KR102520450B1 - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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KR102520450B1 KR1020180044350A KR20180044350A KR102520450B1 KR 102520450 B1 KR102520450 B1 KR 102520450B1 KR 1020180044350 A KR1020180044350 A KR 1020180044350A KR 20180044350 A KR20180044350 A KR 20180044350A KR 102520450 B1 KR102520450 B1 KR 102520450B1
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Abstract

본 발명의 일실시예는 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 픽셀 신호를 생성하기 위한 픽셀 어레이; 상기 픽셀 신호와 제1 및 제2 비교결과신호와 제어신호들에 기초하여, 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 감소량이 점차 감소하는 제1 수렴 전압과 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 증가량이 점차 감소하는 제2 수렴 전압 중 어느 하나를 추적 구간마다 선택적으로 이용함으로써 상기 픽셀 신호의 전압 레벨로 점차 수렴하는 추적 신호를 생성하기 위한 추적 회로; 및 상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 이미지 신호를 생성하기 위한 신호 생성 회로를 포함하는 이미지 센싱 장치를 제공한다.

Description

이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING DEVICE}
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 소자이다. 이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. 최근에는 아날로그 및 디지털 제어회로를 하나의 집적회로(IC) 위에 직접 구현할 수 있는 장점으로 인하여 CMOS를 이용한 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
본 발명의 실시예는 픽셀 신호를 이미지 신호로 변환시 최적화된 동작을 수행할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 센싱 장치는, 픽셀 신호를 생성하기 위한 픽셀 어레이; 상기 픽셀 신호와 제1 및 제2 비교결과신호와 제어신호들에 기초하여, 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 감소량이 점차 감소하는 제1 수렴 전압과 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 증가량이 점차 감소하는 제2 수렴 전압 중 어느 하나를 추적 구간마다 선택적으로 이용함으로써 상기 픽셀 신호의 전압 레벨로 점차 수렴하는 추적 신호를 생성하기 위한 추적 회로; 및 상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호에 기초하여 상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호를 비교한 결과에 대응하는 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 이미지 신호를 생성하기 위한 신호 생성 회로를 포함할 수 있다.
상기 추적 회로는, 상기 제1 및 제2 비교결과신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 수렴 전압 중 어느 하나를 제1 비교 입력 노드에 반영하기 위한 제1 신호 처리부; 상기 제어신호들 중 제1 및 제3 제어신호에 기초하여 상기 픽셀 신호를 상기 제1 비교 입력 노드로 전달하거나 또는 상기 제1 비교 입력 노드와 제1 비교 출력 노드를 접속하기 위한 제2 신호 처리부; 상기 추적 신호를 제2 비교 입력 노드에 저장하기 위한 제3 신호 처리부; 및 상기 제어신호들 중 제2 및 제4 제어신호에 기초하여, 일정한 전압 레벨의 기준 전압을 상기 제2 비교 입력 노드에 반영하거나 또는 상기 제2 비교 입력 노드와 제2 비교 출력 노드를 접속하기 위한 제4 신호 처리부를 포함할 수 있다.
상기 제1 신호 처리부는, 상기 제1 수렴 전압의 입력 노드와 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 상기 제2 수렴 전압의 입력 노드와 상기 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 제1 접속 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속된 저장 소자를 포함할 수 있다.
상기 제2 신호 처리부는, 상기 픽셀 신호의 입력 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 제1 비교 입력 노드와 상기 제1 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제3 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 제3 신호 처리부는, 접지전압의 공급 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되는 저장 소자를 포함할 수 있다.
상기 제4 신호 처리부는, 상기 기준 전압의 입력 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 제2 비교 입력 노드와 상기 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제4 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 신호 생성 회로는, 상기 제1 및 제2 비교 입력 노드와 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호를 비교한 결과로서 제1 및 제2 비교출력신호를 각각 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드로 출력하기 위한 비교부; 상기 제1 및 제2 비교출력신호를 증폭하기 위한 증폭부; 및 상기 증폭부의 증폭결과에 기초하여 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 상기 이미지 신호를 생성하기 위한 제어 로직부를 포함할 수 있다.
