KR101029618B1 - Cmos image sensor - Google Patents

Cmos image sensor Download PDF

Info

Publication number
KR101029618B1
KR101029618B1 KR1020090134297A KR20090134297A KR101029618B1 KR 101029618 B1 KR101029618 B1 KR 101029618B1 KR 1020090134297 A KR1020090134297 A KR 1020090134297A KR 20090134297 A KR20090134297 A KR 20090134297A KR 101029618 B1 KR101029618 B1 KR 101029618B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
voltage
floating diffusion
diffusion node
pixel
Prior art date
Application number
KR1020090134297A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
강희복
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020090134297A priority Critical patent/KR101029618B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101029618B1 publication Critical patent/KR101029618B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

Abstract

PURPOSE: A CMOS image sensor is provided to increase the current amplification in a pixel by obtaining a high efficiency signal through a low voltage. CONSTITUTION: A photoelectric conversion element(410) receives light from the outside and generates photocharge. A transmission transistor(420) transmits the generated photocharge to a floating diffusion node according to a transmission control signal. A reset transistor(430) reset the floating diffusion node according to a reset control signal supplied to a gate terminal. A signal transmission circuit(440) outputs an electric signal according to the voltage of the floating diffusion node in response to a selection signal. A pixel pull-up amp circuit(450) changes an output signal of the signal transmission circuit into a voltage inverse proportion to the voltage of the floating diffusion node.

Description

CMOS 이미지 센서{CMOS IMAGE SENSOR}CMOS image sensor {CMOS IMAGE SENSOR}

본 발명은 씨모스(CMOS) 이미지 센서에 관한 것으로, 플로팅 확산 노드의 전압과 출력 전압이 반비례하도록 동작하는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly, to a CMOS image sensor that operates so that the voltage of the floating diffusion node is inversely proportional to the output voltage.

이미지 센서(Image Sensor)란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 찍어내는(Capture) 장치를 말한다. 자연계에 존재하는 각 피사체의 각 부분은 빛의 밝기 및 파장 등이 서로 달라서, 감지하는 장치의 각 픽셀에서 다른 전기적인 값을 보이는데, 이 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 주는 것이 바로 이미지 센서가 하는 일이다.An image sensor refers to a device for capturing an image using a property of a semiconductor that reacts to light. Each part of each subject in the natural world has different brightness and wavelength of light, and shows different electrical values in each pixel of the sensing device. This makes the electrical values at a level capable of signal processing. That's what sensors do.

이를 위해 이미지 센서는 수만에서 수십만 개의 단위 픽셀로 구성된 픽셀 어레이와, 수천개 정도의 픽셀에서 감지한 아날로그 전압을 디지털 전압으로 바꿔주는 장치와 수백개에서 수천개의 저장장치 등으로 구성될 수 있다.To this end, an image sensor can consist of a pixel array consisting of tens of thousands to hundreds of thousands of unit pixels, a device that converts the analog voltage detected by thousands of pixels into a digital voltage, and hundreds to thousands of storage devices.

한편, 씨모스(CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 일반 공정에 비하여 컬러 필터(Color Filter), 마이크로 렌즈(Micro Lens) 등의 공정을 더 포함하고, 빛을 입력으로 하므로 빛의 투과도가 제품의 특성에 미치는 영향이 커 공정상의 변화(Variation)에 민감한 특성을 갖는다.On the other hand, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor further includes processes such as color filter and micro lens compared to general processes, and transmits light because it receives light. It has a large effect on the characteristics of, and is sensitive to process variations.

도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀에 대한 구성도이다.1 is a block diagram of a unit pixel of a general CMOS image sensor.

도 1에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(100)은 1개의 광전 변환소자와 4개의 트랜지스터로 구성될 수 있다. 4개의 트랜지스터는 광전 변환소자(110)에 생성된 광전하를 플로팅 확산 노드로 전달하기 위한 전송 트랜지스터(120)와, 다음 신호 검출을 위해 상기 플로팅 확산노드에 저장되어 있는 전하를 배출하며 기준전압 레벨을 읽기 위한 리셋 트랜지스터(130)와, 픽셀에서 발생하는 신호를 왜곡시키지 않고 픽셀과 픽셀로부터의 출력신호를 받는 아날로그-디지털 변환기 사이를 인터페이스하기 위해 샘플앤 홀드(Sample and Hold)를 구동하기 위한 소스 팔로우로 연결된 드라이브 트랜지스터(141) 및 행 단위로 픽셀의 전압을 읽어가도록 어드레싱하는 셀렉트 트랜지스터(142)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the unit pixel 100 may include one photoelectric conversion element and four transistors. The four transistors transfer the phototransistors generated in the photoelectric conversion element 110 to the floating diffusion node, and discharge the charge stored in the floating diffusion node for the next signal detection. Source for driving a sample and hold to interface between a reset transistor 130 for reading a signal and an analog-to-digital converter receiving an output signal from the pixel without distorting the signal generated at the pixel. The drive transistor 141 connected to the follower and the select transistor 142 may be configured to address the voltage of the pixel in units of rows.

도 2는 상기 도 1에 도시된 단위 픽셀의 동작 타이밍도이다.2 is an operation timing diagram of a unit pixel illustrated in FIG. 1.

도 1 및 2를 참조하면, 리셋(RST) 신호에 의해 플로팅 확산노드(FD)가 하 이(High) 전압으로 리셋된 후, 전송(TG) 신호가 하이(High)로 활성화되어 포토 다이오드(110)의 신호가 상기 플로팅 확산노드(FD)로 전달되고, 드라이브 트랜지스터(141)에서 증폭되어 컬럼(Column) 신호인 Vout 으로 출력된다. 1 and 2, after the floating diffusion node FD is reset to the high voltage by the reset (RST) signal, the transmission (TG) signal is activated to be high and the photodiode 110 is activated. ) Is transmitted to the floating diffusion node FD, amplified by the drive transistor 141, and output to the column signal Vout.

도 3의 (a) 내지 (d)는, 상기 도 1에 도시된 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.3A to 3D are conceptual diagrams for describing an operation of a unit pixel illustrated in FIG. 1.

도 3의 (a)는 포토 다이오드에 광에 의한 전하가 집적(integration)되는 단계이다. 본 단계에서는 전송 트랜지스터(320) 및 리셋 트랜지스터(330)가 오프 상태로 되어있어 상기 포토 다이오드(310)에 광에 의한 전하가 집적될 수 있다. 3A illustrates a step of integrating charges due to light in a photodiode. In this step, since the transfer transistor 320 and the reset transistor 330 are turned off, charges by light may be integrated in the photodiode 310.

도 3의 (b)는, 리셋 트랜지스터(330)가 턴-온 되는 단계이다. 본 단계에서 리셋 트랜지스터가 턴-온 되어 플로팅 확산 노드(FD)에 저장되어 있는 전하를 배출하고 상기 플로팅 확산 노드의 전압을 전원 전압(Vdd)에 가깝게 상승시킬 수 있다. 3B, the reset transistor 330 is turned on. In this step, the reset transistor may be turned on to discharge the charge stored in the floating diffusion node FD and increase the voltage of the floating diffusion node to be close to the power supply voltage Vdd.

