KR20090117192A - Apparatus for analog to digital converting for removing noise flowed from outside, and image pick-up device having the same - Google Patents

Apparatus for analog to digital converting for removing noise flowed from outside, and image pick-up device having the same Download PDF

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KR20090117192A
KR20090117192A KR1020080043119A KR20080043119A KR20090117192A KR 20090117192 A KR20090117192 A KR 20090117192A KR 1020080043119 A KR1020080043119 A KR 1020080043119A KR 20080043119 A KR20080043119 A KR 20080043119A KR 20090117192 A KR20090117192 A KR 20090117192A
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염현수
한준수
김경민
임용
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: An analog-digital converter and an image pickup device equipping the analog-digital converter are provided to remove the noise component and remove supply power noise and switching noise. CONSTITUTION: An analog-digital converter and an image pickup device equipping the analog-digital converter include an optical black standard signal generation unit(50), a lamp signal generator, and a correlated double sampling block. The optical black standard signal generation unit generates a first sampling signal by performing correlated double sampling about pixel signal outputted from a first pixel. The optical black standard signal generation unit generates the second reference signal based on the first sampling signal and the first standard signal. The lamp signal generator generates the lamp signal based on the second reference signal.

Description

외부로부터 유입된 노이즈 성분을 제거할 수 있는 아날로그-디지털 변환 장치, 및 상기 아날로그-디지털 변환 장치를 구비하는 이미지 촬상 장치{Apparatus for analog to digital converting for removing noise flowed from outside, and image pick-up device having the same}Apparatus for analog to digital converting for removing noise flowed from outside, and image pick-up device having the same}

본 발명은 이미지 촬상 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 픽셀 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거함으로써 상기 픽셀 신호에 상응하는 이미지 신호를 출력할 수 있는 아날로그-디지털 변환 장치, 및 상기 아날로그-디지털 변환 장치를 포함하는 이미지 촬상 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an image pickup device, and more particularly, to an analog-to-digital converter capable of outputting an image signal corresponding to the pixel signal by removing noise components included in the pixel signal, and the analog-to-digital converter. It relates to an image pickup device comprising a.

이미지 촬상 장치(image pick-up device)는 광학 영상(optical image)을 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 주로 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD)를 이용한 이미지 촬상 장치와 CMOS 공정을 이용한 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)가 널리 사용되고 있다.An image pick-up device is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. An image pick-up device mainly using a charge coupled device (CCD) and a CMOS process are used. CMOS image sensors (CIS) are widely used.

CMOS 이미지 센서는 CCD를 이용한 이미지 촬상 장치에 비해 일반적인 CMOS 공정을 사용하여 제작할 수 있으므로 경제적이며, 아날로그-디지털 변환 장치를 함께 하나의 칩(chip)에 집적할 수 있으므로 집적화에 유리하다. 또한, 상기 CMOS 이 미지 센서는 저전력 저전압 설계가 가능함에 따라 전력 소비가 적은 이동 전화기 (mobile phone), 및 디지털 카메라 등의 휴대용 기기에서 널리 사용되고 있다.CMOS image sensors are economical because they can be manufactured using a general CMOS process, compared to CCD image pickup devices, and are advantageous for integration because analog-to-digital converters can be integrated together on a single chip. In addition, the CMOS image sensor is widely used in portable devices such as mobile phones and digital cameras with low power consumption due to low power and low voltage design.

그러나, CMOS 이미지 센서는 상기 CCD를 이용한 이미지 촬상 장치와 달리 빛에 따라 반응하는 액티브 픽셀 센서(Activer Pixel Sensor; APS)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 고해상도의 아날로그-디지털 변환 장치를 필요로 하며, CCD에 비해 노이즈가 많이 발생한다. 이러한 노이즈는 CMOS 이미지 센서의 성능을 열화시키는 요인중에 하나이다.However, unlike the image pickup device using the CCD, the CMOS image sensor uses a high resolution analog-to-digital converter for converting an analog signal output from an active pixel sensor (APS) that reacts to light into a digital signal. It requires a lot more noise than CCD. This noise is one of the factors that degrade the performance of the CMOS image sensor.

CMOS 이미지 센서에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 방법으로 하나의 아날로그-디지털 변환기(Analog Digital Converter(ADC))를 사용하는 방법과 컬럼 ADC를 사용하는 방법이 있다.As a method of converting an analog signal into a digital signal in a CMOS image sensor, there is a method of using an analog-to-digital converter (ADC) and a method of using a column ADC.