상기 비교부는 극성변경신호에 기초하여 상기 추적 구간마다 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드의 극성을 서로 바꿔줄 수 있다.
상기 제1 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 예정된 전압 레벨을 기준으로 제1 방향으로 펄싱할 수 있고, 상기 제2 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 펄싱할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이미지 센싱 장치는, 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 감소량이 점차 감소하는 제1 글로벌 수렴 전압과, 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 증가량이 점차 감소하는 제2 글로벌 수렴 전압과, 일정한 전압 레벨의 글로벌 기준 전압을 생성하기 위한 전압 생성기; 복수의 픽셀 신호를 생성하기 위한 픽셀 어레이; 및 상기 복수의 픽셀 신호와 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압과 상기 글로벌 기준 전압과 복수의 글로벌 제어신호에 기초하여 복수의 이미지 신호를 생성하기 위한 복수의 신호 변환기를 포함할 수 있다.
상기 복수의 신호 변환기 각각은, 상기 복수의 글로벌 제어신호와 제1 및 제2 비교결과신호와 각각의 픽셀 신호와 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압과 상기 글로벌 기준 전압에 기초하여 각각의 추적 신호를 생성하기 위한 추적 회로; 및 상기 각각의 픽셀 신호와 상기 각각의 추적 신호에 기초하여 상기 각각의 픽셀 신호와 상기 각각의 추적 신호를 비교한 결과에 대응하는 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 각각의 이미지 신호를 생성하기 위한 신호 생성 회로를 포함할 수 있다.
상기 추적 회로는, 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압 중 어느 하나를 추적 구간마다 선택적으로 이용함으로써 상기 글로벌 기준 전압의 전압 레벨에서 상기 각각의 픽셀 신호의 전압 레벨로 점차 수렴하는 상기 각각의 추적 신호를 생성할 수 있다.
상기 추적 회로는, 상기 제1 및 제2 비교결과신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압 중 어느 하나를 제1 비교 입력 노드에 반영하기 위한 제1 신호 처리부; 상기 복수의 글로벌 제어신호 중 제1 및 제2 글로벌 제어신호에 기초하여 상기 각각의 픽셀 신호를 상기 제1 비교 입력 노드에 반영하거나 또는 상기 제1 비교 입력 노드와 제1 비교 출력 노드를 접속하기 위한 제2 신호 처리부; 상기 각각의 추적 신호를 제2 비교 입력 노드에 저장하기 위한 제3 신호 처리부; 및 상기 복수의 글로벌 제어신호 중 제3 및 제4 글로벌 제어신호에 기초하여 상기 글로벌 기준 전압을 상기 제2 비교 입력 노드에 반영하거나 또는 상기 제2 비교 입력 노드와 제2 비교 출력 노드에 반영하기 위한 제4 신호 처리부를 포함할 수 있다.
상기 제1 신호 처리부는, 상기 제1 글로벌 수렴 전압의 입력 노드와 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 상기 제2 글로벌 수렴 전압의 입력 노드와 상기 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 제1 접속 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속된 저장 소자를 포함할 수 있다.
상기 제2 신호 처리부는, 상기 각각의 픽셀 신호의 입력 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 제1 비교 입력 노드와 상기 제1 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 제3 신호 처리부는, 접지전압의 공급 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되는 저장 소자를 포함할 수 있다.
상기 제4 신호 처리부는, 상기 글로벌 기준 전압의 입력 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 제2 비교 입력 노드와 상기 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제4 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 신호 생성 회로는, 상기 제1 및 제2 비교 입력 노드와 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 각각의 픽셀 신호와 상기 각각의 추적 신호를 비교한 결과로서 제1 및 제2 비교출력신호를 출력하기 위한 비교부; 상기 제1 및 제2 비교출력신호를 증폭하기 위한 증폭부; 및 상기 증폭부의 증폭결과에 기초하여 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 상기 각각의 이미지 신호를 생성하기 위한 제어 로직부를 포함할 수 있다.
