KR101621048B1 - Low power CMOS image sensor having variable resolution - Google Patents

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KR101621048B1
KR101621048B1 KR1020150017938A KR20150017938A KR101621048B1 KR 101621048 B1 KR101621048 B1 KR 101621048B1 KR 1020150017938 A KR1020150017938 A KR 1020150017938A KR 20150017938 A KR20150017938 A KR 20150017938A KR 101621048 B1 KR101621048 B1 KR 101621048B1
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송민규
박근영
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a low-power CMOS image sensor having variable resolution. More preferably, the present invention includes: a pixel sensor array which includes a plurality of pixels in the form of a two-dimensional matrix and outputs a voltage signal corresponding to image information input from the outside; a low control unit which controls operation of multiple pixel columns in the pixel array in response to a switching signal for variable resolution operation received from the outside; an even number column ADC and an odd number column ADC which are placed on both sides of the pixel sensor array and receive the voltage signal which is output from the pixel located in an even number column and an odd number column, respectively; and a multiplexer which receives and outputs the voltage signals output from the even number column ADC and the odd number column ADC. The multiplexer outputs pixel information, identical to that of a random first pixel in the pixel sensor array, on the pixels which come in contact with the first pixel when the multiplexer is in operation in a variable resolution mode. By this configuration, the low-power CMOS image sensor having the variable resolution has an effect of reducing power consumption to about a fourth by restricting the operation in an unused area by controlling the pixel array and a column array when the CMOS image sensor is in operation in an 1/4 variable resolution mode.

Description

가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서{Low power CMOS image sensor having variable resolution}[0001] The present invention relates to a low power CMOS image sensor having a variable resolution,

본 발명은 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서 내 픽셀 동작을 제어하여 가변 해상도를 가지면서도 전력 소모량을 감소시킬 수 있는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a low power CMOS image sensor having variable resolution, and more particularly, to a low power CMOS image sensor having a variable resolution capable of reducing the power consumption while having variable resolution by controlling pixel operation in a CMOS image sensor.

일반적으로 이미지 센서(Image Sensor)란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 획득(capture)하는 장치를 말한다. 자연계에 존재하는 피사체의 부분들 각각이 내는 빛의 밝기 및 파장 등은 서로 다르므로 이를 감지하는 장치의 화소(픽셀)들은 대응하는 전기적인 값을 가지는데, 이러한 이미지 센서는 상기 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 준다.Generally, an image sensor is an apparatus that captures an image by using a property of a semiconductor that reacts with light. Since the brightness and wavelength of the light emitted by each part of the subject in the natural world are different from each other, the pixels of the device that sense it have corresponding electrical values, It makes the level of processing possible.

이러한 특성을 갖는 이미지 센서는 대부분 CCD(Charge Coupled Device)를 이용하였으나, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 기술의 비약적 발전함에 따라 CMOS 트랜지스터를 이용한 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)가 널리 개발되었다. Most of image sensors having such characteristics use a CCD (Charge Coupled Device). However, as the CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology has advanced remarkably, a CMOS image sensor (CIS) using a CMOS transistor has been widely developed.

이러한 CMOS 이미지 센서는 이전 CCD 이미지 센서에서 획득된 아날로그 영상 정보를 디지털 신호로 변환하기 위해 별도의 집적회로로 구현되었던 아날로그-디지털 변환기를 내부에 포함하고 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 비교하여 저전압 동작이 가능하고, 소비 전력이 적으며, 표준 CMOS 공정을 사용한 집적화에 유리한 장점으로 인해 현재 많은 분야에서 널리 사용되고 있으며, 향후에도 계속해서 많은 분야에서 CCD를 대체할 것으로 인식된다.Such a CMOS image sensor includes an analog-to-digital converter, which has been implemented as a separate integrated circuit for converting the analog image information obtained from the previous CCD image sensor into a digital signal, and is compared with a CCD (Charge Coupled Device) image sensor Low power consumption, low power consumption, and advantages in integration using a standard CMOS process, it is now widely used in many fields and is expected to replace CCD in many fields in the future.

이러한 CMOS 이미지 센서는 높은 집적도, 낮은 전력 소모, 고속 동작의 발전으로 그 응용범위와 시장을 넓혀가고 있으며, 특히 휴대폰용 카메라, 의료업계, 보안업계의 분야에서도 사용하고자 하는 CMOS 이미지 센서에 대해 낮은 전력 소모량을 갖는 특성을 기대하고 있으나, 이러한 기대와 달리, CMOS 이미지 센서의 전력 소모량을 감소시키기 어려운 문제점이 발생했다.
These CMOS image sensors are expanding their application range and market by developing high densities, low power consumption and high speed operation. Especially, CMOS image sensor which is used in the field of mobile phone camera, medical industry, security industry, However, unlike this expectation, it is difficult to reduce the power consumption of the CMOS image sensor.

