KR20050090587A - 고조도 촬상시 발생하는 신호 왜곡을 방지할 수 있는ｃｍｏｓ 이미지 센서 - Google Patents

고조도 촬상시 발생하는 신호 왜곡을 방지할 수 있는ｃｍｏｓ 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고조도 촬상시 발생하는 신호 왜곡을 방지할 수 있는 CMOS 이미지 센서를 개시한다. 이와같은 CMOS 이미지 센서는 외부의 광을 감지하여 전하를 생성하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 저장하기 위한 플로팅 확산 영역, 상기 전하를 상기 플로팅 확산 영역으로 이동시키는 트랜스퍼 트랜지스터 및 상기 플로팅 확산 영역을 주기적으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터로 각각 구성되는 다수의 단위 화소를 포함한다. 상기 단위 화소의 출력단에 부하 디바이스가 연결되어 있고, 상기 단위 화소와 부하 디바이스 사이의 출력단에 상기 리셋 트랜지스터의 동작시, 상기 출력단에 일정 레벨의 기준 전압을 공급하는 기준 전압 제공부가 연결되어 있다. 또한, 기준 전압 제공부는 비휘발성 메모리 소자를 구비하는 기준 전압 조절부와 연결되어 있어, 신호 마진 부족시 기준 전압을 조절한다.

Description

고조도 촬상시 발생하는 신호 왜곡을 방지할 수 있는 ＣＭＯＳ 이미지 센서{CMOS image sensor preventable signal distortion at excessive high illumination condition}
본 발명은 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서에 관한 것으로, 외부 광에 의해 전하를 생성하는 포토 다이오드 및 포토 다이오드에서 생성된 전하를 전송 및 출력하는 다수의 단위 화소들로 구성되는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 이러한 이미지 센서로는 대표적으로 CCD(charge coupled device) 및 CMOS 이미지 센서가 있다. CCD는 다수개의 MOS 캐패시터를 포함하며, 이 모스 캐패시터에 전하(캐리어)를 이동시키므로써 동작된다. CMOS 이미지 센서는 CMOS를 포함하는 다수의 단위 픽셀로 구성되고, 이러한 단위 픽셀은 제어 회로 및 신호 처리에 의해 구동된다.
상기한 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소모가 크며, 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 시그널 프로세싱(signal processing) 회로를 상기 CCD 칩내에 집적할 수 없으므로 원-칩(one-chip)이 곤란하다는 단점들이 있다. 한편, CMOS 이미지 센서는 기존에 상용되고 있는 CMOS 기술에 의해 제작 가능하므로, 현재에는 제조가 용이한 CMOS 이미지 센서에 대한 연구 개발이 주로 진행되고 있다.
이와같은 CMOS 이미지 센서는 다수의 단위 화소(pixel)로 구성된다. 단위 화소는 포토 다이오드와 MOS 트랜지스터들로 구성되고, 스위칭 방식에 의해 단위 화소를 차례로 검출함으로써 이미지를 구현할 수 있다.
여기서, 일반적인 CMOS 이미지 센서에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지 센서의 단위 화소(pix)는 포토 다이오드(PD), 트랜스퍼(transfer) 트랜지스터(Tx), 리셋(reset) 트랜지스터(Rx), 드라이브(drive) 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트(select) 트랜지스터(Sx)로 구성된다.
포토 다이오드(PD)는 광을 인가받아 광전하를 생성하고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 플로팅 확산 영역(FD)으로 전하를 이동시키는 역할을 한다. 리셋 트랜지스터(Rx)는 주기적으로 플로팅 확산 영역(FD)을 리셋시키는 역할을 한다. 드라이브 트랜지스터(Rx)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 한다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 셀렉트 신호 라인과 연결되어, 단위 화소 선택하는 역할을 한다.
단위 화소(pix)의 출력단에는 단위 화소(pix)의 출력 신호를 독출할 수 있도록 부하 트랜지스터(rx)가 연결된다.
