KR102176000B1 - Apparatuses and methods for modulation of floating diffusion node - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 3차원 센서의 센서 어레이에서 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D sensor, and more particularly, to an apparatus and method for modulating a floating diffusion node in a sensor array of a 3D sensor.
최근 스마트폰의 수요가 급증함에 따라 이에 포함되는 이미지 센서(image sensor)에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이미지 센서는 일정 스펙트럼 밴드의 광자(photon)를 전자(electron)로 변환하는 복수의 픽셀들을 포함한다.Recently, as the demand for smartphones has increased rapidly, the development of an image sensor included therein has been actively made. The image sensor includes a plurality of pixels that convert photons of a certain spectral band into electrons.
3차원 영상을 얻기 위해서는 색상뿐만 아니라 대상물과 이미지 센서 간의 깊이(depth)에 관한 정보를 얻을 필요가 있다. 깊이 영상을 획득하기 위해 조사 광(Emitted light)을 이용하는 방법에는 예시적으로 두 가지 방법이 알려져 있다.In order to obtain a 3D image, it is necessary to obtain information about not only the color but also the depth between the object and the image sensor. As an example, two methods are known as a method of using an emitted light to acquire a depth image.
하나는 조사 광을 물체에 조사하여 입사한 각도와 반사한 각도를 이용하는 삼각 측량법이다. 다른 하나는 조사 광을 물체에 조사한 후 반사되어 돌아오는 시간을 이용하는 TOF(Time of Flight) 방법이다. TOF 방법은 삼각 측량법에 비해 측정에 소요되는 시간이 짧아 실시간으로 깊이 영상을 생성할 수 있다. 다만, TOF 방법의 깊이 영상 생성에서는, 예를 들어 촬영 거리가 너무 짧거나 오브젝트의 반사도가 큰 등의 이유로 포화에 의한 깊이 값 왜곡이 발생할 수 있다.One is triangulation using the incident angle and the reflected angle by irradiating the irradiated light onto an object. The other is the Time of Flight (TOF) method, which uses the time to return after irradiation light is irradiated onto an object. The TOF method can generate a depth image in real time because the time required for measurement is shorter than that of the triangulation method. However, in the depth image generation of the TOF method, a depth value distortion due to saturation may occur due to, for example, a photographing distance that is too short or an object has a large reflectivity.
TOF(Time of Flight) 방법에는 직접(Direct) TOF 방법과 간접(Indirect) TOF 방법이 있다. 간접 ToF(iToF)의 중요한 성능 스펙중 하나인 모듈레이션 주파수(modulation frequency)의 향상을 위해, 간접 ToF 방법은 항상 높은 전압의 모듈레이션 펄스(modulation pulse)가 필요하여 많은 전류 소모를 야기한다. The Time of Flight (TOF) method includes a direct TOF method and an indirect TOF method. In order to improve the modulation frequency, which is one of the important performance specifications of the indirect ToF (iToF), the indirect ToF method always requires a high voltage modulation pulse, resulting in large current consumption.
종래의 핀드 포토다이오드(Pinned photo diode)의 플로팅 디퓨전 노드(FD, Floating diffusion node)는 주로 디퓨전 캡(diffusion cap)으로 구성되어 있다. 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 변환 이득(conversion gain)은 높으나, 외광에 취약하여 적분 가능한 시간이 짧아진다. 이로 인해 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 나빠진다.A floating diffusion node (FD) of a conventional pinned photo diode is mainly composed of a diffusion cap. The floating diffusion node FD has a high conversion gain, but is vulnerable to external light, so the integration time is short. As a result, the signal-to-noise ratio (SNR) of the floating diffusion node (FD) deteriorates.
한편, 3차원 센서에서 핀드 포토다이오드와 연결된 플로팅 디퓨전 노드에 전하(Charge)가 특정 레벨 이상 축적되면 트랜스퍼(transfer) 속도가 감소한다. On the other hand, in the 3D sensor, when charge accumulates above a certain level in the floating diffusion node connected to the pinned photodiode, the transfer speed decreases.
또한, 3차원 센서는 트랜스퍼 펄스(TX pulse)를 항상 높은 레벨로 모듈레이션을 한다. 항상 높은 레벨로 모듈레이션되는 트랜스퍼 펄스에 의해 전력(Power)이 많이 소모된다.In addition, the 3D sensor modulates the transfer pulse to a high level at all times. A lot of power is consumed by a transfer pulse that is always modulated to a high level.
또한, 외광에 의해 플로팅 디퓨전 노드(FD)가 빠르게 포화될 수 있다. 예컨대, iToF 시스템은 빠른 포화를 원하지 않는 어플리케이션이 될 수 있다.In addition, the floating diffusion node FD may be rapidly saturated by external light. For example, an iToF system can be an application where fast saturation is not desired.
본 발명의 실시예들은 핀드 포토다이오드로부터 플로팅 디퓨전 노드로 전하를 트랜스퍼하는 속도를 개선할 수 있는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide an apparatus and method for modulating a floating diffusion node, which can improve a charge transfer rate from a pinned photodiode to a floating diffusion node.
본 발명의 실시예들은 적응적 모듈레이션을 통해 전력 소모를 최소화할 수 있는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide an apparatus and method for modulating a floating diffusion node that can minimize power consumption through adaptive modulation.