KR 10-2009-0090604 (단일 ADC 방식의 씨모스 이미지 센서 회로, 삼성전자주식회사) 2009.08.26.KR 10-2009-0090604 (CMOS image sensor circuit with single ADC type, SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD.) 2009.08.26.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 CMOS 이미지 센서가 가변 해상도 모드로 동작하면서도 전력 소모를 크게 감소시킬 수 있는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서를 제공하고자 한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a low power CMOS image sensor having a variable resolution capable of greatly reducing power consumption while a CMOS image sensor operates in a variable resolution mode.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서는 다수의 픽셀들을 2차원 행렬 형태로 포함하며, 외부로부터 입력된 영상 정보에 대응하는 전압 신호를 출력하는 픽셀 센서 어레이; 외부로부터 입력받은 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호에 응답하여 상기 픽셀 어레이 내 복수 개의 픽셀 열들의 동작을 제어하는 로우 제어 유닛; 상기 픽셀 센서 어레이의 양 측에 구비되어, 상기 픽셀 센서 어레이 내 짝수 및 홀수 컬럼에 위치하는 픽셀로부터 출력된 전압 신호를 각각 입력받는 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC; 및 상기 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 입력받아 출력하는 멀티플렉서;를 포함하되, 상기 멀티플렉서는 가변 해상도 동작 시, 상기 픽셀 센서 어레이 내 임의의 제1 픽셀과 맞닿은 위치에 존재하는 복수 개의 픽셀들에 대하여 상기 제1 픽셀의 픽셀 정보와 동일한 픽셀 정보를 출력하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a low power CMOS image sensor having a variable resolution and including a plurality of pixels in a two-dimensional matrix form, and outputting a voltage signal corresponding to image information input from the outside A pixel sensor array; A row control unit for controlling operations of a plurality of pixel columns in the pixel array in response to a switching signal for externally input variable resolution operation; An even column ADC and an odd column ADC which are provided on both sides of the pixel sensor array and receive voltage signals output from pixels located in even and odd columns in the pixel sensor array, respectively; And a multiplexer for receiving and outputting a plurality of voltage signals output from the even column ADC and the odd column ADC, wherein the multiplexer is located at a position in contact with any first pixel in the pixel sensor array And outputs pixel information identical to the pixel information of the first pixel with respect to the plurality of pixels.

특히, 외부로부터 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호를 입력받고, 입력받은 스위칭 신호에 응답하여 상기 픽셀 어레이의 로우 선택 신호, 상기 픽셀 어레이 내 픽셀에 대한 리셋 신호 및 외부로 출력하고자 하는 전송 신호를 출력하는 로우 제어 유닛을 포함할 수 있다. In particular, a switching signal for externally variable resolution operation is received, and a row selection signal of the pixel array, a reset signal for a pixel in the pixel array, and a transmission signal to be externally output are output in response to the switching signal And a low control unit.

특히, 가변 해상도 동작 시, 내부에 구비된 비교기의 입력단으로 전원전압을 인가하여 상기 비교기가 동작되지 않도록 제어하는 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC를 포함할 수 있다. In particular, an odd column ADC and an odd column ADC may be used to apply a power supply voltage to an input terminal of a comparator provided in the variable resolution operation to control the comparator not to operate.

특히, 상기 비교기의 내부에 저전력 트랜지스터를 더 구비하여, 가변 해상도 동작 시, 상기 비교기 내 흐르는 전류를 차단시키는 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC를 포함할 수 있다. In particular, the comparator may include an even column ADC and an odd column ADC, each of which further includes a low-power transistor to block a current flowing in the comparator during a variable resolution operation.

특히, 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호를 입력 받고, 입력받은 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호에 응답하여 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC의 선택을 위한 선택 신호를 출력하는 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
In particular, it may include a multiplexer that receives a switching signal for variable resolution operation and outputs a selection signal for selecting an even column ADC and an odd column ADC in response to a switching signal for a variable resolution operation.

본 발명의 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서가 1/4 가변 해상도 모드로 동작할 때, 픽셀 어레이의 동작 제어를 통해 사용하지 않는 부분에서의 동작을 제한하여 소모 전력량을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
The low power CMOS image sensor having a variable resolution according to the present invention limits the operation in the unused portion by controlling the operation of the pixel array when the CMOS image sensor operates in the 1/4 variable resolution mode, There is an effect that can be.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 픽셀 센서 어레이를 구성하는 단위 픽셀의 등가 회로도이다.
도 3은 도 1의 로우 제어 유닛의 블록도이다.
도 4는 도 1의 짝수 및 홀수 컬럼 ADC의 블록도이다.
도 5는 도 1의 멀티플렉서의 블록도이다.
도 6은 가변 해상도 모드로 동작할 때 CMOS 이미지 센서의 구동 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 전력 소모 실험결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of the unit pixels constituting the pixel sensor array.
3 is a block diagram of the row control unit of FIG.
Figure 4 is a block diagram of the even and odd column ADCs of Figure 1;
5 is a block diagram of the multiplexer of FIG.
6 is a diagram illustrating a driving process of the CMOS image sensor when the apparatus operates in the variable resolution mode.
FIG. 7 is a graph illustrating a power consumption test result of the CMOS image sensor according to the present invention.