이러한 구성을 갖는 CMOS 이미지 센서의 동작에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 2의 "Rs"는 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트에 인가되는 신호(이하, 리셋 신호)이고, "Tg"는 트랜스퍼 트랜지스터(Tg)의 게이트에 인가되는 신호(이하, 트랜스퍼 신호)이며, "out"은 CMOS 이미지 센서의 출력 전압(혹은 출력 포텐셜)을 나타낸다.
포토 다이오드(PD)는 광을 감지하여(a 상태), 감지된 광량에 따른 전자를 발생시킨다. 포토 다이오드(PD)에 의해 발생된 전하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트 장벽에 의해 포토 다이오드 영역(도 2의 PD)에 구속되어 있게 된다.
그후, 플로팅 확산 영역(FD)을 비우기 위하여, 리셋 신호를 인가한다(b 상태). 그러면, 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트 전위 장벽이 낮아지게 되어, 플로팅 확산 영역(FD)에 충전되어 있던 전하가 외부로 방출된다. 이에따라, 플로팅 확산 영역(FD)은 전하 수용 가능 상태가 된다.
상기 리셋 신호(Rs)를 인가한 후, 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트 전위 장벽은 원 상태로 복원된다(c 상태). 이때, CMOS 이미지 센서의 출력 전압(out)은 피드 쓰루(feed-through) 및 커플링(coupling)등에 의하여 소정치 만큼 전압 강하가 일어난다.
그후, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트(Tg)에 트랜스퍼 신호를 인가하면, 트랜스퍼 게이트(Tg)의 전위 장벽이 낮아져, 포토 다이오드(PD)에서 발생된 전하들이 플로팅 확산 영역(FD)쪽으로 이동된다. 이에따라, 플로팅 확산 영역(FD)에 전하가 충전되고, 출력 포텐셜이 감소된다. 이때, CMOS 이미지 센서의 출력 신호(SIGNAL)는 c 상태와 d 상태의 차이로 정의된다.
한편, 상기한 CMOS 이미지 센서는 태양 또는 할로겐 광원과 같이 과도 광원을 촬상할 수 있다.
이러한 경우, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(PD)는 상기 과도 광원에 의하여 다량의 전하를 발생한다(A 상태). 이러한 다량의 전하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)에 전위 장벽을 낮추지 않은 상태에서도, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트 전위 장벽 넘어, 플로팅 확산 영역(FD)으로 오버플로우(OVERFLOW)된다.
이어서, 플로팅 확산 영역(FD)에 채워진 전하를 배출하기 위하여, 리셋 신호(Rs)를 인가하면, 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트 전위 장벽이 낮아져, 플로팅 확산 영역(FD)의 전하가 배출된다(B 상태).
리셋 신호(Rs)를 인가한 후, 리셋 트랜지스터의 게이트 전위 장벽이 원 상태로 복원된다(C 상태) 이때, 포토 다이오드(PD)에 의해 발생된 전하는 플로팅 확산 영역(FD)의 리셋되는 동안 및 리셋 이후에도 지속적으로 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트 전위 장벽을 넘어 오버플로우된다.
그후, 트랜스퍼 신호(Tg)를 인가하면, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전위 장벽이 낮아져, 포토 다이오드(PD)에 의해 형성된 전하들이 플로팅 확산 영역(FD)으로 이동된다(D 상태).
그러나, 상기 도 4 및 도 5에서와 같이, 리셋 신호(Rs)가 인가(B 상태) 및 인가 후(C 상태)에도, 포토 다이오드(PD)에 의해 생성된 전하가 플로팅 확산 영역(FD)쪽으로 지속적으로 오버플로우되고 있으므로, 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 전위가 낮아지더라도, 약간의 전하만이 플로팅 확산 영역(FD)으로 이동하게 된다.