하나의 ADC를 사용하는 방법은 고속으로 동작하는 하나의 ADC를 사용하여 정해진 시간 내에 모든 컬럼의 APS들로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 또한, 컬럼 ADC를 사용하는 방법은 간단한 구조를 갖는 ADC를 각각의 컬럼마다 배치하여 각각의 컬럼의 APS들로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 주로 전력 소모가 적은 컬럼 ADC를 사용한다. The method using one ADC converts the analog signal output from the APSs of all columns into a digital signal using a single ADC operating at high speed. In addition, the method using a column ADC is arranged for each column of the ADC having a simple structure to convert the analog signal output from the APS of each column into a digital signal. Primarily uses low-power column ADCs.

일반적으로 아날로그-디지털 변환 장치는 이미지 촬상 장치 내의 노이즈를 줄이기 위하여 CDS 방식을 사용한다. CDS 방식은 일정한 전압 레벨을 유지하는 리셋신호와 영상신호와의 차이를 이용하여 노이즈을 억제하는 방식으로, CMOS 이미지 센서등과 같이 단위 픽셀로부터 출력된 픽셀 신호에서 쉽게 관찰 가능한 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise; FPN)등을 제거하여 원하는 신호 성분만을 검출하기 위 해 광범위하게 사용된다. 즉, CDS 방식은 단위 픽셀이 근본적을 가지고 있는 FPN과 단위 화소들 사이의 특성 차이로 인하 노이즈를 줄이는데 효과적이다. In general, the analog-to-digital converter uses a CDS scheme to reduce noise in the image pickup apparatus. The CDS method suppresses noise by using a difference between a reset signal maintaining a constant voltage level and an image signal. Fixed pattern noise is easily observed in a pixel signal output from a unit pixel such as a CMOS image sensor. FPN) is widely used to detect only the desired signal components. In other words, the CDS method is effective to reduce the noise due to the characteristic difference between the FPN and the unit pixels in which the unit pixels are fundamental.

그러나 종래의 CDS 방식은 CDS 블록 자체에서 생성된 전원 노이즈 및 스위칭에 의한 커플링 노이즈에 대해서는 좋은 노이즈 특성을 갖지만, CDS 블록 외부의 단위 픽셀로부터 생성된 픽셀 공급 전원 노이즈에 대해서는 효율적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다. However, the conventional CDS method has a good noise characteristic against power supply noise generated in the CDS block itself and coupling noise due to switching, but does not efficiently cope with pixel supply power noise generated from unit pixels outside the CDS block. There is this.

따라서, CDS 블록 외부에서 발생되는 노이즈를 제거할 수 있는 아날로그-디지털 변환 장치가 절실히 요구된다.Therefore, there is an urgent need for an analog-to-digital converter that can remove noise generated outside the CDS block.

따라서 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 공급 전원 노이즈 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 아날로그-디지털 변환 장치를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an analog-to-digital conversion device capable of removing supply power supply noise and switching noise.

본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 옵티컬 블랙 기준신호발생부, 램프 신호 생성기, 및 상관 이중 샘플링 블럭을 포함한다. 상기 옵티컬 블랙 기준신호발생부는 제1픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링 신호를 생성하고, 상기 제1샘플링 신호와 제1기준신호에 기초하여 제2기준신호을 생성한다. 상기 램프신호생성기는 상기 제2기준신호에 기초하여 램프 신호를 생성한다. 상기 상관 이중 샘플링 블럭은 제2픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상기 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링 신호를 생성하고, 상 기 제2샘플링 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력한다. The analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention includes an optical black reference signal generator, a ramp signal generator, and a correlated double sampling block. The optical black reference signal generator generates a first sampling signal by performing correlated double sampling on the pixel signal output from the first pixel, and generates a second reference signal based on the first sampling signal and the first reference signal. . The ramp signal generator generates a ramp signal based on the second reference signal. The correlated double sampling block generates the second sampling signal by performing the correlated double sampling on the pixel signal output from the second pixel, and outputs a comparison signal by comparing the second sampling signal with the ramp signal.