이하, 본 발명을 바람직한 실시 예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments and accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명이 구현하고자 하는 CMOS 이미지 센서가 저전력으로 동작하기 위해서는 기본 구조에 크게 영향을 받지만, 가변 해상도 기법을 이용하면 특정 상황에서 해상도를 낮추어 전력 소모를 낮출 수 있다. The CMOS image sensor to be implemented by the present invention is greatly influenced by the basic structure in order to operate at low power. However, by using the variable resolution technique, the power consumption can be lowered by lowering the resolution in a specific situation.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서에 대하여 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, a CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CMOS 이미지 센서의 블록도이다. 1 is a block diagram of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서(100)는 픽셀 센서 어레이(110), 로우 제어 유닛(120), 짝수 컬럼 ADC(130a), 홀수 컬럼 ADC(130b), 멀티 플렉서(140)를 포함한다. 1, a low power CMOS image sensor 100 having a variable resolution according to the present invention includes a pixel sensor array 110, a row control unit 120, an even column ADC 130a, an odd column ADC 130b , And a multiplexer 140. [

픽셀 센서 어레이(110)는 다수의 픽셀들을 2차원 행렬(Matrix) 형태로 포함하며, 외부에서 들어오는 이미지 즉, 영상(image)에 대한 정보를 감지하고, 감지한 결과에 대응하는 전압 신호를 출력한다. The pixel sensor array 110 includes a plurality of pixels in the form of a two-dimensional matrix. The pixel sensor array 110 senses information on an image coming from the outside, that is, an image, and outputs a voltage signal corresponding to the sensed result .

특히, CMOS 이미지 센서(100)가 가변 해상도 모드로 동작할 때, 전력 소모를 크게 줄일 수 있는 부분은 픽셀 부분과 컬럼 부분이다. 기본적으로 외부에서 동작하는 스위치의 제어를 통해서 가변 해상도가 동작하며, CMOS 이미지 센서의 전력 소모를 줄일 수 있다. 이때, 상기 가변 해상도는 서브 샘플링 기법을 이용하였으며, 상기 픽셀 센서 어레이(110) 내 임의의 픽셀(이하, 제1 픽셀이라고 한다.)과 인접한 위치 즉, 상기 제1 픽셀과 사면이 맞닿은 위치에 존재하는 총 4 개의 픽셀은 상기 제1 픽셀의 정보와 모두 동일한 정보로 처리하여 해상도를 낮추도록 한다.Particularly, when the CMOS image sensor 100 operates in the variable resolution mode, the portions where the power consumption can be greatly reduced are the pixel portion and the column portion. Basically, the variable resolution operates through the control of the switch operating externally, and the power consumption of the CMOS image sensor can be reduced. At this time, the variable resolution uses a subsampling technique, and is located at a position adjacent to any pixel (hereinafter, referred to as a first pixel) in the pixel sensor array 110, that is, Are processed by the same information as the information of the first pixel to lower the resolution.

또한, 서브 샘플링(Sub-sampling) 방법이란, 영상 데이터의 크기를 줄이는 방법으로서, RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환할 때, 4:4:4 데이터를 4:4:0으로 만들어 데이터의 크기를 1/2로 압축시키는 방법을 나타낸다. 이러한 서브 샘플링 방법을 통해 입력 영상에서 컬러 정보를 일부 손실하게 되는 손실 압축 방식의 특징을 갖는다. The sub-sampling method is a method of reducing the size of image data. When a RGB image is converted into a YCbCr image, 4: 4: 4 data is converted into 4: 4: / 2. ≪ / RTI > The lossy compression method is characterized in that color information is partially lost in the input image through the subsampling method.

로우 제어 유닛(120)은 외부로부터 입력받은 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호에 응답하여 상기 픽셀 센서 어레이(110) 내 복수 개의 픽셀 열(Row)의 전압 신호에 대한 동작을 제어한다. 이러한 로우 제어 유닛(120)은 외부로부터 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호를 입력받고, 입력받은 스위칭 신호에 응답하여 상기 픽셀 어레이의 로우 선택 신호, 상기 픽셀 어레이 내 픽셀에 대한 리셋 신호 및 외부로 출력하고자 하는 전송 신호를 출력할 수 있다. The row control unit 120 controls operation of voltage signals of a plurality of pixel rows in the pixel sensor array 110 in response to a switching signal for externally input variable resolution operation. The row control unit 120 receives a switching signal for externally variable resolution operation and receives a row selection signal of the pixel array, a reset signal for a pixel in the pixel array, Can be output.

짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC(130a, 130b)는 픽셀 센서 어레이(110)의 양 측에 구비되어, 상기 픽셀 센서 어레이 내 짝수 및 홀수 컬럼에 해당하는 픽셀로부터 출력된 전압 신호를 각각 입력받는다. 이러한 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC(130a, 130b)는 가변 해상도 동작 시, 내부에 구비된 비교기의 입력단으로 전원전압을 인가하여 상기 비교기가 동작되지 않도록 제어하고, 또한, 상기 비교기의 내부에 저전력 트랜지스터를 더 구비하여, 가변 해상도 동작 시, 상기 비교기 내 흐르는 전류를 차단시킬 수 있다. The even column ADCs and the odd column ADCs 130a and 130b are provided on both sides of the pixel sensor array 110 and receive voltage signals output from pixels corresponding to the even and odd columns in the pixel sensor array, respectively. The even column ADC and the odd column ADC 130a and 130b control the operation of the comparator by applying a power supply voltage to an input terminal of a comparator provided in the variable resolution operation, So that the current flowing in the comparator can be cut off during the variable resolution operation.

멀티플렉서(140)는 상기 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC(130a, 130b)로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 입력받아 출력하며, 가변 해상도 동작 시, 상기 픽셀 센서 어레이 내 임의의 제1 픽셀과 맞닿은 위치에 존재하는 복수 개의 픽셀들에 대하여 상기 제1 픽셀의 픽셀 정보와 동일한 픽셀 정보를 출력할 수 있다. 이러한 멀티플렉서(140)는 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호를 입력받고, 입력받은 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호에 응답하여 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC의 선택을 위한 선택 신호를 출력할 수 있다. The multiplexer 140 receives and outputs a plurality of voltage signals output from the even column ADCs and the odd column ADCs 130a and 130b and outputs the voltage signals at a position in contact with any first pixel in the pixel sensor array The same pixel information as the pixel information of the first pixel may be output to a plurality of existing pixels. The multiplexer 140 receives a switching signal for a variable resolution operation and outputs a selection signal for selecting the even column ADC and the odd column ADC in response to the switching signal for the variable resolution operation.

이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 픽셀 센서 어레이를 구성하는 단위 픽셀에 대하여 간략히 살펴보도록 한다.Hereinafter, referring to FIG. 2, a unit pixel constituting the pixel sensor array of the present invention will be briefly described.

도 2는 픽셀 센서 어레이를 구성하는 단위 픽셀의 등가 회로도이다. 2 is an equivalent circuit diagram of the unit pixels constituting the pixel sensor array.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMOS 이미지 센서(100) 내 픽셀 센서 어레이(110)를 구성하는 단위 픽셀(110a)은 포토 다이오드(Photo Diode, 111), 전송 트랜지스터(112), 드라이버 트랜지스터(113), 리셋 트랜지스터(114) 및 선택 트랜지스터(115)를 구비한다.2, the unit pixel 110a constituting the pixel sensor array 110 in the CMOS image sensor 100 of the present invention includes a photodiode 111, a transfer transistor 112, A reset transistor 113, a selection transistor 115,

포토 다이오드(111)는 외부의 광량에 따라 전압이 인가된다. A voltage is applied to the photodiode 111 in accordance with the amount of external light.

전송 트랜지스터(112)는 상기 포토 다이오드(111)에 인가된 전압을 상기 드라이버 트랜지스터(113)의 게이트로 전송하고, 상기 드라이버 트랜지스터 (113)는 상기 전송 트랜지스터(112)를 통해 전송된 전압에 기초하여 소스-드레인간에 일정한 전류를 발생시킨다.The transfer transistor 112 transfers the voltage applied to the photodiode 111 to the gate of the driver transistor 113 and the driver transistor 113 is turned on based on the voltage transferred through the transfer transistor 112 The source-drain generates a constant current.

리셋 트랜지스터(114)는 상기 드라이버 트랜지스터(113)의 게이트로 리셋 전압을 인가한다. The reset transistor 114 applies a reset voltage to the gate of the driver transistor 113.

