KR102559953B1 - 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서 - Google Patents

플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

본 기술은 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 플로팅 확산 영역의 전압 변동을 리드아웃함으로써, 변환 이득을 결정하는 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 추출할 수 있도록 하기 위한 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다. 이러한 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는, 전하 전달 신호에 상응하여 플로팅 확산 영역의 전압 변화를 야기시키기 위한 기준 커패시터; 및 상기 플로팅 확산 영역을 포함하며, 상기 플로팅 확산 영역을 초기화하여 상기 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃하고, 상기 기준 커패시터를 통한 전하 전달 신호에 의한 상기 플로팅 확산 영역의 전압 변화에 따라 상기 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃하기 위한 리드아웃 블럭을 포함할 수 있다.

Description

플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서{Floating Diffusion Voltage Variation Readout Apparatus and Method, and CMOS Image Sensor Thereof Using That}
본 발명의 몇몇 실시예들은 씨모스 이미지 센서(CIS : CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) Image Sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 씨모스 이미지 센서(CIS)에서 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion Area)의 전압 변동을 리드아웃하여, 변환 이득(Conversion Gain)을 결정하는 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion Area)의 커패시턴스 값(Capacitance Value)을 추출할 수 있도록 함으로써, 제품 평가 과정에서 품질 불량을 파악하는데 사용하고, 또한 씨모스 이미지 센서의 사용 중에 발생하는 구동 환경 변화(예를 들어, 공정 변화, 구동 전압 변경, 온도 변화 등)에 최적화된 대응을 할 수 있도록 하기 위한 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 씨모스 이미지 센서(CIS)는 고체 촬상 소자(CCD)에 비하여 저 전압 동작이 가능하고, 소비 전력도 적으며, 또한 씨모스(CMOS) 공정을 사용한 집적화에 유리한 장점으로 인하여 많은 분야에서 사용되고 있으며, 향후에도 지속적으로 많은 분야에 이용될 것으로 예상된다. 씨모스 이미지 센서는 고체 촬상 소자와 달리 픽셀 어레이(예를 들어, APS(Active Pixel Sensor) 어레이)에서 출력되는 아날로그 형태의 신호를 디지털 형태의 신호로 변환하는 동작이 필요한데, 이러한 아날로그 신호에서 디지털 신호로의 변환을 위해서 내부에 고해상도의 아날로그-디지털 변환 장치(ADC : Analog to Digital Converter)를 사용한다.
씨모스 이미지 센서는 아날로그-디지털 변환 장치의 구현 방식에 따라 싱글 아날로그-디지털 변환 장치(Single ADC)를 사용하는 방식과 컬럼 아날로그-디지털 변환 장치(Column ADC)를 사용하는 방식으로 나눌 수 있다.
여기서, 싱글 아날로그-디지털 변환 방식은 고속으로 동작하는 하나의 아날로그-디지털 변환 장치를 사용하여 소정의 정해진 시간 내에 모든 컬럼의 픽셀 어레이에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방식으로, 씨모스 이미지 센서의 칩 면적을 줄일 수 있는 장점이 있지만 아날로그-디지털 변환 장치가 고속으로 동작하여야 하므로 전력 소모가 큰 단점이 있다.
이에 반하여, 컬럼 아날로그-디지털 변환 방식은 간단한 구조의 아날로그-디지털 변환 장치를 각 컬럼마다 배치하여 구현하는 방식으로, 씨모스 이미지 센서의 칩 면적이 증가되는 단점이 있지만 각 아날로그-디지털 변환 장치가 저속으로 동작하여도 되므로 전력 소모가 적은 장점이 있다.
한편, 최근에 고해상도 화상에 대한 요구가 커짐에 따라 많은 회사에서 고해상도 씨모스 이미지 센서를 개발 중인데, 고해상도 씨모스 이미지 센서의 경우 면적 축소를 통한 양산성을 높이기 위해 보다 작은 사이즈(예를 들어, 1㎛ 이하)의 픽셀을 사용한다. 따라서 이러한 작은 픽셀을 품질 불량 없이 효율적으로 제조하는 기술이 중요해지고 있다.