본 발명의 실시예들은 외광에 의한 플로팅 디퓨전 노드의 포화(saturation)를 방지할 수 있는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide an apparatus and method for modulation of a floating diffusion node, capable of preventing saturation of a floating diffusion node due to external light.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 센서에서 핀드 포토다이오드(Pinned photodiode) 및 플로팅 디퓨전 노드(Floating diffusion node) 사이에 트랜스퍼 스위치(Transfer switch)가 연결된 복수의 픽셀이 구비된 센서 어레이; 및 상기 센서 어레이의 픽셀에서 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 트랜스퍼 스위치의 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하고, 상기 포토다이오드의 전하(charge)를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 단계적으로 증가시키고, 상기 플로팅 디퓨전 노드와 커패시터를 통해 연결된 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a sensor array including a plurality of pixels to which a transfer switch is connected between a pinned photodiode and a floating diffusion node in a three-dimensional sensor; And a control unit for controlling modulation of a floating diffusion node in a pixel of the sensor array, wherein the control unit maintains a TX driving voltage of the transfer switch at a minimum value, and a charge of the photodiode In consideration of ), the transfer driving voltage is increased step by step, and a voltage of the floating diffusion node and a potential generating node connected through a capacitor is maintained at a high level, and a modulation apparatus of a floating diffusion node may be provided.
상기 제어부는, 상기 포토다이오드의 전하를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.The control unit may stepwise increase the transfer driving voltage by a preset voltage in consideration of the charge of the photodiode.
상기 제어부는, 상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지할 수 있다.When the transfer driving voltage is high, the controller may maintain the voltage of the potential generation node as high.
상기 제어부는, 상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시킬 수 있다.When the transfer driving voltage is high, the control unit maintains the voltage of the potential generation node as high, and increases the voltage of the potential generation node stepwise in consideration of the charge of the floating diffusion node. I can.
상기 제어부는, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.The controller may stepwise increase the voltage of the potential generation node by a preset voltage in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 제어부는, 상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시킬 수 있다.The control unit may maintain the voltage of the potential generation node high regardless of the transfer driving voltage, and may increase the voltage of the potential generation node stepwise in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 제어부는, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.The controller may stepwise increase the voltage of the potential generation node by a preset voltage in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 제어부는, 상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지할 수 있다.The control unit may maintain the voltage of the potential generation node as high regardless of the transfer driving voltage.
상기 커패시터는, 메탈-인슐레이터-메탈(MIM, Metal-Insulator-Metal) 커패시터 또는 메탈-옥사이드-메탈(MOM, Metal-Oxide-Metal) 커패시터일 수 있다.The capacitor may be a metal-insulator-metal (MIM) capacitor or a metal-oxide-metal (MOM, Metal-Oxide-Metal) capacitor.
상기 핀드 포토다이오드의 양쪽에 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치가 연결되고, 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치에 각각 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 제2 플로팅 디퓨전 노드가 연결될 수 있다.A first transfer switch and a second transfer switch may be connected to both sides of the pinned photodiode, and a first floating diffusion node and a second floating diffusion node may be connected to the first transfer switch and the second transfer switch, respectively.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치에 의해 수행되는 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법에 있어서, 3차원 센서의 센서 어레이에 구비된 복수의 픽셀 각각에서 핀드 포토다이오드(Pinned photodiode) 및 플로팅 디퓨전 노드(Floating diffusion node) 사이에 연결된 트랜스퍼 스위치(Transfer switch)의 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하는 단계; 상기 포토다이오드의 전하(charge)를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 단계적으로 증가시키는 단계; 및 상기 플로팅 디퓨전 노드와 커패시터를 통해 연결된 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계를 포함하는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법이 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, in a method of modulating a floating diffusion node performed by a modulation device of a floating diffusion node, a pinned photodiode is provided in each of a plurality of pixels provided in a sensor array of a 3D sensor. ) And maintaining a TX driving voltage of a transfer switch connected between the floating diffusion node and the floating diffusion node to a minimum value; Stepwise increasing the transfer driving voltage in consideration of the charge of the photodiode; And maintaining a voltage of the floating diffusion node and a potential generating node connected through a capacitor at a high level, and a method for modulating a floating diffusion node may be provided.
상기 트랜스퍼 구동 전압을 증가시키는 단계는, 상기 포토다이오드의 전하를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.Increasing the transfer driving voltage may stepwise increase the transfer driving voltage by a predetermined voltage in consideration of the charge of the photodiode.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지할 수 있다.In the step of maintaining the voltage of the potential generating node high, the voltage of the potential generating node may be kept high when the transfer driving voltage is high.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시킬 수 있다.The step of maintaining the voltage of the potential generation node as high may include maintaining the voltage of the potential generation node as high when the transfer driving voltage is high, and reducing the charge of the floating diffusion node. In consideration, the voltage of the potential generating node may be increased step by step.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.In the step of maintaining the voltage of the potential generation node high, the voltage of the potential generation node may be increased in steps by a predetermined voltage in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시킬 수 있다.The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high may include maintaining the voltage of the potential generation node to be high regardless of the transfer driving voltage, and considering the charge of the floating diffusion node, the potential The voltage of the generating node can be increased step by step.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.In the step of maintaining the voltage of the potential generation node high, the voltage of the potential generation node may be increased in steps by a predetermined voltage in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지할 수 있다.In the step of maintaining the voltage of the potential generation node high, the voltage of the potential generation node may be kept high regardless of the transfer driving voltage.
상기 커패시터는, 메탈-인슐레이터-메탈(MIM, Metal-Insulator-Metal) 커패시터 또는 메탈-옥사이드-메탈(MOM, Metal-Oxide-Metal) 커패시터일 수 있다.The capacitor may be a metal-insulator-metal (MIM) capacitor or a metal-oxide-metal (MOM, Metal-Oxide-Metal) capacitor.
상기 핀드 포토다이오드의 양쪽에 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치가 연결되고, 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치에 각각 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 제2 플로팅 디퓨전 노드가 연결될 수 있다.A first transfer switch and a second transfer switch may be connected to both sides of the pinned photodiode, and a first floating diffusion node and a second floating diffusion node may be connected to the first transfer switch and the second transfer switch, respectively.