도 3의 (c)는, 리셋 트랜지스터(330)가 턴-오프 되는 단계이다. 본 단계에서 상기 플로팅 확산 노드(FD)의 전압은 전 단계에서 샘플링된 전압을 유지할 수 있다. 3C, the reset transistor 330 is turned off. In this step, the voltage of the floating diffusion node FD may maintain the voltage sampled in the previous step.

도 3의 (d)는, 전송 트랜지스터(320)가 턴-온 되는 단계이다. 본 단계에서 는 포토 다이오드(310)에 집적된 전하들이 상기 플로팅 확산 노드(FD)로 흘러들어갈 수 있다.FIG. 3D illustrates a step in which the transfer transistor 320 is turned on. In this step, charges integrated in the photodiode 310 may flow into the floating diffusion node FD.

그러나 이러한 종래 기술에 의할 경우, 플로팅 확산 노드의 전압이 크면 단위 픽셀의 출력 전압도 함께 크게 나타나는 비례관계에 있으므로, 저전압 고효율의 드라이브 트랜지스터 구동에는 한계가 있었다.However, according to the related art, when the voltage of the floating diffusion node is large, the output voltage of the unit pixel is also large. Therefore, there is a limit in driving a low-voltage high efficiency drive transistor.

상기 문제점을 해결하고자, CMOS 이미지 센서의 동작시 플로팅 확산 노드의 전압과 출력 전압이 반비례 관계가 되도록 구성하여 저전압으로도 고효율의 드라이브 트랜지스터를 구동할 수 있으며, 사이즈가 작은 CMOS 이미지 센서를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, it is possible to drive a high efficiency drive transistor even at low voltage by configuring the voltage of the floating diffusion node and the output voltage in inverse relationship when the CMOS image sensor is operated, and to provide a small size CMOS image sensor. .

본 발명의 일 실시형태는, 외부로부터 빛을 받아서 광전하를 생성하는 광전 변환소자, 상기 광전 변환소자에서 생성된 광전하를 전송 제어신호에 따라 플로팅 확산 노드로 전달하는 전송 트랜지스터, 일단에 전원 전압이 인가되어 타단에 연결된 상기 플로팅 확산 노드를 리셋 제어 신호에 따라 리셋하는 리셋 트랜지스터, 일단에 접지 전압이 인가되어 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기 신호를 선택 신호에 따라 타단에 출력하는 신호 전달 회로부 및 상기 신호 전달 회로부에 연결되어 상기 신호 전달 회로부의 출력 신호를 상기 플로팅 확산 노드의 전압과 반비례하는 전압으로 변환하여 출력하는 픽셀 풀업 앰프 회로부를 포함하는 CMOS 이미지 센서를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention provides a photoelectric conversion element that receives light from an external source and generates photocharges, a transfer transistor that transfers the photocharges generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion node according to a transmission control signal, and a power supply voltage at one end thereof. A reset transistor which is applied to reset the floating diffusion node connected to the other end according to a reset control signal, and a signal transfer circuit unit which is applied with a ground voltage at one end to output an electrical signal according to the voltage of the floating diffusion node to the other end according to a selection signal. And a pixel pull-up amplifier circuit unit connected to the signal transfer circuit unit to convert an output signal of the signal transfer circuit unit into a voltage inversely proportional to the voltage of the floating diffusion node.

나아가, 본 발명의 다른 실시형태는, 로우 및 컬럼으로 배열된 복수의 픽셀을 구비하는 픽셀 어레이 및 상기 픽셀 어레이의 컬럼 신호 라인에 연결된 픽셀 풀 업 앰프 회로부를 포함하고, 상기 픽셀 어레이 내의 각 픽셀은, 외부로부터 빛을 받아서 광전하를 생성하는 광전 변환소자, 상기 광전 변환소자에서 생성된 광전하를 전송 제어신호에 따라 플로팅 확산 노드로 전달하는 전송 트랜지스터, 일단에 전원 전압이 인가되어 타단에 연결된 상기 플로팅 확산 노드를 리셋 제어 신호에 따라 리셋하는 리셋 트랜지스터, 일단에 접지 전압이 인가되고 타단에 상기 컬럼 신호 라인이 연결되어 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기 신호를 선택 신호에 따라 타단에 연결된 상기 컬럼 신호 라인에 출력하는 신호 전달 회로부를 포함하며, 상기 픽셀 풀업 회로부는 상기 신호 전달 회로부의 출력 신호를 상기 플로팅 확산 노드의 전압과 반비례하는 전압으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서를 제공할 수 있다.Furthermore, another embodiment of the present invention includes a pixel array having a plurality of pixels arranged in rows and columns and a pixel pull-up amplifier circuit connected to the column signal lines of the pixel array, wherein each pixel in the pixel array is A photoelectric conversion element configured to receive light from an outside to generate photocharges; a transfer transistor configured to transfer the photocharges generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion node according to a transmission control signal; A reset transistor for resetting the floating diffusion node according to a reset control signal, wherein a ground voltage is applied to one end and the column signal line is connected to the other end so that an electrical signal according to the voltage of the floating diffusion node is connected to the other end according to a selection signal A signal transfer circuit part output to a signal line, wherein the pixel pull-up circuit The furnace unit may provide a CMOS image sensor that converts an output signal of the signal transfer circuit unit into a voltage inversely proportional to the voltage of the floating diffusion node.

본 발명에 의하면, 저전압으로도 고효율의 신호를 얻을 수 있어 픽셀의 전류 증폭도가 증가한다. 또한, 이러한 고효율의 동작으로 단위 픽셀의 사이즈를 작게 할 수 있다.According to the present invention, a signal of high efficiency can be obtained even at a low voltage, thereby increasing the current amplification degree of the pixel. In addition, the size of the unit pixel can be reduced by such high efficiency operation.

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 각 실시형태를 상세히 설명한다. 단, 본 명세서 및 도면은 본 발명의 각 실시형태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 권리범위는 각 실시형태로만 한정되지 않는다.Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this specification and drawings are for describing each embodiment of the present invention, the scope of the present invention is not limited to each embodiment only.

도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시형태인 CMOS 이미지 센서의 세부 구성을 나타내는 구성도를 도시한다. 또한, 도 4c는 상기 도 4b의 구조에서 동작하는 펄스 신호의 시간에 따른 신호 형태를 나타내는 타이밍도이다. 4A and 4B show a configuration diagram showing a detailed configuration of a CMOS image sensor as one embodiment of the present invention. 4C is a timing diagram illustrating a signal form over time of a pulse signal operating in the structure of FIG. 4B.

도 4a에 나타난 본 발명의 일 실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서(400)는 광전 변환소자(410), 전송 트랜지스터(420), 리셋 트랜지스터(430), 신호 전달 회로부(440) 및 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)를 포함할 수 있다.The CMOS image sensor 400 according to an exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4A includes a photoelectric conversion element 410, a transfer transistor 420, a reset transistor 430, a signal transfer circuit unit 440, and a pixel pull-up amplifier circuit unit ( 450).

