KR20050079729A - Correlated double sampling circuit having reduced number of sampling capacitor and cmos image sensor including the same - Google Patents

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Abstract

레이아웃 면적을 크게 줄일 수 있고 또한 오프셋 전압을 인가하는 타이밍이 다른 동작에 제약을 받지 않도록 하며 또한 램프신호의 전압 왜곡을 없앨 수 있는 상호연관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling, CDS) 회로 및 이를 구비하는 CMOS 이미지 센서가 개시된다. 상기 CDS 회로는, CMOS 이미지 센서 내에 포함되는 픽셀 센서의 출력단에 일단이 연결되는 커패시터, 및 포지티브 입력단자에는 램프신호가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가되고 네거티브 입력단자에는 상기 커패시터의 타단이 연결되는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 한다.Correlated Double Sampling (CDS) circuits and CMOS with them, which can greatly reduce the layout area, prevent the timing of applying the offset voltage from being restricted by other operations, and eliminate the voltage distortion of the ramp signal. An image sensor is disclosed. The CDS circuit includes a capacitor having one end connected to an output terminal of a pixel sensor included in a CMOS image sensor, and a comparator having a ramp signal applied directly to a positive input terminal without passing through a capacitor, and the other end of the capacitor connected to a negative input terminal. Characterized in having a.

Description

샘플링 커패시터의 수가 감소된 상호연관 이중 샘플링 회로 및 이를 구비하는 CMOS 이미지 센서{Correlated double sampling circuit having reduced number of sampling capacitor and CMOS image sensor including the same}Correlated double sampling circuit having reduced number of sampling capacitor and CMOS image sensor including the same}

본 발명은 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서용 상호연관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling, CDS) 회로에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly, to a correlated double sampling (CDS) circuit for a CMOS image sensor.

이미지 센서는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 잡아내는(capture) 장치를 말하는 것으로, 종래에 개발된 이미지 센서의 대부분은 CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 것이었다.The image sensor refers to a device for capturing an image by using a property of a semiconductor that reacts to light. Most of the image sensors developed in the past have used a charge coupled device (CCD).

그러나 최근에 CMOS 기술이 비약적으로 발달하면서 CMOS 트랜지스터를 이용한 이미지 센서가 많이 개발되고 있는 추세인데, 이러한 CMOS 이미지 센서는 종래의 CCD 이미지 센서에서는 별도의 집적회로로 구현되었던 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter, 이하 ADC라 함)를 내부에 포함할 수 있는 장점이 있다.Recently, however, with the rapid development of CMOS technology, many image sensors using CMOS transistors are being developed. Such a CMOS image sensor is an analog-to-digital converter (Analog-Digital), which is implemented as a separate integrated circuit in a conventional CCD image sensor. Converter, hereinafter referred to as ADC) has the advantage that can be included inside.

한편 이러한 CMOS 이미지 센서 내의 아날로그-디지털 변환기는 일반적으로 상호연관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling, 이하 CDS라 함) 구조로 구성되며 이미지 센서 내의 픽셀 센서 어레이의 칼럼 수 만큼 비교기들을 포함한다. 이 비교기들은 픽셀 신호를 디지털 신호로 변환해주는 기능을 수행하기 때문에 출력 이미지의 화질에 큰 영향을 미치는 구성요소이다.On the other hand, the analog-to-digital converter in such a CMOS image sensor is generally composed of a correlated double sampling (hereinafter referred to as CDS) structure and includes as many comparators as the number of columns of a pixel sensor array in the image sensor. These comparators are the components that greatly affect the quality of the output image because they perform the function of converting pixel signals into digital signals.

도 1은 CDS 구조를 갖는 칼럼 병렬(Column-parallel) 방식의 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.1 is a block diagram of a column-parallel CMOS image sensor having a CDS structure.

도 1을 참조하면, CDS 구조를 갖는 칼럼 병렬 방식의 CMOS 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(active pixel sensor array)(11), CDS 구조의 ADC(12), 데이터 버퍼(13), 램프(ramp) 신호 발생기(14), 로우 드라이버(row driver)(15), 및 타이밍 제어신호 발생기(16)를 구비한다.Referring to FIG. 1, a column-parallel CMOS image sensor having a CDS structure includes an active pixel sensor array 11, an ADC 12 having a CDS structure, a data buffer 13, and a ramp. A signal generator 14, a row driver 15, and a timing control signal generator 16 are provided.