본 발명의 실시예들은 핀드 포토다이오드로부터 플로팅 디퓨전 노드로 전하를 트랜스퍼하는 속도를 개선할 수 있다.Embodiments of the present invention can improve the rate of charge transfer from a pinned photodiode to a floating diffusion node.
본 발명의 실시예들은 적응적 모듈레이션을 통해 전력 소모를 최소화할 수 있다.Embodiments of the present invention can minimize power consumption through adaptive modulation.
본 발명의 실시예들은 외광에 의한 플로팅 디퓨전 노드의 포화(saturation)를 방지하여 백그라운드 억제(Background suppression) 효과 및 모듈레이션 주파수(modulation frequency)를 개선함으로써, 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.Embodiments of the present invention may improve a background suppression effect and a modulation frequency by preventing saturation of a floating diffusion node due to external light, thereby improving a signal-to-noise ratio (SNR).
도 1은 간접 TOF 방식의 3차원 센서 동작을 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 펄스 TOF를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이에 구비된 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 커패시터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 전위에 따른 전하 트랜스퍼 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 전위 감소에 따른 전하 트랜스퍼 동작을 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법을 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치에 대한 레이아웃 및 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an operation of a 3D sensor using an indirect TOF method.
2 is a diagram showing a typical pulse TOF.
3 is a block diagram showing a configuration of a modulation apparatus for a floating diffusion node according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a pixel structure included in a sensor array according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams showing the structure of a capacitor used in an embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams illustrating a charge transfer operation according to a potential.
9 is a diagram illustrating a charge transfer operation according to a decrease in a potential of a floating diffusion node according to an embodiment of the present invention.
10 to 13 are diagrams illustrating a method of modulating a floating diffusion node according to embodiments of the present invention.
14 and 15 are diagrams showing a layout and simulation results for a modulation apparatus of a floating diffusion node according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate an overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.
도 1은 간접 TOF 방식의 3차원 센서 동작을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an operation of a 3D sensor using an indirect TOF method.
도 1에 도시된 바와 같이, 간접(Indirect) TOF 방식의 3차원 센서(10)는 적외선 방출기(IR Emitter, 11), 센서 어레이(Sensor array, 12) 및 컨트롤러(Controller, 13)를 포함한다. 3차원 센서(10)는 복조 픽셀(Demodulation pixel) 등으로 구성된 센서 어레이(12)를 통해 적외선 방출기(11)에서 방출된 빛을 검출한다. 이때, 컨트롤러(13)는 직접적인 시간 차이가 아닌 특정 주파수(f)를 갖는 송신파와 수신파 간의 간접적인 위상 차이(
도 2는 일반적인 펄스 TOF를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a typical pulse TOF.
방출된 적외선(Emitted IR) 
방출된 적외선(Emitted IR)은 구형파 함수(Square wave function)로 나타낼 수 있다. 수신된 광으로부터 광전류(Photocurrent from received light)는 
방출된 적외선이 왕복한 후, 광 감쇠(A) 및 지연(θ)이 발생한다. 또한, 햇빛 또는 실내 조명에 의해 배경 광(B, Background light)이 발생한다. 만약, 배경 광(B)이 0이라고 가정하면, 간단한 복조 방식인 2 위상 복조를 사용하여 지연된 위상 차이(θ)를 찾을 수 있다.After the emitted infrared rays reciprocate, light attenuation (A) and delay (θ) occur. In addition, background light (B) is generated by sunlight or indoor lighting. If, assuming that the background light B is 0, a delayed phase difference θ can be found using two-phase demodulation, which is a simple demodulation method.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram showing a configuration of a modulation apparatus for a floating diffusion node according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 3차원 센서(10)에 구현될 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 3차원 센서의 센서 어레이에 구비된 픽셀(110)과 이를 제어하기 위한 제어부(120)를 포함한다. 픽셀(110)은 핀드 포토다이오드(Pinned Photodiode, 111), 트랜스퍼 스위치(TX switch), 플로팅 디퓨전 노드(FD, Floating Diffusion node), 커패시터, 및 전위 생성 노드(PG, Potential generation node)를 포함한다. 3차원 센서에서 트랜스퍼 스위치(TX switch)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1, 112) 및 제2 트랜스퍼 스위치(TX2, 113)를 포함한다. 3차원 센서(10)에서 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1, 114) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2, 115)를 포함한다. 3차원 센서(10)에서 커패시터(C)는 제1 커패시터(C1, 116) 및 제2 커패시터(C2, 117)를 포함한다. 3차원 센서에서 전위 생성 노드(PG)는 제1 전위 생성 노드(PG1, 118) 및 제2 전위 생성 노드(PG2, 119)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)가 구현될 수 있다.As shown in FIG. 3, the
이하, 도 3의 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the
우선, 센서 어레이는 복수의 픽셀(110)을 구비한다. 3차원 센서의 센서 어레이에 구비된 픽셀(110)에서 핀드 포토다이오드(Pinned photodiode) 및 플로팅 디퓨전 노드(Floating diffusion node) 사이에 트랜스퍼 스위치(Transfer switch)가 연결되어 있다. 픽셀 구조를 설명하기로 한다. First, the sensor array includes a plurality of
핀드 포토다이오드(PPD)는 입사된 빛에 따라 전하를 생성한다.The pinned photodiode (PPD) generates electric charge according to the incident light.
플로팅 디퓨전 노드(FD)는 핀드 포토다이오드(PPD)에서 생성된 전하를 저장한다. The floating diffusion node FD stores electric charges generated by the pinned photodiode PPD.
트랜스퍼 스위치(TX)는 핀드 포토다이오드 및 플로팅 디퓨전 노드 사이에 연결된다. The transfer switch TX is connected between the pinned photodiode and the floating diffusion node.