상기 광전 변환소자(410)는 외부로부터 빛이 유입되면 전하(광전하)를 생성하는 소자이며, 바람직한 실시형태로 포토 다이오드(Photodiode)가 사용될 수 있다. 상기 광전 변환소자(410)의 일단(소스/드레인 단자)은 접지(ground)되고 타단(소스/드레인 단자)은 전송 트랜지스터(420)의 일단(소스/드레인 단자)에 연결될 수 있다.The photoelectric conversion element 410 is a device that generates a charge (photocharge) when light is introduced from the outside, a photodiode may be used in a preferred embodiment. One end (source / drain terminal) of the photoelectric conversion element 410 may be grounded, and the other end (source / drain terminal) may be connected to one end (source / drain terminal) of the transfer transistor 420.

상기 전송 트랜지스터(420)는 전송 제어 신호(TG)에 의하여 상기 광전 변환소자(410)로부터 생성된 전하를 플로팅 확산(FD) 노드로 전송하는 스위칭 역할을 수행할 수 있다. The transfer transistor 420 may perform a switching role of transferring charges generated from the photoelectric conversion element 410 to the floating diffusion FD node by a transfer control signal TG.

즉, 상기 전송 트랜지스터(420)는 상기 전송 제어 신호를 전달하는 라인이 게이트 단자에 연결되고, 상기 게이트 단자에 수신되는 전송 제어신호로 상기 전송 트랜지스터(420)가 동작시(턴-온), 상기 광전 변환소자(410)에서 생성되어 축적된 전하를 플로팅 확산 노드로 이동시킬 수 있다. That is, the transfer transistor 420 has a line for transmitting the transfer control signal connected to a gate terminal, and when the transfer transistor 420 operates (turns on) with a transfer control signal received at the gate terminal, Charge generated and accumulated in the photoelectric conversion element 410 may be moved to the floating diffusion node.

상기 리셋 트랜지스터(430)는 게이트단에 인가되는 리셋 제어 신호(RST)에 따라 상기 플로팅 확산 노드를 리셋시키는 역할을 할 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(430)의 게이트단은 리셋 제어 신호(RST) 라인에 연결될 수 있다. 그리고 일단(소스/드레인 단자)에 가해지는 전원 전압에 의해 상기 플로팅 확산 노드를 리셋할 수 있다. The reset transistor 430 may reset the floating diffusion node according to a reset control signal RST applied to a gate terminal. The gate terminal of the reset transistor 430 may be connected to a reset control signal RST line. The floating diffusion node may be reset by a power supply voltage applied to one end (source / drain terminal).

일 실시형태에서, 상기 리셋 트랜지스터에는 도 4a와 같은 일정한 전원 전압원(Vdd)이 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 리셋 트랜지스터(430)는 상기 리셋 제어 신호(RST)에 의하여 상기 전원 전압원(Vdd)을 이용하여 상기 플로팅 확산(FD) 노드 사이를 스위칭하여 리셋 동작을 수행할 수 있다.In one embodiment, a constant power supply voltage source Vdd as shown in FIG. 4A may be connected to the reset transistor. In this case, the reset transistor 430 may perform a reset operation by switching between the floating diffusion FD nodes using the power supply voltage source Vdd according to the reset control signal RST.

나아가 다른 실시형태에서, 상기 리셋 트랜지스터(430) 는 도 4b와 같은 펄스 신호 라인(RSTP)과 연결될 수 있다. 상기 펄스 신호 라인은 도 4c에 나타난 것과 같은 펄스 신호를 상기 리셋 트랜지스터에 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 펄스 신호 라인(RSTP)은 상기 리셋 트랜지스터(430)가 리셋 동작하는 구간(t2)을 포함하는 일정 구간(t1~t3)에서, 상기 리셋 트랜지스터의 일단(소스/드레인 단자)에 전원 전압 신호를 인가함으로써 상기 전원 전압원(Vdd)에 연결된 것과 같은 효과를 부여할 수 있다. 실제 펄스 신호 부여시, 리셋 구간인 t2 구간보다 다소 넓은 t1 및 t3 구간을 더 부여하는 것은, 미세한 오차로 인한 센서의 신뢰성 저하를 막기 위한 것이다. 상기 리셋 트랜지스터(430)는 상기 펄스 신호 라인(RSTP)과 상기 플로팅 확산 노드 사이를 스위칭할 수 있다.In another embodiment, the reset transistor 430 may be connected to the pulse signal line RSTP as shown in FIG. 4B. The pulse signal line may apply a pulse signal as shown in FIG. 4C to the reset transistor. In this case, the pulse signal line RSTP is supplied to one end (source / drain terminal) of the reset transistor in a predetermined period t1 to t3 including a period t2 in which the reset transistor 430 is reset. By applying a voltage signal, the same effects as those connected to the power supply voltage source Vdd can be provided. When the actual pulse signal is applied, the additionally wider sections t1 and t3 than the t2 section, which is the reset section, are provided to prevent deterioration of the reliability of the sensor due to a minute error. The reset transistor 430 may switch between the pulse signal line RSTP and the floating diffusion node.

상기 신호 전달 회로부(440)는 일단에 접지 전원이 인가될 수 있고, 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 신호를 타단(출력단)으로 출력하는 역할을 한다. 일 실시예인 도 4a와 같이, 상기 신호 전달 회로부(440)의 일단은 접지 전원단에 연결될 수 있다. The signal transmission circuit unit 440 may be applied with ground power at one end, and outputs a signal according to the voltage of the floating diffusion node to the other end (output terminal). As shown in FIG. 4A, one end of the signal transmission circuit unit 440 may be connected to a ground power supply terminal.

또는 다른 실시예인 도 4b와 같이, 일단이 상기 펄스 신호 라인(RSTP)에 연결되어, 상기 신호 전달 회로(440)의 출력 동작시 접지 신호가 인가되는 형태로 구성할 수 있다. 이 경우, 도 4c에서 볼 수 있듯이 접지 신호가 인가되어야 하는 t4 구간에서 상기 펄스 신호 라인이 접지 신호를 인가하는 것을 알 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 4B, another end may be connected to the pulse signal line RSTP so that a ground signal is applied when an output operation of the signal transmission circuit 440 is performed. In this case, as shown in FIG. 4C, it can be seen that the pulse signal line applies the ground signal in the period t4 to which the ground signal is to be applied.

바람직하게는, 도 4a 및 4b와 같이 상기 신호 전달회로(440)는, 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기신호를 출력하는 드라이브 트랜지스터(441) 및 상기 드라이브 트랜지스터와 직렬로 연결되는 셀렉트 트랜지스터(442)를 포함할 수 있다. 상기 셀렉트 트랜지스터(442)는 상기 드라이브 트랜지스터(441)에서 나오는 신 호의 출력을 게이트단에 인가되는 선택신호(ROW)에 따라 스위칭하는 역할을 수행할 수 있다.Preferably, as illustrated in FIGS. 4A and 4B, the signal transfer circuit 440 may include a drive transistor 441 for outputting an electric signal according to the voltage of the floating diffusion node, and a select transistor 442 connected in series with the drive transistor. ) May be included. The select transistor 442 may switch the output of the signal from the drive transistor 441 according to the selection signal ROW applied to the gate terminal.

