko) * 2010-06-30 2012-09-11 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생기 및 이미지 센서
GB2486428A (en) * 2010-12-14 2012-06-20 St Microelectronics Res & Dev Image sensor utilising analogue binning with ADC architecture
KR101965631B1 (ko) 2012-02-22 2019-04-04 삼성전자 주식회사 Ｃｄｓ 회로, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치
US9215114B2 (en) 2012-05-04 2015-12-15 California Institute Of Technology Double-sampling receiver with dynamic offset modulation for optical and electrical signaling
KR102074948B1 (ko) * 2013-07-19 2020-02-07 삼성전자 주식회사 아날로그 디지털 컨버터 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR102210539B1 (ko) 2013-12-26 2021-02-01 삼성전자주식회사 상관 이중 샘플링 회로, 이를 포함하는 아날로그-디지털 컨버터, 및 이미지 센서
KR101636129B1 (ko) * 2014-06-24 2016-07-04 주식회사 엘지씨엔에스 매체 분리집적장치, 매체보관함 및 금융 기기
CN104113709A (zh) * 2014-07-15 2014-10-22 西安电子科技大学 相关双采样电路和可变增益放大器一体化电路
WO2017159122A1 (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 株式会社リコー 光電変換装置、画像読取装置及び画像形成装置
US10694131B2 (en) 2016-06-15 2020-06-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Comparing circuit and an image sensor including a current stabilization circuit
KR101909819B1 (ko) * 2017-05-10 2018-10-18 한국과학기술원 클리어 트랜지스터를 사용하는 능동 픽셀 센서 및 이미지 획득 방법
TWI672954B (zh) * 2017-06-12 2019-09-21 晶相光電股份有限公司 讀出電路以及感測裝置
JP7338974B2 (ja) * 2019-01-11 2023-09-05 ブリルニクス シンガポール プライベート リミテッド 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
KR102372444B1 (ko) * 2020-08-26 2022-03-10 클레어픽셀 주식회사 노이즈를 최소화한 참조전원 공급 회로 및 이를 구비한 픽셀 증폭 회로

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000004726A (ko) * 1998-06-30 2000-01-25 김영환 기준전압발생기
KR20010013305A (ko) * 1997-06-02 2001-02-26 윌리암 제이. 버크 Ｃｍｏｓ 영상 센서에 대한 ｄｃ 오프셋 및 이득 보정방법 및 시스템
KR20050075192A (ko) * 2004-01-16 2005-07-20 삼성전자주식회사 반도체 제조 장치의 임피던스 정합 장치
KR20050079729A (ko) * 2004-02-06 2005-08-11 삼성전자주식회사 샘플링 커패시터의 수가 감소된 상호연관 이중 샘플링회로 및 이를 구비하는 ｃｍｏｓ 이미지 센서
KR20070028210A (ko) * 2005-09-07 2007-03-12 후지쯔 가부시끼가이샤 Ｃｍｏｓ 센서
KR20070041361A (ko) * 2005-10-14 2007-04-18 엘지전자 주식회사 전압방식 배터리 잔량 측정 장치 및 방법과 그를 포함하는휴대용 전자기기
KR20080014322A (ko) * 2006-08-10 2008-02-14 엘지전자 주식회사 전압방식 배터리 잔량 측정 장치 및 방법과 그를 포함하는휴대용 전자기기

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2437734A1 (fr) * 1978-09-26 1980-04-25 Thomson Csf Amplificateur a capacites commutees, filtre a capacites commutees et filtre a transfert de charges comportant un tel amplificateur
JPH07131712A (ja) * 1993-11-04 1995-05-19 Nikon Corp 固体撮像装置
US5844431A (en) 1996-09-18 1998-12-01 Exar Corporation Low noise low power CMOS correlated double sampler
US6529237B1 (en) * 1997-12-02 2003-03-04 Texas Instruments Incorporated Complete CDS/PGA sample and hold amplifier
US6885396B1 (en) * 1998-03-09 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Readout circuit with gain and analog-to-digital a conversion for image sensor
US20020176009A1 (en) * 1998-05-08 2002-11-28 Johnson Sandra Marie Image processor circuits, systems, and methods
US6587143B1 (en) * 1999-01-19 2003-07-01 National Semiconductor Corporation Correlated double sampler with single amplifier
US6753912B1 (en) * 1999-08-31 2004-06-22 Taiwan Advanced Sensors Corporation Self compensating correlated double sampling circuit
US7068312B2 (en) * 2000-02-10 2006-06-27 Minolta Co., Ltd. Solid-state image-sensing device
US6895256B2 (en) * 2000-12-07 2005-05-17 Nokia Mobile Phones Ltd. Optimized camera sensor architecture for a mobile telephone
KR100399954B1 (ko) * 2000-12-14 2003-09-29 주식회사 하이닉스반도체 아날로그 상호 연관된 이중 샘플링 기능을 수행하는씨모스 이미지 센서용 비교 장치
JP2002330349A (ja) * 2001-04-26 2002-11-15 Fujitsu Ltd Ｘｙアドレス型固体撮像装置
JP4057814B2 (ja) * 2002-01-22 2008-03-05 財団法人 ひろしま産業振興機構 画像情報処理装置
KR100994993B1 (ko) * 2004-03-16 2010-11-18 삼성전자주식회사 서브 샘플링된 아날로그 신호를 평균화하여 디지털 변환한영상신호를 출력하는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010013305A (ko) * 1997-06-02 2001-02-26 윌리암 제이. 버크 Ｃｍｏｓ 영상 센서에 대한 ｄｃ 오프셋 및 이득 보정방법 및 시스템
KR20000004726A (ko) * 1998-06-30 2000-01-25 김영환 기준전압발생기
KR20050075192A (ko) * 2004-01-16 2005-07-20 삼성전자주식회사 반도체 제조 장치의 임피던스 정합 장치
KR20050079729A (ko) * 2004-02-06 2005-08-11 삼성전자주식회사 샘플링 커패시터의 수가 감소된 상호연관 이중 샘플링회로 및 이를 구비하는 ｃｍｏｓ 이미지 센서
KR20070028210A (ko) * 2005-09-07 2007-03-12 후지쯔 가부시끼가이샤 Ｃｍｏｓ 센서
KR20070041361A (ko) * 2005-10-14 2007-04-18 엘지전자 주식회사 전압방식 배터리 잔량 측정 장치 및 방법과 그를 포함하는휴대용 전자기기
KR20080014322A (ko) * 2006-08-10 2008-02-14 엘지전자 주식회사 전압방식 배터리 잔량 측정 장치 및 방법과 그를 포함하는휴대용 전자기기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8957994B2 (en) 2013-03-15 2015-02-17 Samsung Electronics Co., Ltd. CDS circuit and analog-digital converter using dithering, and image sensor having same

Also Published As

Publication number Publication date
TW200527912A (en) 2005-08-16
US7492401B2 (en) 2009-02-17
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US20050168601A1 (en) 2005-08-04
JP4741253B2 (ja) 2011-08-03
NL1028084A1 (nl) 2005-08-08
JP2005223918A (ja) 2005-08-18
TWI257810B (en) 2006-07-01
CN1652566B (zh) 2011-07-06

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