전위 생성 노드(PG)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)와 커패시터(C)를 통해 연결된다. 전위 생성 노드(PG)와 플로팅 디퓨전 노드(FD) 사이에 커패시터(C)가 연결된다. 커패시터 2개의 핀(pin)중 하나는 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 연결된다. 다른 하나의 핀은 전위 생성 노드(PG)에 연결된다. 여기서 커패시터(C)는 MIM 커패시터 또는 MOM 커패시터일 수 있다. The potential generation node PG is connected through the floating diffusion node FD and the capacitor C. A capacitor C is connected between the potential generation node PG and the floating diffusion node FD. One of the two pins of the capacitor is connected to the floating diffusion node FD. The other pin is connected to the potential generation node PG. Here, the capacitor C may be a MIM capacitor or a MOM capacitor.
한편, 제어부(120)는 센서 어레이의 픽셀(110)에서 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션을 제어한다. 제어부(120)는 전위 생성 노드(PG) 및 트랜스퍼 스위치(TX)의 구동 동작을 제어한다. 제어부(120)는 전위 생성 노드(PG)를 다양한 방법의 모듈레이션을 통해 트랜스퍼(transfer) 속도를 개선할 수 있고, 배경 빛 억제(background light suppression)를 기대할 수 있다. Meanwhile, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 트랜스퍼 스위치의 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하고, 포토다이오드의 전하(charge)를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 단계적으로 증가시키고, 플로팅 디퓨전 노드와 커패시터를 통해 연결된 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지한다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 포토다이오드의 전하를 고려하여 트랜스퍼 구동 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지할 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시킬 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시킬 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시킬 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 제어부(120)는 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지할 수 있다.According to embodiments, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이에 구비된 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a pixel structure included in a sensor array according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 전위 생성 노드(PG)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)와 커패시터(예컨대, MIM 커패시터 또는 MOM 커패시터를 통해 연결된다. 센서 어레이에 구비된 픽셀(110)은 2개의 레이어 #1 및 #2로 구성될 수 있다. 픽셀(110)의 하위 레이어 #1에는 도 4에 도시된 픽셀 구조가 위치한다. 픽셀(110)의 상위 레이어 #2에는 도 5 및 도 6에 도시된 커패시터 구조가 위치한다.As shown in Fig. 4, the potential generation node PG is connected to the floating diffusion node FD and a capacitor (eg, a MIM capacitor or a MOM capacitor). The
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 커패시터의 구조를 나타낸 도면이다.5 and 6 are diagrams showing the structure of a capacitor used in an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에는 플로팅 디퓨전 노드와 전위 생성 노드 사이에 연결된 커패시터는 MIM 커패시터 또는 MOM 커패시터가 레이어 #2에 위치할 수 있다.5 and 6, in an exemplary embodiment of the present invention, the MIM capacitor or the MOM capacitor may be positioned at
도 5에 도시된 바와 같이, 커패시터는 2개의 MIM 커패시터를 포함할 수 있다. 어느 하나의 MIM 커패시터의 하나의 핀은 제1 플로팅 디퓨전 노드에 연결되고, 다른 핀은 제1 전위 생성 노드에 연결될 수 있다. 또한, 다른 MIM 커패시터의 하나의 핀은 제2 플로팅 디퓨전 노드에 연결되고, 다른 핀은 제2 전위 생성 노드에 연결될 수 있다. As shown in FIG. 5, the capacitor may include two MIM capacitors. One pin of any one MIM capacitor may be connected to the first floating diffusion node, and the other pin may be connected to the first potential generating node. In addition, one pin of the other MIM capacitor may be connected to the second floating diffusion node, and the other pin may be connected to the second potential generating node.
도 6에 도시된 바와 같이, 커패시터는 2개의 MOM 커패시터를 포함할 수 있다. 어느 하나의 MOM 커패시터의 하나의 핀은 제1 플로팅 디퓨전 노드에 연결되고, 다른 핀은 제1 전위 생성 노드에 연결될 수 있다. 또한, 다른 MOM 커패시터의 하나의 핀은 제2 플로팅 디퓨전 노드에 연결되고, 다른 핀은 제2 전위 생성 노드에 연결될 수 있다. As shown in Fig. 6, the capacitor may include two MOM capacitors. One pin of any one MOM capacitor may be connected to the first floating diffusion node, and the other pin may be connected to the first potential generating node. In addition, one pin of the other MOM capacitor may be connected to the second floating diffusion node, and the other pin may be connected to the second potential generating node.
도 7 및 도 8은 전위에 따른 전하 트랜스퍼 동작을 나타낸 도면이다.7 and 8 are diagrams illustrating a charge transfer operation according to a potential.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 트랜스퍼 스위치가 온(on)이고, 제2 트랜스퍼 스위치가 오프(off)인 경우, 핀드 포토다이오드(Pinned PD)에서 발생된 전하는 제1 트랜스퍼 스위치를 거쳐 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)로 전달된다. 이때, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)에는 특정 레벨 이상 전하가 쌓이지 않았으므로, 전하는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)로 빠른 속도(Fast speed)로 전달된다. As shown in (a) of FIG. 7, when the first transfer switch is on and the second transfer switch is off, the electric charge generated by the pinned photodiode is the first transfer switch. It is transmitted to the first floating diffusion node FD1 through the process. At this time, since charges above a specific level have not been accumulated in the first floating diffusion node FD1, the charges are transferred to the first floating diffusion node FD1 at a fast speed.
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 트랜스퍼 스위치가 온(on)이고, 제1 트랜스퍼 스위치가 오프(off)인 경우, 핀드 포토다이오드(Pinned PD)에서 발생된 전하는 제2 트랜스퍼 스위치를 거쳐 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)로 전달된다. 이때, 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)에는 특정 레벨 이상 전하가 쌓이지 않았으므로, 전하는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)로 빠른 속도(Fast speed)로 전달된다. As shown in (b) of FIG. 7, when the second transfer switch is on and the first transfer switch is off, the electric charge generated by the pinned photodiode is the second transfer switch. It is transmitted to the second floating diffusion node FD2 through At this time, since charges above a certain level have not been accumulated in the second floating diffusion node FD2, the charges are transferred to the second floating diffusion node FD2 at a fast speed.