상기 드라이브 트랜지스터(441)의 일단(소스/드레인 단자)은 출력 동작시 접지 전압이 인가될 수 있다. 이는 게이트단에 입력되는 플로팅 확산 노드의 전압에 따라 드레인-소스 경로(채널)을 형성할 때, 상기 드라이브 트랜지스터(441)을 통해 흐르는 전류의 방향이 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)로부터 접지 방향으로 흐르도록 하기 위함이다. 이러한 전류의 방향은 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)의 동작과 관련되는 바, 이에 관해서는 후술하도록 한다.One end (source / drain terminal) of the drive transistor 441 may receive a ground voltage during an output operation. This is because when the drain-source path (channel) is formed according to the voltage of the floating diffusion node input to the gate terminal, the direction of the current flowing through the drive transistor 441 is moved from the pixel pull-up amplifier circuit part 450 to the ground direction. To flow. The direction of the current is related to the operation of the pixel pull-up amplifier circuit 450, which will be described later.

상기 셀렉트 트랜지스터(442)는, 게이트 단자가 선택신호(ROW) 라인에 연결될 수 있고, 일단(소스/드레인 단자)은 상기 드라이브 트랜지스터(441)에, 타단(소스/드레인 단자)은 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)에 연결될 수 있다. 상기 셀렉트 트랜지스터(442)는 선택 신호(ROW)에 응답하여 상기 드라이브 트랜지스터(441)를 통하여 전송되는 플로팅 확산 노드의 전압을 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)로 전달하는 스위치 역할을 할 수 있다.In the select transistor 442, a gate terminal may be connected to a select signal ROW line, one end (source / drain terminal) of the drive transistor 441 and the other end (source / drain terminal) of the pixel pull-up amplifier circuit part. And may be connected to 450. The select transistor 442 may serve as a switch to transfer the voltage of the floating diffusion node transmitted through the drive transistor 441 to the pixel pull-up amplifier circuit 450 in response to the selection signal ROW.

본 실시형태에서, 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)는 상기 신호 전달 회로부(440), 바람직하게는 상기 셀렉트 트랜지스터(442)에 연결될 수 있다. 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)의 출력은 CDS(Correlated Double Sampling) 회로부에 입력 되어 이중 샘플링 및 이미지 센싱에 사용될 수 있다. In the present embodiment, the pixel pull-up amplifier circuit 450 may be connected to the signal transfer circuit 440, preferably the select transistor 442. The output of the pixel pull-up amplifier circuit part 450 may be input to a correlated double sampling (CDS) circuit part and used for dual sampling and image sensing.

본 실시형태에서, 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)는 클램프 소자(451), 전류원(452) 및 픽셀 풀업 앰프 회로부의 독립적인 전압원(이하, '픽셀 풀업 전압원'이라 함)(453)을 포함할 수 있다. In this embodiment, the pixel pull-up amplifier circuit 450 includes a clamp element 451, a current source 452, and an independent voltage source (hereinafter referred to as a 'pixel pull-up voltage source') 453. Can be.

상기 클램프 소자(451)는 PMOS 또는 NNOS로 구현된 트랜지스터일 수 있으며, 상기 클램프 소자(451)의 게이트단에는 별도의 게이트 전원(미도시)이 연결될 수 있다. 또한, 상기 클램프 소자(451)의 일단(소스/드레인 단자)은 상기 신호 전달 회로부(440), 바람직하게는 상기 셀렉트 트랜지스터(442)에 연결될 수 있고, 타단(소스/드레인 단자)은 상기 전류원(452)과 연결된다. 그리고 상기 전류원(452)은 픽셀 풀업 앰프 전압원(453)과 연결되는 구조를 갖는다.The clamp device 451 may be a transistor implemented with PMOS or NNOS, and a separate gate power source (not shown) may be connected to the gate terminal of the clamp device 451. In addition, one end (source / drain terminal) of the clamp element 451 may be connected to the signal transfer circuit 440, preferably the select transistor 442, and the other end (source / drain terminal) may be connected to the current source ( 452). The current source 452 has a structure connected to the pixel pull-up amplifier voltage source 453.

상기 클램프 소자(451)는 상기 신호 전달 회로부(440)와 연결된 일단(소스/드레인 단자)의 전압을 일정하게 유지(최대 전압값은 상기 픽셀 풀업 앰프 전압원(453)의 전압값)시켜 접지 전원이 인가되는 상기 신호 전달 회로부(440)의 단자 방향으로 전류가 흐르도록 하는 역할을 할 수 있다. The clamp element 451 maintains a constant voltage of one end (source / drain terminal) connected to the signal transmission circuit unit 440 (the maximum voltage value is the voltage value of the pixel pull-up amplifier voltage source 453) to provide ground power. It may serve to allow a current to flow in the direction of the terminal of the signal transmission circuit unit 440 is applied.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시형태인 픽셀 어레이 구조를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 세부 구성을 나타내는 구성도를 도시한다.5A and 5B show a configuration diagram showing a detailed configuration of a CMOS image sensor including a pixel array structure which is another embodiment of the present invention.

도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 픽셀(501, 502, 503, 504)들이 로우 및 컬럼으로 배열되어 픽셀 어레이(500)를 이룬다. 상기 단위 픽셀의 각 컬럼 신호 라인마다 픽셀 풀업 앰프 회로부(511, 512)가 연결될 수 있다. 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부(511, 512)들은 자신들이 속한 컬럼 신호 라인에 연결된 픽셀들 중 선택된 픽셀의 신호 전달 회로부로부터 출력되는 출력 신호를 상기 선택된 픽셀의 플로팅 확산 노드의 전압과 반비례하는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. As shown in FIG. 5A, a plurality of unit pixels 501, 502, 503, and 504 are arranged in rows and columns to form a pixel array 500. Pixel pull-up amplifier circuits 511 and 512 may be connected to each column signal line of the unit pixel. The pixel pull-up amplifier circuits 511 and 512 convert an output signal output from the signal transfer circuit of the selected pixel among the pixels connected to the column signal line to which the pixel pull-up amplifier circuits are inversely proportional to the voltage of the floating diffusion node of the selected pixel. You can print

상기 단위 픽셀(501, 502, 503, 504) 각각은 전술한 도 4a 및 4b에 나타난 광전 변환소자(410), 전송 트랜지스터(420), 리셋 트랜지스터(430), 신호 전달 회로부(440)을 동일하게 포함할 수 있다. 다만, 도 4a의 구조와 같이 단위 픽셀(501, 502, 503, 504)들의 리셋 트랜지스터의 일단(소스/드레인 단자)이 전원 전압원에 연결되고 신호 전달 회로부의 일단은 접지 전압원에 연결되는 형태가 도 5a에 나타나 있으며, 도 4b의 구조와 같이 단위 픽셀(501, 502, 503, 504)들의 리셋 트랜지스터 및 신호 전달 회로부가 모두 펄스 신호 라인(RSTP)에 연결되는 구조가 도 5b에 나타나 있다. Each of the unit pixels 501, 502, 503, and 504 has the same operation as the photoelectric conversion element 410, the transfer transistor 420, the reset transistor 430, and the signal transfer circuit 440 shown in FIGS. 4A and 4B. It may include. However, as shown in FIG. 4A, one end (source / drain terminal) of the reset transistors of the unit pixels 501, 502, 503, and 504 is connected to a power supply voltage source, and one end of the signal transfer circuit part is connected to a ground voltage source. 5B, a structure in which the reset transistors and the signal transfer circuits of the unit pixels 501, 502, 503, and 504 are all connected to the pulse signal line RSTP is illustrated in FIG. 5B.