선택 트랜지스터(115)는 로우 제어 유닛(120)으로부터 수신한 선택 신호(SEL)에 응답하여, 상기 드라이버 트랜지스터(113)에서 생성된 전압을 상기 단위 픽셀(110a)의 픽셀 출력으로 출력한다.The selection transistor 115 outputs the voltage generated by the driver transistor 113 to the pixel output of the unit pixel 110a in response to the selection signal SEL received from the row control unit 120. [

이러한 단위 픽셀(110a)은 상기 리셋 트랜지스터(114)를 턴 온(turn on)시킴으로써 리셋 동작이 이루어지고, 상기 리셋 동작에 기초한 리셋 전압을 출력한다. 상기 리셋 동작 이후 입사되는 광량에 따라 상기 포토 다이오드(111)는 새로운 광전하를 축적하게 되고, 일정시간 후 축적된 광전하에 따라 결정되는 전압은 상기 선택 트랜지스터(115)를 턴 온(turn on)시킴으로써 픽셀 신호 전압을 출력한다.The unit pixel 110a is reset by turning the reset transistor 114 on, and outputs a reset voltage based on the reset operation. The photodiode 111 accumulates a new photocharge according to the amount of light incident after the reset operation, and a voltage determined according to the accumulated photoelectric charge after a predetermined time is turned on by the select transistor 115 And outputs a pixel signal voltage.

이와 같이 구성되는 단위 픽셀의 동작과정은 4 트랜지스터 타입의 CMOS 이미지 센서는 전송 트랜지스터(112)와 리셋 트랜지스터(114)의 접속점에 부유 확산층으로 이루어지는 플로팅 디퓨전(FD)을 리셋 트랜지스터(114)에 의해 리셋 레벨로 설정한다. 이후, 전송 트랜지스터(112)를 구동하여 포토 다이오드(111)에 축적된 전하를 플로팅 디퓨전으로 전송시켜 그 전위(potential)를 변화시킨다. 이러한 전위의 변화를 상기 드라이버 트랜지스터(113)를 통해 신호라인으로 추출한다. 이에 따라, 상기 플로팅 디퓨전에서의 리셋 시의 전위와 상기 포토 다이오드(111)로부터의 전하 전송 시의 전위간 차이를 검출함으로써, 노이즈가 제거된 신호를 추출할 수 있다.The operation of the unit pixel having the above-described structure is the same as that of the four-transistor type CMOS image sensor, in which the floating diffusion FD made of the floating diffusion layer is reset by the reset transistor 114 at the connection point between the transfer transistor 112 and the reset transistor 114 Level. Then, the transfer transistor 112 is driven to transfer the charge accumulated in the photodiode 111 to the floating diffusion to change its potential. The potential change is extracted as a signal line through the driver transistor 113. Thus, by detecting the difference between the potential at the time of reset in the floating diffusion and the potential at the time of charge transfer from the photodiode 111, it is possible to extract the noise-removed signal.

이하에서는 도 3을 참조하여, 상술한 본 발명의 로우 제어 유닛에 대하여 보다 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, the row control unit of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

도 3은 도 1의 로우 제어 유닛의 블록도이다.3 is a block diagram of the row control unit of FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 로우 제어 유닛(120)은 플립플롭(121), NOR 게이트(122), 딜레이 역할을 하는 복수 개가 직렬 연결된 인버터(123a, 123b), 및 AND 게이트(124)를 포함한다. 3, the row control unit 120 includes a flip-flop 121, a NOR gate 122, inverters 123a and 123b connected in series and serving as a delay, and an AND gate 124 .

이때, 상기 AND 게이트(124)가 외부로부터 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호(OI)를 입력받고, 입력받은 스위칭 신호(OI)에 응답하여 상기 픽셀 센서 어레이(110)의 로우 선택(ROW_SEL) 신호, 상기 픽셀 센서 어레이(110) 내 픽셀에 대한 리셋(RESET_PIXEL) 신호 및 외부로 출력하고자 하는 전송 신호(TX)를 출력한다. 즉, 상기 로우 제어 유닛(120)의 출력단에 AND 게이트를 더 구비하여 가변 해상도 동작 시에만 상기 로우 선택(ROW_SEL) 신호, 상기 리셋(RESET_PIXEL) 신호, 상기 전송 신호(TX)를 출력하고, 필요하지 않는 부분의 나머지 픽셀이 동작하지 않도록 한다. 이를 통해 픽셀 센서 어레이의 전력 소모량을 1/4로 줄일 수 있는 효과를 볼 수 있다.At this time, the AND gate 124 receives a switching signal OI for externally variable resolution operation and receives a row select signal ROW_SEL of the pixel sensor array 110 in response to the input switching signal OI, A RESET_PIXEL signal for a pixel in the pixel sensor array 110 and a transmission signal TX to be externally output. That is, an AND gate is further provided at the output terminal of the row control unit 120 to output the ROW_SEL signal, the RESET_PIXEL signal, and the transmission signal TX only at the time of variable resolution operation, So that the remaining pixels in the non-working portion are not operated. This can reduce the power consumption of the pixel sensor array by a factor of four.