상기 비교부는 극성변경신호에 기초하여 상기 추적 구간마다 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드의 극성을 서로 바꿔줄 수 있다.
상기 제1 글로벌 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 예정된 전압 레벨을 기준으로 제1 방향으로 펄싱할 수 있고, 상기 제2 글로벌 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 펄싱할 수 있다.
본 발명의 실시예는 픽셀 신호를 이미지 신호로 변환시 최적화된 동작을 수행함으로써 변환 시간을 줄일 수 있고 저전력화가 가능하며 노이즈에 강인한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 신호 변환기의 내부 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "접속"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 접속"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 접속"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치가 블록 구성도로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치(100)는 픽셀 어레이(110), 리드아웃 블록(120), 전압 생성기(130), 및 제어기(140)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 로우(row) 방향과 컬럼(column) 방향으로 배열된 복수의 픽셀(도면에 미도시)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 로우별로 복수의 픽셀 신호(VPX1 ~ VPXX)를 동시에 생성할 수 있다. 상기 복수의 픽셀 신호(VPX1 ~ VPXX)는 각각 아날로그 신호일 수 있다.
리드아웃 블록(120)은 복수의 픽셀 신호(VPX1 ~ VPXX)와 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VFD2)과 글로벌 기준 전압(VREF)과 제1 내지 제4 글로벌 제어신호(S1 ~ S4)와 글로벌 극성변경신호(POL)에 기초하여 복수의 이미지 신호(DOUT1 ~ DOUTX)를 생성할 수 있다. 복수의 이미지 신호(DOUT1 ~ DOUTX)는 각각 디지털 신호일 수 있다. 리드아웃 블록(120)은 복수의 신호 변환기(ADC1 ~ ADCX)를 포함할 수 있다.
전압 생성기(130)는 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1), 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2), 및 글로벌 기준 전압(VREF)을 생성할 수 있다. 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1)은 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 감소량이 점차 감소하는 패턴을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1)은 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 변화량이 점차 감소하는 패턴을 가질 수 있고, 추적 구간마다 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 제1 방향으로 펄싱하는 패턴을 가질 수 있다. 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)은 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 증가량이 점차 감소하는 패턴을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)은 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 변화량이 점차 감소하는 패턴을 가질 수 있고, 추적 구간마다 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 펄싱하는 패턴을 가질 수 있다. 글로벌 기준 전압(VREF)는 일정한 전압 레벨을 가질 수 있다.
제어기(140)는 제1 내지 제4 글로벌 제어신호(S1 ~ S4)와 글로벌 극성변경신호(POL)를 생성할 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 복수의 신호 변환기(ADC1 ~ ADCX) 중 제1 신호 변환기(ADC1)가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 제1 신호 변환기(ADC1)는 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2) 중 어느 하나를 상기 추적 구간마다 선택적으로 이용함으로써 글로벌 기준 전압(VREF)에서 제1 픽셀 신호(VPX1)의 전압 레벨로 점차 수렴하는 제1 추적 신호를 생성할 수 있고, 상기 제1 축적 신호에 기초하여 제1 이미지 신호(DOUT1)를 생성할 수 있다. 제1 신호 변환기(ADC1)는 추적 회로(AA1), 및 신호 생성 회로(CC1)를 포함할 수 있다.
추적 회로(AA1)는 제1 내지 제4 글로벌 제어신호(S1 ~ S4)와 제1 및 제2 비교결과신호(S5, S6)와 제1 픽셀 신호(VPX1)와 글로벌 기준 전압(VREF)와 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2)에 기초하여 상기 제1 추적 신호를 생성할 수 있다. 추적 회로(AA1)는 제1 신호 처리부(SW5, SW6, C1), 제2 신호 처리부(SW1, SW3), 제3 신호 처리부(C2), 및 제4 신호 처리부(SW2, SW4)를 포함할 수 있다.