상기 옵티컬 블랙 기준신호발생부는 상기 제1픽셀로부터 출력된 상기 픽셀신호에 대해 상기 상관 이중 샘플링을 수행하여 상기 제1샘플링 신호를 생성하는 상관 이중 샘플링 회로와 상기 제1샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제2기준신호을 생성하기 위한 증폭기를 포함한다. The optical black reference signal generator is configured to buffer the first sampling signal and the correlated double sampling circuit for generating the first sampling signal by performing the correlated double sampling on the pixel signal output from the first pixel. And an amplifier for generating a reference signal.

상기 램프 신호생성기는 전압-전류 변환기, 비교기, 및 스위칭 소자를 포함한다. 상기 전압-전류 변환기는 출력 노드와 제1전원을 수신하기 위한 제1단자 사이에 접속되고, 상기 출력 노드의 전압을 분배하여 분배된 전압을 피드백 신호로서 출력하고 상기 출력 노드의 전압을 기초하여 상기 램프 신호를 생성한다. 상기 비교기는 상기 제2기준 신호와 상기 피드백 신호를 비교하여 비교 신호를 출력한다. 상기 스위칭 소자는 제2전원을 수신하기 위한 제2단자와 상기 출력 노드 사이에 접속되고, 상기 비교 신호에 응답하여 스위칭 동작을 수행한다. The lamp signal generator includes a voltage-to-current converter, a comparator, and a switching element. The voltage-current converter is connected between an output node and a first terminal for receiving a first power source, divides the voltage of the output node to output the divided voltage as a feedback signal, and based on the voltage of the output node. Generate a ramp signal. The comparator compares the second reference signal with the feedback signal and outputs a comparison signal. The switching element is connected between a second terminal for receiving a second power source and the output node, and performs a switching operation in response to the comparison signal.

상기 제1픽셀은 옵티컬 블랙(Optical Black) 픽셀이고, 상기 제2픽셀은 단위 픽셀이다. The first pixel is an optical black pixel, and the second pixel is a unit pixel.

상기 램프 신호 생성기는 상기 비교기의 출력단자와 상기 출력 노드 사이에 접속되는 밀러 보상 캐패시터를 더 포함한다. The ramp signal generator further includes a Miller compensation capacitor connected between the output terminal of the comparator and the output node.

상기 제1기준신호는 일정한 전압 레벨을 유지하는 기준전압이다. The first reference signal is a reference voltage maintaining a constant voltage level.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 촬상 장치는 활성 영역, 옵티컬 블랙 영역, 옵티컬 블랙 기준전압발생부, 램프신호생성기, 및 상관이중샘플링 블럭을 포함한다. 상기 활성영역은 제1픽셀을 포함하고, 상기 옵티컬 블랙 영역은 제2픽셀을 포함한다. 상기 옵티컬 블랙 기준신호발생부는 상기 제1픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링 신호를 생성하고, 상기 제1샘플링 신호와 제1기준신호에 기초하여 제2기준신호을 생성한다. 상기 램프신호생성기는 상기 제2기준신호에 기초하여 램프 신호를 생성한다. 상기 상관이중샘플링 블럭은 상기 제2픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링 신호를 생성하고, 상기 제2샘플링 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력한다. An image pickup apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes an active region, an optical black region, an optical black reference voltage generator, a ramp signal generator, and a correlated double sampling block. The active region includes a first pixel, and the optical black region includes a second pixel. The optical black reference signal generator generates a first sampling signal by performing correlated double sampling on the pixel signal output from the first pixel, and generates a second reference signal based on the first sampling signal and the first reference signal. do. The ramp signal generator generates a ramp signal based on the second reference signal. The correlation double sampling block generates a second sampling signal by performing correlation double sampling on the pixel signal output from the second pixel, and outputs a comparison signal by comparing the second sampling signal with the ramp signal.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 공급 전원 노이즈 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다. As described above, the analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention has an effect of removing supply power supply noise and switching noise.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 밀러 보상 캐패시터를 이용하여 램프 신호를 안정적으로 출력하고, 레이아웃 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다. In addition, the analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention has an effect of stably outputting a ramp signal using a Miller compensation capacitor and reducing a layout size.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 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 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치를 포함하는 이미지 촬상 장치의 개략적인 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다. 도 2에 도시된 이미지 촬상 장치(10)는 싱글 슬로프(single slope) ADC를 포함하는 이미지 촬상 장치(10)로 구현될 수 있다. 1 is a schematic block diagram of an image pickup apparatus including an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic block diagram of an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention. . The image capturing apparatus 10 illustrated in FIG. 2 may be implemented as an image capturing apparatus 10 including a single slope ADC.