한편, 씨모스 이미지 센서(CIS)에서 플로팅 확산 영역의 커패시턴스(Capacitance) 값은 픽셀의 광 변환 이득을 결정하는 요소이기 때문에 매우 중요하다. 이러한 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 결정하는 주요 파라미터로는 정션 커패시턴스(Junction Capacitance) 값, 오버랩 커패시턴스(Overlap Capacitance) 값, 밀러 커패시턴스(Miller Capacitance) 값, 및 인터커넥트 커패시턴스(Interconnect Capacitance) 값이 있다.
그런데, 이러한 정션 커패시턴스 값, 오버랩 커패시턴스 값, 밀러 커패시턴스 값, 및 인터커넥트 커패시턴스 값은 공정 변화에 매우 민감하게 그 값이 달라질 수 있고, 또한 구동 전압의 변경 및 온도의 변화 등에 의해서도 크게 달라질 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 실시예는 전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 플로팅 확산 영역의 전압 변동을 리드아웃함으로써, 변환 이득을 결정하는 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 추출할 수 있도록 하기 위한 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는, 전하 전달 신호에 상응하여 플로팅 확산 영역의 전압 변화를 야기시키기 위한 기준 커패시터; 및 상기 플로팅 확산 영역을 포함하며, 상기 플로팅 확산 영역을 초기화하여 상기 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃하고, 상기 기준 커패시터를 통한 전하 전달 신호에 의한 상기 플로팅 확산 영역의 전압 변화에 따라 상기 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃하기 위한 리드아웃 블럭을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 방법은, (a) 플로팅 확산 영역을 초기화하는 단계; (b) 상기 초기화된 플로팅 확산 영역의 전압 값을 리드아웃하는 단계; 및 (c) 전하 전달 신호와 기준 커패시터에 의해 변화된 상기 플로팅 확산 영역의 전압 값을 리드아웃하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 방법은, (d) 전하 전달 신호와 상기 기준 커패시터의 커패시턴스 값과 상기 리드아웃된 플로팅 확산 영역의 두 전압 값을 이용하여 상기 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 액티브 픽셀 어레이; 전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 플로팅 확산 영역의 변동 전압값들을 리드아웃하기 위한 더미 픽셀 어레이; 및 상기 더미 픽셀 어레이로 전하 전달 신호를 제공하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 플로팅 확산 영역의 전압 변동을 리드아웃함으로써, 변환 이득을 결정하는 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 추출할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기와 같이 추출된 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 이용하여 제품 제조 과정에서 효율적인 수율(Yield) 관리로 원가 절감을 기대할 수 있고, 공정 관리 방안의 수립이 가능하며, 제품 평가 과정에서 품질 불량을 파악할 수 있고, 씨모스 이미지 센서의 사용 중에 발생하는 구동 환경 변화(예를 들어, 공정 변화, 구동 전압 변경, 온도 변화 등)에 대해서도 최적으로 대응할 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서의 구성도,
도 2는 일반적인 단위 픽셀의 구조도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 씨모스 이미지 센서와 단위 픽셀의 타이밍도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 구성도,
도 4b는 도 4a에 도시된 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 제어 신호 타이밍을 나타내는 도면,
도 4c는 도 4a에 도시된 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"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 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서의 구성도로서, 일반적인 컬럼 패러럴(Column Parallel) 구조의 씨모스 이미지 센서를 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀 어레이(10)와, 제어부(80, 예를 들어, 타이밍 제너레이터)의 제어에 따라 픽셀 어레이(10) 내의 픽셀을 로우 라인별로 각각 선택하여 그 동작을 제어하기 위한 로우 디코더(20)와, 제어부(80)의 제어에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치(30)와, 픽셀 어레이(10)로부터의 각 픽셀 신호의 값과 램프 신호 발생 장치(30)로부터 인가되는 램프 신호의 값을 비교하기 위한 비교부(40)와, 비교부(40)로부터의 각 출력 신호에 따라 제어부(80)로부터의 클럭을 카운팅하기 위한 카운팅부(50)와, 제어부(80)의 제어에 따라 카운팅부(50)로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하기 위한 메모리부(60)와, 로우 디코더(20)와 램프 신호 발생 장치(30)와 카운팅부(50)와 메모리부(60)와 컬럼 리드아웃 회로(70)의 동작을 제어하기 위한 제어부(80)와, 메모리부(60)의 데이터를 제어부(80)의 제어에 따라 순차적으로 픽셀 데이터(PXDATA)로 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로(70)를 포함한다.