제1 신호 처리부(SW5, SW6, C1)는 제1 및 제2 비교결과신호(S5, S6)에 기초하여 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2) 중 어느 하나를 상기 추적 구간마다 제1 비교 입력 노드(VA)에 반영할 수 있다. 예컨대, 제1 신호 처리부(SW5, SW6, C1)는 제5 스위칭 소자(SW5), 제6 스위칭 소자(SW6), 및 제1 저장 소자(C1)를 포함할 수 있다. 제5 스위칭 소자(SW5)는 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1)의 입력 노드와 제1 접속 노드 사이에 접속될 수 있고, 제1 비교결과신호(S5)에 기초하여 스위칭될 수 있다. 제6 스위칭 소자(SW6)는 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)의 입력 노드와 상기 제1 접속 노드 사이에 접속될 수 있고, 제2 비교결과신호(S6)에 기초하여 스위칭될 수 있다. 제1 저장 소자(C1)는 상기 제1 접속 노드와 제1 비교 입력 노드(VA) 사이에 접속될 수 있다. 예컨대, 제1 저장 소자(C1)는 커패시터를 포함할 수 있다.
제2 신호 처리부(SW1, SW3)는 제1 및 제3 글로벌 제어신호(S1, S3)에 기초하여, 제1 픽셀 신호(VPX1)를 제1 비교 입력 노드(VA)에 반영하거나 또는 제1 비교 입력 노드(VA)와 제1 비교 출력 노드(VC)를 접속할 수 있다. 예컨대, 제2 신호 처리부(SW1, SW3)는 제1 스위칭 소자(SW1), 및 제3 스위칭 소자(SW3)를 포함할 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 픽셀 신호(VPX1)의 입력 노드와 제1 비교 입력 노드(VA) 사이에 접속될 수 있고, 제1 글로벌 제어신호(S1)에 기초하여 스위칭될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 제1 비교 입력 노드(VA)와 상기 제1 비교 출력 노드 사이에 접속될 수 있고, 제2 글로벌 제어신호(S2)에 기초하여 스위칭될 수 있다.
제3 신호 처리부(C2)는 상기 제1 추적 신호를 제2 비교 입력 노드(VB)에 저장할 수 있다. 예컨대, 제3 신호 처리부(C2)는 제2 저장 소자(C2)를 포함할 수 있다. 제2 저장 소자(C2)는 전지전압(VSS)의 공급 노드와 제2 비교 입력 노드(VB) 사이에 접속될 수 있다. 예컨대, 제2 저장 소자(C2)는 커패시터를 포함할 수 있다.
제4 신호 처리부(SW2, SW4)는 제2 및 제4 글로벌 제어신호(S2, S4)에 기초하여, 글로벌 기준 전압(VREF)을 제2 비교 입력 노드(VB)에 반영하거나 또는 제2 비교 입력 노드(VB)와 제2 비교 출력 노드(VD)를 접속할 수 있다. 예컨대, 제4 신호 처리부(SW2, SW4)는 제2 스위칭 소자(SW2), 및 제4 스위칭 소자(SW4)를 포함할 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 글로벌 기준 전압(VREF)의 입력 노드와 제2 비교 입력 노드(VB) 사이에 접속될 수 있고, 제2 글로벌 제어신호(S2)에 기초하여 스위칭될 수 있다. 제4 스위칭 소자(SW4)는 제2 비교 입력 노드(VB)와 제2 비교 출력 노드(VD) 사이에 접속될 수 있고, 제4 글로벌 제어신호(S4)에 기초하여 스위칭될 수 있다.
신호 생성 회로(CC1)는 제1 픽셀 신호(VPX1)와 상기 제1 추적 신호에 기초하여 제1 및 제2 비교결과신호(S5, S6)와 제1 이미지 신호(DOUT1)를 생성할 수 있다. 예컨대, 신호 생성 회로(CC1)는 비교부(COM1), 증폭부(AMP1), 및 제어 로직부(CL1)를 포함할 수 있다.