이하 도 6 및 도 7을 이용하여 본 발명의 다른 실시형태를 상세히 설명한다. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7.

도 6 및 도 7은, 본 발명의 단위 픽셀에 추가적인 광전 변환소자-전송 트랜 지스터가 구비된 실시형태를 각각 나타낸다. 각 픽셀에 대하여, 광전 변환소자(1011)와 전송 트랜지스터(1021)에 부가하여, 1개 이상의 추가 광전 변환소자(1012~1014)와 각 추가 광전 변환소자에 하나씩 연결된 1 이상의 추가 전송 트랜지스터(1022~1024)가 사용된다. 한 픽셀 내의 광전 변환소자(1011~1014)와 트랜지스터(1021~1024)는 하나의 플로팅 확산 노드(FD)를 공통으로 사용한다.6 and 7 respectively show an embodiment in which an additional photoelectric conversion element-transistor transistor is provided in a unit pixel of the present invention. For each pixel, in addition to the photoelectric conversion element 1011 and the transfer transistor 1021, one or more additional photoelectric conversion elements 1012 to 1014 and one or more additional transfer transistors 1022 to one connected to each additional photoelectric conversion element. 1024) is used. The photoelectric conversion elements 1011 to 1014 and the transistors 1021 to 1024 in one pixel commonly use one floating diffusion node FD.

도 6은 본 발명의 실시형태 중 리셋 트랜지스터(1030)의 일단(소스/드레인 단자)에 전원 전압원(Vdd)이 연결되고, 신호 전달 회로부 중 드라이브 트랜지스터(1041)의 일단(소스/드레인 단자)이 접지단에 연결된 구조를 나타낸다. FIG. 6 shows a power supply voltage source Vdd connected to one end (source / drain terminal) of the reset transistor 1030 in the embodiment of the present invention, and one end (source / drain terminal) of the drive transistor 1041 in the signal transmission circuit portion. The structure connected to the ground terminal is shown.

그리고 도 7은 본 발명의 실시형태 중 리셋 트랜지스터(1030) 및 드라이브 트랜지스터(1041)의 일단(소스/드레인 단자)에 펄스 신호 라인(RSTP)이 연결된 구조를 나타낸다.7 illustrates a structure in which a pulse signal line RSTP is connected to one end (source / drain terminal) of the reset transistor 1030 and the drive transistor 1041 in the embodiment of the present invention.

상기 도 6 및 도 7에 도시된 추가 광전 변환소자 및 추가 전송 트랜지스터가 부가된 단위 픽셀의 구조는 하나의 단위 픽셀 내에 다수의 광전 변환소자를 구비할 수 있으므로 단위 픽셀의 면적 효율을 최적화시킬 수 있다. The structure of the unit pixel to which the additional photoelectric conversion element and the additional transfer transistor shown in FIGS. 6 and 7 may include a plurality of photoelectric conversion elements in one unit pixel may optimize the area efficiency of the unit pixel. .

다른 구조와 작동 원리는 상술한 단위 픽셀의 구조와 작동 원리와 실질적으로 동일하며, 본 실시형태에서는 4개의 광전 변환소자 및 전송 트랜지스터를 연결 하였으나, 그 숫자는 상황에 따라 조절이 가능할 것이다. The other structure and principle of operation are substantially the same as the structure and principle of operation of the unit pixel described above. In the present embodiment, four photoelectric conversion elements and a transfer transistor are connected, but the number may be adjusted according to circumstances.

이하, 도 8 및 9를 이용하여 본 발명의 각 실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작 원리를 설명한다. 8 and 9, the operating principle of the CMOS image sensor according to each embodiment of the present invention will be described.

리셋 동작Reset operation

도 8과 같은 본 발명의 일 실시예인 이미지 센서의 구조에서, 리셋 제어 신호(RST)의 전압이 상승하여 리셋 트랜지스터(430)가 작동하면(턴-온), 플로팅 확산(FD) 노드의 전압은 단위 픽셀 전원 전압(Vdd)에 가깝게 상승할 수 있다. 이 때, 드라이브 트랜지스터(441)와 셀렉트 트랜지스터(442)에 의해 플로팅 확산(FD) 노드의 전압이 일차적으로 샘플링되기 위하여 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)에 전달되고, 이에 따른 픽셀 풀업 앰프 회로부 출력단의 전압이 기준 전압이 될 수 있다.In the structure of the image sensor according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 8, when the voltage of the reset control signal RST rises to operate the reset transistor 430 (turn-on), the voltage of the floating diffusion (FD) node is It may rise close to the unit pixel power supply voltage Vdd. At this time, the voltage of the floating diffusion (FD) node is transmitted to the pixel pull-up amplifier circuit 450 by the drive transistor 441 and the select transistor 442 to be first sampled, and thus the voltage of the output terminal of the pixel pull-up amplifier circuit section. This reference voltage can be.

광전하 생성 및 전송 트랜지스터의 동작Operation of photocharge generation and transfer transistor

한편, 광이 집적되는 동안(Integration Period)에 외부에서 수광된 빛이 광전 변환소자(410)에 입사하게 되면 이에 비례하여 광전 변환소자(410)에 전하가 축적된다.Meanwhile, when light received from the outside enters the photoelectric conversion element 410 during the integration period, charges are accumulated in the photoelectric conversion element 410 in proportion thereto.

이 때, 전송 제어신호(TG)의 전압이 상승하면 전송 트랜지스터(420)에 채널이 형성되고 상기 광전 변환소자(410)에 축적된 전하는 플로팅 확산(FD) 노드로 전 달된다. 상기 광전 변환소자(410)로부터 플로팅 확산 노드로 전달된 신호 전하량에 비례하여 플로팅 확산 노드의 전압이 변화할 수 있다. At this time, when the voltage of the transfer control signal TG rises, a channel is formed in the transfer transistor 420, and the charge accumulated in the photoelectric conversion element 410 is transferred to the floating diffusion FD node. The voltage of the floating diffusion node may change in proportion to the amount of signal charge transferred from the photoelectric conversion element 410 to the floating diffusion node.

드라이브 트랜지스터 및 픽셀 풀업 앰프 회로부의 동작Operation of Drive Transistors and Pixel Pullup Amplifier Circuits

게이트단에 인가되는 이렇게 변화된 플로팅 확산 노드의 전압에 따라 드라이브 트랜지스터(441)는 드레인-소스 경로를 형성하여 전류가 흐르도록 할 수 있다. In response to the voltage of the floating diffusion node applied to the gate terminal, the drive transistor 441 may form a drain-source path to allow current to flow.

이 경우, 픽셀 풀업 앰프 회로부(450)의 클램프 소자(451)는 신호 전달 회로부(440)와 연결된 단자의 전압을 일정하게 유지시켜(도 8에서, 최대 전압은 픽셀 풀업 전압원의 전압인 Vdd'의 전압값) 전류가 접지단으로 흐르도록 구동력을 제공할 수 있다. 또한, 전류원(452)은 Isense 전류를 공급할 수 있다.In this case, the clamp element 451 of the pixel pull-up amplifier circuit portion 450 maintains the voltage of the terminal connected to the signal transfer circuit portion 440 constant (in FIG. 8, the maximum voltage of Vdd 'which is the voltage of the pixel pull-up voltage source). Voltage value) can provide a driving force to flow the current to the ground terminal. In addition, the current source 452 can supply an Isense current.

