KR20070060437A - 공급 전원 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 이미지센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환방법 - Google Patents

공급 전원 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 이미지센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환방법 Download PDF

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Abstract

픽셀 어레이에 제공되는 공급 전원 및 상관 이중 샘플링(CDS, Correlated Double Sampling) 동작시의 스위칭에 의한 노이즈를 제거할 수 있는 이미지 센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법이 개시된다. 상기 노이즈 제거를 위해서, 액티브 픽셀의 출력신호를 아날로그-디지털 변환하기 위한 액티브 상관 이중 샘플링 회로와 동일한 구조의 기준 전압 발생기가 사용되며, 또한 공급 전원 노이즈를 전달하기 위한 OB(Optical Black) 픽셀 등이 사용된다. 기준전압 발생기는 액티브 픽셀에서 생성된 공급 전원 노이즈 및 액티브 CDS동작시의 스위칭 노이즈를 미러링(Mirroring)한 노이즈 복제(Replica) 기준전압을 생성하여, 액티브 픽셀의 상관 이중 샘플링 동작을 위한 기준 전압으로 제공한다. 따라서, 이러한 노이즈 복제(Replica) 기준 전압을 이용하여 액티브 상관 이중 샘플링동작에서 노이즈 성분을 상쇄시킬 수 있으므로, 노이즈 특성이 우수한 아날로그-디지털 변환 동작이 가능하다.
CDS, CMOS 이미지 센서

Description

공급 전원 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 이미지 센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환방법{Reference voltage generator, column analog to digital conversion device, and image censor for eliminating power supply and switching noise in image sensor, and method thereof}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 일반적인 CDS구조를 갖는 칼럼 병렬(Column-parallel) 방식의 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 공급 전원 노이즈 설명을 위한 일반적인 4-TR 구조의 픽셀 구조를 보여 주는 회로도이다.
도 3은 도 1의 CDS 어레이의 상세 회로도이다.
도 4는 도 3의 CDS구조에 따른 칼럼 아날로그-디지털 변환 동작을 설명하는 동작 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 칼럼 병렬 방식의 아날로그-디지털 변환 장치를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기준 전압 발생기 및 CDS 어레이의 상세 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 칼럼 아날로그-디지털 변환 동작을설명하는 동작 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 기준 전압 발생기를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 칼럼 병렬 방식의 아날로그-디지털 변환 장치를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀 노이즈 복제부의 회로도이다.
본 발명은 CMOS 이미지 센서 (CMOS Image Sensor; CIS)의 칼럼 아날로그-디지털 변환(Column Analog to Digital Conversion)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 픽셀 어레이(Array)에 제공되는 공급 전원 및 상관 이중 샘플링(CDS, Correlated Double Sampling) 동작시의 스위칭에 의한 노이즈(noise)를 제거할 수 있는 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법에 관한 것이다.
CIS는 CCD(Charge Coupled Device)에 비해 저 전압 동작이 가능하고, 소비 전력이 작으며, 또한 표준 CMOS공정을 사용한 집적화에 유리한 장점으로 인해 현재 많은 분야에서 사용되고 있으며, 향후에도 계속해서 많은 분야에서 CCD를 대체할 것으로 여겨진다. CIS는 CCD와 달리 APS(Active Pixel Sensor) 어레이(Array)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 형태의 신호로 변환하는 동작이 필요한데, 이러한 디지털 신호로의 변환을 위해서 내부에 고해상도의 ADC (Analog to Digital Converter)를 사용한다.
CIS는 ADC의 구현 방식에 따라 싱글(Single) ADC를 사용하는 방식과 칼럼(Column) ADC를 사용하는 방식으로 나눠진다. 싱글 ADC방식은 고속으로 동작하는 하나의 ADC를 사용하여 소정의 정해진 시간내에 모든 칼럼들의 APS 아날로그 출력신호들을 디지털로 변환하는 방식으로, 칩 면적을 줄일 수 있는 장점이 있지만 고속으로 동작하여야 하므로 전력소모가 큰 단점이 있다.
이에 반해 칼럼 ADC방식은 간단한 구조의 ADC회로를 매 칼럼에 배치하여 구현되는 방식으로, 칩 면적은 크지만 전력소모가 작은 장점이 있다. 칼럼 ADC방식은 픽셀 출력 신호인 아날로그 출력전압에 상관 이중 샘플링(CDS, Correlated Double Sampling)을 수행하고 그 결과 전압을 저장하며, 또한 램프(Ramp) 발생기에서 생성된 램프신호에 응답해서 CDS동작에서 저장된 전압을 소정의 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 제공한다.
최근 고해상도 화상에 대한 요구가 커짐에 따라 많은 회사에서 고해상도 CIS를 개발 중인데, 고해상도 CIS의 경우 면적 축소를 통한 양산성을 높이기 위해 보다 작은 사이즈의 픽셀이 사용된다. 이러한 보다 작은 픽셀을 사용할 경우, 픽셀 공급 전원 노이즈에 따른 화질 열화가 큰 이슈(issue)로 부각되고 있으며, 따라서 이러한 화질 열화를 제거하는 기술이 절실히 요구된다.