상기 ADC(12)(이하 CDS 회로라 함)는 각 로우(row)마다 모든 칼럼들이 동시에 아날로그-디지털 변환 기능을 수행하기 때문에 일반적으로 싱글 슬로우프(single-slope) ADC를 사용한다.The ADC 12 (hereinafter referred to as a CDS circuit) generally uses a single-slope ADC because all columns simultaneously perform an analog-to-digital conversion function in each row.

도 2는 도 1에 도시된 액티브 픽셀 센서 및 CDS 회로를 나타내는 회로도이고 도 3은 도 2의 CDS 회로의 동작 타이밍도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an active pixel sensor and a CDS circuit illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is an operation timing diagram of the CDS circuit of FIG. 2.

액티브 픽셀 센서(21)는 4개 트랜지스터(M1-M4)와 포토 다이오드(D1)를 포함하는 구조를 갖는다. CDS 회로(23)는 램프신호(VRAMP)를 이용하여 픽셀 센서(21)의 출력신호(VIN)를 상호연관 이중 샘플링(correlated double sampling)하여 디지털 신호로 변환하며 스위치들(S1-S4), 커패시터들(C0-C2), 및 인버터들(INV1,INV2)을 구비한다. 램프신호(VRAMP)는 도 1의 램프(ramp) 신호 발생기(14)에서 발생된다.The active pixel sensor 21 has a structure including four transistors M1-M4 and a photo diode D1. The CDS circuit 23 converts the output signal VIN of the pixel sensor 21 into a digital signal by correlated double sampling using the ramp signal VRAMP and switches S1-S4 and capacitors. And C0-C2 and inverters INV1 and INV2. The ramp signal VRAMP is generated by the ramp signal generator 14 of FIG. 1.

좀더 설명하면, 픽셀 센서(21)의 리셋전압(Vres)과 픽셀신호 전압(Vsig)이 각각 샘플링되어 커패시터(C0)에 저장된다. 그런데 램프신호(VRAMP)의 DC 전압 값이 신호 샘플링에 영향을 주면 안되므로 노드(Vx)에 커패시터(C1)을 달아서 이 커패시터(C1)를 통해 램프신호(VRAMP)의 DC 전압값이 블럭킹 되고 램프신호(VRAMP)의 전압변화만 노드(Vx)로 전달되도록 한다.More specifically, the reset voltage Vres and the pixel signal voltage Vsig of the pixel sensor 21 are sampled and stored in the capacitor C0. However, since the DC voltage value of the lamp signal VRAMP should not affect the signal sampling, a capacitor C1 is attached to the node Vx so that the DC voltage value of the lamp signal VRAMP is blocked through the capacitor C1, and the ramp signal is blocked. Only the voltage change of VRAMP is transmitted to the node Vx.

따라서 노드(Vx)로 전달된 램프신호(VRAMP)의 전압값이 Vres와 Vsig의 차이만큼 올라갔을 때 출력신호(OUT1)의 상태가 바뀌게 되고 이 출력신호(OUT1)는 커패시터(C2) 및 인버터(INV2)를 통해 데이터 버퍼(13)로 입력된다.Therefore, when the voltage value of the ramp signal VRAMP transmitted to the node Vx rises by the difference between Vres and Vsig, the state of the output signal OUT1 is changed and the output signal OUT1 is the capacitor C2 and the inverter ( It is input to the data buffer 13 through INV2).

그런데 상술한 종래의 CDS 회로(23)의 단점은 픽셀 센서(21)의 출력신호(VIN)를 샘플링하여 저장하고 램프신호(VRAMP)의 DC 전압 값을 블럭킹하기 위해 두개의 커패시터(C0,C1)가 필요하다는 것이다. 그런데 이들 커패시터들은 CDS 회로(23)의 레이아웃 면적의 대부분을 차지하므로 전체 칩 면적을 증가시킨다.However, the above-described disadvantage of the conventional CDS circuit 23 is that the two capacitors (C0, C1) for sampling and storing the output signal (VIN) of the pixel sensor 21 and blocking the DC voltage value of the ramp signal (VRAMP) Is necessary. However, since these capacitors occupy most of the layout area of the CDS circuit 23, the total chip area is increased.