비교부(COM1)는 제1 및 제2 비교 입력 노드(VA, VB)와 제1 및 제2 비교 출력 노드(VC, VD) 사이에 접속 될 수 있다. 비교부(COM1)는 제1 비교 입력 노드(VA)에 인가된 제1 픽셀 신호(VPX1)와 제2 비교 입력 노드(VB)에 생성된 상기 제1 추적 신호를 비교한 결과로서 제1 및 제2 비교출력신호를 제1 및 제2 비교 출력 노드(VC, VD)를 통해 출력할 수 있다.
증폭부(AMP1)는 상기 제1 및 제2 비교출력신호를 증폭할 수 있다.
제어 로직부(CL1)는 증폭부(AMP1)의 증폭결과에 기초하여 제1 및 제2 비교결과신호(S5, S6)와 제1 이미지 신호(DOUT1)를 생성할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치(100)의 동작을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에는 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도가 도시되어 있다. 도 3에는 설명의 편의를 위해 제1 신호 변환기(ADC1)와 관련된 신호들만이 도시되어 있음에 유의한다.
도 3을 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 제1 픽셀 신호(VPX1)를 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 픽셀 신호(VPX1)는 예정된 범위(VMIN ~ VMAX) 내의 전압 레벨을 가질 수 있다. 이하에서는 제1 픽셀 신호(VPX1)가 글로벌 기준 전압(VREF)보다 높은 전압 레벨을 가지는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.
전압 생성기(130)는 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1)과 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)과 글로벌 기준 전압(VREF)을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1)은 복수의 추적 구간(T1 ~ T5) 동안 전압 레벨의 감소량(ΔV1, ΔV3, ΔV5, ΔV7, ΔV9)이 점차 감소할 수 있고, 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)은 상기 복수의 추적 구간(T1 ~ T5) 동안 전압 레벨의 증가량(ΔV2, ΔV4, ΔV6, ΔV8, ΔV10)이 점차 감소할 수 있고, 글로벌 기준 전압(VREF)은 예정된 범위(VMIN ~ VMAX)에서 중간의 전압 레벨을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2)이 복수의 추적 구간(T1 ~ T5) 동안 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 서로 반대 방향으로 펄싱하는 패턴을 가지는 것으로 예를 들어 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 복수의 추적 구간(T1 ~ T5) 동안 제1 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2)의 전압 레벨의 감소량(ΔV1, ΔV3, ΔV5, ΔV7, ΔV9)과 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)의 전압 레벨의 증가량(ΔV2, ΔV4, ΔV6, ΔV8, ΔV10)이 점차 감소하기만 한다면 어떠한 패턴을 가져도 상관없다. 예컨대, 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2)은 복수의 추적 구간(T1 ~ T5) 동안 서로 반대 방향으로 변하는 계단 패턴을 가질 수도 있다.
제1 신호 변환기(ADC1)는 제1 픽셀 신호(VPX1)와 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압(VDF1, VDF2)과 글로벌 기준 전압(VREF)과 제1 내지 제4 글로벌 제어신호(S1 ~ S4)에 기초하여 제1 이미지 신호(DOUT1)를 생성할 수 있다. 이를 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.
초기 구간(t0) 동안, 추적 회로(AA1)는 제1 글로벌 제어신호(S1)에 기초하여 제1 픽셀 신호(VPX1)를 제1 비교 입력 노드(VA)에 인가할 수 있고, 제2 글로벌 제어신호(S2)에 기초하여 글로벌 기준 전압(VREF)을 제2 비교 입력 노드(VB)에 인가할 수 있다.