이후, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 트랜스퍼 스위치가 온(on)이고, 제2 트랜스퍼 스위치가 오프(off)인 경우, 핀드 포토다이오드(Pinned PD)에서 발생된 전하는 제1 트랜스퍼 스위치를 거쳐 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)로 전달된다. 이때, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)에는 특정 레벨 이상 전하가 쌓였으므로, 전하는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)로 느린 속도(Slow speed)로 전달된다. Thereafter, as shown in (a) of FIG. 8, when the first transfer switch is on and the second transfer switch is off, the electric charge generated by the pinned photodiode (Pinned PD) is first It is transferred to the first floating diffusion node FD1 through the transfer switch. At this time, since charges above a certain level are accumulated in the first floating diffusion node FD1, the charges are transferred to the first floating diffusion node FD1 at a slow speed.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 트랜스퍼 스위치가 온(on)이고, 제1 트랜스퍼 스위치가 오프(off)인 경우, 핀드 포토다이오드(Pinned PD)에서 발생된 전하는 제2 트랜스퍼 스위치를 거쳐 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)로 전달된다. 이때, 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)에는 특정 레벨 이상 전하가 쌓였으므로, 전하는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)로 느린 속도(Slow speed)로 전달된다. As shown in (b) of FIG. 8, when the second transfer switch is on and the first transfer switch is off, the electric charge generated by the pinned photodiode is the second transfer switch. It is transmitted to the second floating diffusion node FD2 through At this time, since charges above a certain level are accumulated in the second floating diffusion node FD2, the charges are transferred to the second floating diffusion node FD2 at a slow speed.
이와 같이, 픽셀 기본 동작에서 플로팅 디퓨전 노드에 특정 레벨 이상 전하가 쌓이게 되면, 전하 전달(charge transfer) 속도는 감소된다.As described above, when charges above a certain level are accumulated in the floating diffusion node in the pixel basic operation, the charge transfer speed decreases.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 전위 감소에 따른 전하 트랜스퍼 동작을 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating a charge transfer operation according to a decrease in a potential of a floating diffusion node according to an embodiment of the present invention.
우선, 본 발명의 일 실시예는 전하가 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 특정 레벨 이상 축적되면 전하 전달 속도(Charge transfer speed)가 감소된다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 전하 전달 속도를 개선한다. First, according to an embodiment of the present invention, when electric charges are accumulated in the floating diffusion node FD above a certain level, the charge transfer speed is decreased. In order to solve this, an embodiment of the present invention improves the charge transfer rate.
또한, 종래의 모듈레이션 방법은 트랜스퍼 펄스(TX pulse)를 항상 높은 레벨로 모듈레이션하기 때문에 전력 소모가 많다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 적응적 모듈레이션(Adaptive modulation)을 통해 전력 소모를 최소화할 수 있다. In addition, since the conventional modulation method modulates the transfer pulse to a high level at all times, power consumption is large. To solve this, an embodiment of the present invention can minimize power consumption through adaptive modulation.
또한, 종래의 모듈레이션 방법에서는 외광에 의해 플로팅 디퓨전 노드(FD)가 빠르게 포화(saturation)된다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 동일한 조도에서 외광에 의한 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 포화(saturation)를 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 배경 빛 억제(Background light suppression) 동작을 수행할 수 있다. In addition, in the conventional modulation method, the floating diffusion node FD is rapidly saturated by external light. To solve this problem, an embodiment of the present invention can prevent saturation of the floating diffusion node FD due to external light at the same illuminance. An embodiment of the present invention may perform a background light suppression operation.
본 발명의 일 실시예는 플로팅 디퓨전 노드(FD node)에 전하(charge)가 많이 쌓이지 않았을 때, 트랜스퍼 스위치(TX)의 트랜스퍼(TX) 전압을 내려서 속도를 유지할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예는 트랜스퍼 전압을 내림으로써, 동적 전류(dynamic current)를 감소시킬 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, when a lot of charges are not accumulated in the floating diffusion node (FD node), the speed may be maintained by lowering the transfer voltage of the transfer switch TX. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, a dynamic current can be reduced by lowering the transfer voltage.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 플로팅 디퓨전 노드(FD node)에 전하(charge)가 많이 쌓이게 되면, 전위(electric potential)를 더 낮게 해줘서 전하 전달(charge transfer) 속도가 느려지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 트랜스퍼 드라이버의 전압을 같이 올려줌으로써 속도를 유지할 수 있다. As shown in FIG. 9, in an embodiment of the present invention, when a large amount of charge is accumulated in a floating diffusion node, the electric potential is lowered, thereby reducing the charge transfer rate. Can be prevented. In addition, according to an embodiment of the present invention, the speed can be maintained by increasing the voltage of the transfer driver.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법을 나타낸 도면이다.10 to 13 are diagrams illustrating a method of modulating a floating diffusion node according to embodiments of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 구동(TX driving)과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 전하가 없을 때, 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하여 구동 전류(driving current)를 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 10, in relation to the transfer driving (TX driving), the
그리고 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전하를 고려하여 점차적으로 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 트랜스퍼 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.In addition, the
한편, 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1)가 하이(High)일 때, 제1 전위 생성 노드(PG1)를 하이(High)로 유지한다. 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1)가 하이(High)일 때, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)의 전압을 높여 전위(electric potential)를 감소시킬 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)에 비해 더 낮은 전위가 형성될 수 있다.Meanwhile, in relation to the driving of the first potential generation node PG1, the
이후, 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 트랜스퍼 스위치(TX2)가 하이(High)일 때, 제2 전위 생성 노드(PG2)를 하이(High)로 유지한다. 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 트랜스퍼 스위치(TX2)가 하이(High)일 때, 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)의 전압을 높여 전위(electric potential)를 감소시킬 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)에 비해 더 낮은 전위가 형성될 수 있다.Thereafter, in relation to the driving of the second potential generation node PG2, the
도 11에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 구동(TX driving)과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 전하가 없을 때, 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하여 구동 전류(driving current)를 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 11, in relation to the transfer driving (TX driving), the