이에따라, C 상태의 전하량과 D 상태의 전하량의 차이가 그리 크지 않게 되어, CMOS 이미지 센서의 출력 신호(SIGNAL)가 매우 작게된다. 이와 같이 CMOS 이미지 센서의 출력 신호가 작으면, 태양과 같은 광을 촬상하는 경우, 태양 주위는 밝은 색으로 나타나는 한편, 광원 자체는 어둡게 나타나는 신호 역전 현상이 나타나게 된다.
이와같은 신호 역전 현상을 방지하기 위하여 종래에는 도 6에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지 센서의 출력단에 기준 전압 제공부(10)를 설치하는 기술이 제안되었다. 기준 전압 제공부(10)는 리셋 신호(Rs) 인가시, 전하의 오버플로우로 인하여, 출력 포텐셜 레벨이 정상 촬상시보다 급격히 저하되는 것을 방지하기 위하여, 출력 포텐셜 레벨의 한계치를 설정하는 역할을 한다. 기준 전압부(10)는 리셋 신호 샘플링(sampling)시(리셋 신호 인가시), 선택 신호를 출력하는 라인(S)과 연결된 게이트, 기준 전압이 공급되는 라인(LV : limiting volt)과 접속된 드레인 및 출력단과 연결된 소오스를 포함하는 MOS 트랜지스터일 수 있다.
이와같은 기준 전압 제공부(10)는 리셋 신호 샘플링시에만 동작되도록 설계되어, 전하의 오버플로우에 의해 출력 포텐셜이 감소되더라도, 이미 설정된 기준 전압(LV)이 공급되므로써, 출력 신호를 보정할 수 있다.
그러나, 이와같이 기준 전압 제공부(10)를 출력단에 제공하는 경우 다음과 같은 문제점이 발생될 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 리셋 신호 인가후, 상기 기준 전압 제공부(10)의 동작에 의해, 기준 전압 레벨(x2)이 실제 출력 전압 레벨(normal out:x1) 보다 큰 경우가 종종 발생될 수 있다.
이러한 경우, 출력 신호는 실제 출력 전압 레벨이 아닌 기준 전압에 의해 결정되므로, 신호를 왜곡시킬 수 있다. 즉, 기준 전압 레벨(x2)이 리셋 신호가 인가된 직후의 실제 전압 레벨(x1)보다 약간 큰 경우, 출력 신호는 기준 전압 레벨(x2)과 트랜스퍼 신호 인가시의 전압 레벨의 차로 결정된다. 이로 인해, 기준 전압 레벨(x2)과 리셋 신호 인가 직후의 실제 신호 레벨(x1)사이의 갭 만큼 신호 왜곡이 발생된다. 이러한 신호 왜곡으로 인하여, 완전한 다크를 실현하기 어렵고, 이로 인해 이미지 센서의 수율이 저하된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 과도 광원 인가시 신호 역전 현상을 방지함과 동시에, 정상 동작시 신호 왜곡 현상을 방지할 수 있는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 CMOS 이미지 센서는 다수의 단위 화소와 상기 단위 화소의 출력단에 연결되어, 출력 전압을 측정하기 위한 부하 디바이스를 포함한다. 상기 단위 화소와 부하 디바이스 사이의 출력단에 선택적으로 일정 레벨의 기준 전압을 공급하는 기준 전압 제공부가 연결된다. 본 실시예에서의 기준 전압은 경우에 따라, 기준 전압 조절부에 의해 조절된다.
상기 단위 화소는, 외부의 광을 감지하여 전하를 생성하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 저장하기 위한 플로팅 확산 영역, 상기 전하를 상기 플로팅 확산 영역으로 이동시키는 트랜스퍼 트랜지스터, 상기 플로팅 확산 영역을 주기적으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 플로팅 확산 영역의 전위를 증폭시키는 드라이브 트랜지스터, 및 상기 단위 화소를 선택하기 위한 셀렉트 트랜지스터를 포함한다.
상기 기준 전압 제공부는, 상기 리셋 트랜지스터를 동작시키기 위한 리셋 신호 샘플링시, 스위칭되어 소정의 기준 전압을 상기 출력단에 전달하는 MOS 트랜지스터임이 바람직하다.