도 4는 도 1의 짝수 및 홀수 컬럼 ADC의 블록도이다. Figure 4 is a block diagram of the even and odd column ADCs of Figure 1;

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMOS 이미지 센서가 가변 해상도 모드로 동작할 때는, 짝수 및 홀수 컬럼 ADC(130a, 130b)의 내부에 구비되는 비교기(132) 입력단에 픽셀 출력(Pixel output)을 대신해 전원전압(VDD)을 강제로 인가하여 상기 비교기(132)가 동작하지 않도록 한다. 또한, 상기 비교기(132)의 내부에 저전력 트랜지스터(132a)를 더 구비하여 상기 비교기(132) 내 전류가 완전히 흐르지 못하도록 차단한다. 이처럼, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서가 가변 해상도 모드로 동작하는 경우, 컬럼의 아날로그 영역 이외의 디지털 영역에서도 필요치 않는 부분에서의 동작을 제한하도록 한다.4, when the CMOS image sensor of the present invention operates in the variable resolution mode, a pixel output is provided at an input terminal of the comparator 132 provided inside the even and odd column ADCs 130a and 130b, The power supply voltage VDD is forcibly applied to prevent the comparator 132 from operating. Further, the comparator 132 further includes a low-power transistor 132a to block the current in the comparator 132 from flowing completely. As described above, when the CMOS image sensor according to the present invention operates in the variable resolution mode, the operation in a portion other than the analog region of the column, which is not required in the digital region, is limited.

도 5는 도 1의 멀티플렉서의 블록도이다. 5 is a block diagram of the multiplexer of FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMOS 이미지 센서 내 픽셀 센서 어레이(110)의 양 측에 구비되는 멀티플렉서(140)가 선택(SEL) 신호를 통해 짝수 컬럼 ADC(130a, Odd Column ADC)와 홀수 컬럼 ADC(130b, Even Column ADC)의 출력 신호를 차례대로 출력하는데, 내부에 상기 선택 신호를 제어하는 블록(140a)을 더 구비하여 가변 해상도가 가능하도록 구성될 수 있다. 5, a multiplexer 140 provided on both sides of the pixel sensor array 110 in the CMOS image sensor of the present invention receives an odd column ADC 130a through a select signal SEL, The output signal of the odd column ADC 130b (Even Column ADC) is sequentially outputted. In addition, a block 140a for controlling the selection signal may be further provided therein so that variable resolution can be realized.

이처럼, 상기 선택 신호를 제어하는 블록(140a)은 AND 게이트가 상기 픽셀 센서 어레이의 양 측에 위치하는 상기 홀수 컬럼 ADC와 상기 짝수 컬럼 ADC의 출력을 선택하는 선택 신호(SEL)와, 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호(OI)를 입력받아, 선택 제어 신호(SEL')를 출력함으로써, 상기 가변 해상도 동작을 수행하는 스위칭 신호(OI)가 입력될 때에만 상기 선택 제어 신호(SEL')가 출력되도록 한다. 이와 같이, 상기 선택 신호를 제어하는 블록(140a)으로부터 출력된 선택 제어 신호(SEL')에 응답하여 멀티플렉서가 상기 짝수 컬럼 ADC의 출력 신호를 선택하여 출력하고, 상기 선택 제어 신호를 반전시킨 신호(SELn')에 응답하여 홀수 컬럼 ADC의 출력 신호를 선택하여 출력한다. The block 140a for controlling the selection signal may include a selection signal SEL for selecting outputs of the odd column ADC and the even column ADC whose AND gates are located on both sides of the pixel sensor array, So that the selection control signal SEL 'is outputted only when the switching signal OI for performing the variable resolution operation is input, by outputting the selection control signal SEL' do. In this manner, in response to the selection control signal SEL 'output from the block 140a for controlling the selection signal, the multiplexer selects and outputs the output signal of the even column ADC, And outputs an output signal of the odd column ADC in response to the selection signal SELn '.

특히, 본 발명의 CMOS 이미지 센서가 가변 해상도 모드로 동작하지 않을 때에는 기존의 방식대로 선택 신호를 통해 상기 멀티플렉서의 출력 신호를 제어하지만, 이와 달리 가변 해상도 모드로 동작할 때에는 외부로부터 가변 해상도 모드 동작을 위한 스위칭 신호가 선택 신호를 제어하는 블록(140a)으로 입력되어, 상기 선택 신호를 제어하는 블록으로부터 출력된 선택 제어 신호를 통해 짝수 컬럼 ADC의 출력만을 최종 출력으로 출력한다. In particular, when the CMOS image sensor of the present invention does not operate in the variable resolution mode, the output signal of the multiplexer is controlled through the selection signal according to the conventional method. In contrast, when the CMOS image sensor operates in the variable resolution mode, And outputs only the output of the even column ADC to the final output through the selection control signal outputted from the block for controlling the selection signal.