그리고 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전하를 고려하여 점차적으로 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 트랜스퍼 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.In addition, the
한편, 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1)가 하이(High)일 때, 제1 전위 생성 노드(PG1)를 하이(High)로 유지한다. 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1)가 하이(High)일 때, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)의 전압을 높여 전위(electric potential)를 감소시킬 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)에 비해 더 낮은 전위가 형성될 수 있다. 여기서, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)의 전하를 고려하여 점차적으로 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동 전압(PG driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.Meanwhile, in relation to the driving of the first potential generation node PG1, the
반면, 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 트랜스퍼 스위치(TX2)가 하이(High)일 때, 제2 전위 생성 노드(PG2)를 하이(High)로 유지한다. 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 트랜스퍼 스위치(TX2)가 하이(High)일 때, 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)의 전압을 높여 전위(electric potential)를 감소시킬 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)에 비해 더 낮은 전위가 형성될 수 있다. 여기서, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)의 전하를 고려하여 점차적으로 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동 전압(PG driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.On the other hand, in relation to the driving of the second potential generation node PG2, when the second transfer switch TX2 is high, the
도 12에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 구동(TX driving)과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 전하가 없을 때, 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하여 구동 전류(driving current)를 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 12, with respect to the transfer driving (TX driving), the
그리고 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전하를 고려하여 점차적으로 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 트랜스퍼 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.In addition, the
한편, 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1)의 트랜스퍼 구동 전압에 무관하게, 제1 전위 생성 노드(PG1)를 하이(High)로 유지한다. 여기서, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD1)의 전하를 고려하여 점차적으로 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동 전압(PG driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.On the other hand, in relation to driving of the first potential generation node PG1, the
반면, 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 트랜스퍼 스위치(TX2)의 트랜스퍼 구동 전압에 무관하게, 제2 전위 생성 노드(PG2)를 하이(High)로 유지한다. 여기서, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD2)의 전하를 고려하여 점차적으로 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동 전압(PG driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.On the other hand, in relation to the driving of the second potential generation node PG2, the
도 13에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 구동(TX driving)과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 전하가 없을 때, 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하여 구동 전류(driving current)를 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 13, in relation to the transfer driving (TX driving), the
그리고 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전하를 고려하여 점차적으로 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 트랜스퍼 구동 전압에 대해 적응적 제어(Adaptive control) 동작을 수행할 수 있다.In addition, the
한편, 제1 전위 생성 노드(PG1)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제1 트랜스퍼 스위치(TX1)의 트랜스퍼 구동 전압에 무관하게, 제1 전위 생성 노드(PG1)를 하이(High)로 유지한다.On the other hand, in relation to driving of the first potential generation node PG1, the
반면, 제2 전위 생성 노드(PG2)의 구동과 관련하여, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치(100)는 제2 트랜스퍼 스위치(TX2)의 트랜스퍼 구동 전압에 무관하게, 제2 전위 생성 노드(PG2)를 하이(High)로 유지한다.On the other hand, in relation to the driving of the second potential generation node PG2, the
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치에 대한 레이아웃 및 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.14 and 15 are diagrams showing a layout and simulation results for a modulation apparatus of a floating diffusion node according to an embodiment of the present invention.
도 14 및 도 15에는 스펙트라 툴(Spectra tool)을 이용한 본 발명의 일 실시예에 대한 레이아웃 및 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 이러한 검증 결과는 하기의 [표 1]과 검증 결과로 나타난다. 플로팅 디퓨전 노드의 전압(FD voltage)과 트랜스퍼 구동 전압(TX voltage)에 따른 트랜스퍼 시간(Transfer time)을 살펴보면, 플로팅 디퓨전 노드의 전압(FD voltage)이 동일할 때, 트랜스퍼 구동 전압(TX voltage)이 증가하면, 트랜스퍼 시간(Transfer time)이 감소한다. 14 and 15 show layout and simulation results for an embodiment of the present invention using a spectra tool. These verification results are shown in the following [Table 1] and verification results. Looking at the transfer time according to the voltage of the floating diffusion node (FD voltage) and the transfer driving voltage (TX voltage), when the voltage (FD voltage) of the floating diffusion node is the same, the transfer driving voltage (TX voltage) is If it increases, the transfer time decreases.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예들에 따른 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.The above-described method for modulating a floating diffusion node according to the embodiments of the present invention may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The method of modulating a floating diffusion node according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable recording medium.
프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 3차원 센서의 센서 어레이에 구비된 복수의 픽셀 각각에서 핀드 포토다이오드(Pinned photodiode) 및 플로팅 디퓨전 노드(Floating diffusion node) 사이에 연결된 트랜스퍼 스위치(Transfer switch)의 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하고, 상기 포토다이오드의 전하(charge)를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 단계적으로 증가시키고, 상기 플로팅 디퓨전 노드와 커패시터를 통해 연결된 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.A non-transitory computer-readable storage medium including at least one program executable by a processor, wherein when the at least one program is executed by the processor, the processor causes: a plurality of sensors provided in a sensor array of a three-dimensional sensor. In each pixel, the TX driving voltage of the transfer switch connected between the pinned photodiode and the floating diffusion node is kept at a minimum value, and the charge of the photodiode ( charge) to increase the transfer driving voltage step by step, and to maintain a voltage of the floating diffusion node and a potential generating node connected through a capacitor to a high (High), a non-transitory computer-readable storage medium Can be provided.