상기 기준 전압 조절부는 상기 입력 신호에 따라 출력 신호가 변화되는 비휘발성 메모리 소자를 포함하고, 상기 비휘발성 메모리 소자의 출력 신호가 상기 기준 전압 제공부의 기준 전압이 된다.
상기 기준 전압 조절부는 입력 패드, 상기 입력 패드와 연결되어, 입력 패드로부터 입력되는 신호를 안정화하기 위한 제 1 및 제 2 저항, 상기 제 1 및 제 2 저항에 의해 안정화된 입력 신호에 따라 특정한 신호를 출력하는 비휘발성 메모리 소자, 및 상기 비휘발성 메모리 소자의 소오스 및 드레인에 각각 연결되는 버퍼 트랜지스터를 포함한다.
상기 비휘발성 메모리 소자는 SONOS 또는 플래쉬 메모리 소자일 수 있다.
상기 입력 패드에는 전압 스트레스 인가됨이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는, 외부의 광을 감지하여 전하를 생성하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 저장하기 위한 플로팅 확산 영역, 상기 전하를 상기 플로팅 확산 영역으로 이동시키는 트랜스퍼 트랜지스터 및 상기 플로팅 확산 영역을 주기적으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터로 각각 구성되는 다수의 단위 화소를 포함한다. 이러한 단위 화소의 출력단에 부하 디바이스가 연결된다. 상기 단위 화소와 부하 디바이스 사이의 출력단에 상기 리셋 트랜지스터의 동작시, 상기 출력단에 일정 레벨의 기준 전압을 공급하는 기준 전압 제공부가 연결되어 있다. 또한, 상기 기준 전압 제공부는 기준 전압 조절부와 연결되어, 신호 마진이 확보될 수 있도록 기준 전압을 제어한다. 이때, 상기 기준 전압 제공부는 입력 신호에 따라 출력 신호가 가변되는 비휘발성 메모리 소자를 포함한다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 8은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서를 나타낸 회로도이다. 도 9는 도 8의 문턱 전압 조절부를 나타낸 회로도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, CMOS 이미지 센서는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 단위 화소(pix), 단위 화소의 출력 신호를 독출하기 위한 부하 트랜지스터(rx), 기준 전압 제공부(10) 및 기준 전압 조절부(100)로 구성된다.
각각의 단위 화소(pix)는 외부의 광을 감지하여 전하를 생성하는 포토 다이오드(PD)와, 포토 다이오드(PD)에 의해 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 이동시키는 트랜스퍼 트랜지스터(Tg)와, 주기적으로 플로팅 확산 영역(FD)을 리셋시키는 리셋 트랜지스터(Rx)와, 플로팅 확산 영역(FD)의 전위를 증폭시킬 수 있도록 소스 팔로워 버퍼 증폭기 역할을 하는 드라이브 트랜지스터, 및 셀렉트 신호에 따라 해당 단위 화소를 구동시키는 셀렉트 트랜지스터(Sx)로 구성된다.
보다 구체적으로는, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 그것의 게이트가 트랜스퍼 신호 라인(Tg)과 연결되고, 그것의 드레인(혹은 소오스)은 플로팅 확산 영역(FD)과 연결되며(예컨대 트랜스퍼 트랜지스터의 드레인은 플로팅 확산 영역일 수 있다), 그것의 소오스(혹은 드레인)는 포토 다이오드(PD)와 연결된다. 또한, 리셋 트랜지스터(Rx)는 그것의 게이트가 리셋 신호 라인(Rs)과 연결되고, 그것의 드레인(혹은 소오스)은 전원 전압 라인과 연결되어 있으며, 그것의 소오스(혹은 드레인)는 상기 플로팅 확산 영역(FD)과 접속된다(예컨대, 리셋 트랜지스터의 소오스와 트랜스퍼 트랜지스터의 드레인 및 플로팅 확산 영역은 공통일 수 있다). 드라이브 트랜지스터(Dx)는 그것의 게이트가 플로팅 확산 영역(FD)에 접속되고, 그것의 드레인에는 전원 전압이 공급되고 있다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 그것의 게이트가 셀렉트 신호 라인(RSEL)과 연결되고, 그것의 드레인은 상기 드라이브 트랜지스터(Dx)의 소오스와 접속된다.