도 6은 CMOS 이미지 센서에 서브 샘플링(Sub-sampling) 기법이 적용되어 1/4 해상도를 갖는 가변 해상도 모드로 CMOS 이미지 센서가 동작할 때의 블록도이다. 6 is a block diagram when a CMOS image sensor is operated in a variable resolution mode having a 1/4 resolution by applying a sub-sampling technique to a CMOS image sensor.

도 6에 도시된 바와 같이, 4개의 픽셀을 기준으로 동작하는데, 먼저 가변 해상도가 적용되지 않았을 때, 첫 번째 열의 픽셀 2개가 동작한다. 이때 첫 번째 열의 두 개의 픽셀에 대한 픽셀 정보는 홀수 컬럼 ADC와, 짝수 컬럼 ADC로 각각 전달되어 SRAM에 저장된다. 이에 따라, 멀티 플렉서가 상기 SRAM에 저장된 첫 번째 열의 픽셀 두 개에 대한 픽셀 정보를 출력한다.As shown in FIG. 6, it operates on the basis of four pixels, and when the variable resolution is not applied first, two pixels in the first column operate. At this time, the pixel information of the two pixels in the first column is transferred to the odd column ADC and the even column ADC, respectively, and stored in the SRAM. Accordingly, the multiplexer outputs pixel information for two pixels in the first column stored in the SRAM.

이어서, 두 번째 열의 픽셀 두 개가 동작하여, 홀수 컬럼 ADC와 짝수 컬럼 ADC로 상기 두 번째 열의 픽셀 두 개에 대한 픽셀 정보가 전달되어 SRAM에 전송한다. 이때, 상기 SRAM에 기저장된 이전 픽셀 정보가 리셋되고, 수신한 두 번째 열의 픽셀 두 개에 대한 픽셀 정보가 상기 SRAM에 새로 저장된다. 이후, 멀티플렉서가 첫 번째 열의 픽셀 두 개와, 두 번째 열의 픽셀 두 개 총 4 개의 픽셀에 대한 픽셀 정보를 최종적으로 출력한다.Then, two pixels in the second column are operated, and pixel information of two pixels in the second column is transferred to the SRAM by the odd column ADC and the even column ADC. At this time, previous pixel information previously stored in the SRAM is reset, and pixel information of two pixels in the second column received is newly stored in the SRAM. Then, the multiplexer finally outputs the pixel information for four pixels in total, two pixels in the first column and two pixels in the second column.

이와 달리, 가변 해상도가 적용되는 경우에는 첫 번째 열의 픽셀이 동작할 때 홀수 컬럼 ADC로만 픽셀 정보가 전달되고, 전달된 픽셀 정보가 SRAM에 저장됨에 따라, 멀티 플렉서가 상기 SRAM에 저장된 첫 번째 열의 픽셀에 대한 두 개의 동일한 픽셀 정보를 출력한다.On the other hand, when variable resolution is applied, pixel information is transferred to the odd column ADC only when the pixels in the first column are operated, and as the transferred pixel information is stored in the SRAM, And outputs two identical pixel information for the pixel.

이어서, 두 번째 열의 픽셀은 동작하지 않고 홀수 컬럼 ADC 만이 동작하여, SRAM에 기저장된 픽셀 정보를 리셋 시키지 않고, 멀티 플렉서가 상기 SRAM에 기저장된 총 4 개의 동일한 픽셀 정보를 출력한다. Then, the pixels in the second column do not operate, only the odd column ADC operates, and the multiplexer outputs a total of four identical pixel information previously stored in the SRAM, without resetting pixel information previously stored in the SRAM.

도 7은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 전력 소모 실험결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating a power consumption test result of the CMOS image sensor according to the present invention.

도 7을 통해 가변 해상도를 고려하여 2 개의 픽셀 열이 동작할 때 CMOS 이미지 센서의 전력 소모 결과를 확인할 수 있는데, 검은색으로 표시된 영역은 일반 해상도 모드로 동작할 때 CMOS 이미지 센서의 전력소모를 나타내고, 회색으로 표시된 영역은 가변 해상도 모드로 동작 시 CMOS 이미지 센서의 전력소모를 나타낸다. Referring to FIG. 7, the power consumption of the CMOS image sensor can be confirmed when two pixel arrays are operated in consideration of the variable resolution. The area indicated by black indicates the power consumption of the CMOS image sensor when operating in the normal resolution mode , And the gray area indicates the power consumption of the CMOS image sensor when operating in the variable resolution mode.

이에 따라, 첫 번째 픽셀 열이 동작할 때, CMOS 이미지 센서의 전력 소모가 약 1/2 수준으로 줄어든 것을 확인할 수 있고, 또한 두 번째 픽셀 열이 동작할 때, 역시 전력 소모가 매우 줄어들었으며 전체적으로 가변 해상도 모드에서 약 1/4 수준으로 전력 소모가 줄어든 것을 확인할 수 있었다.Accordingly, it can be seen that the power consumption of the CMOS image sensor is reduced to about 1/2 level when the first pixel column is operated, and also when the second pixel column is operated, the power consumption is also greatly reduced, It was confirmed that the power consumption was reduced to about 1/4 in the resolution mode.