게다가 종래의 CDS 회로(23)에서는 도 4에 도시된 바와 같이 신호에 오프셋(Voff)을 인가하고자 할 때 S1, 즉 스위치(S1)의 온/오프를 제어하는 신호가 두 번째 하이(High)로 천이한 후에, 즉 신호 샘플링 동작이 모두 끝나고 나서야 비로소 오프셋을 가할 수 있다. 왜냐하면 신호 샘플링 전에 오프셋을 인가할 경우에는 신호 샘플링 시 Vx 노드가 다시 Vsig 전압으로 업데이트(update)되면서 오프셋 값이 사라지기 때문이다. 이와 같이 오프셋을 인가하는 시점이 반드시 신호 샘플링 후에 이루어져야 한다는 것은 CDS 회로(23)의 전체 동작 타이밍에 대한 여유(margin)를 감소시키게 된다.In addition, in the conventional CDS circuit 23, when the offset Voff is to be applied to the signal as shown in FIG. 4, the signal controlling the on / off of the switch S1 goes to the second high. Only after the transition, that is, after all signal sampling operations have been completed, can the offset be added. This is because when the offset is applied before the signal sampling, the offset value disappears as the Vx node is updated with the Vsig voltage again during signal sampling. As such, the time point at which the offset is applied must be made after the signal sampling reduces the margin for the overall operation timing of the CDS circuit 23.

또한 종래의 CDS 회로(23)에서는 첫번째 인버터(INV1)의 입력 커패시턴스와 스위치(S3)의 접합(junction) 커패시턴스가 작게나마 존재하기 때문에, 노드(Vx)로 전달된 램프신호(VRAMP)의 전압이 전부 IN1 노드로 전달되는 것이 아니고 아래의 수학식 만큼의 이득이 가해지게 되어 결국 램프신호(VRAMP)의 전압이 왜곡된다.In the conventional CDS circuit 23, since the input capacitance of the first inverter INV1 and the junction capacitance of the switch S3 are small, the voltage of the ramp signal VRAMP transmitted to the node Vx is reduced. Not all of them are delivered to the IN1 node, but gain is applied as shown in the following equation, resulting in distortion of the voltage of the ramp signal VRAMP.

{C0*C1/(C0+C1)}/{C0*C1/(C0+C1)+Cin}{C0 * C1 / (C0 + C1)} / {C0 * C1 / (C0 + C1) + Cin}

여기에서 Cin은 인버터(INV1)의 입력 커패시턴스와 스위치(S3)의 접합(junction) 커패시턴스의 합을 나타낸다.Here, Cin represents the sum of the input capacitance of the inverter INV1 and the junction capacitance of the switch S3.

따라서 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 픽셀 신호를 샘플링하는 노드와 램프신호를 전달하는 노드를 분리함으로써 사용되는 커패시터의 수를 줄여 레이아웃 면적을 크게 줄일 수 있고 또한 오프셋 전압을 인가하는 타이밍이 다른 동작에 제약을 받지 않도록 하며 또한 램프신호의 전압 왜곡을 없앨 수 있는 CDS 회로를 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the number of capacitors used by separating the node for sampling the pixel signal and the node for transmitting the ramp signal, which can greatly reduce the layout area and the operation of different timing for applying the offset voltage It is to provide a CDS circuit that can be free from the constraints and eliminate the voltage distortion of the ramp signal.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 CDS 회로를 구비하는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a CMOS image sensor having the CDS circuit as described above.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 CDS 회로는, CMOS 이미지 센서의 CDS 회로에 있어서, 상기 CMOS 이미지 센서 내에 포함되는 픽셀 센서의 출력단에 일단이 연결되는 커패시터; 및 포지티브 입력단자에는 램프신호가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가되고 네거티브 입력단자에는 상기 커패시터의 타단이 연결되는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a CDS circuit includes: a CDS circuit of a CMOS image sensor, comprising: a capacitor having one end connected to an output terminal of a pixel sensor included in the CMOS image sensor; And a comparator having a ramp signal directly applied to the positive input terminal without passing through the capacitor and a negative terminal connected to the other end of the capacitor.