픽셀 풀업 앰프 회로부에 의한 출력 및 이를 이용한 광센싱Output by the pixel pull-up amplifier circuit and light sensing using the same

본 발명의 실시형태에 의한 이미지 센서의 구조에서는 상기 플로팅 확산 노드의 전압과 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부의 출력 전압은 도 9와 같이 서로 반비례 관계를 가질 수 있다. 이는 상기 드라이브 트랜지스터(441)의 양단 사이의 전압차는 일정하게 유지되고, 게이트단에 인가되는 플로팅 확산 노드의 전압이 변함에 따라 접지단으로 흐르는 Isense 전류의 크기도 달라지기 때문이다. In the structure of the image sensor according to the embodiment of the present invention, the voltage of the floating diffusion node and the output voltage of the pixel pull-up amplifier circuit may have an inverse relationship with each other as shown in FIG. 9. This is because the voltage difference between both ends of the drive transistor 441 is kept constant, and the magnitude of the Isense current flowing to the ground terminal is changed as the voltage of the floating diffusion node applied to the gate terminal is changed.

예를 들어, 플로팅 확산 노드의 전압이 커져서 Isense 전류의 크기가 커지 면, 상대적으로 픽셀 풀업 앰프 회로부가 출력하는 전압이 낮아지게 된다. 반대로 플로팅 확산 노드의 전압이 작아져서 Isense 전류가 작아지면, 픽셀 풀업 앰프에서 출력하는 전압은 높아지게 된다. 따라서, 픽셀 풀업 앰프 회로부 출력단의 전압이 플로팅 확산 노드의 전압과 반비례 관계를 가질 수 있다.For example, if the voltage of the floating diffusion node is increased and the magnitude of the Isense current is increased, the voltage output by the pixel pull-up amplifier circuit is relatively low. Conversely, as the voltage at the floating diffusion node becomes smaller and the Isense current becomes smaller, the voltage output from the pixel pull-up amplifier becomes higher. Therefore, the voltage of the output terminal of the pixel pull-up amplifier circuit may be inversely related to the voltage of the floating diffusion node.

도 9는 이러한 플로팅 확산 노드의 전압과 픽셀 풀업 앰프 회로부 출력단 전압 사이의 반비례 관계를 나타내고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 셀렉트 트랜지스터(442)가 턴-온 된 상태에서 드라이브 트랜지스터(441)에 플로팅 확산 노드의 전압 V1 및 V2가 전달되면, 픽셀 풀업 앰프 회로부 출력단의 전압은 V1' 및 V2'로 단위 픽셀 외부에 출력될 수 있다. 이와 같이, 플로팅 확산 노드의 전압이 커지면 픽셀 풀업 앰프 회로부 출려단의 전압은 작아지도록 동작하는 특성이 나타난다. 반대로 플로팅 확산 노드의 전압이 작아지면 픽셀 풀업 앰프 회로부 출력단의 전압은 높게 나타난다. 이렇게 출력된 V1' 및 V2'에 의하여 광 센싱을 할 수 있다. 9 shows an inverse relationship between the voltage of such a floating diffusion node and the voltage of the output terminal of the pixel pull-up amplifier circuit. As shown in FIG. 9, when the voltages V 1 and V 2 of the floating diffusion node are transferred to the drive transistor 441 while the select transistor 442 is turned on, the voltage at the output terminal of the pixel pull-up amplifier circuit is V 1. 'And V 2 ' may be output outside the unit pixel. As such, when the voltage of the floating diffusion node increases, the voltage at the source of the pixel pull-up amplifier circuit unit is reduced. On the contrary, when the voltage of the floating diffusion node decreases, the voltage of the output terminal of the pixel pull-up amplifier circuit appears high. Light sensing may be performed by the output V 1 ′ and V 2 ′.

상기 도 9에서 볼 수 있듯이, 낮은 전압 신호가 플로팅 확산 노드에 인가되어도, 픽셀 풀업 앰프 회로부를 통해 출력되는 전압 신호는 매우 높아질 수 있다. 따라서, 저전압으로도 높은 효율의 출력 신호를 갖는 CMOS 이미지 센서를 구현할 수 있으며, 높은 전류 증폭도를 얻을 수 있다. 나아가, 이러한 저전압 고효율 특성으로 인하여 각 픽셀에 추가 광전 변환소자 및 추가 전송 트랜지스터를 더 연결하 여 사용하더라도 충분한 전류 증폭 효율을 얻을 수 있다. 또한, 픽셀의 전류 증폭도가 증가하므로 증폭 기능을 갖는 드라이브 트랜지스터의 사이즈를 작게 할 수 있고, 이에 따라 픽셀의 사이즈를 작게 할 수 있다.As shown in FIG. 9, even when a low voltage signal is applied to the floating diffusion node, the voltage signal output through the pixel pull-up amplifier circuit part may be very high. Therefore, a CMOS image sensor having a high efficiency output signal can be realized even at a low voltage, and a high current amplification degree can be obtained. Further, due to the low voltage high efficiency, sufficient current amplification efficiency can be obtained even by connecting additional photoelectric conversion elements and additional transfer transistors to each pixel. In addition, since the current amplification degree of the pixel increases, the size of the drive transistor having an amplifying function can be reduced, and thus the size of the pixel can be reduced.

본 발명의 각 실시형태에서는 트랜지스터가 모두 NMOS 로 구현된 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 트랜지스터들은 PMOS 형태로도 구현될 수 있으며, 이 경우에는 상기 드레인 및 소스 전극의 연결이 달라질 수 있다.In each embodiment of the present invention, a case has been described in which the transistors are all implemented with NMOS. However, the transistors may also be implemented in the form of PMOS, in which case the connection of the drain and source electrodes may vary.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.

도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀에 대한 구성도이다.1 is a block diagram of a unit pixel of a general CMOS image sensor.

도 2는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작 타이밍도이다.2 is an operation timing diagram of a unit pixel of a general CMOS image sensor.

도 3의 (a) 내지 (d)는, 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 개념도이다3A to 3D are conceptual views for explaining the operation of a unit pixel of a general CMOS image sensor.

도 4a는 본 발명의 실시형태인 이미지 센서의 세부 구성을 나타내는 구성도이다.It is a block diagram which shows the detailed structure of the image sensor which is embodiment of this invention.

도 4b는 본 발명의 다른 실시형태의 펄스 신호 라인이 연결된 이미지 센서의 세부 구성을 나타내는 구성도이다.It is a block diagram which shows the detailed structure of the image sensor connected with the pulse signal line of other embodiment of this invention.

도 4c는 펄스 신호 라인이 연결된 이미지 센서에서 시간에 따른 펄스 신호 인가 형태를 모식적으로 나타낸 그래프이다.4C is a graph schematically illustrating a form of applying a pulse signal with time in an image sensor to which a pulse signal line is connected.

도 5a은 본 발명의 다른 실시형태인 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 세부 구성을 나타내는 구성도이다.5A is a block diagram showing a detailed configuration of an image sensor including a pixel array that is another embodiment of the present invention.