상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described method according to the present invention may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording media in which data that can be decoded by a computer system is stored. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium can be distributed to a computer system connected through a computer communication network, and stored and executed as code that can be read in a distributed manner.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to the drawings and examples, it does not mean that the protection scope of the present invention is limited by the drawings or examples, and those skilled in the art It will be appreciated that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope.
구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해, 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.Specifically, the described features may be implemented in digital electronic circuitry, or computer hardware, firmware, or combinations thereof. Features may be executed in a computer program product implemented in storage in a machine-readable storage device, for example, for execution by a programmable processor. And the features can be performed by a programmable processor executing a program of directives to perform the functions of the described embodiments by operating on input data and generating output. The described features include at least one programmable processor, at least one input device, and at least one output coupled to receive data and directives from the data storage system and to transmit data and directives to the data storage system. It can be executed within one or more computer programs that can be executed on a programmable system including the device. A computer program includes a set of directives that can be used directly or indirectly within a computer to perform a specific action on a given result. A computer program is written in any form of a programming language, including compiled or interpreted languages, and is included as a module, element, subroutine, or other unit suitable for use in another computer environment, or as a independently operable program It can be used in any form.
지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.Suitable processors for execution of a program of directives include, for example, both general and special purpose microprocessors, and either a single processor or multiple processors of a different type of computer. Storage devices suitable for implementing computer program directives and data implementing the described features are, for example, semiconductor memory devices such as EPROM, EEPROM, and flash memory devices, magnetic devices such as internal hard disks and removable disks. Devices, magneto-optical disks, and all types of non-volatile memory including CD-ROM and DVD-ROM disks. The processor and memory may be integrated within application-specific integrated circuits (ASICs) or added by ASICs.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is described on the basis of a series of functional blocks, but is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes within the scope not departing from the technical spirit of the present invention It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this invention pertains.
전술한 실시예들의 조합은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.Combinations of the above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments, and combinations of various types as well as the above-described embodiments may be provided according to implementation and/or need.
전술한 실시예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the above-described embodiments, the methods are described on the basis of a flow chart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of steps, and certain steps may occur in a different order or concurrently with other steps as described above. I can. In addition, those of ordinary skill in the art understand that the steps shown in the flowchart are not exclusive, other steps are included, or one or more steps in the flowchart may be deleted without affecting the scope of the present invention. You can understand.
전술한 실시예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.The above-described embodiments include examples of various aspects. Although not all possible combinations for representing the various aspects can be described, those of ordinary skill in the art will recognize that other combinations are possible. Accordingly, the present invention will be said to include all other replacements, modifications and changes falling within the scope of the following claims.
10: 3차원 센서
11: 적외선 방출기
12: 센서 어레이
13: 컨트롤러
100: 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치
110: 픽셀
120: 제어부
111: 핀드 포토다이오드
112, 113: 제1 트랜스퍼 스위치, 제2 트랜스퍼 스위치
114, 115: 제1 플로팅 디퓨전 노드, 제2 플로팅 디퓨전 노드
116, 117: 제1 커패시터, 제2 커패시터
118, 119: 제1 전위 생성 노드, 제2 전위 생성 노드
120: 제어부10: 3D sensor
11: infrared emitter
12: sensor array
13: controller
100: floating diffusion node modulation device
110: pixel
120: control unit
111: pinned photodiode
112, 113: a first transfer switch, a second transfer switch
114, 115: a first floating diffusion node, a second floating diffusion node
116, 117: first capacitor, second capacitor
118, 119: a first potential generation node, a second potential generation node
120: control unit
Claims (20)
상기 센서 어레이의 픽셀에서 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 트랜스퍼 스위치의 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하고,
상기 포토다이오드의 전하(charge)를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 단계적으로 증가시키고,
상기 플로팅 디퓨전 노드와 커패시터를 통해 연결된 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고,
상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. A sensor array including a plurality of pixels to which a transfer switch is connected between a pinned photodiode and a floating diffusion node in a 3D sensor; And
A control unit for controlling modulation of a floating diffusion node in the pixel of the sensor array,
The control unit maintains a transfer driving voltage of the transfer switch at a minimum value,
Stepwise increase the transfer driving voltage in consideration of the charge of the photodiode,
The voltage of the floating diffusion node and the potential generating node connected through the capacitor is maintained at High,
Regardless of the transfer driving voltage, the voltage of the potential generation node is kept high, and the voltage of the potential generation node is gradually increased in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 제어부는,
상기 포토다이오드의 전하를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
The control unit,
A floating diffusion node modulation device for stepwise increasing the transfer driving voltage by a preset voltage in consideration of the charge of the photodiode.
상기 제어부는,
상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
The control unit,
A floating diffusion node modulation device that maintains a voltage of the potential generation node as high when the transfer driving voltage is high.
상기 제어부는,
상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
The control unit,
A floating diffusion node that maintains the voltage of the potential generation node as high when the transfer driving voltage is high, and increases the voltage of the potential generation node stepwise in consideration of the charge of the floating diffusion node. Of the modulation device.
상기 제어부는,
상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 4,
The control unit,
The apparatus for modulating a floating diffusion node, in which the voltage of the potential generation node is increased by a predetermined voltage in steps in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 제어부는,
상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
The control unit,
The apparatus for modulating a floating diffusion node, in which the voltage of the potential generation node is increased by a predetermined voltage in steps in consideration of the charge of the floating diffusion node.
상기 제어부는,
상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
The control unit,
A floating diffusion node modulation device that maintains a voltage of the potential generation node at high regardless of the transfer driving voltage.