상기 CDS 회로는, 상기 픽셀 센서의 출력단과 상기 커패시터의 일단 사이에 연결되는 제1스위치 및/또는 상기 램프신호와 상기 비교기의 포지티브 입력단자 사이에 연결되는 제2스위치를 더 구비할 수 있다.The CDS circuit may further include a first switch connected between an output terminal of the pixel sensor and one end of the capacitor and / or a second switch connected between the ramp signal and a positive input terminal of the comparator.

또한 상기 CDS 회로는, 상기 비교기의 네거티브 입력단자와 상기 비교기의 출력단자 사이에 연결되는 제3스위치를 더 구비할 수 있다.The CDS circuit may further include a third switch connected between the negative input terminal of the comparator and the output terminal of the comparator.

또한 상기 CDS 회로는, 상기 비교기의 출력단에 일단이 연결되는 다른 커패시터; 상기 다른 커패시터의 타단에 입력단이 연결되는 인버터; 및 상기 인버터의 입력단과 상기 인버터의 출력단 사이에 연결되는 다른 스위치를 더 구비할 수 있다.The CDS circuit may further include: another capacitor having one end connected to an output terminal of the comparator; An inverter having an input connected to the other end of the other capacitor; And another switch connected between the input terminal of the inverter and the output terminal of the inverter.

상기 비교기는 차동증폭기로 구성된다.The comparator consists of a differential amplifier.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는, 픽셀 센서; 및 램프신호를 이용하여 상기 픽셀 센서의 출력신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 상호연관 이중 샘플링(correlated double sampling) 회로를 구비하고, 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는, 상기 출력신호가 출력되는 상기 픽셀 센서의 출력단에 일단이 연결되는 커패시터; 및 포지티브 입력단자에는 상기 램프신호가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가되고 네거티브 입력단자에는 상기 커패시터의 타단이 연결되는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a CMOS image sensor includes a pixel sensor; And a correlated double sampling circuit for sampling an output signal of the pixel sensor and converting the output signal of the pixel sensor into a digital signal, wherein the correlated double sampling circuit comprises: the pixel to which the output signal is output; A capacitor having one end connected to the output terminal of the sensor; And a comparator having the ramp signal directly applied to the positive input terminal without passing through the capacitor and the other end of the capacitor connected to the negative input terminal.

본 발명과 본 발명의 동작 상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서용 CDS 회로를 나타내는 회로도이다. 여기에서는 설명의 편의를 위하여 픽셀 센서(51)가 함께 도시되었다.5 is a circuit diagram illustrating a CDS circuit for a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, the pixel sensor 51 is shown together for convenience of description.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CDS 회로(53)는 램프신호(VRAMP)를 이용하여 픽셀 센서(51)의 출력신호(VIN)를 상호연관 이중 샘플링(correlated double sampling)하여 디지털 신호로 변환한다. 본 발명의 일실시예에 따른 CDS 회로(53)는 4개의 스위치들(S1-S4), 2개의 커패시터들(C0,C2), 차동증폭기로 구성되는 비교기(CP), 및 인버터(INV)를 구비한다. 램프신호(VRAMP)는 도 1의 램프신호 발생기(14)에서 발생된다.Referring to FIG. 5, the CDS circuit 53 according to an embodiment of the present invention may correlate double sampling the output signal VIN of the pixel sensor 51 using a ramp signal VRAMP. Convert to a digital signal. The CDS circuit 53 according to an embodiment of the present invention includes four switches S1-S4, two capacitors C0 and C2, a comparator CP composed of a differential amplifier, and an inverter INV. Equipped. The ramp signal VRAMP is generated by the ramp signal generator 14 of FIG. 1.

스위치(S1)는 픽셀 센서(51)의 출력단과 커패시터(C0)의 일단 사이에 연결된다. 커패시터(C0)의 타단은 비교기(CP)의 네거티브 입력단자에 연결된다. 스위치(S2)는 램프신호(VRAMP)와 비교기(CP)의 포지티브 입력단자 사이에 연결된다. 따라서 비교기(CP)의 포지티브 입력단자에는 램프신호(VRAMP)가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가된다. 한편 스위치(S1) 및/또는 스위치(S2)는 필요에 따라 포함되지 않을 수 있다.The switch S1 is connected between the output terminal of the pixel sensor 51 and one end of the capacitor C0. The other end of the capacitor C0 is connected to the negative input terminal of the comparator CP. The switch S2 is connected between the ramp signal VRAMP and the positive input terminal of the comparator CP. Therefore, the ramp signal VRAMP is directly applied to the positive input terminal of the comparator CP without passing through the capacitor. Meanwhile, the switch S1 and / or the switch S2 may not be included as necessary.