CMOS 이미지 센서는 다수의 출력 라인(OL)을 포함한다. 동일한 열에 위치된 단위 화소(pix)들은 하나의 출력 라인(OL)에 연결된다. 바람직하게는, 각 단위 화소의 셀렉트 트랜지스터(Sx)들은 하나의 출력 라인(OL)에 그것의 소오스들이 공통 접속된다. 또한, 각각의 출력 라인(OL)마다 부하 트랜지스터(rx)가 연결되어 있다. 부하 트랜지스터(rx)는 외부 바이어스 전압(VBias)에 응답하여 동작되며, 선택된 단위 화소(pix)의 출력 신호를 독출하는 역할을 한다.
상기 기준 전압 제공부(10)는 단위 화소(pix)와 부하 트랜지스터(rx) 사이를 연결하는 출력 라인(OL)과 연결되며, 리셋 신호 샘플링시(리셋 신호 인가 직후), 상기 출력 라인(OL)에 일정 레벨의 출력 신호를 제공한다. 이러한 기준 전압 제공부(10)는 MOS 트랜지스터로 구성되고, 이 MOS 트랜지스터는 리셋 신호 샘플링시 즉, 선택 신호를 출력하는 라인(S1)으로부터 선택 신호가 인가되면 소정의 기준 전압을 상기 출력 라인(OL)에 제공하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 기준 전압 제공부(10)를 구성하는 MOS 트랜지스터의 게이트는 선택 신호를 출력하는 라인(S1)과 연결되고, 그것의 드레인은 소정의 기준 전압이 흐르는 기준 전압 라인(LV)과 연결되고, 그것의 소오스는 출력 라인(OL)과 연결된다.
이때, 기준 전압 라인(LV)은 기준 전압 조절부(100)와 연결되어, 기준 전압 조절부(100)로부터 가변적인 기준 전압을 제공받는다. 즉, 상기 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 기준 전압 제공부(10)로부터 일정한 전압을 지속적으로 제공받게 되는 경우, CMOS 이미지 소자의 정상 동작시, 신호 마진의 부족으로 신호 왜곡 현상이 발생될 수 있다. 이에따라, 본 실시예에서는 리셋 신호 인가후의 전압 레벨과 기준 전압 레벨의 차 즉, 신호 마진에 따라, 적정한 기준 전압을 제공할 수 있도록, 기준 전압 조절부(100)를 설치한다.
본 실시예의 기준 전압 조절부(100)는 입력 신호에 따라, 출력 신호의 레벨이 가변되도록 설계한다. 이러한 기준 전압 조절부(100)는 게이트에 라이팅(writing)된 신호(문턱 전압)에 따라 출력 전압을 조절하는 비휘발성 메모리 소자(110)를 포함한다. 이러한 비휘발성 메모리 소자로는 예컨대 SONOS(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon) 소자 또는 플래쉬 메모리 소자가 이용될 수 있다. 이러한 SONOS 소자 및 플래쉬 메모리 소자는 알려진 바와 같이 전원이 제공되지 않더라도 ONO막 또는 플로팅 게이트 전극에 소정의 전하를 저장하고 있으므로, 게이트에 입력되는 전압(문턱 전압)에 따라 출력 전압을 조절할 수 있는 기능이 있다.
이와같은 비휘발성 메모리 소자를 갖는 기준 전압 조절부(100)는 입력 패드로부터 인가되는 소정 신호(예컨대 스트레스)를 안정화시키는 저항(R1,R2)과, 상기 저항(R1,R2)에 의해 안정화된 입력 신호에 따라 소정의 전압을 출력하는 비휘발성 메모리 소자(110)를 포함한다. 또한, 비휘발성 메모리 소자(110)의 드레인 및 소오스에는 게이트와 드레인이 공통 접속된 형태의 버퍼 트랜지스터(M1,M2)가 각각 연결된다.