첫번 째 추적 구간(T1) 동안, 신호 생성 회로(CC1)는 제1 비교 입력 노드(VA)에 인가된 제1 픽셀 신호(VPX1)와 제2 비교 입력 노드(VB)에 인가된 글로벌 기준 전압(VREF)에 기초하여, 글로벌 기준 전압(VREF)의 전압 레벨에서 제1 픽셀 신호(VPX1)의 전압 레벨로 수렴하는 상기 추적 신호를 제2 비교 입력 노드(VB)를 통해 생성할 수 있다. 제1 추적 구간(T1)은 제1 내지 제3 제어 구간(t1 ~ t3)을 포함할 수 있다.
제1 제어 구간(t1) 동안, 신호 생성 회로(CC1)는 제1 비교 입력 노드(VA)에 인가된 제1 픽셀 신호(VPX1)와 제2 비교 입력 노드(VB)에 인가된 글로벌 기준 전압(VREF)을 비교할 수 있다.
제2 제어 구간(t2) 동안, 신호 생성 회로(CC1)는 그 비교결과에 대응하는 제1 및 제2 비교결과신호(S5, S6)를 생성할 수 있다. 예컨대, 신호 생성 회로(CC1)는 제1 픽셀 신호(VPX1)의 전압 레벨이 글로벌 기준 전압(VREF)의 전압 레벨보다 높으므로 제1 및 제2 비교결과신호(S5, S6) 중 제2 비교결과신호(S6)를 제2 제어 구간(t2) 동안 활성화할 수 있다. 그리고, 제2 제어 구간(t2) 동안, 신호 생성 회로(CC1)는 논리 하이 레벨의 글로벌 극성변경신호(POL)에 기초하여 제1 및 제2 비교 입력 노드(VA, VB)의 극성을 서로 바꿔주고 제1 및 제2 비교 출력 노드(VC, VD)의 극성을 서로 바꿔줌으로써 제2 비교 입력 노드(VB)의 전압 레벨이 제1 비교 입력 노드(VA)로 라이트(write)될 수 있다. 이때, 제2 제어 구간(t2) 동안, 제3 스위치 소자(SW3)가 논리 하이 레벨의 제3 글로벌 제어 신호(S3)에 기초하여 단락(short)됨으로써 신호 생성 회로(CC1)에 포함된 비교부(COM1)가 버퍼(buffer)로서 동작하기 때문에, 제2 비교 입력 노드(VB)의 전압 레벨이 제1 비교 입력 노드(VA)로 라이트(write)될 수 있다. 또한, 제2 제어 구간(t2) 동안, 추적 회로(AA1)는 논리 하이 레벨의 제2 비교결과신호(S6)에 기초하여 제1 비교 입력 노드(VA)의 전압 레벨을 제2 글로벌 수렴 전압(VDF2)의 증가량(ΔV1)만큼 상승시킬 수 있다.
제3 제어 구간(t3) 동안, 신호 생성 회로(CC1)는 논리 로우 레벨의 글로벌 극성변경신호(POL)에 기초하여 제1 및 제2 비교 입력 노드(VA, VB)의 극성을 원래대로 바꿔주고 제1 및 제2 비교 출력 노드(VC, VD)의 극성을 원래대로 바꿔줌으로써 제1 비교 입력 노드(VA)의 전압 레벨이 제2 비교 입력 노드(VB)로 라이트될 수 있다. 그리고, 제3 제어 구간(t3) 동안, 추적 회로(AA1)는 논리 하이 레벨의 제1 글로벌 제어 신호(S1)에 기초하여 제1 픽셀 신호(VPX1)를 제1 비교 입력 노드(VA)로 다시 인가할 수 있다.