스위치(S3)는 비교기(CP)의 네거티브 입력단자와 비교기(CP)의 출력단자 사이에 연결된다. 커패시터(C2)는 비교기(CP)의 출력단에 일단이 연결되고, 인버터(INV)는 커패시터(C2)의 타단에 입력단이 연결되며 인버터(INV)의 출력신호(OUT2)는 도 1에 도시된 데이터 버퍼(13)로 입력된다. 스위치(S4)는 인버터(INV)의 입력단과 인버터(INV)의 출력단 사이에 연결된다.The switch S3 is connected between the negative input terminal of the comparator CP and the output terminal of the comparator CP. One end of the capacitor C2 is connected to the output terminal of the comparator CP, the inverter INV is connected to the other end of the capacitor C2, and the output signal OUT2 of the inverter INV is the data shown in FIG. It is input to the buffer 13. The switch S4 is connected between the input terminal of the inverter INV and the output terminal of the inverter INV.

좀더 설명하면, 본 발명에 따른 CDS 회로에서는 비교기(CP)로서 차동증폭기를 사용하여 네거티브 입력단자에는 커패시터(C0)를 통해 픽셀 센서(51)의 출력신호(VIN), 다시말해 픽셀 센서(51)의 리셋전압(Vres)과 픽셀신호 전압(Vsig)의 차이를 샘플링 하도록 하고 포지티브 입력단자에는 램프신호(VRAMP)가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가되도록 한다. 이에 따라 종래의 CDS 회로에 비해 커패시터가 한개 감소된다.More specifically, in the CDS circuit according to the present invention, a differential amplifier is used as a comparator CP, and an output signal VIN of the pixel sensor 51 through the capacitor C0 is applied to the negative input terminal, that is, the pixel sensor 51. The difference between the reset voltage Vres and the pixel signal voltage Vsig is sampled and the ramp signal VRAMP is directly applied to the positive input terminal without passing through the capacitor. This reduces one capacitor compared to conventional CDS circuits.

도 6은 도 5의 본 발명에 따른 CDS 회로의 동작 타이밍도이다. 이를 참조하여 도 5의 본 발명에 따른 CDS 회로의 동작이 상세히 설명된다. 먼저 ① 지점에서 스위치들(S1-S4)가 모두 턴온된다. 이에 따라 램프신호(VRAMP)의 시작전압인 Vcom이 비교기(CP)의 포지티브(+) 입력단자로 들어오고 비교기(CP)는 단일이득(unity-gain)의 피드백이 걸려있으므로 IN1 노드 역시 Vcom 레벨로 잡히게 된다.6 is an operation timing diagram of a CDS circuit according to the present invention of FIG. 5. The operation of the CDS circuit according to the present invention of FIG. 5 is described in detail with reference to this. First, all the switches S1-S4 are turned on at the ① point. As a result, Vcom, the start voltage of the ramp signal VRAMP, enters the positive input terminal of the comparator CP and the comparator CP receives unity-gain feedback. Got caught.