도 1과 도 2를 참조하면, 이미지 촬상 장치(10)는 픽셀 어레이(pixel array)와 같은 활성 영역(20), 옵티컬 블랙(Optical Black; OB) 픽셀 어레이와 같은 옵티컬 블랙 영역(25), 로우 디코더(row decoder; 30), 컬럼 디코더(column decoder, 35), 타이밍 생성기(Timing Generator(TG), 40), 기준신호발생기(45), 램프 신호 생성기(60), 및 아날로그-디지털 변환 블럭(90)를 포함한다. 1 and 2, the image capturing apparatus 10 may include an active region 20, such as a pixel array, an optical black region 25, such as an optical black (OB) pixel array, and a row. A row decoder 30, a column decoder 35, a timing generator 40, a reference signal generator 45, a ramp signal generator 60, and an analog-to-digital conversion block 90).

아날로그-디지털 변환 블럭(90)은 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling(CDS)) 블럭(70)과 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter(ADC), 80)를 포함한다.The analog-to-digital conversion block 90 includes a correlated double sampling (CDS) block 70 and an analog-digital converter (ADC) 80.

활성 영역(20)은 다수의 로우(row)들과 다수의 컬러(column)들 사이에 2차원 매트릭스 형태로 배열된 다수의 단위 픽셀들을 포함한다. 활성 영역(20)은 로우 디코더(30)로부터 출력된 제어신호들(예컨대, TX, RX, SEL)에 응답하여 어느 하나의 컬럼으로부터 출력되는 각각의 픽셀 신호(Pixel<0> - Pixel<n>)를 각각의 CDS 회로(71, 73 및 75)로 전송한다. The active area 20 includes a plurality of unit pixels arranged in a two-dimensional matrix between a plurality of rows and a plurality of columns. The active area 20 is a pixel signal (Pixel <0>-Pixel <n>) output from any one column in response to control signals (eg, TX, RX, SEL) output from the row decoder 30. ) Are transmitted to the respective CDS circuits 71, 73, and 75.

일반적으로 단위 픽셀은 광전 변환을 수행하는 광 감지 소자와 다수의 트랜지스터들을 포함하며, 상기 광 감지 소자는 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터로 구현될 수 있다. 예컨대, 단위 픽셀이 하나의 광 감지 소자와 4개의 트랜지스터들을 포함하는 4-TR 구조로 구현되는 경우, 픽셀 어레이(20)는 로우 디코더(30)로부터 출력된 제어신호들(TX, RX, SEL)에 응답하여 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호 즉, 리셋 신호와 영상 신호를 증폭하여 CDS 블럭(70)으로 전송한다. In general, a unit pixel includes a photosensitive device performing photoelectric conversion and a plurality of transistors, and the photosensitive device may be implemented as a photodiode or a phototransistor. For example, when the unit pixel is implemented with a 4-TR structure including one light sensing element and four transistors, the pixel array 20 may output control signals TX, RX, and SEL output from the row decoder 30. In response, the pixel signal output from the unit pixel, that is, the reset signal and the image signal are amplified and transmitted to the CDS block 70.

단위 픽셀들 각각은 상기 단위 픽셀을 구동하기 위한 공급 전원 예컨대, 전원 전압을 수신하기 위한 단자에 접속되어 있다. 이에 따라 상기 공급 전원으로부터 생성된 공급 전원 노이즈가 픽셀 신호로 유입되고, 유입된 공급 전원 노이즈는 상기 픽셀 신호와 함께 증폭되어 CDS 블럭(70)으로 전송된다. 이러한 원치 않는 노이즈 성분 예컨대, 공급 전원 노이즈는 CDS 블럭(70)에서의 아날로그-디지털 변환 동작에 반영되어 디지털 신호 값에 영향을 미치게 된다. Each of the unit pixels is connected to a terminal for receiving a power supply for driving the unit pixel, for example, a power supply voltage. Accordingly, the supply power noise generated from the supply power is introduced into the pixel signal, and the supplied supply power noise is amplified together with the pixel signal and transmitted to the CDS block 70. These unwanted noise components, such as supply power noise, are reflected in the analog-to-digital conversion operation in the CDS block 70 to affect the digital signal values.