상기 커패시터는,
메탈-인슐레이터-메탈(MIM, Metal-Insulator-Metal) 커패시터 또는 메탈-옥사이드-메탈(MOM, Metal-Oxide-Metal) 커패시터인, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
The capacitor,
A floating diffusion node modulation device that is a metal-insulator-metal (MIM) capacitor or a metal-oxide-metal (MOM) capacitor.
상기 핀드 포토다이오드의 양쪽에 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치가 연결되고, 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치에 각각 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 제2 플로팅 디퓨전 노드가 연결되는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 장치. The method of claim 1,
A floating diffusion node in which a first transfer switch and a second transfer switch are connected to both sides of the pinned photodiode, and a first floating diffusion node and a second floating diffusion node are connected to the first transfer switch and the second transfer switch, respectively. Modulation device.
3차원 센서의 센서 어레이에 구비된 복수의 픽셀 각각에서 핀드 포토다이오드(Pinned photodiode) 및 플로팅 디퓨전 노드(Floating diffusion node) 사이에 연결된 트랜스퍼 스위치(Transfer switch)의 트랜스퍼 구동 전압(TX driving voltage)을 최소 값으로 유지하는 단계;
상기 포토다이오드의 전하(charge)를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 단계적으로 증가시키는 단계; 및
상기 플로팅 디퓨전 노드와 커패시터를 통해 연결된 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계를 포함하고,
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는, 상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. In the floating diffusion node modulation method performed by the floating diffusion node modulation device,
The TX driving voltage of the transfer switch connected between the pinned photodiode and the floating diffusion node in each of the plurality of pixels provided in the sensor array of the 3D sensor is minimized. Maintaining the value;
Stepwise increasing the transfer driving voltage in consideration of the charge of the photodiode; And
And maintaining a voltage of the floating diffusion node and a potential generating node connected through a capacitor at high,
The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high may include maintaining the voltage of the potential generation node to be high regardless of the transfer driving voltage, and considering the charge of the floating diffusion node, the potential A method of modulating a floating diffusion node by stepwise increasing the voltage of the generating node.
상기 트랜스퍼 구동 전압을 증가시키는 단계는,
상기 포토다이오드의 전하를 고려하여 상기 트랜스퍼 구동 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
Increasing the transfer driving voltage,
The method of modulating a floating diffusion node in which the transfer driving voltage is increased stepwise by a predetermined voltage in consideration of the charge of the photodiode.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는,
상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high,
A method of modulating a floating diffusion node, wherein the voltage of the potential generating node is maintained at high when the transfer driving voltage is high.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는,
상기 트랜스퍼 구동 전압이 하이(High)일 때 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하고, 상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high,
A floating diffusion node that maintains the voltage of the potential generation node as high when the transfer driving voltage is high, and increases the voltage of the potential generation node stepwise in consideration of the charge of the floating diffusion node. Modulation method.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는,
상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 14,
The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high,
A method of modulating a floating diffusion node in which a voltage of the potential generating node is increased by a predetermined voltage in steps by considering the charge of the floating diffusion node.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는,
상기 플로팅 디퓨전 노드의 전하를 고려하여 상기 전위 생성 노드의 전압을 기설정된 전압만큼 단계적으로 증가시키는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high,
A method of modulating a floating diffusion node in which a voltage of the potential generating node is increased by a predetermined voltage in steps by considering the charge of the floating diffusion node.
상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는 단계는,
상기 트랜스퍼 구동 전압과 무관하게 상기 전위 생성 노드의 전압을 하이(High)로 유지하는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
The step of maintaining the voltage of the potential generation node to be high,
A method of modulating a floating diffusion node in which the voltage of the potential generating node is maintained at high regardless of the transfer driving voltage.
상기 커패시터는,
메탈-인슐레이터-메탈(MIM, Metal-Insulator-Metal) 커패시터 또는 메탈-옥사이드-메탈(MOM, Metal-Oxide-Metal) 커패시터인, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
The capacitor,
A method of modulation of a floating diffusion node, which is a metal-insulator-metal (MIM) capacitor or a metal-oxide-metal (MOM) capacitor.
상기 핀드 포토다이오드의 양쪽에 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치가 연결되고, 제1 트랜스퍼 스위치 및 제2 트랜스퍼 스위치에 각각 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 제2 플로팅 디퓨전 노드가 연결되는, 플로팅 디퓨전 노드의 모듈레이션 방법. The method of claim 11,
A floating diffusion node in which a first transfer switch and a second transfer switch are connected to both sides of the pinned photodiode, and a first floating diffusion node and a second floating diffusion node are connected to the first transfer switch and the second transfer switch, respectively. Modulation method.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR20040093985A (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-09 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Unit pixel for cmos image sensor |
| KR20060119063A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-24 | 삼성전자주식회사 | Unit pixel, pixel array of cmos image sensor and cmos image sensor having the same |
| KR20080071951A (en) * | 2005-12-08 | 2008-08-05 | 한국전자통신연구원 | Image sensor and driving method transfer transistor of it |
| KR20150000250A (en) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 삼성전자주식회사 | Unit pixel and image sensor comprising the unit pixel circuit |
| KR20190086283A (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-22 | 삼성전자주식회사 | Image sensor |
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2019
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040093985A (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-09 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Unit pixel for cmos image sensor |
| KR20060119063A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-24 | 삼성전자주식회사 | Unit pixel, pixel array of cmos image sensor and cmos image sensor having the same |
| KR20080071951A (en) * | 2005-12-08 | 2008-08-05 | 한국전자통신연구원 | Image sensor and driving method transfer transistor of it |
| KR20150000250A (en) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 삼성전자주식회사 | Unit pixel and image sensor comprising the unit pixel circuit |
| KR20190086283A (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-22 | 삼성전자주식회사 | Image sensor |
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