다음에 ② 지점에서 스위치들(S1-S4)이 모두 턴오프된 후 픽셀 센서(51)의 제어신호(TG)가 논리 하이로 활성화되면서 픽셀신호 전압(Vsig)이 픽셀 센서(51)의 출력단(Vin)에 전송된다. 다음에 ③ 지점에서 S1과 S2가 다시 턴온되면서 픽셀 센서(51)의 리셋전압(Vres)과 픽셀신호 전압(Vsig) 사이의 차이가 C0에 저장된다. 다음에 ④ 지점에서 램프신호(VRAMP)의 전압레벨이 떨어지기 시작하고 Vcom으로부터 Vres-Vsig 만큼 떨어지게 되는 시점인 ⑤ 지점에서 최종 출력인 OUT2가 로우로부터 하이로 천이하게 된다. 이때의 카운터(미도시) 코드 값(CODE)이 픽셀의 출력 값이 된다.Next, after all of the switches S1-S4 are turned off at the point ②, the control signal TG of the pixel sensor 51 is activated to a logic high, so that the pixel signal voltage Vsig becomes the output terminal of the pixel sensor 51. Vin). Next, at the point 3, S1 and S2 are turned on again, and the difference between the reset voltage Vres and the pixel signal voltage Vsig of the pixel sensor 51 is stored in C0. Next, at the point ④, the voltage level of the ramp signal VRAMP begins to drop and at the point ⑤ where Vres-Vsig is dropped from Vcom, the final output OUT2 transitions from low to high. At this time, the counter (not shown) code value CODE becomes an output value of the pixel.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiment has been disclosed in the drawings and specification above. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 CDS 회로에서는 종래기술에 비해 커패시터 한개가 감소되므로 레이아웃 면적이 크게 감소될 수 있다. 또한 도 7에서 볼 수 있듯이 오프셋 전압(Voff)을 인가할 경우 종래기술과는 달리 신호 샘플링이 완료될 때까지 기다리지 않아도 된다. 왜냐하면 픽셀 센서(51)의 출력신호(VIN), 즉 픽셀 센서(51)의 리셋전압(Vres)과 픽셀신호 전압(Vsig)을 샘플링하는 노드와 램프전압(VRAMP)이 전달되는 노드가 서로 다르기 때문이다. 이에 따라 오프셋 전압(Voff)을 인가하는 동작이 다른 신호 샘플링 동작으로부터 독립적이기 때문에 CDS 타이밍을 좀 더 여유있게 운용할 수 있게 된다. 또한 램프신호(VRAMP)가 직접 비교기(CP)의 포지티브(+) 입력단자에 인가되므로 기생 커패시턴스 성분에 의한 램프신호의 전압왜곡이 없어지는 장점이 있다.As described above, in the CDS circuit according to the present invention, since one capacitor is reduced as compared with the related art, the layout area may be greatly reduced. In addition, as shown in FIG. 7, when the offset voltage Voff is applied, there is no need to wait until signal sampling is completed, unlike in the prior art. This is because the node sampling the output signal VIN of the pixel sensor 51, that is, the node sampling the reset voltage Vres and the pixel signal voltage Vsig of the pixel sensor 51 and the node to which the ramp voltage VRAMP is transmitted are different from each other. to be. Accordingly, since the operation of applying the offset voltage Voff is independent from other signal sampling operations, the CDS timing can be more relaxedly operated. In addition, since the ramp signal VRAMP is directly applied to the positive input terminal of the comparator CP, there is an advantage in that voltage distortion of the ramp signal due to parasitic capacitance components is eliminated.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 CDS 구조를 갖는 칼럼 병렬(Column-parallel) 방식의 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.1 is a block diagram of a column-parallel CMOS image sensor having a CDS structure.

도 2는 도 1에 도시된 액티브 픽셀 센서 및 CDS 회로를 나타내는 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an active pixel sensor and a CDS circuit shown in FIG. 1.

도 3은 도 2의 CDS 회로의 동작 타이밍도이다.3 is an operation timing diagram of the CDS circuit of FIG. 2.

도 4는 도 2의 CDS 회로에서 오프셋을 인가하고자 할 때의 타이밍도이다.4 is a timing diagram when an offset is to be applied in the CDS circuit of FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서용 CDS 회로를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a CDS circuit for a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 본 발명에 따른 CDS 회로의 동작 타이밍도이다.6 is an operation timing diagram of a CDS circuit according to the present invention of FIG. 5.

도 7은 도 5의 CDS 회로에서 오프셋을 인가하고자 할 때의 타이밍도이다.FIG. 7 is a timing diagram when an offset is to be applied in the CDS circuit of FIG. 5.

Claims (14)