본 발명의 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서가 1/4 가변 해상도 모드로 동작할 때, 픽셀 어레이의 동작 제어를 통해 사용하지 않는 부분에서의 동작을 제한하여 소모 전력량을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.The low power CMOS image sensor having a variable resolution according to the present invention limits the operation in the unused portion by controlling the operation of the pixel array when the CMOS image sensor operates in the 1/4 variable resolution mode, There is an effect that can be.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Do.

110: 픽셀 센서 어레이 120: 로우 제어 유닛
130a: 짝수 컬럼 ADC 130b: 홀수 컬럼 ADC
140: 멀티플렉서110: Pixel sensor array 120: Low control unit
130a: even column ADC 130b: odd column ADC
140: Multiplexer

Claims (5)

다수의 픽셀들을 2차원 행렬 형태로 포함하며, 외부로부터 입력된 영상 정보에 대응하는 전압 신호를 출력하는 픽셀 센서 어레이;
외부로부터 입력받은 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호에 응답하여 상기 픽셀 어레이 내 복수 개의 픽셀 열들의 동작을 제어하는 로우 제어 유닛;
상기 픽셀 센서 어레이의 양 측에 구비되어, 상기 픽셀 센서 어레이 내 짝수 및 홀수 컬럼에 위치하는 픽셀로부터 출력된 전압 신호를 각각 입력받는 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC; 및
상기 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 입력받아 출력하는 멀티플렉서;
를 포함하되,
상기 멀티플렉서는
가변 해상도 동작 시, 상기 픽셀 센서 어레이 내 임의의 제1 픽셀과 맞닿은 위치에 존재하는 복수 개의 픽셀들에 대하여 픽셀 정보의 리셋 없이, 상기 제1 픽셀의 픽셀 정보와 동일한 픽셀 정보를 그대로 출력하는 것을 특징으로 하는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서.
A pixel sensor array including a plurality of pixels in a two-dimensional matrix form and outputting a voltage signal corresponding to image information input from the outside;
A row control unit for controlling an operation of a plurality of pixel columns in the pixel array in response to a switching signal for externally input variable resolution operation;
An even column ADC and an odd column ADC which are provided on both sides of the pixel sensor array and receive voltage signals output from pixels located in even and odd columns in the pixel sensor array, respectively; And
A multiplexer for receiving and outputting a plurality of voltage signals output from the even column ADC and the odd column ADC;
, ≪ / RTI &
The multiplexer
The pixel information identical to the pixel information of the first pixel is output without resetting the pixel information for a plurality of pixels existing at a position in contact with any first pixel in the pixel sensor array A low power CMOS image sensor having variable resolution.
제1항에 있어서,
상기 로우 제어 유닛은
외부로부터 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호를 입력받고, 입력받은 스위칭 신호에 응답하여 상기 픽셀 어레이의 로우 선택 신호, 상기 픽셀 어레이 내 픽셀에 대한 리셋 신호 및 외부로 출력하고자 하는 전송 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서.
The method according to claim 1,
The row control unit
A switching signal for externally variable resolution operation is received and a row selection signal of the pixel array, a reset signal for a pixel in the pixel array, and a transmission signal to be externally outputted are outputted in response to the switching signal inputted thereto A low power CMOS image sensor having variable resolution.
제1항에 있어서,
상기 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC는
가변 해상도 동작 시, 내부에 구비된 비교기의 입력단으로 전원전압을 인가하여 상기 비교기가 동작되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서.
The method according to claim 1,
The even column ADC and odd column ADC
Wherein the comparator is controlled so as not to operate by applying a power supply voltage to an input terminal of a comparator provided therein when the variable resolution operation is performed.
제3항에 있어서,
상기 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC는
상기 비교기의 내부에 저전력 트랜지스터를 더 구비하여, 가변 해상도 동작 시, 상기 비교기 내 흐르는 전류를 차단시키는 것을 특징으로 하는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서.
The method of claim 3,
The even column ADC and odd column ADC
Further comprising a low power transistor inside the comparator to cut off the current flowing in the comparator during variable resolution operation.
제1항에 있어서,
상기 멀티플렉서는
가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호를 입력 받고, 입력받은 가변 해상도 동작을 위한 스위칭 신호에 응답하여 짝수 컬럼 ADC 및 홀수 컬럼 ADC의 선택을 위한 선택 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 가변 해상도를 갖는 저전력 CMOS 이미지 센서.The method according to claim 1,
The multiplexer
And a selection signal for selection of an even column ADC and an odd column ADC in response to a switching signal for a variable resolution operation, the variable signal having a variable resolution, sensor.
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