기존의 칼럼 ADC방식에서 사용되는 CDS회로의 차동형(Differential Type) 비교기(Comparator)는 CDS 블록(Block) 자체에서 생성되는 전원 노이즈 및 스위칭에 의한 커플링 노이즈(Coupling noise)에 대해서는 좋은 노이즈 특성을 갖지만, CDS 블록 외부의 픽셀에서 생성된 픽셀 공급 전원 노이즈에 대해서는 효율적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다.
도 1은 일반적인 CDS구조를 갖는 칼럼 병렬(Column-parallel) 방식의 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 CDS구조를 갖는 칼럼 병렬(Column-parallel) 방식의 CMOS 이미지 센서는 로우 드라이버(Row Driver; 10), APS 어레이(20), CDS 어레이(30), 디지털 코드 출력부(40) 및 기준전압 발생기(50)를 구비한다.
CDS 어레이(30)는 각각의 APS 칼럼에 대해 독립적인 CDS를 수행하고 수행결과를 비교하기 위한 커패시터들 및 앰프(Amplifier)들로 구성된다. 디지털 코드 출력부(40)는 CDS 어레이(30)의 출력에 응답하여 이미지 신호 프로세서(ISP, Image Signal Processor, 미도시)에서 디지털 신호 프로세싱을 위한 디지털 코드값을 생성한다.
기준 전압 발생기(50)는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 통상의 기준 전압 발생기로 구성되며, 노이즈에 영향을 받지 않는 노이즈 프리(Noise Free)한 기준 전압을 제공한다.
도 2는 공급 전원 노이즈 설명을 위한 일반적인 4-트랜지스터(Transistor, TR) 구조의 픽셀 구조를 보여주는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 포토 다이오드(PD), 전송 트랜지스터(TTX), 리셋 트랜지스터(TRX), 소스 팔로워(TAMP) 및 로우 선택 트랜지스터(TSEL)로 구성된 전형적인 4-TR 구조의 픽셀이 개시되어 있다.
공급 전원(Power Supply)의 예를 들면, 전원 전압(VDD_P)에 의해 생성된 공급 전원 노이즈는 기생 커패시터(Cp)를 통해 소스 팔로워(TAMP)의 게이트(Gate)로 전달되며, 소스 팔로워(TAMP)에서 증폭된 후, 로우 선택 트랜지스터(TSEL)를 통해 CDS 어레이(30)로 전달된다. 이러한 원치 않는 노이즈 성분은 CDS 어레이(30)에서의 아날로그-디지털 변환 동작에 반영되어 디지털 코드값에 영향을 미치게 된다.
도 3은 도 1의 CDS 어레이의 상세 회로도이다.
도 3을 참조하면, CDS 어레이(30)는 APS 어레이(20)의 픽셀 출력 신호(APS_O_1, APS_O_2, ..., APS_O_n)에 응답하기 위한 CDS회로(32, 34, 36)를 각각의 칼럼마다 구비한다. 각각의 CDS회로(32, 34, 36)는 비교기(A1)를 구비하며, 비교기(A1)는 기준 전압(REF)과 CDS동작 결과 저장된 전압을 비교한다.
도 4는 도 3의 CDS구조에 따른 칼럼 아날로그-디지털 변환 동작을 설명하는 동작 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 픽셀 출력 신호에 공급 전원 노이즈가 발생할 경우, 또한 CDS회로 내에서 샘플링 동작을 위한 스위치 온/오프(On/Off)시의 스위칭 노이즈, 즉 MOS 트랜지스터 타입 스위치의 게이트(Gate)와 소스(Source) 혹은 드레인(Drain)사이의 기생(Parasitic) 커패시턴스 성분에 기인한 클락 피드 스루(Clock Feed-through) 오프셋(Offset)이 발생할 경우에, 이러한 노이즈 성분들이 CDS회로의 출력으로 나타나는 과정이 도시되어 있다. 타이밍 구간에 따른 CDS회로의 비교기 입력 전압을 기준으로 노이즈의 영향을 정리하면 다음과 같다.
먼저, 리셋 신호 샘플링 구간((1)~(3))에서 CDS회로의 비교기의 입력 전압인 노드(IN)의 전압(VIN)과 기준 전압(VREF)과의 차이는 수학식 1과 같이 나타내어 진다.
Figure 112005071840166-PAT00001
여기서, ΔVPOWER는 공급 전원 노이즈 성분을, ΔVS3는 스위치(S3)의 턴-오프에 의한 스위칭 노이즈 성분을 나타낸다. 모든 스위치들(S1, S2, S3, 및 S4)의 턴-온 및 턴-오프시 스위칭 노이즈가 발생하지만, 스위치(S3)가 턴-오프시 발생하는 노이즈가 가장 지배적인(dorminant) 성분이므로, ΔVS3성분만 표시되어 있다.
다음으로, 이미지 신호 샘플링 구간((4)~(5))에서 CDS회로의 비교기의 입력 전압인 노드(IN)의 전압(VIN)과 기준 전압(VREF)과의 차이는 수학식 2와 같이 나타내어 진다.
Figure 112005071840166-PAT00002
여기서, Vsig는 픽셀에서 리셋 동작 이후 출력되는 이미지 신호에 의한 전압을 나타낸다.
다음으로, 이미지 신호 샘플링 이후 구간((5)~)에서 CDS회로의 비교기의 입력 전압인 노드(IN)의 전압(VIN)과 기준 전압(VREF)과의 차이는 수학식 3과 같이 나타내어 진다.