이때, 일반적으로 씨모스 이미지 센서에서는 픽셀 자체적으로 가지고 있는 옵셋(Offset) 값을 제거하기 위해 광신호가 입사되기 전과 후의 픽셀 신호(픽셀 출력 전압)를 비교하여 실제로 입사광에 의한 픽셀 신호만을 측정할 수 있도록 하며, 이러한 기법을 상호상관 이중 샘플링(CDS : Correlated Double Sampling)이라고 한다. 이러한 상호상관 이중 샘플링 동작은 비교부(40)에서 수행된다.
이때, 비교부(40)는 복수의 비교기를 포함하며, 카운팅부(50)는 복수의 카운터를 포함하고, 메모리부(60)는 복수의 메모리를 포함한다. 즉, 비교기와 카운터와 메모리가 각 컬럼별로 구비된다.
다음으로, 도 1을 참조하여 하나의 비교기와 카운터와 메모리의 동작을 예를 들어 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 첫 번째의 비교기(41)는 픽셀 어레이(10)의 제 1 컬럼으로부터 출력되는 픽셀 신호를 일측 단자로 입력받고, 램프 신호 발생 장치(30)로부터 인가되는 램프 신호(VRAMP)를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호를 출력한다.
이때, 램프 신호(VRAMP)는 시간이 경과함에 따라 전압 레벨이 감소(또는 증가)하는 신호이기 때문에, 결국 각 비교기에 입력되는 두 신호의 값이 일치하는 시점이 생기게 된다. 이렇게 일치하는 시점을 지나게 되면서 각 비교기에서 출력되는 비교 신호의 값에 반전이 일어난다.
그에 따라, 첫 번째의 카운터(51)는 램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 비교기(41)로부터 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 제어부(80)로부터의 클럭을 카운팅하여 카운팅 정보를 출력한다. 여기서, 각각의 카운터는 제어부로부터의 리셋 신호에 따라 초기화된다.
그러면, 첫 번째의 메모리(61)는 제어부(80)로부터의 로드 신호에 따라 카운터(51)로부터의 카운팅 정보를 저장하고 있다가 컬럼 리드아웃 회로(70)로 출력한다.
도 2는 일반적인 단위 픽셀의 구조도이고, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 씨모스 이미지 센서와 단위 픽셀의 타이밍도이다.
도 3에서는 씨모스 이미지 센서의 전체 동작을 각 구간별로 구분하여 표현한 타이밍 다이어그램을 나타내고 있다. 도 3의 타이밍 다이어그램에 도시된 픽셀 신호 'VIN'은 도 2의 단위 픽셀에서 출력되는 픽셀 신호 'VOUT'에 해당한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 씨모스 이미지 센서의 전체 동작 구분은 T1(해당 로우 라인 선택), T2(포토 다이오드 리셋 및 픽셀 리셋 데이터 전달), T3(픽셀 리셋 데이터 코드 변환 및 포토 다이오드 수광), T4(픽셀 수광 데이터 전달), T5(픽셀 수광 데이터 코드 변환)의 순서로 이루어진다.
먼저, T1 구간에서 해당 로우 라인을 선택한 후, T2 구간에서 플로팅 확산(FD : Floating Diffusion) 영역의 전압이 픽셀 리셋 동작에 의해 리셋되고, 플로팅 확산 영역의 전압은 이 리셋 전압 값으로 결정되며, 이 리셋 전압은 드라이브 트랜지스터(즉, 소스 팔로워 트랜지스터)를 통하여 'VOUT'으로 전달된다. 이때, 플로팅 확산 영역의 전압을 결정하는 것은 포토 다이오드(Photo Diode)이다. 이후, T3 구간에서 리셋 트랜지스터와 전달 트랜지스터는 오프(Off)되고, 픽셀의 리셋 출력 전압은 데이터 변환을 거치게 된다.
도 2에서는 일반적인 4-트랜지스터 픽셀의 구조를 나타내고 있다.
일반적으로, 씨모스 이미지 센서(CIS)에서 플로팅 확산 영역의 커패시턴스(Capacitance) 값(CFD)은 픽셀의 광 변환 이득을 결정하는 요소이기 때문에 매우 중요하다. 이러한 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값은 하기의 [수학식 1]과 같다.
여기서, Cjunction은 정션 커패시턴스이고, Coverlap은 오버랩 커패시턴스이며, Cmiller은 밀러 커패시턴스이고, Cinterconnect는 인터커넥트 커패시턴스이다.