이와같은 구성을 갖는 본 발명의 CMOS 이미지 센서는 다음과 같이 동작한다.
상기 도 3, 도 5 및 도 7에서와 같이, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하는 리셋된 플로팅 확산 영역에 트랜스퍼 트랜지스터의 동작에 의해 전달된다.
이때, 광원과 같이 다량의 전하를 유발하는 매체를 촬상하는 경우, 도 5와 같이, 출력 신호가 확보되지 않는 경우가 종종 발생할 수 있다. 이러한 경우, 기준 전압 제공부(10)로부터 일정 레벨의 전압을 제공하였다. 이때, 상술한 바와 같이, 지속적인 기준 전압을 제공하게 되면, 정상 동작시 신호 마진이 일정치 이하로 감소되는 현상이 발생될 수 있다.
본 실시예에서는 리셋 신호 인가후(리셋 신호 샘플링시), 신호 마진에 따라, 차별적인 기준 전압을 제공할 수 있도록 기준 전압 조절부(100)를 설치하고, 이를 동작시킨다.
즉, 도 10에서와 같이, 우선, 리셋 신호 인가후 출력 신호 레벨을 측정한다(S1).
그후, 리셋 신호 인가후 출력 신호 레벨과 트랜스퍼 신호 인가후 출력 신호 레벨의 차(이하, 신호 마진)를 구한다음, 이것이 일정치 이상인가를 비교한다(S2).
상기 신호 마진이 일정치 이상이면, 기준 전압 조절부(100)의 동작을 멈춘다(S3). 한편, 상기 신호 마진이 일정치 이하이면, 기준 전압 조절부(100)를 동작시켜, 상기 신호 마진이 일정치 이상을 유지하도록 가변 전압을 출력한다(S4). 즉, 기준 전압 조절부(100)는 상기에서 설명한 바와 같이, 입력 패드(IN)에 가해지는 신호(스트레스)에 따라, 가변적인 전압을 출력할 수 있도록 비휘발성 메모리 소자(110)를 포함하고 있으므로, 신호 마진에 따라, 차별적으로 기준 전압을 제공할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, CMOS 이미지 센서에서 리셋 신호 샘플링시 출력 포텐셜이 일정 레벨 이하로 저하되지 않도록 기준 전압 제공부를 설치하고, 동시에 상기 기준 전압 제공부에서 제공되는 전압 레벨과 리셋 신호 샘플링시 전압 레벨과의 신호 마진이 일정치 이상이 되도록 기준 전압을 가변시키는 기준 전압 조절부를 설치한다. 이러한 기준 전압 조절부는 SONOS 및 플레쉬 메모리 소자와 같이 게이트에 인가되는 문턱 전압에 따라 출력 전압이 가변될 수 있는 비휘발성 메모리 소자를 포함하도록 설계된다.
이와같이, 기준 전압을 가변시킴에 따라, 과도 광원 촬상시 신호 역전 현상을 방지할 수 있고, 지속적으로 일정한 신호 마진을 확보할 수 있어, 신호 왜곡을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 화소를 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1의 동작 타이밍도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 트랜스퍼 트랜지스터의 동작에 따른 전하 이송을 보여주는 도면이다.
도 4는 일반적인 CMOS 이미지 센서가 과도 광원을 촬상하는 경우의 동작 타이밍도이다.
도 5는 일반적인 CMOS 이미지 센서가 과도 광원을 촬상하는 경우, 트랜지스퍼 트랜지스터의 동작에 따른 전하 이송을 보여주는 도면이다.
도 6은 종래의 기준 전압 제공부를 갖는 CMOS 이미지 센서의 단위 화로를 나타낸 회로도이다.
도 7은 도 6의 동작 타이밍도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 기준 전압 조절부를 갖는 CMOS 이미지 센서를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명에 따른 기준 전압 조절부를 나타내는 회로도이다.
도 10은 본 발명에 따른 기준 전압 조절부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims (10)

  1. 다수의 단위 화소;
    상기 단위 화소의 출력단에 연결되는 부하 디바이스;
    상기 단위 화소와 부하 디바이스 사이의 출력단에 연결되어, 상기 출력단에 선택적으로 일정 레벨의 기준 전압을 공급하는 기준 전압 제공부; 및
    상기 기준 전압 제공부에서 공급하는 기준 전압을 제어하는 기준 전압 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 화소는,
    외부의 광을 감지하여 전하를 생성하는 포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 저장하기 위한 플로팅 확산 영역;
    상기 전하를 상기 플로팅 확산 영역으로 이동시키는 트랜스퍼 트랜지스터;
    상기 플로팅 확산 영역을 주기적으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터;
    상기 플로팅 확산 영역의 전위를 증폭시키는 드라이브 트랜지스터; 및
    상기 단위 화소를 선택하기 위한 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 전압 제공부는,
    상기 리셋 트랜지스터를 동작시키기 위한 리셋 신호 샘플링시, 스위칭되어 소정의 기준 전압을 상기 출력단에 전달하는 MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 전압 조절부는 상기 입력 신호에 따라 출력 신호가 변화되는 비휘발성 메모리 소자를 포함하고,
    상기 비휘발성 메모리 소자의 출력 신호가 상기 기준 전압 제공부의 기준 전압이 되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 전압 조절부는 상기
    입력 패드;
    상기 입력 패드와 연결되어, 입력 패드로부터 입력되는 신호를 안정화하기 위한 제 1 및 제 2 저항;
    상기 제 1 및 제 2 저항에 의해 안정화된 입력 신호에 따라 특정한 신호를 출력하는 비휘발성 메모리 소자; 및
    상기 비휘발성 메모리 소자의 소오스 및 드레인에 각각 연결되는 버퍼 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리 소자는 SONOS 또는 플래쉬 메모리 소자인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 입력 패드에, 전압 스트레스를 인가하여 기준 전압을 변화시키는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  8. 외부의 광을 감지하여 전하를 생성하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 저장하기 위한 플로팅 확산 영역, 상기 전하를 상기 플로팅 확산 영역으로 이동시키는 트랜스퍼 트랜지스터 및 상기 플로팅 확산 영역을 주기적으로 리셋시키는 리셋 트랜지스터로 각각 구성되는 다수의 단위 화소;
    상기 단위 화소의 출력단에 연결되는 부하 디바이스;
    상기 단위 화소와 부하 디바이스 사이의 출력단에 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터의 동작시, 상기 출력단에 일정 레벨의 기준 전압을 공급하는 기준 전압 제공부; 및
    상기 기준 전압 제공부에서 제공하는 기준 전압을 제어하는 기준 전압 조절부를 포함하며,
    상기 기준 전압 제공부는 입력 신호에 따라 출력 신호가 가변되는 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기준 전압 제공부는 MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 기준 전압 조절부는
    소정의 전압 스트레스가 인가되는 입력 패드;
    상기 입력 패드와 연결되어, 입력 패드로부터 입력되는 전압 스트레스를 안정화하기 위한 제 1 및 제 2 저항;
    상기 제 1 및 제 2 저항에 의해 안정화된 전압 스트레스에 따라 특정한 신호를 출력하는 비휘발성 메모리 소자; 및
    상기 비휘발성 메모리 소자의 소오스 및 드레인에 각각 연결되는 버퍼 트랜지스터를 포함하며,
    상기 비휘발성 메모리 소자는 SONOS 또는 플래쉬 메모리 소자인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
KR1020040015737A 2004-03-09 2004-03-09 고조도 촬상시 발생하는 신호 왜곡을 방지할 수 있는ｃｍｏｓ 이미지 센서 KR20050090587A (ko)

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