Figure 112005071840166-PAT00003
Figure 112005071840166-PAT00004
여기서, VRAMP는 램프 동작을 위해서 전달되는 전압이며, 스위치(S1)가 턴-오프시 발생하는 노이즈가 가장 도미넌트(dominant)한 성분으로 VIN_3신호에 부가되어 있다.
상기 수학식 3의 최종 결과인 VDIFF _RESET-SIGNAL 신호에는 실제 원하는 신호, 즉 전달되어야 할 이미지 신호(Vsig)와 램프 신호(VRAMP) 이외에도 공급 전원 노이즈 ( ΔVPOWER) 및 스위칭 노이즈(ΔVS3, ΔVS1) 성분이 남아 있음을 알 수 있다.
이처럼, 이러한 원치 않는 노이즈 성분은 노이즈 프리(noise free)한 기준 전압을 이용하는 CDS어레이(30)에서의 아날로그-디지털 변환 동작에 반영되어 디지털 코드값에 영향을 미치게 되며, 따라서 이러한 노이즈에 따른 화질 열화 문제에 효율적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 노이즈 복제(Replica) 기준 전압을 이용하여 액티브 상관 이중 샘플링동작에서 노이즈 성분을 상쇄시킬 수 있는 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치, 이미지 센서 및 그 방법을 제공하는대 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치는 OB(optical black)픽셀 출력신호 및 제1 램프신호에 응답해서 상기 OB 픽셀 출력신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하고, 상기 OB 샘플링 신호와 제1 기준 전압에 근거하여 제2 기준전압을 생성하는 기준전압 발생기와 액티브 픽셀 출력 신호 및 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 상기 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비한다.
상기 제 2 기준 전압은 상기 액티브 픽셀 출력 신호의 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 노이즈와 동일한 형태의 노이즈를 제공한다. 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈는 픽셀 어레이에 제공되는 공급 전원 및 상기 액티브 샘플링 신호 생성을 위한 상관 이중 샘플링 동작의 스위칭에 의한 노이즈이다.
상기 제 1 기준 전압은 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈에 영향을 받지 않는 기준 전압으로 제공된다.
상기 기준 전압 발생기는 상기 OB 샘플링 신호를 생성하기 위한 OB 상관 이중 샘플링 회로와 상기 OB 샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제 2 기준 전압을 생성하는 앰프를 구비한다. 상기 OB 상관 이중 샘플링 회로는 상기 OB 픽셀 출력 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치, 상기 제 1 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치, 상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터, 상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 OB 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터, 및 상기 OB 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비한다.
상기 비교부는 병렬 연결된 스위치와 차동형 비교기를 구비하고, 상기 OB 상관 이중 샘플링 회로는 상기 비교부의 출력에 연결된 신호 전달 커패시터, 및 상기 신호 전달 커패시터의 출력에 병렬 연결된 스위치와 앰프를 더 구비한다.
상기 제 1 램프 신호 및 상기 제 2 램프 신호는 동일한 램프 신호 발생기에 의해 생성되며, 상기 제 1 램프 신호는 램프 동작 시작 전후에서 동일한 전압 레벨을 유지한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 기준 전압 발생기는 제 1 OB 픽셀 출력 신호, 램프 신호 및 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제1 OB 픽셀출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하는 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로와 상기 OB 샘플링 신호를 버퍼링하여 액티브 픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환을 위한 제 2 기준 전압을 제공하는 앰프를 구비한다.
상기 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로는 상기 제 1 OB 픽셀 출력 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치; 상기 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치; 상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터; 상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 OB 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및 상기 OB 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비한다. 상기 기준 전압 발생기는 제 2 OB 픽셀 출력 신호, 상기 램프 신호 및 상기 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제 2 OB 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하는 적어도 하나의 제 2 OB 상관 이중 샘플링 회로를 더 구비하고, 상기 적어도 하나의 제 2 OB 상관 이중 샘플링 회로의 상기 OB 샘플링 신호와 상기 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로의 상기 OB 샘플링 신호는 서로 연결된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치는 공급 전원 사이에 직렬 연결된 복수개의 저항들을 구비하고, 상기 공급 전원 및 상기 공급 전원에 부가된 노이즈의 전압 레벨을 스켈링하여 픽셀 노이즈 복제 신호를 제공하는 픽셀 노이즈 복제부; 상기 픽셀 노이즈 복제 신호 및 제 1 램프 신호에 응답 해서 상기 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하고, 상기 복제 샘플링 신호와 제 1 기준 전압에 근거하여 제 2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 발생기; 및 액티브 픽셀 출력 신호 및 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 상기 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비한다.
상기 픽셀 노이즈 복제부는 스케일링 레벨(scaling level)에 따라 상기 픽셀 노이즈 복제 신호를 선택할 수 있는 복수개의 스위치들을 더 구비하고, 상기 기준 전압 발생기는 상기 복제 샘플링 신호를 생성하기 위한 복제 상관 이중 샘플링 회로; 및 상기 복제 샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제 2 기준 전압을 생성하는 앰프를 구비한다.
상기 복제 상관 이중 샘플링 회로는 상기 픽셀 노이즈 복제 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치; 상기 제 1 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치; 상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터; 상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 복제 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및 상기 복제 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법은 제1 픽셀 노이즈 복제 신호 및 제1 램프 신호에 응답해서 상기 제1 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하는 제 1 샘플링 단계; 상기 복제 샘플링 신호와 제 1 기준 전압에 근거하여 제 2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 단계; 액티브 픽셀 출력 신호 및 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하는 제 2 샘플링 단계; 및 상기 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 비교 단계를 구비한다.
상기 제 1 샘플링 단계는 상기 액티브 픽셀 출력 신호를 제공하는 액티브 픽셀 어레이의 공급 전원 노이즈를 상기 OB 픽셀을 통해 미러링 하는 단계; 및 상기 제 2 샘플링 단계의 상관 이중 샘플링 동작에 의한 스위칭 노이즈를 미러링하는 단계를 구비한다.
상기 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법은 제 2 픽셀 노이즈 복제 신호, 상기 제 1 램프 신호 및 상기 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제 2 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하는 적어도 하나의 제 3 샘플링 단계를 더 구비하고, 상기 적어도 하나의 제 3 샘플링 단계의 상기 복제 샘플링 신호는 상기 제 1 샘플링 단계의 상기 복제 샘플링 신호와 서로 연결된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 CMOS 이미지 센서는 다수의 제어신호들에 응답하여 액티브 픽셀 출력신호를 발생하는 액티브 픽셀 어레이; 상기 다수의 제어신호들에 응답하여 OB(optical black)픽셀 출력신호를 발생하는 OB픽셀 어레이; 상기 OB픽셀 어레이로부터 출력된 상기 OB 픽셀 출력신호와 제1 램프신호에 응답해서 상기 OB 픽셀 출력신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하고, 생 성된 OB 샘플링 신호와 제1 기준 전압에 기초하여 제2 기준전압을 생성하는 기준전압 발생기; 및 상기 액티브 픽셀 어레이로부터 출력된 상기 액티브 픽셀 출력 신호와 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 CMOS 이미지 센서는 다수의 제어신호들에 응답하여 액티브 픽셀 출력신호를 발생하는 액티브 픽셀 어레이; 공급 전원 사이에 직렬 연결된 복수개의 저항들을 구비하고, 상기 공급 전원 및 상기 공급 전원에 부가된 노이즈의 전압 레벨을 스케일링하여 픽셀 노이즈 복제 신호를 제공하는 픽셀 노이즈 복제부; 상기 픽셀 노이즈 복제 신호와 제1 램프 신호에 응답해서 상기 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 복제 샘플링 신호와 제1 기준 전압에 기초하여 제2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 발생기; 및 상기 액티브 픽셀 출력 신호와 제2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 액티브 샘플링 신호를 상기 제2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 칼럼 병렬 방식의 아날로그-디지털 변환 장치를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 로우 드라이버(110), 액티브 픽셀 어레이(120), OB(Optical Black) 픽셀 어레이(122), CDS 어레이(130), 디지털 코드 출력부(140) 및 기준 전압 발생기(150)를 구비한다.
로우 드라이버(110)는 액티브 픽셀 어레이(120) 및 OB 픽셀 어레이(122) 내의 픽셀들을 제어하기 위한 여러 제어 신호들(RX, TX, SEL)을 생성하며, 액티브 픽셀 어레이(120)는 각각의 칼럼으로부터 해당하는 액티브 픽셀 출력 신호(APS_O)를, OB 픽셀 어레이(122)는 칼럼 출력 신호인 OB 픽셀 출력 신호(OB_O)를 출력한다.
OB 픽셀 어레이(122)에는 액티브 픽셀 어레이(120)에 공급되는 공급 전원과 동일한 공급 전원이 연결되어 있으므로, 액티브 픽셀 어레이(120)에서 생성된 공급 전원 노이즈와 동일한 노이즈를 OB 픽셀 출력 신호(OB_O)를 통해 전달하는 것이 가능하다. 또한, OB 픽셀 어레이(122)는 액티브 픽셀 어레이(120)와는 달리 빛을 통과하지 못하게 상부가 빛을 차단하는 물질로 덮혀 있으며, 블랙(Black)레벨 신호를 이용하여 효과적으로 공급 전원 노이즈 성분을 전달할 수 있다.
기준 전압 발생기(150)는 OB 픽셀 출력 신호(OB_O) 및 제 1 램프 신호(RAMP_R)에 응답해서 OB 픽셀 출력신호(OB_O)로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 OB 샘플링 신호와 제1 기준 전압(REF_OB)에 근거하여 제 2 기준 전압(REF_C)을 생성한다. 여기서, 제1 기준 전압(REF_OB)은 통상의 기준 전압 발생기에서 생성된 노이즈에 영향을 받지 않는 노이즈 프리(Noise Free)한 기준 전압이다.
CDS 어레이(130)는 액티브 픽셀 출력 신호(APS_O) 및 제2 램프 신호(RAMP_C)에 응답해서 액티브 픽셀 출력 신호(APS_O)로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 액티브 샘플링 신호를 제2 기준 전압(REF_C)과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호(CDS_O)를 생성한다.
제1 램프 신호(RAMP_R) 및 제2 램프 신호(RAMP_C)는 통상의 램프(Ramp) 신호 발생기(미도시)를 이용하여 생성될 수 있는데, 램프 신호 자체에서 생성될 수 있는 노이즈 성분을 고려하여 하나의 램프 신호 발생기만을 이용하여 두 신호 모두가 생성될 수 있다. 또한 제1 램프 신호는(RAMP_R)는 기준 전압 생성이 목적이므로, 제2 램프 신호(RAMP_C)와는 달리 램프 동작 시작 전후에서 전압 레벨의 변화없이 동일한 전압 레벨을 유지한다.
디지털 코드 출력부(140)는 CDS 어레이(130)의 출력인 비교 결과 신호(CDS_O)에 응답하여 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor; ISP)에서 디지털 신호 프로세싱을 위한 디지털 코드값을 생성한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기준 전압 발생기 및 CDS 어레이의 상세 회로도이다.
도 6을 참조하면, 기준 전압 발생기(150)는 OB 샘플링 신호 (비교기(A1)의 입력 노드(IN_OB)에 생성되는 신호)를 생성하기 위한 OB 상관 이중 샘플링(CDS) 회로(152) 및 OB 샘플링 신호를 버퍼링(Buffering)하여 제2 기준 전압(REF_C)을 생성하는 앰프(A3)를 구비한다.
OB CDS 회로(152)는 OB 픽셀 출력 신호(OB_O)의 전달을 제어하는 제1 스위치(S1), 제1 램프 신호(RAMP_R)의 전달을 제어하는 제2 스위치(S2), 제1 스위치(S1)의 출력과 제2 스위치(S2)의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터(C1), 제1 스위치(S1)의 출력에 연결되어 OB 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터(C2), 병렬 연결된 스위치(S3) 및 차동형 비교기(A1)를 구비하고 OB 샘플링 신호를 입력받아 제1 기준 전압(REF_OB)과 비교하는 비교부, 비교부의 출력에 연결된 신호 전달 커패시터(C3) 및 신호 전달 커패시터(C3)의 출력에 병렬 연결된 스위치(S4)와 앰프(A2)를 구비한다. 여기서 블록킹 커패시터(C1)는 램프 신호의 DC 레벨에는 상관없이 전압 변화량만을 전달하는 기능을 수행한다.
CDS 어레이(130)는 액티브 픽셀 어레이(120)의 액티브 픽셀 출력 신호(APS_O_1, APS_O_2, APS_O_n)에 응답하기 위한 액티브 CDS 회로(132, 134, 136)를 각각의 칼럼마다 구비한다. 각각의 액티브 CDS 회로(132, 134, 136)는 기준 전압 발생기(150)의 OB CDS 회로(152)와 동일한 구조로 구성된다.
액티브 픽셀 어레이(120)에 공급되는 공급 전원과 동일한 공급 전원이 연결되는 OB 픽셀 어레이(122) 및 기준 전압 발생기(150)에 액티브 CDS 회로(132, 134, 136)와 동일한 구조의 OB CDS 회로(152)를 이용하여 생성된 기준 전압을 통해, 액티브 샘플링 동작에서 효율적으로 노이즈 성분을 상쇄하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 칼럼 아날로그-디지털 변환 동작을설명하는 동작 타이밍도이다.
도 7을 참조하면, 액티브 픽셀 출력 신호에 부가된 공급 전원 노이즈 및 액티브 CDS 회로 내에서 샘플링 동작을 위한 스위치 온/오프(On/Off)시의 스위칭 노이즈가 상쇄되는 과정이 도시되어 있다.
액티브 픽셀 어레이(120) 및 OB 픽셀 어레이(122)에서 제어 신호들(RX, TX, SEL)을 이용하여 순차적으로 리셋 신호 및 이미지 신호를 생성하는 과정은 해당 기술 분야의 숙련된 당업자에게 잘 알려진 사항이므로, 설명의 편의상 생략되어 있다.
도 7에서 VOUT 은 픽셀 내부의 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터의 출력 전압(도 2에서 노드(OUT) 전압)을 나타내고, VIN 및 VIN_OB는 액티브 CDS회로(132, 134, 134) 및 OB CDS 회로(152)의 비교기(A1) 입력 전압(노드(IN 및 IN_OB) 전압)을 각각 나타낸다.
타이밍 구간에 따른 액티브 CDS회로(132, 134, 134) 및 OB CDS 회로(152)의 비교기(A1) 입력 전압을 기준으로 노이즈의 영향을 정리하면 다음과 같다.
먼저, 리셋 신호 샘플링 구간((1)~(3))에서 액티브 CDS 회로(132)의 비교기(A1)의 입력 전압인 노드(IN)의 전압(VIN)과 기준 전압(VIN_OB = VREF _C)과의 차이는 수학식 4와 같이 나타내어 진다.
Figure 112005071840166-PAT00005
여기서, ΔVPOWER 는 공급 전원 노이즈 성분을, ΔVS3는 스위치(S3)의 턴-오프에 의한 도미넌트한 스위칭 노이즈 성분을 나타낸다.
다음으로, 이미지 신호 샘플링 구간((4)~(5))에서 액티브 CDS 회로(132)의 비교기(A1)의 입력 전압인 노드(IN)의 전압(VIN)과 기준 전압(VIN_OB = VREF _C)과의 차이는 수학식 5와 같이 나타내어 진다.
Figure 112005071840166-PAT00006
여기서, Vsig는 픽셀에서 리셋 동작 이후 출력되는 이미지 신호에 의한 전압을 나타낸다.
다음으로, 이미지 신호 샘플링 이후 구간((5)~)에서 액티브 CDS 회로(132)의 비교기(A1)의 입력 전압인 노드(IN)의 전압(VIN)과 기준 전압(VIN_OB = VREF _C)과의 차이는 수학식 6과 같이 나타내어 진다.
Figure 112005071840166-PAT00007
Figure 112005071840166-PAT00008
여기서, VRAMP는 램프 동작을 위해서 전달되는 전압이며, 스위치(S1)가 턴-오프시 발생하는 노이즈가 가장 도미넌트(dominant)한 성분으로 VIN_3신호에 부가되어 있다.
상기 수학식 6의 최종 결과인 VDIFF _RESET-SIGNAL 신호에는 공급 전원 노이즈 (ΔVPOWER) 및 스위칭 노이즈(ΔVS3, ΔVS1) 성분은 상쇄되고, 실제 원하는 신호, 즉 전달되어야 할 이미지 신호(Vsig)와 램프신호(VRAMP)만이 남아 있음을 알 수 있다. 즉 제2기준전압(REF_C)은 액티브 샘플링 신호(노드(IN)의 신호)에 부가된 공급 전원 및 스위칭 노이즈와 실질적으로 동일한 형태의 노이즈를 제공함으로써, 노이즈에 영향을 받지 않는 아날로그-디지털 변환 동작이 가능케 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 기준 전압 발생기를 나타내는 회로도이다.
도 8을 참조하면, 기준 전압 발생기(150)는 OB CDS 회로(152)와 동일한 구조의 적어도 하나 이상의 OB CDS 회로(154)를 더 구비하며, 각 OB CDS 회로(152,154)의 노드(IN_OB)는 서로 연결된다. 도 6과 같이 OB CDS 회로를 하나만 사용하는 기 준 전압 발생기 구조에서 액티브 CDS 회로와 유일한 차이점은 차동형 비교기(A1)의 입력 커패시턴스의 차이이며, 이러한 입력 커패시턴스의 효과를 줄이기 위해 면적이 허용하는 범위내에서 다수개의 OB CDS 회로를 연결하여 사용할 수 있다.
이상의 설명에서, 도 5에서 보여지는 바와 같이, OB 픽셀 어레이(122)는 적어도 하나 이상의 칼럼을 구비할 수 있는데, 공급 전원 노이즈 미러링을 위하여, 하나의 칼럼만을 이용하거나 혹은 복수개의 칼럼들의 칼럼 출력 신호들을 따로 혹은 서로 연결하여 사용할 수도 있다. 또한 하나의 칼럼내에서 모든 로우(Row)에 해당하는 OB 픽셀들을 이용하지 않고 예를 들면, 아래쪽에 위치하는 특정 개수의 OB 픽셀만을 이용하는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 칼럼 병렬 방식의 아날로그-디지털 변환 장치를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 블록도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 도 9의 픽셀 노이즈 복제부의 상세 회로도이다.
도 9 및 10을 참조하면, 본 발명에 또 다른 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는 도 5의 실시예에서 공급 전원 노이즈를 미러링(Mirroring)하기 위한 OB 픽셀 어레이(122) 대신에 동일한 역할을 수행하는 픽셀 노이즈 복제부(160)를 구비한다.
픽셀 노이즈 복제부(160)는 공급 전원 즉, 전원 전압(VDD_P) 및 접지 전압(VSS_P) 사이에 직렬 연결된 복수개의 저항들(R3, R4, R5, R6)을 구비하고, 공급 전원 및 공급 전원에 부가된 노이즈의 전압 레벨을 스켈링(Scaling)하여 픽셀 노이즈 복제 신호(PNR_O)를 기준 전압 발생기(150)로 전달한다.
픽셀 노이즈 복제부(160)에 제공되는 공급 전원은 액티브 픽셀 어레이(120) 의 공급 전원 노이즈를 미러링하기 위해서 액티브 픽셀 어레이(120)에 제공되는 공급 전원과 동일한 공급 전원이 이용된다. 또한, 픽셀 노이즈 복제부(160)는 스켈링 레벨에 따라 픽셀 노이즈 복제 신호(PNR_O)를 선택할 수 있는 복수개의 스위치들(S5, S6, S7)을 더 구비할 수도 있다. 픽셀 노이즈 복제부(160)를 제외한 나머지 구성요소는 도 5의 실시예와 동일하므로, 자세한 설명은 편의상 생략한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 노이즈 복제(Replica) 기준 전압을 이용하여 액티브 상관 이중 샘플링동작에서 노이즈 성분을 상쇄시킬 수 있으므로, 노이즈 특성이 우수한 아날로그-디지털 변환 동작이 가능하다.

Claims (34)

  1. OB(optical black)픽셀 출력신호 및 제1 램프신호에 응답해서 상기 OB 픽셀 출력신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하고, 상기 OB 샘플링 신호와 제1 기준 전압에 근거하여 제2 기준전압을 생성하는 기준전압 발생기; 및
    액티브 픽셀 출력 신호 및 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 상기 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 기준 전압은 상기 액티브 픽셀 출력 신호의 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 노이즈와 동일한 형태의 노이즈를 제공하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈는 픽셀 어레이에 제공되는 공급 전원 및 상기 액티브 샘플링 신호 생성을 위한 상관 이중 샘플링 동작의 스위칭에 의한 노이즈인 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 기준 전압은 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈에 영향을 받지 않는 기준 전압으로 제공되는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기준 전압 발생기는,
    상기 OB 샘플링 신호를 생성하기 위한 OB 상관 이중 샘플링 회로; 및
    상기 OB 샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제 2 기준 전압을 생성하는 앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 OB 상관 이중 샘플링 회로는
    상기 OB 픽셀 출력 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치;
    상기 제 1 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치;
    상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터;
    상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 OB 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및
    상기 OB 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 비교부는 병렬 연결된 스위치와 차동형 비교기를 구 비하고,
    상기 OB 상관 이중 샘플링 회로는 상기 비교부의 출력에 연결된 신호 전달 커패시터, 및 상기 신호 전달 커패시터의 출력에 병렬 연결된 스위치와 앰프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 램프 신호 및 상기 제 2 램프 신호는 동일한 램프 신호 발생기에 의해 생성되며, 상기 제 1 램프 신호는 램프 동작 시작 전후에서 동일한 전압 레벨을 유지하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  9. 제 1 OB 픽셀 출력 신호, 램프 신호 및 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제1 OB 픽셀출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하는 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로; 및
    상기 OB 샘플링 신호를 버퍼링하여 액티브 픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환을 위한 제 2 기준 전압을 제공하는 앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 2 기준 전압은 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호에 부가된 노이즈와 동일한 형태의 노이즈를 제공하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈는 픽셀 어레이에 제공되는 공급 전원 및 상기 액티브 샘플링 신호 생성을 위한 상관 이중 샘플링 동작의 스위칭에 의한 노이즈인 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 기준 전압은 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈에 영향을 받지 않는 기준 전압으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로는,
    상기 제 1 OB 픽셀 출력 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치;
    상기 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치;
    상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터;
    상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 OB 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및
    상기 OB 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 비교부는 병렬 연결된 스위치 및 차동형 비교기를 구비하고,
    상기 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로는 상기 비교부의 출력에 연결된 신호 전달 커패시터, 및 상기 신호 전달 커패시터의 출력에 병렬 연결된 스위치와 앰프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 기준 전압 발생기는 제 2 OB 픽셀 출력 신호, 상기 램프 신호 및 상기 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제 2 OB 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하는 적어도 하나의 제 2 OB 상관 이중 샘플링 회로를 더 구비하고, 상기 적어도 하나의 제 2 OB 상관 이중 샘플링 회로의 상기 OB 샘플링 신호와 상기 제 1 OB 상관 이중 샘플링 회로의 상기 OB 샘플링 신호는 서로 연결된 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생기.
  16. 공급 전원 사이에 직렬 연결된 복수개의 저항들을 구비하고, 상기 공급 전원 및 상기 공급 전원에 부가된 노이즈의 전압 레벨을 스켈링하여 픽셀 노이즈 복제 신호를 제공하는 픽셀 노이즈 복제부;
    상기 픽셀 노이즈 복제 신호 및 제 1 램프 신호에 응답해서 상기 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하고, 상기 복제 샘플링 신호와 제 1 기준 전압에 근거하여 제 2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 발생기; 및
    액티브 픽셀 출력 신호 및 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 상기 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 공급 전원은 상기 액티브 픽셀 출력 신호를 출력하는 액티브 픽셀 어레이에 제공되는 공급 전원과 동일한 공급 전원이며, 상기 제 2 기준 전압은 상기 액티브 픽셀 출력 신호의 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 노이즈와 동일한 형태의 노이즈를 제공하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 상기 노이즈는 상기 액티브 픽셀 어레이에 제공되는 상기 공급 전원 및 상기 액티브 샘플링 신호 생성을 위한 상관 이중 샘플링 동작의 스위칭에 의한 노이즈인 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 픽셀 노이즈 복제부는 스케일링 레벨(scaling level)에 따라 상기 픽셀 노이즈 복제 신호를 선택할 수 있는 복수개의 스위치들을 더 구비하고,
    상기 기준 전압 발생기는,
    상기 복제 샘플링 신호를 생성하기 위한 복제 상관 이중 샘플링 회로; 및
    상기 복제 샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제 2 기준 전압을 생성하는 앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 복제 상관 이중 샘플링 회로는,
    상기 픽셀 노이즈 복제 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치;
    상기 제 1 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치;
    상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터;
    상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 복제 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및
    상기 복제 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 비교부는 병렬 연결된 스위치 및 차동형 비교기를 구비하고, 상기 복제 상관 이중 샘플링 회로는 상기 비교부의 출력에 연결된 신호 전달 커패시터 및 상기 신호 전달 커패시터의 출력에 병렬 연결된 스위치와 앰프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 장치.
  22. 제1 픽셀 노이즈 복제 신호 및 제1 램프 신호에 응답해서 상기 제1 픽셀 노 이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하는 제 1 샘플링 단계;
    상기 복제 샘플링 신호와 제 1 기준 전압에 근거하여 제 2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 단계;
    액티브 픽셀 출력 신호 및 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하는 제 2 샘플링 단계; 및
    상기 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 비교 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 픽셀 노이즈 복제 신호는 OB 픽셀로부터 제공되며, 상기 제 2 기준 전압은 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 노이즈와 동일한 형태의 노이즈를 제공하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 제 1 샘플링 단계는
    상기 액티브 픽셀 출력 신호를 제공하는 액티브 픽셀 어레이의 공급 전원 노이즈를 상기 OB 픽셀을 통해 미러링 하는 단계; 및
    상기 제 2 샘플링 단계의 상관 이중 샘플링 동작에 의한 스위칭 노이즈를 미러링하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그 변환 방법.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법은,
    제 2 픽셀 노이즈 복제 신호, 상기 제 1 램프 신호 및 상기 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제 2 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하는 적어도 하나의 제 3 샘플링 단계를 더 구비하고, 상기 적어도 하나의 제 3 샘플링 단계의 상기 복제 샘플링 신호는 상기 제 1 샘플링 단계의 상기 복제 샘플링 신호와 서로 연결된 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법.
  26. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 픽셀 노이즈 복제 신호는 직렬 연결된 복수개의 저항을 구비하고 전압 레벨을 스케링하는 픽셀 노이즈 복제부로부터 제공되며, 상기 제 2 기준 전압은 상기 액티브 샘플링 신호에 부가된 노이즈와 실질적으로 동일한 형태의 노이즈를 제공하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 제 1 샘플링 단계는,
    상기 액티브 픽셀 출력 신호를 제공하는 액티브 픽셀 어레이의 공급 전원 노이즈를 상기 픽셀 노이즈 복제부를 통해 미러링 하는 단계; 및
    상기 제 2 샘플링 단계의 상관 이중 샘플링 동작에 의한 스위칭 노이즈를 미러링하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그 변환 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법은,
    제 2 픽셀 노이즈 복제 신호, 상기 제 1 램프 신호 및 상기 제 1 기준 전압에 응답해서 상기 제 2 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하는 적어도 하나의 제 3 샘플링 단계를 더 구비하고, 상기 적어도 하나의 제 3 샘플링 단계의 상기 복제 샘플링 신호는 상기 제 1 샘플링 단계의 상기 복제 샘플링 신호와 서로 연결된 것을 특징으로 하는 칼럼 아날로그-디지털 변환 방법.
  29. 다수의 제어신호들에 응답하여 액티브 픽셀 출력신호를 발생하는 액티브 픽셀 어레이;
    상기 다수의 제어신호들에 응답하여 OB(optical black)픽셀 출력신호를 발생하는 OB픽셀 어레이;
    상기 OB픽셀 어레이로부터 출력된 상기 OB 픽셀 출력신호와 제1 램프신호에 응답해서 상기 OB 픽셀 출력신호로부터 상관 이중 샘플링된 OB 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 OB 샘플링 신호와 제1 기준 전압에 기초하여 제2 기준전압을 생성하는 기준전압 발생기; 및
    상기 액티브 픽셀 어레이로부터 출력된 상기 액티브 픽셀 출력 신호와 제 2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 액티브 샘플링 신호를 상기 제 2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 기준 전압 발생기는,
    상기 OB 샘플링 신호를 생성하기 위한 OB 상관 이중 샘플링 회로; 및
    상기 OB 샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제 2 기준 전압을 생성하는 앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 OB 상관 이중 샘플링 회로는,
    상기 OB 픽셀 출력 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치;
    상기 제 1 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치;
    상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터;
    상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 OB 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및
    상기 OB 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  32. 다수의 제어신호들에 응답하여 액티브 픽셀 출력신호를 발생하는 액티브 픽셀 어레이;
    공급 전원 사이에 직렬 연결된 복수개의 저항들을 구비하고, 상기 공급 전원 및 상기 공급 전원에 부가된 노이즈의 전압 레벨을 스케일링하여 픽셀 노이즈 복제 신호를 제공하는 픽셀 노이즈 복제부;
    상기 픽셀 노이즈 복제 신호와 제1 램프 신호에 응답해서 상기 픽셀 노이즈 복제 신호로부터 상관 이중 샘플링된 복제 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 복제 샘플링 신호와 제1 기준 전압에 기초하여 제2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 발생기; 및
    상기 액티브 픽셀 출력 신호와 제2 램프 신호에 응답해서 상기 액티브 픽셀 출력 신호로부터 상관 이중 샘플링된 액티브 샘플링 신호를 생성하고, 생성된 액티브 샘플링 신호를 상기 제2 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 결과 신호를 생성하는 액티브 상관 이중 샘플링 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 픽셀 노이즈 복제부는 스케일링 레벨(scaling level)에 따라 상기 픽셀 노이즈 복제 신호를 선택할 수 있는 복수개의 스위치들을 더 구비하고,
    상기 기준 전압 발생기는,
    상기 복제 샘플링 신호를 생성하기 위한 복제 상관 이중 샘플링 회로; 및
    상기 복제 샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제 2 기준 전압을 생성하는 앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 복제 상관 이중 샘플링 회로는,
    상기 픽셀 노이즈 복제 신호의 전달을 제어하는 제 1 스위치;
    상기 제 1 램프 신호의 전달을 제어하는 제 2 스위치;
    상기 제 1 스위치의 출력과 상기 제 2 스위치의 출력 사이에 연결된 블록킹 커패시터;
    상기 제 1 스위치의 상기 출력에 연결되어 상기 복제 샘플링 신호를 제공하는 신호 저장 커패시터; 및
    상기 복제 샘플링 신호를 입력받아 상기 제 1 기준 전압과 비교하는 비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
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