그런데, 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 결정하는 정션 커패시턴스 값, 오버랩 커패시턴스 값, 밀러 커패시턴스 값, 및 인터커넥트 커패시턴스 값은 공정 변화에 매우 민감하게 그 값이 달라질 수 있고, 또한 구동 전압의 변경 및 온도의 변화 등에 의해서도 크게 달라질 수 있는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 플로팅 확산 영역의 전압 변동을 리드아웃함으로써, 변환 이득을 결정하는 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 추출할 수 있도록 한다. 이를 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 구성도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 제어 신호 타이밍을 나타내는 도면이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
여기서, 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 리셋 제어 신호(RX)와 선택 제어 신호(SX)는 도 1에 도시된 로우 디코더(20)로부터 전달받을 수 있으며, 전하 전달 신호(CX)는 도 1에 도시된 제어부(80)로부터 전달받을 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는, 외부의 제어부(80)로부터 인가되는 전하 전달 신호(CX)에 상응하여 플로팅 확산 영역의 전압 변화를 야기시키기 위한 기준 커패시터(410), 및 플로팅 확산 영역을 포함하며, 플로팅 확산 영역을 초기화하여 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃하고, 기준 커패시터(410)를 통한 전하 전달 신호(CX)에 의한 플로팅 확산 영역의 전압 변화에 따라 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃하기 위한 리드아웃 블럭(420)을 포함한다.
이때, 기준 커패시터(410)는 일측 단자를 통해 제어부(80)로부터 전하 전달 신호(CX)를 인가받고, 타측 단자가 리드아웃 블럭(420)의 플로팅 확산 영역에 연결되어, 플로팅 확산 영역에 전하 전달 신호(CX)에 상응하는 전압 변화를 야기시키며, 기 설정된 커패시턴스 값을 가진다.
그리고 리드아웃 블럭(420)은 리셋 제어 신호(RX)에 따라 플로팅 확산 영역을 초기화시키기 위한 리셋 트랜지스터(M1), 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값에 대응되는 전기 신호를 생성하고, 기준 커패시터(410)를 통한 전하 전달 신호(CX)에 의해 변화된 플로팅 확산 영역의 전압 값에 대응되는 전기 신호를 생성하기 위한 드라이브 트랜지스터(M2), 및 선택 제어 신호(SX)에 따라 드라이브 트랜지스터(M2)로부터의 전기 신호에 상응하는 전압을 출력하기 위한 선택 트랜지스터(M3)를 포함한다.
이러한 리드아웃 블럭(420)을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 일측 단자가 플로팅 확산 영역에 연결되고 타측 단자가 접지 전원 전압(VSS)에 연결되며, 게이트 단자로 인가되는 로우 디코더(20)로부터의 리셋 제어 신호(RX)에 따라 동작하여 플로팅 확산 영역을 초기화시키는 리셋 트랜지스터(M1), 일측 단자가 전원 전압(VDD)에 연결되고 게이트 단자와 연결된 플로팅 확산 영역의 전압에 대응되는 전기 신호를 생성하여 타측 단자에 연결된 선택 트랜지스터(M3)의 일측 단자로 출력하는 드라이브 트랜지스터(M2), 및 로우 디코더(20)로부터 게이트 단자로 인가되는 선택 제어 신호(SX)에 응답하여 동작하여 일측 단자로 인가되는 드라이브 트랜지스터(M2)로부터의 전기 신호에 상응하는 전압 값을 타측 단자를 통해 출력하는 선택 트랜지스터(M3)를 포함한다.
여기서, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 더미 픽셀 형태로 구현할 수 있으며, 더미 픽셀 어레이 영역에 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.
이때, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치의 전체적인 동작 과정은 초기화 동작→1차 리드아웃 동작→2차 리드아웃 동작의 순서로 동작한다.
먼저, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 플로팅 확산 영역을 초기화한다(451). 즉, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 리셋 트랜지스터(M1)를 온(On)시켜 플로팅 확산 영역을 접지 전원 전압(VSS)을 이용하여 초기화한다. 이를 좀 더 상세히 살펴보면, 선택 트랜지스터(M3)가 온되어 있고 전하 전달 신호(CX)가 로우인 상태에서 로우 디코더(20)로부터의 리셋 제어 신호(RX, 하이 신호)에 따라 리셋 트랜지스터(M1)가 온된다. 리셋 트랜지스터(M1)가 온됨에 따라 플로팅 확산 영역이 접지 전원 전압(VSS)으로 인하여 초기화된다.
이후, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 초기화된 플로팅 확산 영역의 전압 값을 리드아웃(Readout)한다(452). 즉, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 플로팅 확산 영역이 초기화된 상태에서 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 1차적으로 리드아웃한다. 이를 좀 더 상세히 살펴보면, 선택 트랜지스터(M3)가 온되어 있고 전하 전달 신호(CX)가 로우인 상태에서 로우 디코더(20)로부터의 리셋 제어 신호(RX, 로우 신호)에 따라 리셋 트랜지스터(M1)가 오프된다. 이러한 상태에서 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 드라이브 트랜지스터(M2)를 통해 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃한다.
이후, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 전하 전달 신호(CX)와 기준 커패시터(410)에 의해 변화된 플로팅 확산 영역의 전압 값을 리드아웃한다(453). 즉, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 외부의 제어부(80)로부터 전하 전달 신호(CX)를 기준 커패시터(410)로 인가받으며, 전하 전달 신호(CX)의 기준 커패시터(410)로의 인가에 의해 플로팅 확산 영역의 전압 값이 변화되면 해당 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 2차적으로 리드아웃한다. 이를 좀 더 상세히 살펴보면, 선택 트랜지스터(M3)가 온되어 있고 리셋 트랜지스터(M1)가 오프되어 있는 상태에서 전하 전달 신호(CX)가 로우 신호에서 하이 신호로 변경되어 기준 커패시터(410)의 일측 단자로 인가되면, 기준 커패시터(410)의 타측 단자에 연결되어 있는 플로팅 확산 영역의 전압 값이 전하 전달 신호(CX)에 상응하여 변화된다. 이후, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 드라이브 트랜지스터(M2)를 통해 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 도 1에서 설명한 바와 같은 씨모스 이미지 센서에 적용될 수 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았지만, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는 액티브 픽셀 어레이 영역의 좌측 또는 우측 등에 위치하는 더미 픽셀 어레이 영역에 더미 픽셀 형태로 구현될 수 있으며, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치로부터 리드아웃된 두 전압값은 아날로그-디지털 변환 장치에서 디지털 신호로 변환된 후에 저장부(예를 들어, 룩업 테이블)에 저장되었다가 ISP(Image Signal Processor)로 전달될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예에서는 플로팅 확산 영역의 초기 전압값을 리드아웃한 후에 전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 변화된 전압값을 리드아웃함으로써, 이후의 처리 과정(예를 들어, ISP에서 처리함)에서 전하 전달 신호와 기준 커패시터의 커패시턴스 값과 리드아웃된 두 전압값을 이용하여 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 연산할 수 있도록 한다. 즉, 기준 커패시터의 커패시턴스 값을 미리 알고 있고, 초기화 후 전하 전달 신호가 로우 상태인 경우 기준 커패시터의 커패시턴스 값과 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값에 따른 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃하여 알고 있으며, 전하 전달 신호가 하이 상태로 변경된 경우 기준 커패시터의 커패시턴스 값과 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값에 따른 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃하여 알고 있기 때문에 플로팅 확산 영역의 커패시턴스 값을 ISP에서 연산할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
410 : 기준 커패시터 420 : 리드아웃 블럭

Claims (16)

  1. 전하 전달 신호에 상응하여 플로팅 확산 영역의 전압 변화를 야기시키기 위한 기준 커패시터; 및
    상기 플로팅 확산 영역을 포함하며, 상기 플로팅 확산 영역을 초기화하여 상기 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃하고, 상기 기준 커패시터를 통한 전하 전달 신호에 의한 상기 플로팅 확산 영역의 전압 변화에 따라 상기 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃하기 위한 리드아웃 블럭
    을 포함하며,
    상기 리드아웃 블럭은,
    일측 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되고 타측 단자가 접지 전원 전압에 연결되며, 게이트 단자로 인가되는 로우 디코더로부터의 리셋 제어 신호에 따라 상기 플로팅 확산 영역을 초기화시키기 위한 리셋 트랜지스터;
    상기 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값에 대응되는 전기 신호를 생성하고, 상기 기준 커패시터를 통한 전하 전달 신호에 의해 변화된 상기 플로팅 확산 영역의 전압 값에 대응되는 전기 신호를 생성하기 위한 드라이브 트랜지스터; 및
    선택 제어 신호에 따라 상기 드라이브 트랜지스터로부터의 전기 신호에 상응하는 전압을 출력하기 위한 선택 트랜지스터를 포함하는
    플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1항에 있어서,
    상기 기준 커패시터는,
    일측 단자를 통해 외부의 제어부로부터 전하 전달 신호를 인가받고, 타측 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되어, 상기 플로팅 확산 영역에 전하 전달 신호에 상응하는 전압 변화를 야기시키는, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치.
  3. 삭제
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1항에 있어서,
    상기 리드아웃 블럭은,
    일측 단자가 전원 전압에 연결되고 게이트 단자와 연결된 상기 플로팅 확산 영역의 전압에 대응되는 전기 신호를 생성하여 타측 단자로 출력하는 드라이브 트랜지스터; 및
    상기 로우 디코더로부터 게이트 단자로 인가되는 선택 제어 신호에 응답하여 동작하여 일측 단자로 인가되는 상기 드라이브 트랜지스터로부터의 전기 신호에 상응하는 전압 값을 타측 단자를 통해 출력하는 선택 트랜지스터
    를 더 포함하는 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1항에 있어서,
    상기 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치는,
    더미 픽셀 형태로 구현된, 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 액티브 픽셀 어레이;
    전하 전달 신호와 기준 커패시터를 이용하여 플로팅 확산 영역의 변동 전압값들을 리드아웃하기 위한 더미 픽셀 어레이; 및
    상기 더미 픽셀 어레이로 전하 전달 신호를 제공하기 위한 제어부
    를 포함하며,
    상기 더미 픽셀 어레이에 구비되는 각 더미 픽셀은,
    전하 전달 신호에 상응하여 상기 플로팅 확산 영역의 전압 변화를 야기시키기 위한 상기 기준 커패시터; 및
    상기 플로팅 확산 영역을 포함하며, 상기 플로팅 확산 영역을 초기화하여 상기 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값을 리드아웃하고, 상기 기준 커패시터를 통한 전하 전달 신호에 의한 상기 플로팅 확산 영역의 전압 변화에 따라 상기 플로팅 확산 영역의 변화된 전압 값을 리드아웃하기 위한 리드아웃 블럭
    을 포함하고,
    상기 리드아웃 블럭은,
    일측 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되고 타측 단자가 접지 전원 전압에 연결되며, 게이트 단자로 인가되는 로우 디코더로부터의 리셋 제어 신호에 따라 상기 플로팅 확산 영역을 초기화시키기 위한 리셋 트랜지스터를 포함하는, 씨모스 이미지 센서.
  13. 삭제
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 12항에 있어서,
    상기 기준 커패시터는,
    일측 단자를 통해 상기 제어부로부터 전하 전달 신호를 인가받고, 타측 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되어, 상기 플로팅 확산 영역에 전하 전달 신호에 상응하는 전압 변화를 야기시키는, 씨모스 이미지 센서.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 12항에 있어서,
    상기 리드아웃 블럭은,
    상기 플로팅 확산 영역의 초기 전압 값에 대응되는 전기 신호를 생성하고, 상기 기준 커패시터를 통한 전하 전달 신호에 의해 변화된 상기 플로팅 확산 영역의 전압 값에 대응되는 전기 신호를 생성하기 위한 드라이브 트랜지스터; 및
    선택 제어 신호에 따라 상기 드라이브 트랜지스터로부터의 전기 신호에 상응하는 전압을 출력하기 위한 선택 트랜지스터
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 12항에 있어서,
    상기 리드아웃 블럭은,
    일측 단자가 전원 전압에 연결되고 게이트 단자와 연결된 상기 플로팅 확산 영역의 전압에 대응되는 전기 신호를 생성하여 타측 단자로 출력하는 드라이브 트랜지스터; 및
    상기 로우 디코더로부터 게이트 단자로 인가되는 선택 제어 신호에 응답하여 동작하여 일측 단자로 인가되는 상기 드라이브 트랜지스터로부터의 전기 신호에 상응하는 전압 값을 타측 단자를 통해 출력하는 선택 트랜지스터
    를 더 포함하는 씨모스 이미지 센서.
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