도 5b는 본 발명의 다른 실시형태인 픽셀 어레이를 포함하며, 펄스 신호 라인이 연결된 이미지 센서의 세부 구성을 나타내는 구성도이다.5B is a block diagram illustrating a detailed configuration of an image sensor including a pixel array, which is another embodiment of the present invention, to which a pulse signal line is connected.

도 6은 본 발명의 제1 실시형태의 단위 픽셀의 작동 원리를 나타내는 구성도이다.6 is a configuration diagram showing an operating principle of a unit pixel of the first embodiment of the present invention.

도 7은 플로팅 확산 노드의 전압과 픽셀 풀업 앰프 회로부 출력단 전압 사이의 반비례 관계를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing an inverse relationship between the voltage of the floating diffusion node and the voltage of the output terminal of the pixel pull-up amplifier circuit.

도 8은 복수의 추가 광전 변환소자 및 추가 전송 트랜지스터가 부가된 이미 지 센서의 실시형태를 나타내는 구성도이다.8 is a configuration diagram showing an embodiment of an image sensor to which a plurality of additional photoelectric conversion elements and additional transfer transistors are added.

도 9는 복수의 추가 광전 변환소자 및 추가 전송 트랜지스터가 부가되고 펄스 신호 라인이 연결된 이미지 센서의 실시형태를 나타내는 구성도이다.9 is a configuration diagram illustrating an embodiment of an image sensor to which a plurality of additional photoelectric conversion elements and additional transmission transistors are added and to which a pulse signal line is connected.

Claims (12)

외부로부터 빛을 받아서 광전하를 생성하는 광전 변환소자; Photoelectric conversion element for generating light by receiving light from the outside; 상기 광전 변환소자에서 생성된 광전하를 전송 제어신호에 따라 플로팅 확산 노드로 전달하는 전송 트랜지스터;A transfer transistor configured to transfer the photocharge generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion node according to a transfer control signal; 일단에 전원 전압이 인가되어 타단에 연결된 상기 플로팅 확산 노드를 게이트단에 인가되는 리셋 제어 신호에 따라 리셋하는 리셋 트랜지스터; A reset transistor configured to reset the floating diffusion node connected to the other end by applying a power supply voltage to one end according to a reset control signal applied to a gate end; 일단에 접지 전압이 인가되어 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기 신호를 선택 신호에 따라 타단에 출력하는 신호 전달 회로부; 및A signal transfer circuit unit having a ground voltage applied to one end thereof and outputting an electrical signal corresponding to the voltage of the floating diffusion node to the other end according to a selection signal; And 상기 신호 전달 회로부에 연결되어 상기 신호 전달 회로부의 출력 신호를 상기 플로팅 확산 노드의 전압과 반비례하는 전압으로 변환하여 출력하는 픽셀 풀업 앰프 회로부를 포함하는 CMOS 이미지 센서.And a pixel pull-up amplifier circuit connected to the signal transfer circuit to convert an output signal of the signal transfer circuit to a voltage in inverse proportion to the voltage of the floating diffusion node. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부는, The method of claim 1, wherein the pixel pull-up amplifier circuit, 픽셀 풀업 앰프 전압원에 연결된 전류원; 및A current source coupled to the pixel pull-up amplifier voltage source; And 상기 신호 전달 회로부와 상기 전류원 사이에 연결되며, 상기 신호 전달 회로부와의 접속단의 전압을 일정하게 유지시키는 클램프 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a clamp element connected between the signal transfer circuit unit and the current source, the clamp element maintaining a constant voltage at the connection end with the signal transfer circuit unit. 제1항에 있어서, 상기 신호 전달 회로부는,The method of claim 1, wherein the signal transmission circuit unit, 게이트단에 인가되는 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기신호를 출력하는 드라이브 트랜지스터; 및A drive transistor configured to output an electrical signal according to a voltage of the floating diffusion node applied to a gate terminal; And 상기 드라이브 트랜지스터와 직렬로 연결되어, 상기 드라이브 트랜지스터에서 출력되는 신호의 출력을 게이트단에 인가되는 선택신호에 따라 스위칭하는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a select transistor connected in series with the drive transistor to switch an output of a signal output from the drive transistor according to a selection signal applied to a gate terminal. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리셋 트랜지스터의 일단은 전원 전압원에 연결되고, 상기 신호 전달 회로부의 일단은 접지 전원단에 연결된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.The CMOS image sensor according to claim 1 or 2, wherein one end of the reset transistor is connected to a power supply voltage source, and one end of the signal transfer circuit part is connected to a ground power supply terminal. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리셋 트랜지스터의 일단 및 상기 신호 전달 회로부의 일단은 펄스 신호 라인에 연결되어,The terminal of claim 1 or 2, wherein one end of the reset transistor and one end of the signal transfer circuit are connected to a pulse signal line. 상기 리셋 트랜지스터의 리셋 동작시, 상기 펄스 신호 라인을 통해 전원 전압 신호가 인가되고,In a reset operation of the reset transistor, a power supply voltage signal is applied through the pulse signal line, 상기 신호 전달 회로부의 출력 동작시, 상기 펄스 신호 라인을 통해 접지 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a ground signal is applied through the pulse signal line during an output operation of the signal transfer circuit unit. 제1항에 있어서, 상기 CMOS 이미지 센서는, The method of claim 1, wherein the CMOS image sensor, 외부로부터 빛을 받아서 광전하를 생성하는 1 이상의 추가 광전 변환소자; 및One or more additional photoelectric conversion elements that receive light from the outside to generate photocharges; And 상기 1 이상의 추가 광전 변환소자마다 하나씩 연결되어 생성된 광전하를 전송 제어신호에 따라 상기 플로팅 확산 노드로 전송하는 1 이상의 추가 전송 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And at least one additional transfer transistor configured to transfer photocharges generated by connecting the at least one additional photoelectric conversion element to the floating diffusion node according to a transmission control signal. 로우 및 컬럼으로 배열된 복수의 픽셀을 구비하는 픽셀 어레이; 및A pixel array having a plurality of pixels arranged in rows and columns; And 상기 픽셀 어레이의 컬럼 신호 라인에 연결된 픽셀 풀업 앰프 회로부를 포함하고,A pixel pull-up amplifier circuit connected to the column signal lines of the pixel array; 상기 픽셀 어레이 내의 각 픽셀은, Each pixel in the pixel array is 외부로부터 빛을 받아서 광전하를 생성하는 광전 변환소자; Photoelectric conversion element for generating light by receiving light from the outside; 상기 광전 변환소자에서 생성된 광전하를 전송 제어신호에 따라 플로팅 확산 노드로 전달하는 전송 트랜지스터;A transfer transistor configured to transfer the photocharge generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion node according to a transfer control signal; 일단에 전원 전압이 인가되어 타단에 연결된 상기 플로팅 확산 노드를 게이트단에 인가되는 리셋 제어 신호에 따라 리셋하는 리셋 트랜지스터; A reset transistor configured to reset the floating diffusion node connected to the other end by applying a power supply voltage to one end according to a reset control signal applied to a gate end; 일단에 접지 전압이 인가되고 타단에 상기 컬럼 신호 라인이 연결되어 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기 신호를 선택 신호에 따라 타단에 연결된 상기 컬럼 신호 라인에 출력하는 신호 전달 회로부를 포함하며,A signal transfer circuit unit having a ground voltage applied at one end thereof and connected to the column signal line at the other end thereof to output an electrical signal according to the voltage of the floating diffusion node to the column signal line connected to the other end according to a selection signal, 상기 픽셀 풀업 회로부는 상기 신호 전달 회로부의 출력 신호를 상기 플로팅 확산 노드의 전압과 반비례하는 전압으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And the pixel pull-up circuit unit converts an output signal of the signal transfer circuit unit into a voltage inversely proportional to the voltage of the floating diffusion node and outputs the converted signal. 제7항에 있어서, 상기 픽셀 풀업 앰프 회로부는, The method of claim 7, wherein the pixel pull-up amplifier circuit unit, 픽셀 풀업 앰프 전압원에 연결된 전류원; 및A current source coupled to the pixel pull-up amplifier voltage source; And 상기 신호 전달 회로부와 상기 전류원 사이에 연결되며, 상기 신호 전달 회로부와의 접속단의 전압을 일정하게 유지시키는 클램프 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a clamp element connected between the signal transfer circuit unit and the current source, the clamp element maintaining a constant voltage at the connection end with the signal transfer circuit unit. 제7항에 있어서, 상기 신호 전달 회로부는,The method of claim 7, wherein the signal transmission circuit unit, 상기 플로팅 확산 노드의 전압에 따른 전기신호를 출력하는 드라이브 트랜지스터; 및A drive transistor for outputting an electrical signal according to the voltage of the floating diffusion node; And 상기 드라이브 트랜지스터와 직렬로 연결되어, 상기 드라이브 트랜지스터에서 출력되는 신호의 출력을 게이트단에 인가되는 선택신호에 따라 스위칭하는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a select transistor connected in series with the drive transistor to switch an output of a signal output from the drive transistor according to a selection signal applied to a gate terminal. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 리셋 트랜지스터의 일단은 전원 전압원에 연결되고, 상기 신호 전달 회로부의 일단은 접지 전원단에 연결된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.9. The CMOS image sensor of claim 7 or 8, wherein one end of the reset transistor is connected to a power supply voltage source, and one end of the signal transfer circuit part is connected to a ground power supply terminal. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 리셋 트랜지스터의 일단 및 상기 신호 전달 회로부의 일단은 펄스 신호 라인에 연결되어,The terminal of claim 7 or 8, wherein one end of the reset transistor and one end of the signal transfer circuit are connected to a pulse signal line. 상기 리셋 트랜지스터의 리셋 동작시, 상기 펄스 신호 라인을 통해 전원 전압 신호가 인가되고,In a reset operation of the reset transistor, a power supply voltage signal is applied through the pulse signal line, 상기 신호 전달 회로부의 출력 동작시, 상기 펄스 신호 라인을 통해 접지 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a ground signal is applied through the pulse signal line during an output operation of the signal transfer circuit unit. 제7항에 있어서, 상기 픽셀 어레이 내의 각 픽셀은, The method of claim 7, wherein each pixel in the pixel array, 외부로부터 빛을 받아서 광전하를 생성하는 1 이상의 추가 광전 변환소자; 및One or more additional photoelectric conversion elements that receive light from the outside to generate photocharges; And 상기 1 이상의 추가 광전 변환소자마다 하나씩 연결되어 생성된 광전하를 전송 제어신호에 따라 상기 플로팅 확산 노드로 전송하는 1 이상의 추가 전송 트랜지 스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And at least one additional transfer transistor configured to transmit photocharges generated by connecting each of the at least one additional photoelectric conversion element to the floating diffusion node according to a transmission control signal.
KR1020090134297A 2009-12-30 2009-12-30 Cmos image sensor KR101029618B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090134297A KR101029618B1 (en) 2009-12-30 2009-12-30 Cmos image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090134297A KR101029618B1 (en) 2009-12-30 2009-12-30 Cmos image sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101029618B1 true KR101029618B1 (en) 2011-04-21