옵티컬 블랙 영역(25)은 다수의 옵티컬 블랙 픽셀들을 포함한다. 옵티컬 블랙 영역(25)은 활성 영역(20)과 달리 상부를 모두 금속으로 덮어 외부로부터 입사되는 빛을 완전히 차단한 영역으로서, 빛에 의한 영향을 받지 않으므로 광전 변환에 의해 생성되는 신호 없이 옵티컬 블랙 픽셀의 내부에서 생성되는 전자들만을 기초하여 옵티컬 블랙 신호를 출력한다. The optical black area 25 includes a plurality of optical black pixels. Unlike the active area 20, the optical black area 25 completely covers the upper part with metal to completely block light incident from the outside. Since the optical black area 25 is not affected by light, the optical black pixel is not generated by the photoelectric conversion. The optical black signal is output based only on the electrons generated inside the L-n.

옵티컬 블랙 영역(25)의 옵티컬 블랙 픽셀들에 공급되는 공급 전원은 활성 영역(20)의 단위 픽셀들에 공급되는 공급 전원과 동일하다. 따라서 옵티컬 블랙 영역(25)으로부터 출력되는 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel)에 포함된 공급 전원의 노이즈는 활성 영역(20)으로부터 출력되는 픽셀 신호(Pixel<0>-Pixel<n>, 여기서 n은 자연수이다)에 포함되는 공급 전원의 노이즈와 동일하다. 즉, 옵티컬 블랙 영역(25)은 활성 영역(20)에서 생성된 공급 전원 노이즈와 동일한 노이즈를 옵티컬 블랙 신호를 통해 효과적으로 전달할 수 있다. The supply power supplied to the optical black pixels of the optical black region 25 is the same as the supply power supplied to the unit pixels of the active region 20. Therefore, the noise of the power supply included in the optical black signal OB_Pixel output from the optical black region 25 is a pixel signal Pixel <0> -Pixel <n> output from the active region 20, where n is a natural number. This is the same as the noise of the power supply included in). That is, the optical black region 25 may effectively transmit the same noise as the power supply noise generated in the active region 20 through the optical black signal.

로우 디코더(30)는 픽셀 어레이(20)에 접속되며, 타이밍 생성기(40)로부터 출력된 제어신호들에 응답하여 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 픽셀 어레이(20)의 로우(row)를 선택한다. The row decoder 30 is connected to the pixel array 20 and selects a row of the pixel array 20 sequentially or in a predetermined order in response to control signals output from the timing generator 40. .

컬럼 디코더(35)는 픽셀 어레이(20)에 접속되며, 타이밍 생성기(40)로부터 출력된 제어신호들에 응답하여 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 픽셀 어레이(20)의 컬럼(column)을 선택한다. The column decoder 35 is connected to the pixel array 20 and selects columns of the pixel array 20 sequentially or in a predetermined order in response to control signals output from the timing generator 40. .

즉, 이미지 촬상 장치(10)의 픽셀 어레이(20)는 로우 디코더(30)와 컬럼 디코더(35)에 의하여 선택된 적어도 하나의 픽셀로부터 생성된 픽셀 신호, 즉 아날로그 신호들(리셋 신호와 영상신호)을 아날로그-디지털 변환 블럭(90)으로 출력한다. That is, the pixel array 20 of the image capturing apparatus 10 may include pixel signals generated from at least one pixel selected by the row decoder 30 and the column decoder 35, that is, analog signals (reset signal and image signal). Is output to the analog-to-digital conversion block 90.

타이밍 생성기(40)는 픽셀 어레이(20), 로우 디코더(30), 컬럼 디코더(35), 타이밍 생성기(40), 기준신호발생기(45), 램프 신호 생성기(60), 및 아날로그-디지털 변환 장치(90) 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어신호를 생성한다. The timing generator 40 includes a pixel array 20, a row decoder 30, a column decoder 35, a timing generator 40, a reference signal generator 45, a ramp signal generator 60, and an analog-to-digital converter. At least one control signal for controlling at least one operation from the 90 is generated.

기준신호발생기(45)는 노이즈의 변동에 상관없이 일정한 레벨을 유지하는 제1기준신호(Vref)을 생성한다. 제1기준신호(Vref)는 OB 기준신호발생부(50)의 기준신호로서 제공된다. The reference signal generator 45 generates a first reference signal Vref that maintains a constant level regardless of noise fluctuations. The first reference signal Vref is provided as a reference signal of the OB reference signal generator 50.