나머지 추적 구간들(T2 ~ T5) 동안 첫 번째 추적 구간(T1)에서 설명한 동작을 반복적으로 실시함으로써 제1 픽셀 신호(VPX1)에 점차 수렴하는 상기 추적 신호를 제2 비교 입력 노드(VB2)를 통해 생성할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 픽셀 신호의 전압 레벨을 일정하게 유지한 상태에서 상기 픽셀 신호의 전압 레벨에 점차 수렴하는 추적 신호를 생성할 수 있으면서도 최적화된 신호 변환 동작을 통해 상기 추적 신호를 생성할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 이상에서 설명한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경으로 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 이미지 센싱 장치 110 : 픽셀 어레이
120 : 리드아웃 블록 ADC1 ~ ADCX : 복수의 신호 변환기
130 : 전압 생성기 140 : 제어기

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 픽셀 신호를 생성하기 위한 픽셀 어레이;
    상기 픽셀 신호와 제1 및 제2 비교결과신호와 제어신호들에 기초하여, 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 감소량이 점차 감소하는 제1 수렴 전압과 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 증가량이 점차 감소하는 제2 수렴 전압 중 어느 하나를 추적 구간마다 선택적으로 이용함으로써 상기 픽셀 신호의 전압 레벨로 점차 수렴하는 추적 신호를 생성하기 위한 추적 회로; 및
    상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호에 기초하여 상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호를 비교한 결과에 대응하는 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 이미지 신호를 생성하기 위한 신호 생성 회로를 포함하고,
    상기 추적 회로는,
    상기 제1 및 제2 비교결과신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 수렴 전압 중 어느 하나를 제1 비교 입력 노드에 반영하기 위한 제1 신호 처리부;
    상기 제어신호들 중 제1 및 제3 제어신호에 기초하여 상기 픽셀 신호를 상기 제1 비교 입력 노드로 전달하거나 또는 상기 제1 비교 입력 노드와 제1 비교 출력 노드를 접속하기 위한 제2 신호 처리부;
    상기 추적 신호를 제2 비교 입력 노드에 저장하기 위한 제3 신호 처리부; 및
    상기 제어신호들 중 제2 및 제4 제어신호에 기초하여, 일정한 전압 레벨의 기준 전압을 상기 제2 비교 입력 노드에 반영하거나 또는 상기 제2 비교 입력 노드와 제2 비교 출력 노드를 접속하기 위한 제4 신호 처리부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제2항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    상기 제1 수렴 전압의 입력 노드와 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자;
    상기 제2 수렴 전압의 입력 노드와 상기 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및
    상기 제1 접속 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속된 저장 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제2항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 픽셀 신호의 입력 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및
    상기 제1 비교 입력 노드와 상기 제1 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제3 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제2항에 있어서,
    상기 제3 신호 처리부는,
    접지전압의 공급 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되는 저장 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제2항에 있어서,
    상기 제4 신호 처리부는,
    상기 기준 전압의 입력 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및
    상기 제2 비교 입력 노드와 상기 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제4 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제2항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는,
    상기 제1 및 제2 비교 입력 노드와 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 픽셀 신호와 상기 추적 신호를 비교한 결과로서 제1 및 제2 비교출력신호를 각각 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드로 출력하기 위한 비교부;
    상기 제1 및 제2 비교출력신호를 증폭하기 위한 증폭부; 및
    상기 증폭부의 증폭결과에 기초하여 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 상기 이미지 신호를 생성하기 위한 제어 로직부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제7항에 있어서,
    상기 비교부는 극성변경신호에 기초하여, 상기 추적 구간마다, 상기 제1 및 제2 비교 입력 노드의 극성을 서로 바꿔주고 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드의 극성을 서로 바꿔주는 이미지 센싱 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제2항에 있어서,
    상기 제1 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 예정된 전압 레벨을 기준으로 제1 방향으로 펄싱하고,
    상기 제2 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 펄싱하는 이미지 센싱 장치.