Family

ID=44050205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090134297A KR101029618B1 (en) 2009-12-30 2009-12-30 Cmos image sensor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101029618B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160037420A (en) * 2014-09-29 2016-04-06 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensor and method of operating the same
CN111147774A (en) * 2018-11-06 2020-05-12 半导体元件工业有限责任公司 System and method for voltage stabilization

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004274229A (en) 2003-03-06 2004-09-30 Canon Inc Imaging apparatus
KR20070047225A (en) * 2005-11-01 2007-05-04 소니 가부시끼 가이샤 Physical quantity detecting device and imaging apparatus
JP2008022259A (en) 2006-07-12 2008-01-31 Sony Corp Solid imaging apparatus
JP2008042814A (en) 2006-08-10 2008-02-21 Sharp Corp Amplification type solid-state imaging apparatus, and electronic information device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004274229A (en) 2003-03-06 2004-09-30 Canon Inc Imaging apparatus
KR20070047225A (en) * 2005-11-01 2007-05-04 소니 가부시끼 가이샤 Physical quantity detecting device and imaging apparatus
JP2008022259A (en) 2006-07-12 2008-01-31 Sony Corp Solid imaging apparatus
JP2008042814A (en) 2006-08-10 2008-02-21 Sharp Corp Amplification type solid-state imaging apparatus, and electronic information device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160037420A (en) * 2014-09-29 2016-04-06 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensor and method of operating the same
KR102197480B1 (en) * 2014-09-29 2020-12-31 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensor and method of operating the same
CN111147774A (en) * 2018-11-06 2020-05-12 半导体元件工业有限责任公司 System and method for voltage stabilization
CN111147774B (en) * 2018-11-06 2024-02-13 半导体元件工业有限责任公司 System and method for voltage stabilization

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201811020A (en) Active reset circuit for reset spread reduction in single-slope ADC
TWI390976B (en) Signal processing device, solid state imaging device and pixel signal generation method
CN110072068B (en) Image sensor with a plurality of pixels
JP5697236B2 (en) Image sensor and operation method thereof
US7602429B2 (en) Paired differential active pixel sensor
JP4916517B2 (en) A / D converter using transfer gate clock with slope
JPWO2013157407A1 (en) Solid-state imaging device
JP5764784B2 (en) Solid-state imaging device
EP1677522B1 (en) Photo detecting apparatus
KR102502955B1 (en) Unit Pixel Apparatus and Operation Method Thereof, and CMOS Image Sensor Using That
US20230261025A1 (en) Image sensor and electronic camera
KR101585978B1 (en) A image sensor
KR101029618B1 (en) Cmos image sensor
US11025851B2 (en) Fast image sensor with pixel binning
KR101146170B1 (en) Pixel and cmos image sensor using the same
US10187599B2 (en) Pixel signal readout device, method thereof, and CMOS image sensor including the same
US7675562B2 (en) CMOS image sensor including column driver circuits and method for sensing an image using the same
KR101046817B1 (en) Image sensor and its driving method to improve sensing sensitivity
JP4336544B2 (en) Solid-state imaging device
KR101029619B1 (en) Cmos image sensor
TW200847767A (en) Sensors using a passive s/h and DDA
WO2002063691A2 (en) Active pixel cell with charge storage
JP4618170B2 (en) Solid-state imaging device
KR20170038981A (en) Image sensing device
KR20170140847A (en) Floating Diffusion Voltage Variation Readout Apparatus and Method, and CMOS Image Sensor Thereof Using That

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee