KR101273119B1 - 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 소스 팔로워로 구성된 증폭기에 관한 것으로서, 기준 전위 발생 장치; 제1의 기준 전위점에 접속되는 제1 배선; 제1의 기준 전위와 대응되는 전위를 가진 제3 기준 전위점에 접속되는 제2 배선; 및 복수의 전류 공급 장치를 포함하고, 상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 의해 접지되고, 상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는 제2 배선에 의해 접지됨으로써, 복수의 전류 공급 장치 간 출력의 불균일을 해소할 수 있다.

Description

증폭기{AMPLIFIER}
본 발명은 증폭기에 관한 것으로서, 특히, 복수의 소스 팔로워로 구성된 증폭기의 성능 불균일을 해소할 수 있도록, 레퍼런스 전류를 분배하여 공급함으로써, 복수의 소스 팔로워의 이득이 균일하게 동작될 수 있도록 구성된 증폭기에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 씨모스(CMOS) 기술을 이용하여 화소 수만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이를 이용하여 차례로 출력을 검출하는 스위칭 방식의 씨모스 센서가 있다. 씨모스 센서는 칩 하나에 포토 다이오드, 증폭기 등이 결합되어 구성된다. 한편, 복수의 씨모스 센서를 이용한 평행 데이터 센싱(parallel data sensing) 기술은 고속 응답 특성을 획득하기가 용이하다. 그러나, 복수의 씨모스 센서를 구성하는 증폭기 간의 응답 특성, 전압 이득의 불균형성에 의해 화소의 불균일성이 초래된다.
본 발명은 복수의 단위 증폭기로 구성된 증폭기에 있어서, 각 단위 증폭기에 2개 이상의 서브 전류 공급 장치를 형성하고, 각 서브 전류 공급 장치에 레퍼런스 전류를 분배하여 공급함으로써, 각 단위 증폭기의 출력 전류를 균일하게 하여 화소간 불균일성을 해소할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기는 제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를 발생시키는 제1의 기준 전위 발생 장치는 제1의 기준 전위점에 접속되는 제1 배선; 제1의 기준 전위와 대응되는 전위를 가진 제3 기준 전위점에 접속되는 제2 배선; 및 복수의 전류 공급 장치를 포함하고, 상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 의해 접지되고, 상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는 제2 배선에 의해 접지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기는 제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를 발생시키는 제1의 기준 전위 발생 장치; 제1의 기준 전위와 거의 같은 제3 기준 전위점에 접속되고, 제3 기준 전위를 기준으로 제4 기준 전위를 발생시키는 제2 기준 전위 발생 장치; 제1의 기준 전위점에 접속되는 제1의 배선; 제3의 기준 전위점에 접속되는 제2의 배선; 및 복수의 전류 공급 장치를 포함하고, 상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 의해 접지되고 상기 제2 기준 전위를 공급받으며, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는, 제2 배선에 의해 접지되고 상기 제4 기준 전위를 공급받는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 증폭기의 면적을 증가시키지 않고도 성능의 불균일성이 억제된 증폭기를 제공할 수 있도록 한다.
도 1은 복수의 단위 증폭기로 구성된 증폭기 회로 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로의 구성을 나타낸다.
도 1은 증폭기(10)의 일례를 나타낸다. 도 1에서는 1000 * 1000 픽셀 어레이로 구성된 증폭기가 예시되어 있고, 증폭기(10)를 구성하는 단위(unit) 증폭기(11, 12,...)에 레퍼런스 전류 Iref, 예컨대 5μA가 유입되고 있다. 단위 증폭기(11, 12,...)는, 예컨대, 소스 팔로워(source follower) 또는 드레인 공통 증폭기(common drain amplifier)로서 형성될 수 있다.
평행 데이터 센싱을 할 경우 1000개 열의 픽셀 어레이로 구성된 복수의 단위 증폭기(11, 12,...)로부터 영상 신호를 검출하므로 레퍼런스 전류 Iref가 단위 증폭기들(11, 12,..)에 동일하게 유입되어야 한다. 동일한 전류가 유입되기 위해서 단위 증폭기에 포함된 트랜지스터의 특성값(Q-factor) 등을 고려하여 회로를 구성하는 경우, 단위 증폭기들(11, 12,...)에 포함된 트랜지스터(110, 120,...)와 좌측단의 모스 트랜지스터(50, MOSFET)가 커런트 미러(current mirror)로서 동작되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 단위 증폭기(11, 12,..)의 소스 단자로 출력되는 전류는 레퍼런스 전류값 Iref과 동일하게 되고, 소스 전류들(Is1, Is2)은 동일한 배선(20)을 통하여 배출, 취합되므로, 접지점(G1)으로부터 출력되는 전류 IGND는 총합 5mA가 될 수 있다. 즉, 도 1의 증폭기(10)에서 좌측단에 배열된 모스 트랜지스터(50)는 전위 발생 장치의 기능을 한다.
한편, 증폭기(10)의 좌측에 위치한 단위 증폭기(11)의 출력 단자가 접지점(G1)에 접지되어 있고, 증폭기(10) 우측 단에 위치한 단위 증폭기(40)의 출력 단자가 접지된 접지점(G2)과 접지점(G1) 사이에는 일정한 전압 강하가 발생될 수 있다. 왜냐하면, 각 단위 증폭기(11, 12,...)의 출력 단자를 연결하는 배선(20)은 자체 내부 저항 r을 포함하고, 이는 각 단위 증폭기(11, 12,...) 간 전압 강하의 원인이 되기 때문이다. 단위 증폭기(11, 12,...) 간에 전압 강하가 발생하면 단위 증폭기(11, 12,...)의 모스 트랜지스터들과 전위 발생 장치로 동작하는 모스 트랜지스터(50) 간의 커런트 미러 현상은 약화된다 .따라서, 단위 증폭기(11, 12,...)에 흐르는 드레인 전류(Id1, Id2,...)가 서로 상이해지고, 소스 전류들(Is1, Is2,...)도 서로 상이해므로 각 단위 증폭기의 이득은 균일하지 않게 된다. 이로 인해 증폭기(10)의 신호 대비 노이즈(SNR)가 감소되거나 셋팅 타임이 지연되는 등의 성능 저하가 초래된다. 또한, 단위 증폭기 간 성능의 불균일성은 센서의 쉐이딩(shading) 현상도 초래한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로의 구성을 나타낸다. 도 2에서는 복수개의 단위 증폭기(101, 102,,..)가 병렬로 구성된 증폭기(100)가 예시되어 있다. 도 2의 증폭기(100)에는 제1 기준 전위점(G3) 및 제3 기준 전위점(G4)으로서 접지점이 2개 형성되고, 증폭기(100)의 좌측단 및 우측단 양쪽에 전류원(130, 140)과 연결된 2개의 모스 트랜지스터(150, 106)가 접지점(G3, G4)에 각각 연결되어 있다. 또한, 제1 기준 전위점(G3)에는 제1 배선(110)이 접속되고, 제3 기준 전위점(G4)에는 제2 배선(120)이 접속되도록 구성할 수 있다. 이하에서는, 증폭기의 동작을 설명한다.
좌측단의 모스 트랜지스터(150)에 전류원(130)으로부터 레퍼런스 전류 I1이 유입되는 경우, 모스 트랜지스터(150)는 제1 기준 전위점(G3)을 기준으로 소정 전위 V1을 발생시키는 전위 발생 장치로서 동작할 수 있다. 마찬가지로, 우측단의 모스 트랜지스터(106)에 전류원(140)으로부터 레퍼런스 전류 I2이 유입되는 경우, 모스 트랜지스터(106)는 제3 기준 전위점(G4)을 기준으로 소정 전위 V2을 발생시키는 전위 발생 장치로서 동작할 수 있다.
레퍼런스 전류 I1, I2는 동일하게 설정될 수 있으나, 동작 환경에 따라 각 값이 소정 범위 이내의 값으로서 근접하게 설정될 수 있다. 예컨대, 단위 증폭기(101, 102,...)로부터 각각 출력되는 전류가 5μA 가 되도록 하기 위해 레퍼런스 전류 I1, I2를 각각 2.5 μA로서 공급할 수 있다. 즉, 전체 레퍼런스 전류의 값을 참조하여 각 모스 트랜지스터(150, 106)에 유입되는 전류값을 분배하여 설정할 수 있다.
또한, 접지점(G3, G4)의 전위는 서로 대응되도록 설정되는, 예컨대, 동일하거나 거의 근접한 값을 가지도록 형성될 수 있다. 모스 트랜지스터(150, 106)에 레퍼런스 전류 I1, I2가 유입되면 커런트 미러 현상에 의해 각 단위 증폭기(101, 102,...)에 형성된 서브 전류 공급 장치(101-1, 101-2, 102-1, 102-2, 105-1, 105-2,...)에는 이에 대응하는 전류들이 공급된다. 서브 전류 공급 장치(101-1, 101-2, 102-1, 102-2, 105-1, 105-2,...)는 모스 트랜지스터로서 형성될 수 있다. 이 경우, 각 단위 증폭기(101, 102,...)는 전류 공급 장치로서 동작할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 배선(110)에는 단위 증폭기(101, 102,...)의 한쪽 서브 전류 공급 장치(101-1, 102-1,...)가 연결되고, 제2 배선(120)에는 단위 증폭기(101, 102,...)의 다른쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 102-2,...)가 연결되도록 형성한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 배선(110)과 제2 배선(120)은 전기적으로 절연되어 있다. 제1 모스 트랜지스터(150)에 레퍼런스 전류 I1을 공급하면, 제1 기준 전위점(G3)을 통하여 제1 배선(110)에 각각 연결된 한쪽 서브 전류 공급 장치들(101-1, 102-1,...)에는 제1 기준 전위(V1)가 공급되고, 커런트 미러 현상에 의해 전류 I1에 대응하는 전류가 각 서브 전류 공급 장치(101-1, 102-1,...)에 공급될 수 있다. 마찬가지로 제2 모스 트랜지스터(106)의 레퍼런스 전류 I2을 공급하면, 제3 기준 전위점(G4)을 통하여 제2 배선(120)에 연결된 다른쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 102-2,...)에는 제2 기준 전위(V2)가 공급되고, 전류 I2에 대응하는 전류가 다른쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 102-2,...)에 공급될 수 있다. 이 경우에도, 제1 기준 전위점(G3)과 우측 증폭기(105)의 서브 전류 공급 장치(105-1)의 출력 단자 간에 전압 강하가 생기고, 이로 인해 서브 전류 공급 장치(105-1)로부터 출력되는 전류(I105-1)는, 레퍼런스 전류 I1 또는 좌측단의 서브 전류 공급 장치(101-1)의 출력 전류(I101-1)보다 작을 수 있다. 그러나, 동일한 원리에 의해, 제3 기준 전위점(G4)과 좌측 증폭기(101)의 서브 전류 공급 장치(101-2)의 출력 단자 간에도 전압 강하가 생기기 때문에, 서브 전류 공급 장치(101-2)로부터 출력되는 전류(I101-2)는 레퍼런스 전류 I2 또는 서브 전류 공급 장치(105-2)의 출력 전류(I105-2)보다 작게 된다. 즉, 제1 배선(110)과 접속된 좌측의 단위 증폭기(101)의 한쪽 서브 전류 공급 장치(101-1)와 우측 단위 증폭기(105)의 한쪽 서브 전류 공급 장치(105-1)로부터 출력되는 전류 간 불균일성은, 제2 배선(120)과 접속된 다른 쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 105-2)들로부터 출력되는 전류들의 불균일성에 의해, 그 불균일한 격차만큼 상쇄될 수 있으므로, 각 단위 증폭기(101, 102,..)에 전체적으로 출력되는 전류(I101-1 + I101-2, ,...I105-1 + I105-2,...)는 동일하거나 소정 범위 이내의 값으로 유사하도록 동작할 수 있다. 즉, 각 단위 증폭기(101, 102,...) 들의 이득값이 균일하게 되어 화소간 쉐이딩 현상이 억제될 수 있다.
이상, 도 2를 참조하며 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기의 동작 및 구성을 설명하였다. 이상에서 설명한 바와 같이, 복수의 전류 공급 장치에 포함된 2개 이상의 서브 전류 공급 장치에 유입되는 전류를 I1, I2로서 분배하여 유입되게 할 수 있다. 서브 전류 공급 장치들은 레퍼런스 전류 I1 또는 I2 중 어느 하나로부터 선택적으로 영향을 받음으로써, 증폭기의 좌측단 및 우측단 간의 출력 전류의 불균일이 해소되므로, 단위 증폭기 간 이득이 전체적으로 균일하게 된다.
도 2에서는 단위 증폭기를 구성하는 서브 전류 공급 장치가 2개로 예시되어 있지만, 3개 이상일 수 있고, 전위 발생 장치로서 동작하는 모스 트랜지스터(150, 106)가 한쪽에만 형성되어 동작할 수도 있다.

Claims (7)

  1. 제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를 발생시키는 제1의 기준 전위 발생 장치;
    제1의 기준 전위점에 접속되는 제1 배선;
    제1의 기준 전위와 대응되는 전위를 가진 제3 기준 전위점에 접속되는 제2 배선; 및
    복수의 전류 공급 장치를 포함하고,
    상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 연결되고,
    상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는 제2 배선에 연결되며, 상기 제1 배선과 제2 배선은 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들로부터 출력되는 전류의 합은, 각 전류 공급 장치마다 동일하거나 소정 범위 이내가 되도록 설정되는 증폭기.
  3. 제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를 발생시키는 제1의 기준 전위 발생 장치;
    제1의 기준 전위와 같은 제3 기준 전위점에 접속되고, 제3 기준 전위를 기준으로 제4 기준 전위를 발생시키는 제2 기준 전위 발생 장치;
    제1의 기준 전위점에 접속되는 제1의 배선;
    제3의 기준 전위점에 접속되는 제2의 배선; 및
    복수의 전류 공급 장치를 포함하고,
    상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고,
    각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 연결되고 상기 제2 기준 전위를 공급받으며,
    각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는, 제2 배선에 연결되고 상기 제4 기준 전위를 공급받는 것을 특징으로 하는 증폭기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 기준 전위 및 상기 제4 기준 전위는 동일하거나 소정 범위 이내인 증폭기.
  5. 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 전류 공급 장치는 소스 팔로워(source follower)로 구성된 증폭기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치는 각각 모스 트랜지스터로 구성되고,
    상기 모스 트랜지스터 중 적어도 하나는 소스 단이 상기 제1 배선과 연결되며,
    상기 모스 트랜지스터 중 나머지는 소스 단이 상기 제2 배선과 연결되는 증폭기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모스 트랜지스터 중 적어도 하나는 드레인 단이 상기 제1의 기준 전위 발생 장치와 연결되고,
    상기 모스 트랜지스터 중 나머지는 드레인 단이 상기 제2의 기준 전위 발생 장치와 연결되는 증폭기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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