  10. 삭제
  11. 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 감소량이 점차 감소하는 제1 글로벌 수렴 전압과, 상기 복수의 추적 구간 동안 전압 레벨의 증가량이 점차 감소하는 제2 글로벌 수렴 전압과, 일정한 전압 레벨의 글로벌 기준 전압을 생성하기 위한 전압 생성기;
    복수의 픽셀 신호를 생성하기 위한 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 픽셀 신호와 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압과 상기 글로벌 기준 전압과 복수의 글로벌 제어신호에 기초하여 복수의 이미지 신호를 생성하기 위한 복수의 신호 변환기를 포함하고,
    상기 복수의 신호 변환기 각각은,
    상기 복수의 글로벌 제어신호와 제1 및 제2 비교결과신호와 각각의 픽셀 신호와 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압과 상기 글로벌 기준 전압에 기초하여 각각의 추적 신호를 생성하기 위한 추적 회로; 및
    상기 각각의 픽셀 신호와 상기 각각의 추적 신호에 기초하여 상기 각각의 픽셀 신호와 상기 각각의 추적 신호를 비교한 결과에 대응하는 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 각각의 이미지 신호를 생성하기 위한 신호 생성 회로를 포함하고,
    상기 추적 회로는,
    상기 제1 및 제2 비교결과신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압 중 어느 하나를 제1 비교 입력 노드에 반영하기 위한 제1 신호 처리부;
    상기 복수의 글로벌 제어신호 중 제1 및 제2 글로벌 제어신호에 기초하여 상기 각각의 픽셀 신호를 상기 제1 비교 입력 노드에 반영하거나 또는 상기 제1 비교 입력 노드와 제1 비교 출력 노드를 접속하기 위한 제2 신호 처리부;
    상기 각각의 추적 신호를 제2 비교 입력 노드에 저장하기 위한 제3 신호 처리부; 및
    상기 복수의 글로벌 제어신호 중 제3 및 제4 글로벌 제어신호에 기초하여 상기 글로벌 기준 전압을 상기 제2 비교 입력 노드에 반영하거나 또는 상기 제2 비교 입력 노드와 제2 비교 출력 노드에 반영하기 위한 제4 신호 처리부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 추적 회로는,
    상기 제1 및 제2 글로벌 수렴 전압 중 어느 하나를 추적 구간마다 선택적으로 이용함으로써 상기 글로벌 기준 전압의 전압 레벨에서 상기 각각의 픽셀 신호의 전압 레벨로 점차 수렴하는 상기 각각의 추적 신호를 생성하는 이미지 센싱 장치.
  13. 삭제
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    상기 제1 글로벌 수렴 전압의 입력 노드와 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자;
    상기 제2 글로벌 수렴 전압의 입력 노드와 상기 제1 접속 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 비교결과신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및
    상기 제1 접속 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속된 저장 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 각각의 픽셀 신호의 입력 노드와 상기 제1 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제1 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및
    상기 제1 비교 입력 노드와 상기 제1 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제3 신호 처리부는,
    접지전압의 공급 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되는 저장 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제4 신호 처리부는,
    상기 글로벌 기준 전압의 입력 노드와 상기 제2 비교 입력 노드 사이에 접속되며, 상기 제2 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자; 및
    상기 제2 비교 입력 노드와 상기 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 제4 글로벌 제어신호에 기초하여 스위칭되는 스위칭 소자를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 신호 생성 회로는,
    상기 제1 및 제2 비교 입력 노드와 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드 사이에 접속되며, 상기 각각의 픽셀 신호와 상기 각각의 추적 신호를 비교한 결과로서 제1 및 제2 비교출력신호를 출력하기 위한 비교부;
    상기 제1 및 제2 비교출력신호를 증폭하기 위한 증폭부; 및
    상기 증폭부의 증폭결과에 기초하여 상기 제1 및 제2 비교결과신호와 상기 각각의 이미지 신호를 생성하기 위한 제어 로직부를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 비교부는 글로벌 극성변경신호에 기초하여, 상기 추적 구간마다, 상기 제1 및 제2 비교 입력 노드의 극성을 서로 바꿔주고 상기 제1 및 제2 비교 출력 노드의 극성을 서로 바꿔주는 이미지 센싱 장치.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 제1 글로벌 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 예정된 전압 레벨을 기준으로 제1 방향으로 펄싱하고,
    상기 제2 글로벌 수렴 전압은 상기 추적 구간마다 상기 예정된 전압 레벨을 기준으로 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 펄싱하는 이미지 센싱 장치.
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