KR102083776B1 - 조도 변화에 따라 다른 전압을 픽셀들로 공급할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치 - Google Patents

조도 변화에 따라 다른 전압을 픽셀들로 공급할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치 Download PDF

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Abstract

이미지 센서는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들 각각의 동작을 제어하는 로우 드라이버와, 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터에 접속된 전압 공급 라인과, 상기 전압 공급 라인의 신호를 검출하고 검출 결과에 기초하여 제1전압과 제2전압 중에서 어느 하나를 상기 전압 공급 라인으로 공급하는 전압 공급 회로를 포함한다.

Description

조도 변화에 따라 다른 전압을 픽셀들로 공급할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치{IMAGE SENSOR FOR SUPPLYING A DIFFERENT VOLTAGE TO PIXELS BASED ON ILLUMINATION CHANGE, OPERATION METHOD THEREOF, AND DEVICE HAVING IMAGE SENSOR}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 조도 변화에 따라 서로 다른 전압을 픽셀 어레이의 픽셀들로 공급할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치들에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 이미지를 전기 신호로 변환하는 장치이다.
상기 이미지 센서는 CCD(charged coupled device) 이미지 센서와 CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)) 이미지 센서로 분류된다.
CMOS 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 칩은 CMOS 반도체 공정을 이용하여 제조되는 액티브 픽셀 센서(active pixel sensor)의 일종이다. 상기 CMOS 이미지 센서 칩은 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함한다.
상기 복수의 픽셀들 각각은 광신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자와, 상기 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하는 부가적인 회로를 포함한다.
포토다이오드와 같은 광전 변환 소자는 조도에 비례하는 전자들을 생성한다. 고조도에 CMOS 이미지 센서 칩이 노출되었을 때, 상기 광전 변환 소자에서 과도한 전자들이 생성되어 상기 CMOS 이미지 센서 칩이 비정상적인 상태로 동작할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 조도 변화에 무관하게 하나의 동작 전압을 픽셀 어레이의 복수의 픽셀들로 공급하는 종래의 이미지 센서와 달리, 조도 변화에 따라 복수의 동작 전압들 중에서 어느 하나를 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 공급할 수 있는 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치들을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들 각각의 동작을 제어하는 로우 드라이버와, 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터에 접속된 제1전압 공급 라인과, 상기 제1전압 공급 라인의 신호를 검출하고, 검출 결과에 기초하여 제1전압과 제2전압 중에서 어느 하나를 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 전압 공급 회로를 포함한다.
상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 전압 공급 회로는 기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기와, 외부로부터 입력된 상기 제1전압에 기초하여 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고, 상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나이다.
다른 실시 예에 따라, 상기 전압 공급 회로는 기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기와, 외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고, 상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나이다.
또 다른 실시 예에 따라, 상기 전압 공급 회로는 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 입력 단자와 출력 단자를 포함하고, 외부로부터 상기 입력 단자로 입력된 상기 제1전압에 기초하여 상기 제2전압을 생성하고, 상기 출력 단자를 통하여 상기 제2전압을 출력하는 전압 생성기와, 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따라, 상기 전압 공급 회로는 외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하는 전압 생성기와, 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함한다.
다른 실시 예에 따라, 상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함한다.
상기 전압 공급 회로는 기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기와, 외부로부터 입력된 상기 제3전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고, 상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나이다.
상기 전압 공급 회로는 기준 신호와 상기 제1전압 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기와, 외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압, 상기 제2전압, 및 상기 제3전압을 생성하는 전압 생성기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고, 상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나이다.
상기 전압 공급 회로는 상기 제2전압 공급 라인에 접속된 입력 단자를 포함하며, 외부로부터 입력된 상기 제3전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하는 전압 생성기와, 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함한다.
상기 전압 공급 회로(201F)는 외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압, 상기 제2전압, 및 상기 제3전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고, 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하고, 상기 제3전압을 상기 제2전압 공급 라인으로 출력하는 전압 생성기와, 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함한다.
상기 제1전압은 상기 제2전압보다 높다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 장치는 이미지 센서와, 디스플레이 장치와, 상기 이미지 센서로부터 출력된 데이터를 처리하고, 디스플레이를 위해 처리된 데이터를 상기 디스플레이 장치로 전송하는 프로세서를 포함한다.
상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들 각각의 동작을 제어하는 로우 드라이버와, 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터에 접속된 제1전압 공급 라인과, 상기 제1전압 공급 라인의 신호를 검출하고 검출 결과에 기초하여 제1전압과 제2전압 중에서 어느 하나를 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 전압 공급 회로를 포함한다.
상기 이미지 처리 장치는 스마트폰, 태블릿 PC, 모바일 인터넷 장치, 및 디지털 카메라 중에서 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법은 제1전압 공급 라인을 통해 제1전압을 픽셀 어레이에 구현된 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 공급하는 단계와, 상기 제1전압 공급 라인에 흐르는 전류를 검출하는 단계와, 검출 결과에 기초하여 상기 제1전압 또는 상기 제1전압보다 낮은 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 단계를 포함한다.
상기 이미지 센서의 동작 방법은 상기 제1전압을 픽셀 어레이에 구현된 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 공급하는 동안, 제2전압 공급 라인을 통해 제3전압을 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 소스 팔로워로 공급하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1전압은 상기 제3전압보다 높고, 상기 제3전압은 상기 제2전압보다 높다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 조도 변화에 따라 복수의 동작 전압들 중에서 어느 하나를 픽셀 어레이의 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 공급할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 상기 이미지 센서는 고조도에서 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 동작 전압을 공급하는 전압 공급 라인을 보호할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 일 실시 예이다.
도 3은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 다른 실시 예이다.
도 4는 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 5는 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 6은 도 1의 전압 공급 회로의 일 실시 예이다.
도 7은 도 1의 전압 공급 회로의 다른 실시 예이다.
도 8은 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 9는 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 10은 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 11은 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 13은 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 일 실시 예이다.
도 14는 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 다른 실시 예이다.
도 15는 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 16은 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 17은 도 12의 전압 공급 회로의 일 실시 예이다.
도 18은 도 12의 전압 공급 회로의 다른 실시 예이다.
도 19는 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 20은 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 21은 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 22는 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 23은 도 1 또는 도 12의 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예이다.
도 24는 도 1 또는 도 12의 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예이다.
도 25는 도 1, 도 23, 또는 도 24에 포함된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 26은 도 12, 도 23, 또는 도 24에 포함된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100A)는 픽셀 어레이(110A), 로우 드라이버 (130), 아날로그-디지털 변환 블록(135), 및 데이터 래치(140), 및 전압 공급 회로 (200)를 포함한다.
이미지 센서(100A)는 CMOS 제조 공정에 따라 집적 회로 또는 CMOS 이미지 센서 칩으로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이(110A)는 복수의 픽셀들(113A)을 포함한다. 복수의 픽셀들(113A) 각각에 포함된 리셋 트랜지스터(reset transistor)와 소스 팔로워(source follower)는 전압 공급 라인(111)에 접속된다. 복수의 픽셀들(113A) 각각은 복수의 컬럼 라인들 각각에 접속된다.
로우 드라이버(130)는 복수의 픽셀들(113A) 각각의 동작을 제어할 수 있다.
아날로그-디지털 변환 블록(135)은 복수의 픽셀들(113A)로부터 출력된 픽셀 신호들, 즉 복수의 컬럼 라인들을 통해 출력되는 픽셀 신호들에 대해 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하고, 디지털 신호들을 데이터 래치(140)로 출력한다.
전압 공급 회로(200)는 외부(예컨대, 이미지 센서(100A)의 외부)로부터 입력되는 외부 전압(VEXT)에 기초하여 복수의 전압들(VPIX와 VDD)을 생성할 수 있다.
전압 공급 회로(200)는 조도 변화에 따라 전압 공급 라인(111)에 흐르는 전류(Idet)와 전류(Idet)에 관련된 전압 중에서 어느 하나를 검출하고, 검출 결과에 기초하여 복수의 전압들(VPIX와 VDD) 중에서 어느 하나의 전압을 전압 공급 라인 (111)으로 공급할 수 있다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 일 실시 예이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 픽셀 어레이(110A)에 포함된 픽셀(113A)의 일 실시 예에 따른 픽셀(113A-1)은 3-TR 구조(3-transistor(TR) structure)이다. 픽셀 (113A-1)은 하나의 포토 다이오드(PD)와 3개의 트랜지스터들(RX, DX, 및 SX)을 포함한다.
리셋 신호(RS)는 리셋 트랜지스터(RX)의 동작을 제어하고, 선택 신호(SEL)는 선택 트랜지스터(SX)의 동작을 제어한다. 선택 트랜지스터(SX)의 출력 신호(OUT)는 컬럼 라인으로 공급된다.
리셋 트랜지스터(RX)의 소스(source)와 소스 팔로워(DX)의 소스는 전압 공급 라인(111)에 접속된다. 따라서, 조도 변화에 따라, 전압 공급 라인(111)은 제1전압 (VPIX) 또는 제2전압(VDD)을 각 트랜지스터(RX와 DX)로 공급할 수 있다.
각 픽셀(113A)이 3-TR 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS와 SEL)를 적절한 타이밍에 생성할 수 있다.
도 3은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 다른 실시 예이다.
도 3을 참조하면, 도 1의 픽셀 어레이(110A)에 포함된 픽셀(113A)의 다른 실시 예에 따른 픽셀(113A-2)은 4-TR 구조이다. 픽셀(113A-2)은 하나의 포토 다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터들(RX, DX, SX, 및 TX)을 포함한다.
전송 제어 신호(TG)는 전송 트랜지스터(TX)의 동작을 제어한다.
리셋 트랜지스터(RX)의 소스와 소스 팔로워(DX)의 소스는 전압 공급 라인 (111)에 접속된다.
각 픽셀(113A)이 4-TR 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS, SEL, 및 TG)를 적절한 타이밍에 생성할 수 있다.
도 4는 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 4를 참조하면, 도 1의 픽셀 어레이(110A)에 포함된 픽셀(113A)의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀(113A-3)은 5-TR 구조이다. 픽셀(113A-3)은 하나의 포토 다이오드(PD)와 5개의 트랜지스터들(RX, DX, SX, TX1, 및 TX2)을 포함한다.
선택 신호(SEL)는 선택 트랜지스터(SX)와 제1전송 트랜지스터(TX1)의 동작을 제어하고, 전송 제어 신호(TG)는 제1전송 트랜지스터(TX1)를 통해 제2전송 트랜지스터(TX2)의 게이트로 공급된다.
리셋 트랜지스터(RX)의 소스와 소스 팔로워(DX)의 소스는 전압 공급 라인 (111)에 접속된다. 소스 팔로워는 드라이브 트랜지스터로 불릴 수도 있다.
각 픽셀(113A)이 5-TR 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS, SEL, 및 TG)를 적절한 타이밍에 생성할 수 있다.
도 5는 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 5를 참조하면, 도 1의 픽셀 어레이(110A)에 포함된 픽셀(113A)의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀(113A-4)은 포토게이트(photogate) 구조이다. 픽셀(113A-4)은 하나의 포토게이트(PG1)와 4개의 트랜지스터들(RX, DX, SX, 및 TX)을 포함한다.
포토게이트 제어 신호(PG)는 포토게이트(PG1)의 동작을 제어한다.
리셋 트랜지스터(RX)의 소스와 소스 팔로워(DX)의 소스는 전압 공급 라인 (111)에 접속된다.
각 픽셀(113A)이 포토게이트 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS, SEL, TG, 및 PG)를 적절한 타이밍에 생성할 수 있다.
도 6은 도 1의 전압 공급 회로의 일 실시 예이다.
도 1부터 도 6을 참조하면, 전압 공급 회로(200A)는 전압 생성기(211), 스위치(213), 및 비교기(215)를 포함한다.
비교기(215)는 전류 비교기로 구현될 수 있고, 진동(oscillation)을 방지하기 위해 히스테리시스(hysteresis) 특성을 가질 수 있다. 비교기(215)는 기준 전류 (Iref)와 전압 공급 라인(111)에 흐르는 검출 전류(Idet)를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호(SW)를 출력한다.
검출 전류(Idet)는 픽셀 어레이(110A)에 구현된 복수의 픽셀들(113A) 각각에 포함된 리셋 트랜지스터(RX)에 흐르는 전류의 합에 해당하는 전류일 수 있다. 예컨대, 검출 전류(Idet)의 양은 각 픽셀(113A)의 포트다이오드(PD) 및/또는 플로팅 디퓨전 노드에 축적된 전자들에 의해 결정될 수 있다.
예컨대, 일반적인(normal) 조도 환경 또는 저조도(low-illumination) 환경에서, 기준 전류(Iref)보다 적은 검출 전류(Idet)가 전압 공급 라인(111)에 흐르므로, 스위치(213)는 비교 신호(SW)에 기초하여 제1전압(VPIX)을 전압 공급 라인 (111)으로 공급한다.
그러나, 비정상적인 조도 환경(또는 고조도 환경)에서, 기준 전류(Iref)보다 크거나 같은 검출 전류(Idet)가 전압 공급 라인(111)에 흐르므로, 과도한 검출 전류(Idet)로부터 전압 공급 라인(111)을 보호하기 위해, 스위치(213)는 비교 신호 (SW)에 기초하여 제1전압(VPIX)보다 낮은 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)으로 공급한다.
예컨대, 이미지 센서(100A)가 태양 또는 상당히 밝은 광원을 촬영(또는 캡처)하는 경우 또는 아날로그-디지털 변환에 따라 생성된 디지털 신호들이 포화되는 경우를 '고조도 환경'이라 한다.
고조도 환경으로부터 저조도 환경으로 변경될 때, 제1전압(VPIX)이 전압 공급 라인(111)으로 다시 공급될 수 있다.
전압 생성기(211)는 입력 단자(IT)로 입력된 외부 전압(VEXT), 즉 제1전압 (VPIX)에 기초하여 제2전압(VDD)을 생성한다.
스위치(213)는, 비교기(215)로부터 출력된 비교 신호(SW)에 기초하여, 제1전압(VPIX) 또는 출력 단자(OT)를 통해 출력된 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)의 각 픽셀(113A)로 공급할 수 있다. 예컨대, 스위치 (213)는 MOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 7은 도 1의 전압 공급 회로의 다른 실시 예이다.
도 1부터 도 7을 참조하면, 전압 공급 회로(200B)는 비교기(215'), 전압 생성기(211), 스위치(213), 및 저항 회로(217)를 포함한다.
비교기(215')는 기준 전압(Vref)과 검출 전압(Vdet)을 비교하고 비교 결과에 따라 비교 신호(SW)를 생성한다. 검출 전압(Vdet)은 검출 전류(Idet)와 저항 회로 (217)의 저항 값(R)에 따라 결정된다. 이때, 비교기(215')는 전압 비교기로 구현되고, 진동을 방지하기 위해 히스테리시스 특성을 가질 수 있다.
일반적인 조도 환경 또는 저조도 환경에서, 즉 검출 전압(Vdet)이 기준 전압 (Vref)보다 낮을 때, 비교기(215')는 제1전압(VPIX)을 전압 공급 라인(111)으로 공급하기 위한 비교 신호(SW)를 출력한다.
그러나, 비정상적인 조도 환경 또는 고조도 환경에서, 즉 검출 전압(Vdet)이 기준 전압(Vref)보다 높거나 같을 때, 비교기(215')는 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)으로 공급하기 위한 비교 신호(SW)를 출력한다.
전압 생성기(211)는 입력 단자(IT)로 입력된 외부 전압(VEXT), 즉 제1전압 (VPIX)에 기초하여 제2전압(VDD)을 생성한다.
스위치(213)는, 비교기(215)로부터 출력된 비교 신호(SW)에 기초하여, 제1전압(VPIX) 또는 출력 단자(OT)를 통해 출력된 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)의 각 픽셀(113A)로 공급한다..
도 8은 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 1과 도 8을 참조하면, 전압 공급 회로(200C)는 비교기(225), 전압 생성기 (221), 및 스위치(223)를 포함한다.
도 8의 비교기(225)의 구조와 동작은 도 6의 비교기(215)의 구조와 동작과 실질적으로 동일하다.
전압 생성기(221)는 입력 단자(IT)를 통해 입력된 외부 전압(VEXT)에 기초하여 제1전압(VPIX)과 제2전압(VDD)을 생성한다.
스위치(223)는, 비교기(225)로부터 출력된 비교 신호(SW)에 기초하여, 제1출력 단자(OT1)를 통해 출력된 제1전압(VPIX) 또는 제2출력 단자(OT2)를 통해 출력된 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)의 각 픽셀(113A)로 공급한다. 예컨대, 스위치(223)는 MOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 9는 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 1, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 전압 공급 회로(200D)는 전압 생성기 (221), 스위치(223), 비교기(225'), 및 저항 회로(227)를 포함한다.
도 9의 비교기(225')의 구조와 동작은 도 7의 비교기(215')의 구조와 동작과 실질적으로 동일하다. 검출 전압(Vdet)은 검출 전류(Idet)와 저장 회로(227)의 저항 값(R)에 따라 결정된다.
일반적인 조도 환경 또는 조조도 환경에서, 즉 검출 전압(Vdet)이 기준 전압 (Vref)보다 낮을 때, 비교기(225')는 제1전압(VPIX)을 전압 공급 라인(111)으로 공급하기 위해 비교 신호(SW)를 출력한다.
그러나, 비정상적인 조도 환경 또는 고조도 환경에서, 즉 검출 전압(Vdet)이 기준 전압(Vref)보다 높거나 같을 때, 비교기(225')는 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)으로 공급하기 위해 비교 신호(SW)를 출력한다.
도 10은 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 1과 도 10을 참조하면, 전압 공급 회로(200E)는 전압 생성기(231)와 다이오드(233)를 포함한다.
전압 생성기(231)는 입력 단자(IT)와 출력 단자(OT)를 포함하고, 입력 단자 (IT)는 전압 공급 라인(111)에 접속되고, 입력 단자(IT)를 통해 입력된 외부 전압, 즉 제1전압(VPIX)에 기초하여 제2전압(VDD)을 생성하고, 출력 단자(OT)를 통해 제2전압(VDD)을 출력한다.
다이오드(233)는 전압 공급 라인(111)에 접속된 캐소드(cathode)와 출력 단자(OT)에 접속된 애노드(anode)를 포함한다.
일반적인 조도 환경에서, 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급되는 제1전압(VPIX)은 제2전압(VDD)보다 높다. 따라서, 다이오드(233)는 오프-상태(off-state)를 유지하므로, 제1전압(VPIX)이 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급된다.
그러나, 고조도 환경에서, 검출 전류(Idet)가 급격하게 증가하므로, 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급되는 제1전압(VPIX)은 제2전압(VDD)보다 낮아질 수 있다. 이때, 다이오드(233)는 턴-온 되므로, 제2전압(VDD)은 다이오드(233)와 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급될 수 있다.
도 11은 도 1의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 1과 도 11을 참조하면, 전압 공급 회로(200F)는 전압 생성기(241)와 다이오드(243)를 포함한다.
전압 생성기(241)는 입력 단자(IT)를 통해 외부로부터 입력된 외부 전압 (VEXT)에 기초하여 제1전압(VPIX)과 제2전압(VDD)을 생성하고, 제1전압(VPIX)을 제1전압 공급 라인(111)에 접속된 제1출력 단자(OT1)를 통해 출력하고 제2전압(VDD)을 제2출력 단자(OT2)를 통해 출력한다.
다이오드(243)는 제1전압 공급 라인(111)에 접속된 캐소드와 제2출력 단자 (OT2)에 접속된 애노드를 포함한다.
일반적인 조도 환경에서, 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급되는 제1전압(VPIX)은 제2전압(VDD)보다 높다. 따라서, 다이오드(233)는 오프-상태를 유지하므로, 제1전압(VPIX)이 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이 (110A)로 공급된다.
그러나, 고조도 환경에서, 검출 전류(Idet)가 급격하게 증가하므로, 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급되는 제1전압(VPIX)은 제2전압(VDD)보다 낮아질 수 있다. 이때, 다이오드(233)는 턴-온되므로, 제2전압(VDD)은 다이오드(233)와 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)로 공급될 수 있다.
각 다이오드(233과 243)는 비대칭적인 전도성(asymmetric conductance)을 갖는 다양한 종류의 다이오드로 대체될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 이미지 센서(100B)는 픽셀 어레이(110B), 로우 드라이버 (130), 아날로그-디지털 변환 블록(135), 및 데이터 래치(140), 및 전압 공급 회로 (201)를 포함한다.
이미지 센서(100B)는 CMOS 제조 공정에 따라 집적 회로 또는 CMOS 이미지 센서 칩으로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이(110B)는 복수의 픽셀들(113B)을 포함한다. 복수의 픽셀들(113B) 각각에 포함된 리셋 트랜지스터는 제1전압 공급 라인(115)에 접속되고, 복수의 픽셀들(113B) 각각에 포함된 소스 팔로워는 제2전압 공급 라인(117)에 접속된다.
즉, 소스 팔로워로 공급되는 전압(VPIX)과 리셋 트랜지스터로 공급되는 전압 (VRD 또는 VDD)은 서로 분리된다.
로우 드라이버(130)는 복수의 픽셀들(113B) 각각의 동작을 제어할 수 있다.
아날로그-디지털 변환 블록(135)은 복수의 픽셀들(113B)로부터 출력된 픽셀 신호들에 대해 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하고, 디지털 신호들을 데이터 래치(140)로 출력한다.
전압 공급 회로(201)는 외부로부터 입력되는 외부 전압(VEXT)에 기초하여 복수의 전압들(VRD, VDD, 및 VPIX)을 생성한다. 전압 공급 회로(201)는 제1전압 공급 라인(115)의 전류(Idet)와 전압 중에서 어느 하나를 검출하고, 검출 결과에 기초하여 복수의 전압들(VRD, VDD, 및 VPIX) 중에서 어느 하나의 전압(VRD 또는 VDD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급한다.
이때, 전압 공급 회로(201)는 전압(VPIX)을 제2전압 공급 라인(117)으로 공급한다.
도 13은 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 일 실시 예이다.
도 13을 참조하면, 도 12의 픽셀 어레이(110B)에 포함된 픽셀(113B)의 일 실시 예에 따른 픽셀(113B-1)은 3-TR 구조이다. 픽셀(113B-1)은 하나의 포토 다이오드(PD)와 3개의 트랜지스터들(RX, DX, 및 SX)을 포함한다.
도 1부터 도 11을 참조하면 VPIX는 제1전압을 의미하고 VDD는 제2전압을 의미했으나, 도 12부터 도 22까지에서는 VRD는 제1전압을 의미하고, VDD는 제2전압을 의미하고, VPIX는 제3전압을 의미하는 것으로 가정한다.
리셋 트랜지스터(RX)의 소스는 제1전압(VRD) 또는 제2전압(VDD)을 공급하는 제1전압 공급 라인(115)에 접속되고, 소스 팔로워(DX)의 소스는 제3전압(VPIX)를 공급하는 제2전압 공급 라인(117)에 접속된다. 이때, 제1전압(VRD)은 제3전압 (VPIX)보다 높고, 제3전압(VPIX)는 제2전압(VDD)보다 높다고 가정한다.
각 픽셀(113B)이 3-TR 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS와 SEL)를 적절한 타이밍에 생성할 수 있다.
도 14는 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 다른 실시 예이다.
도 14를 참조하면, 도 12의 픽셀 어레이(110B)에 포함된 픽셀(113B)의 다른 실시 예에 따른 픽셀(113B-2)은 4-TR 구조이다. 픽셀(113B-2)은 하나의 포토 다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터들(RX, DX, SX, 및 TX)을 포함한다.
각 픽셀(113B)이 4-TR 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS, SEL, 및 TG)를 적절한 타이밍에 생성한다.
도 15는 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 15를 참조하면, 도 12의 픽셀 어레이(110B)에 포함된 픽셀(113B)의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀(113B-3)은 5-TR 구조이다. 픽셀(113B-3)은 하나의 포토 다이오드(PD)와 5개의 트랜지스터들(RX, DX, SX, TX1, 및 TX2)을 포함한다.
각 픽셀(113B)이 5-TR 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS, SEL, 및 TG)를 적절한 타이밍에 생성한다.
도 16은 도 12의 이미지 센서에 포함된 픽셀의 회로도의 또 다른 실시 예이다.
도 16을 참조하면, 도 12의 픽셀 어레이(110B)에 포함된 픽셀(113B)의 또 다른 실시 예에 따른 픽셀(113B-4)은 포토게이트 구조이다. 픽셀(113B-4)은 하나의 포토게이트(PG1)와 4개의 트랜지스터들(RX, DX, SX, 및 TX)을 포함한다.
각 픽셀(113B)이 포토게이트 구조로 구현될 때, 로우 드라이버(130)는 각 제어 신호(RS, SEL, TG, 및 PG)를 적절한 타이밍에 생성할 수 있다.
도 14, 도 15, 및 도 16을 참조하면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스는 제1전압 (VRD) 또는 제2전압(VDD)을 공급하는 제1전압 공급 라인(115)에 접속되고, 소스 팔로워(DX)의 소스는 제3전압(VPIX)를 공급하는 제2전압 공급 라인(117)에 접속된다.
도 17은 도 12의 전압 공급 회로의 일 실시 예이다.
도 12와 도 17을 참조하면, 전압 공급 회로(201A)는 전압 생성기(212), 스위치(214), 및 비교기(216)를 포함한다.
전압 생성기(212)는 제2전압 공급 라인(117)에 접속된 입력 단자(IT), 제1출력 단자(OT1), 및 제2출력 단자(OT2)를 포함한다.
전압 생성기(212)는 외부 전압(VEXT), 즉 제3전압(VPIX)을 입력 단자(IT)를 통해 수신하고, 제3전압(VPIX)에 기초하여 제1전압(VRD)과 제2전압(VDD)을 생성한다.
스위치(214)는 비교 신호(SW)에 기초하여 제1출력 단자(OT1)를 통해 출력된 제1전압(VRD) 또는 제2출력 단자(OT2)를 통해 출력된 제2전압(VDD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급한다.
비교기(216)는 기준 전류(Iref)와 검출 전류(Idet)를 비교하고 비교 결과에 따라 비교 신호(SW)를 출력한다. 예컨대, 비교기(216)는 전류 비교기로 구현되고 진동을 방지하기 위해 히스테리시스 특성을 가질 수 있다.
일반적인 조도 환경에서, 즉 검출 전류(Idet)가 기준 전류(Iref)보다 작을 때, 비교기(216)는 제1전압(VRD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급하기 위한 비교 신호(SW)를 출력한다.
그러나, 고조도 환경에서, 즉 검출 전류(Idet)가 기준 전류(Iref)보다 크거나 같을 때, 비교기(216)는 제2전압(VDD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급하기 위한 비교 신호(SW)를 출력한다.
도 18은 도 12의 전압 공급 회로의 다른 실시 예이다.
도 12, 도 17, 및 도 18을 참조하면, 전압 공급 회로(201B)는 전압 생성기 (212), 스위치(214), 비교기(216'), 및 저항 회로(218)를 포함한다.
비교기(216')는 기준 전압(Vref)과 검출 전압(Vdet)을 비교하고 비교 결과에 따라 비교 신호(SW)를 출력한다. 예컨대, 비교기(216')는 전압 비교기로 구현되고 진동을 방지하기 위해 히스테리시스 특성을 가질 수 있다.
검출 전압(Vdet)은 검출 전류(Idet)와 저항 회로(218)의 저항 값(R)에 따라 결정된다.
일반적인 조도 환경에서, 즉 검출 전압(Vdet)이 기준 전압(Vref)보다 작을 때, 비교기(216')는 제1전압(VRD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급하기 위한 비교 신호(SW)를 출력한다.
그러나, 고조도 환경에서, 즉 검출 전압(Vdet)이 기준 전압(Vref)보다 크거나 같을 때, 비교기(216')는 제2전압(VDD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급하기 위한 비교 신호(SW)를 출력한다.
도 19는 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 12와 도 19를 참조하면, 전압 공급 회로(201C)는 전압 생성기(222), 스위치(224), 및 비교기(226)를 포함한다.
전압 생성기(222)는 외부 전압(VEXT)을 수신하는 입력 단자(IT), 제1출력 단자(OT1), 제2출력 단자(OT2), 및 제3전압(VPIX)을 제2전압 공급 라인(117)으로 출력하는 제3출력 단자를 포함한다.
전압 생성기(222)는 외부 전압(VEXT)에 기초하여 제1전압(VRD), 제2전압 (VDD), 및 제3전압(VPIX)을 생성한다.
스위치(224)는 비교 신호(SW)에 기초하여 제1출력 단자(OT1)를 통해 출력된 제1전압(VRD) 또는 제2출력 단자(OT2)를 통해 출력된 제2전압(VDD)을 제1전압 공급 라인(115)으로 공급한다. 이때, 제3전압(VPIX)은 제2전압 공급 라인(117)으로 공급된다.
도 19의 비교기(226)의 구조와 동작은 도 17의 비교기(216)의 구조와 동작과 실질적으로 동일하다.
도 20은 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 12, 도 19, 및 도 20을 참조하면, 전압 공급 회로(201D)는 전압 생성기 (222), 스위치(224), 비교기(226'), 및 저항 회로(228)를 포함한다.
도 20의 비교기(226')의 구조와 동작은 도 18의 비교기(216')의 구조와 동작과 실질적으로 동일하다.
검출 전압(Vdet)은 검출 전류(Idet)와 저항 회로(228)의 저항 값(R)에 따라 결정된다.
도 21은 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 12와 도 21을 참조하면, 전압 공급 회로(201E)는 전압 생성기(232)와 다이오드(234)를 포함한다.
전압 생성기(232)는 제2전압 공급 라인(117)에 접속된 입력 단자(IT), 제1전압 공급 라인(115)에 접속된 제1출력 단자(OT1), 및 제2출력 단자(OT2)를 포함한다.
전압 생성기(232)는 제2전압 공급 라인(117)으로 공급되는 외부 전압, 즉 제3전압(VPIX)에 기초하여 제1전압(VRD)과 제2전압(VDD)을 생성한다.
다이오드(234)는 제1전압(VRD)을 출력하는 제1출력 단자(OT1)에 접속된 캐소드와 제2전압(VDD)을 출력하는 제2출력 단자(OT2)에 접속된 애노드를 포함한다,
일반적인 조도 환경에서, 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급되는 제1전압(VRD)은 제2전압(VDD)보다 높다. 따라서, 다이오드(234)는 오프-상태를 유지하므로, 제1전압(VRD)이 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급된다.
그러나, 고조도 환경에서 검출 전류(Idet)가 급격하게 증가하므로, 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급되는 제1전압(VRD)은 제2전압 (VDD)보다 낮아질 수 있다. 이때, 다이오드(234)는 턴-온되므로, 제2전압(VDD)은 다이오드(234)와 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급될 수 있다.
도 22는 도 12의 전압 공급 회로의 또 다른 실시 예이다.
도 12와 도 22를 참조하면, 전압 공급 회로(201F)는 전압 생성기(242)와 다이오드(244)를 포함한다.
전압 생성기(242)는 외부 전압(VEXT)을 수신하는 입력 단자(IT), 제1전압 공급 라인(115)에 접속된 제1출력 단자(OT1), 제2출력 단자(OT2), 및 제2전압 공급 라인(117)에 접속된 제3출력 단자를 포함한다.
전압 생성기(242)는 외부 전압(VEXT)에 기초하여 제1전압(VRD), 제2전압 (VDD), 및 제3전압(VPIX)을 생성한다.
다이오드(244)는 제1전압(VRD)을 출력하는 제1출력 단자(OT1)에 접속된 캐소드와 제2전압(VDD)을 출력하는 제2출력 단자(OT2)에 접속된 애노드를 포함한다.
일반적인 조도 환경에서, 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급되는 제1전압(VRD)은 제2전압(VDD)보다 높다. 따라서, 다이오드(234)는 오프-상태를 유지하므로, 제1전압(VRD)이 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급된다.
그러나, 고조도 환경에서, 검출 전류(Idet)가 급격하게 증가하므로, 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급되는 제1전압(VRD)은 제2전압 (VDD)보다 낮아질 수 있다. 이때, 다이오드(234)는 턴-온되므로, 제2전압(VDD)은 다이오드(244)와 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)로 공급될 수 있다.
도 23은 도 1 또는 도 12의 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예이다. 도 1부터 도 23을 참조하면, 전자 시스템(300)은 MIPI®(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.
상기 휴대용 전자 장치는 랩탑 컴퓨터, PDA(personal digital assistant), PMP(portable media player), 이동 전화기, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC (tablet computer), 모바일 인터넷 장치(mobile internet device(MID)), 또는 디지털 카메라로 구현될 수 있다.
전자 시스템(300)은 애플리케이션 프로세서(application processor(AP); 310), 이미지 센서(100A 또는 100B, 집합적으로 '100'), 및 디스플레이(330)를 포함한다.
이미지 센서(100)의 구조와 동작은 도 1부터 도 22에서 설명한 바와 같다.
AP(310)에 구현된 CSI(camera serial interface) 호스트(313)는 카메라 시리얼 인터페이스(CSI)를 통하여 이미지 센서(100)의 CSI 장치(101)와 시리얼 통신할 수 있다.
실시 예에 따라, CSI 호스트(313)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있고, CSI 장치(101)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다.
AP(310)에 구현된 DSI(display serial interface(DSI)) 호스트(311)는 디스플레이 시리얼 인터페이스를 통하여 디스플레이(330)의 DSI 장치(331)와 시리얼 통신할 수 있다.
실시 예에 따라, DSI 호스트(311)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있고, DSI 장치(331)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다. 디시리얼라이저(DES)와 시리얼라이저(SER) 각각은 전기적인 신호 또는 광학적인 신호를 처리할 수 있다.
전자 시스템(300)은 AP(310)와 통신할 수 있는 RF(radio frequency) 칩(340)을 더 포함할 수 있다. AP(310)의 PHY(physical layer; 315)와 RF 칩(340)의 PHY(341)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(300)은 GPS(350) 수신기, DRAM(dynamic random access memory)과 같은 메모리(351), NAND 플래시-기반 메모리와 같은 불휘발성 메모리로 구현된 데이터 저장 장치(353), 마이크(355), 또는 스피커(357)를 더 포함할 수 있다.
전자 시스템(300)은 적어도 하나의 통신 프로토콜(또는 통신 표준), 예컨대, WiMAX(worldwide interoperability for microwave access; 359), WLAN(Wireless LAN; 361), UWB(ultra-wideband; 363), 또는 LTETM(long term evolution; 365) 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다.
전자 시스템(300)은 블루투스 또는 WiFi를 이용하여 외부 무선 통신 장치와 통신할 수 있다.
실시 예에 따라, AP(310)은 도 24에 도시된 각 구성 요소(411, 420, 430, 440, 및 450)을 더 포함할 수 있다.
도 24는 도 1 또는 도 12의 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예이다. 도 1부터 도 22, 및 도 24를 참조하면, 전자 시스템(400)은 PC (personal computer) 또는 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.
상기 휴대용 전자 장치는 랩탑 컴퓨터, PDA, PMP, 이동 전화기, 스마트폰, 태블릿 PC, 모바일 인터넷 장치(MID), 캠코더, 또는 디지털 카메라로 구현될 수 있다.
전자 시스템(400)은 이미지 센서(100), 프로세서(410), 메모리(460), 및 디스플레이(또는 디스플레이 장치(470))를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 카메라 모듈에 포함될 수 있다. 상기 카메라 모듈은 이미지 센서(100)의 동작을 제어할 수 있는 기계적인 구성 요소를 포함할 수 있다.
프로세서(410)는 집적 회로, 시스템 온 칩(system on chip(SoC)), 애플리케이션 프로세서, 또는 모바일 애플리케이션 프로세서로 구현될 수 있다.
프로세서(410)는 이미지 센서(100), 메모리(460), 및 디스플레이(470)의 동작을 제어할 수 있고, 이미지 센서(100)로부터 출력된 이미지 데이터를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 메모리(460)에 저장하거나 디스플레이(470)를 통해 디스플레이할 수 있다.
프로세서(410)는 CPU(central processing unit; 420), 카메라 인터페이스(430), 메모리 인터페이스(440), 및 디스플레이 컨트롤러(460)를 포함한다.
CPU(420)는 버스(411)를 통해 카메라 인터페이스(430), 메모리 인터페이스 (440), 및 디스플레이 컨트롤러(460)의 동작들을 제어할 수 있다.
CPU(420)는 멀티-코어 프로세서 또는 멀티-CPU로 구현될 수 있다.
CPU(420)의 제어에 따라 카메라 인터페이스(430)는 이미지 센서(100)를 제어하기 위한 제어 신호들을 이미지 센서(100)로 전송하고, 이미지 센서(100)로부터 출력된 이미지 데이터를 CPU(420), 메모리 인터페이스(440), 및/또는 디스플레이 컨트롤러(460)로 전송할 수 있다.
메모리 인터페이스(440)는 프로세서(410)와 메모리(460) 사이에서 주고받는 데이터를 인터페이싱할 수 있다.
디스플레이 컨트롤러(460)는 디스플레이(470)에서 디스플레이될 데이터를 디스플레이(470)로 전송할 수 있다.
메모리(460)는 DRAM과 같은 휘발성 메모리, 또는 플래시-기반 메모리일 수 있다. 상기 플래시-기반 메모리는 MMC(multimedia card), 임베디드 MMC(wmbedded NNC(eMMC)), eSSD(embedded solid state drive), 또는 UFS(universal flash memory)로 구현될 수 있다.
도 25는 도 1, 도 23, 또는 도 24에 포함된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 1부터 11, 도 23부터 도 25를 참조하면, 제1전압(VPIX)은 전압 공급 라인 (111)을 통해 픽셀 어레이(110A)에 구현된 복수의 픽셀들(113A)에 포함된 리셋 트랜지스터(RX)와 소스 팔로워(DX)로 공급된다(S110).
전압 공급 회로(200A-200F, 집합적으로 '200')는 이미지 센서(100A)가 고조도 환경에서 동작하는지의 여부를 검출 전류(Idet) 또는 전압 공급 라인(111)의 전압 레벨에 기초하여 판단한다(S120).
이미지 센서(100A)가 고조도 환경에서 동작할 때, 전압 공급 회로(200)는 전압 공급 라인(111)을 보호하기 위해, 제1전압(VPIX)보다 낮은 제2전압(VDD)을 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)에 구현된 각 픽셀(113A)의 리셋 트랜지스터(RX)와 소스 팔로워(DX)로 공급한다 (S130).
그러나, 이미지 센서(100A)가 고조도 환경에서 동작하지 않을 때, 전압 공급 회로(200)는 제1전압(VPIX)을 전압 공급 라인(111)을 통해 픽셀 어레이(110A)에 구현된 각 픽셀(113A)의 리셋 트랜지스터(RX)와 소스 팔로워(DX)로 공급한다(S140).
이미지 센서(100A)는 조도 환경을 모니터하고, 상기 조도 변경의 변화에 따라 제1전압(VPIX)과 제2전압(VDD) 중에서 어느 하나를 적응적으로 각 픽셀(113A)의 리셋 트랜지스터(RX)와 소스 팔로워(DX)로 공급할 수 있다.
도 26은 도 12, 도 23, 또는 도 24에 포함된 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 12부터 도 24, 및 도 26을 참조하면, 제1전압(VRD)은 제1전압 공급 라인 (115)을 통해 픽셀 어레이(110B)에 구현된 복수의 픽셀들(113B)에 포함된 리셋 트랜지스터(RX)로 공급되고, 제3전압(VPIX)은 제2전압 공급 라인(117)을 통해 픽셀 어레이(110B)에 구현된 복수의 픽셀들(113B)에 포함된 소스 팔로워(DX)로 공급된다 (S210).
전압 공급 회로(201A-201F, 집합적으로 '201')는 이미지 센서(100B)가 고조도 환경에서 동작하는지의 여부를 검출 전류(Idet) 또는 제1전압 공급 라인(115)의 전압 레벨에 기초하여 판단한다(S220).
이미지 센서(100B)가 고조도 환경에서 동작할 때, 전압 공급 회로(201)는 제1전압 공급 라인(115)을 보호하기 위해, 제1전압(VRD)보다 낮은 제2전압(VDD)을 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)에 구현된 각 픽셀(113B)의 리셋 트랜지스터(RX)로 공급한다(S130). 이때, 전압 공급 회로(201)는 각 픽셀(113B)의 소스 팔로워(DX)로 공급되는 제3전압(VPIX)을 그대로 유지할 수 있다.
그러나, 이미지 센서(100B)가 고조도 환경에서 동작하지 않을 때, 전압 공급 회로(201)는 제1전압(VRD)을 제1전압 공급 라인(115)을 통해 픽셀 어레이(110B)에 구현된 각 픽셀(113B)의 리셋 트랜지스터(RX)로 공급한다(S240). 이때, 전압 공급 회로(201)는 각 픽셀(113B)의 소스 팔로워(DX)로 공급되는 제3전압(VPIX)을 그대로 유지할 수 있다.
이미지 센서(100B)는 조도 환경을 모니터하고, 상기 조도 변경의 변화에 따라 제1전압(VRD)과 제2전압(VDD) 중에서 어느 하나를 적응적으로 각 픽셀(113B)의 리셋 트랜지스터(RX)로 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100A, 100B; 이미지 센서
110A, 110B; 픽셀 어레이
113A, 113B; 픽셀
130; 로우 드라이버
135; 아날로그-디지털 블록
140; 데이터 래치
200, 201; 전압 공급 회로
215, 215', 225, 225'; 비교기
211, 221, 231, 241; 전압 생성기

Claims (20)

  1. 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 복수의 픽셀들 각각의 동작을 제어하는 로우 드라이버;
    상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터에 접속된 제1전압 공급 라인; 및
    상기 제1전압 공급 라인의 신호를 상기 제1전압 공급 라인으로부터 제공받고, 상기 제공받은 제1전압 공급 라인의 신호의 크기 변화를 이용하여 제1전압과 제2전압 중에서 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기;
    외부로부터 입력된 상기 제1전압에 기초하여 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고,
    상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나인 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기;
    외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고,
    상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나인 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 입력 단자와 출력 단자를 포함하고, 외부로부터 상기 입력 단자로 입력된 상기 제1전압에 기초하여 상기 제2전압을 생성하고, 상기 출력 단자를 통하여 상기 제2전압을 출력하는 전압 생성기; 및
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하는 전압 생성기; 및
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기;
    외부로부터 입력된 상기 제3전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고,
    상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나인 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기;
    외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압, 상기 제2전압, 및 상기 제3전압을 생성하는 전압 생성기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고,
    상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나인 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    상기 제2전압 공급 라인에 접속된 입력 단자를 포함하며, 외부로부터 입력된 상기 제3전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하는 전압 생성기; 및
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    외부로부터 입력된 외부 전압에 기초하여 상기 제1전압, 상기 제2전압, 및 상기 제3전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고, 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하고, 상기 제3전압을 상기 제2전압 공급 라인으로 출력하는 전압 생성기; 및
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함하는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1전압은 상기 제2전압보다 높은 이미지 센서.
  11. 이미지 센서;
    디스플레이 장치; 및
    상기 이미지 센서로부터 출력된 데이터를 처리하고, 디스플레이를 위해 처리된 데이터를 상기 디스플레이 장치로 전송하는 프로세서를 포함하며,
    상기 이미지 센서는,
    복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 복수의 픽셀들 각각의 동작을 제어하는 로우 드라이버;
    상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터에 접속된 제1전압 공급 라인; 및
    상기 제1전압 공급 라인의 신호를 상기 제1전압 공급 라인으로부터 제공받고, 상기 제공받은 제1전압 공급 라인의 신호의 크기 변화를 이용하여 제1전압과 제2전압 중에서 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 전압 공급 회로를 포함하는 이미지 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기;
    외부로부터 입력된 상기 제1전압에 기초하여 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고,
    상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나인 이미지 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비교기는 히스테리시스 특성을 갖는 비교기인 이미지 처리 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 입력 단자와 출력 단자를 포함하고, 외부로부터 상기 입력 단자로 입력된 상기 제1전압에 기초하여 상기 제2전압을 생성하고, 상기 출력 단자를 통하여 상기 제2전압을 출력하는 전압 생성기; 및
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함하는 이미지 처리 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    기준 신호와 상기 제1전압 공급 라인의 상기 신호를 비교하고 비교 신호를 생성하는 비교기;
    외부로부터 입력된 상기 제3전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하는 전압 생성기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여, 상기 제1전압 또는 상기 제2전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 스위치를 포함하고,
    상기 기준 신호와 상기 신호는 전압과 전류 중에서 어느 하나인 이미지 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1전압은 상기 제3전압보다 높고, 상기 제3전압은 상기 제2전압보다 높은 이미지 처리 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 제3전압을 공급하는 제2전압 공급 라인에 접속된 소스 팔로워를 더 포함하고,
    상기 전압 공급 회로는,
    상기 제2전압 공급 라인에 접속된 입력 단자를 포함하며, 외부로부터 입력된 상기 제3전압에 기초하여 상기 제1전압과 상기 제2전압을 생성하고, 상기 제1전압을 상기 제1전압 공급 라인에 접속된 제1출력 단자를 통해 출력하고 상기 제2전압을 제2출력 단자를 통해 출력하는 전압 생성기; 및
    상기 제1전압 공급 라인에 접속된 캐소드와 상기 제2출력 단자에 접속된 애노드를 포함하는 다이오드를 포함하는 이미지 처리 장치.
  18. 제1전압 공급 라인을 통해 제1전압을 픽셀 어레이에 구현된 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 공급하는 단계;
    상기 제1전압 공급 라인으로부터 상기 제1전압 공급 라인에 흐르는 전류를 제공받는 단계;
    상기 제공받은 전류의 크기 변화를 이용하여 상기 제1전압과 상기 제1전압보다 낮은 제2 전압 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 전압을 상기 제1전압 공급 라인으로 공급하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 동작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1전압을 픽셀 어레이에 구현된 복수의 픽셀들 각각에 포함된 리셋 트랜지스터로 공급하는 동안, 제2전압 공급 라인을 통해 제3전압을 상기 복수의 픽셀들 각각에 포함된 소스 팔로워로 공급하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서의 동작 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1전압은 상기 제3전압보다 높고, 상기 제3전압은 상기 제2전압보다 높은 이미지 센서의 동작 방법.
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