CMOS 이미지 센서의 상호연관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS) 회로에 있어서,In a correlated double sampling (CDS) circuit of a CMOS image sensor, 상기 CMOS 이미지 센서 내에 포함되는 픽셀 센서의 출력단에 일단이 연결되는 커패시터; 및A capacitor having one end connected to an output terminal of the pixel sensor included in the CMOS image sensor; And 포지티브 입력단자에는 램프신호가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가되고 네거티브 입력단자에는 상기 커패시터의 타단이 연결되는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.And a comparator having a ramp signal directly applied to the positive input terminal without passing through the capacitor, and a comparator connected to the negative input terminal of the other end of the capacitor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 픽셀 센서의 출력단과 상기 커패시터의 일단 사이에 연결되는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.And a switch coupled between the output terminal of the pixel sensor and one end of the capacitor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 램프신호와 상기 비교기의 포지티브 입력단자 사이에 연결되는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.And a switch coupled between the ramp signal and the positive input terminal of the comparator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 픽셀 센서의 출력단과 상기 커패시터의 일단 사이에 연결되는 제1스위치; 및A first switch connected between an output terminal of the pixel sensor and one end of the capacitor; And 상기 램프신호와 상기 비교기의 포지티브 입력단자 사이에 연결되는 제2스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.And a second switch connected between the ramp signal and the positive input terminal of the comparator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비교기의 네거티브 입력단자와 상기 비교기의 출력단자 사이에 연결되는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.And a switch connected between the negative input terminal of the comparator and the output terminal of the comparator. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 비교기의 출력단에 일단이 연결되는 다른 커패시터;Another capacitor having one end connected to an output terminal of the comparator; 상기 다른 커패시터의 타단에 입력단이 연결되는 인버터; 및An inverter having an input connected to the other end of the other capacitor; And 상기 인버터의 입력단과 상기 인버터의 출력단 사이에 연결되는 다른 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.And a further switch connected between the input end of the inverter and the output end of the inverter. 제1항에 있어서, 상기 비교기는 차동증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 상호연관 이중 샘플링 회로.2. The correlated double sampling circuit of claim 1, wherein the comparator comprises a differential amplifier. 픽셀 센서; 및Pixel sensors; And 램프신호를 이용하여 상기 픽셀 센서의 출력신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 상호연관 이중 샘플링(correlated double sampling) 회로를 구비하고,A correlated double sampling circuit for sampling the output signal of the pixel sensor using a ramp signal and converting the signal into a digital signal; 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는,The correlated double sampling circuit, 상기 출력신호가 출력되는 상기 픽셀 센서의 출력단에 일단이 연결되는 커패시터; 및A capacitor having one end connected to an output terminal of the pixel sensor to which the output signal is output; And 포지티브 입력단자에는 상기 램프신호가 커패시터를 경유하지 않고 직접 인가되고 네거티브 입력단자에는 상기 커패시터의 타단이 연결되는 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a comparator having a positive input terminal directly applied to the ramp signal without passing through a capacitor and a negative input terminal having a comparator connected to the other end of the capacitor. 제8항에 있어서, 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는,The method of claim 8, wherein the correlated double sampling circuit comprises: 상기 픽셀 센서의 출력단과 상기 커패시터의 일단 사이에 연결되는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a switch connected between the output terminal of the pixel sensor and one end of the capacitor. 제8항에 있어서, 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는,The method of claim 8, wherein the correlated double sampling circuit comprises: 상기 램프신호와 상기 비교기의 포지티브 입력단자 사이에 연결되는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a switch connected between the ramp signal and a positive input terminal of the comparator. 제8항에 있어서, 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는,The method of claim 8, wherein the correlated double sampling circuit comprises: 상기 픽셀 센서의 출력단과 상기 커패시터의 일단 사이에 연결되는 제1스위치; 및A first switch connected between an output terminal of the pixel sensor and one end of the capacitor; And 상기 램프신호와 상기 비교기의 포지티브 입력단자 사이에 연결되는 제2스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a second switch connected between the ramp signal and a positive input terminal of the comparator. 제8항에 있어서, 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는,The method of claim 8, wherein the correlated double sampling circuit comprises: 상기 비교기의 네거티브 입력단자와 상기 비교기의 출력단자 사이에 연결되는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And a switch connected between the negative input terminal of the comparator and the output terminal of the comparator. 제12항에 있어서, 상기 상호연관 이중 샘플링 회로는,The method of claim 12, wherein the correlated double sampling circuit comprises: 상기 비교기의 출력단에 일단이 연결되는 다른 커패시터;Another capacitor having one end connected to an output terminal of the comparator; 상기 다른 커패시터의 타단에 입력단이 연결되는 인버터; 및An inverter having an input connected to the other end of the other capacitor; And 상기 인버터의 입력단과 상기 인버터의 출력단 사이에 연결되는 다른 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.And another switch connected between the input terminal of the inverter and the output terminal of the inverter. 제8항에 있어서, 상기 비교기는 차동증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.10. The CMOS image sensor of claim 8, wherein the comparator comprises a differential amplifier.
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