또한, 기준신호발생기(45)는 OB 기준신호발생부(50)를 포함한다. OB 기준신호발생부(50)는 옵티컬 블랙 영역(25)으로부터 출력된 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel) 에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링 신호를 생성하고, 생성된 제1샘플링 신호와 제1기준신호(Vref)에 기초하여 제2기준신호(도 3에 도시된 VOB _ in1)을 생성한다. In addition, the reference signal generator 45 includes an OB reference signal generator 50. The OB reference signal generator 50 generates a first sampling signal by performing a correlated double sampling on the optical black signal OB_Pixel output from the optical black region 25, and generates the first sampling signal and the first reference. The second reference signal V OB _ in1 illustrated in FIG. 3 is generated based on the signal Vref.

도 1에서는 기준신호발생기(45)가 OB 기준신호발생부(50)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, OB 기준신호발생부(50)는 기준신호발생기(45)의 외부에 어디에라도 구현이 가능하다. Although the reference signal generator 45 is illustrated as including the OB reference signal generator 50 in FIG. 1, the OB reference signal generator 50 may be implemented anywhere outside the reference signal generator 45. .

램프 신호 생성기(60)는 OB 기준신호발생부(50)로부터 출력된 제2기준신호(VOB _ in1)에 기초하여 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel)에 포함된 공급 전원 노이즈와 CDS 회로(57) 내의 스위칭 노이즈를 레플리카한 램프 신호(Vramp)를 출력한다. The ramp signal generator 60 may supply power noise included in the optical black signal OB_Pixel and the CDS circuit 57 based on the second reference signal V OB _ in1 output from the OB reference signal generator 50. A ramp signal Vramp that replicates the switching noise is output.

아날로그-디지털 변환 블록(90)은 CDS 블록(70)과 아날로그-디지털 변환기(80)를 포함하며, 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호(Pixel<0>-Pixel<n>)에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링 신호(도 3에 도시된 VIN1)를 생성하고, 상기 제2샘플링 신호(VIN1)와 램프 신호(Vramp)에 기초하여 디지털 신호를 생성한다. The analog-to-digital conversion block 90 includes a CDS block 70 and an analog-to-digital converter 80, and performs correlated double sampling on the pixel signals Pixel <0> -Pixel <n> output from the unit pixels. A second sampling signal VIN1 shown in FIG. 3 is generated, and a digital signal is generated based on the second sampling signal VIN1 and a ramp signal Vramp.

도 2를 참조하면, 아날로그-디지털 변환 장치는 기준신호발생기(45), OB 기준신호발생부(50), 램프 신호 생성기(60), 및 CDS 블럭(70)을 포함한다.  Referring to FIG. 2, the analog-to-digital converter includes a reference signal generator 45, an OB reference signal generator 50, a ramp signal generator 60, and a CDS block 70.

옵티컬 블랙(Optical Black; OB) 기준신호발생부(50)는 옵티컬 블랙 픽셀(이하, "제1픽셀"이라 한다)로부터 출력되는 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel)에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링 신호를 생성하고, 생성된 제1샘플링 신호를 기초하여 제2기준신호(VOB _ in1)을 생성한다.The optical black (OB) reference signal generator 50 performs a first sampling by performing a correlated double sampling on an optical black signal OB_Pixel output from an optical black pixel (hereinafter, referred to as a “first pixel”). A signal is generated and a second reference signal V OB _ in1 is generated based on the generated first sampling signal.

램프 신호 생성기(60)는 OB 기준신호발생부(50)로부터 출력되는 제2기준신호(VOB _ in1)에 기초하여 주기적인 램프 신호(Vramp)를 발생한다. The ramp signal generator 60 generates a periodic ramp signal Vramp based on the second reference signal V OB _ in1 output from the OB reference signal generator 50.

CDS 블럭(70)은 각각의 컬럼마다 접속된 다수의 CDS 회로(71, 73 및 75)를 포함한다. CDS 회로(71, 73 또는 75)는 어느 하나의 컬럼에 접속된 단위 픽셀로부터 출력되는 픽셀 신호(Pixel<0>-Pixel<n>)에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링신호(VIN1)를 생성하고, 제2샘플링신호(VIN1)와 램프 신호(Vramp)를 비교하여 비교 결과에 따른 디지털 신호를 생성하기 위한 비교 신호를 출력한다. The CDS block 70 includes a plurality of CDS circuits 71, 73, and 75 connected for each column. The CDS circuit 71, 73, or 75 performs a correlated double sampling on the pixel signals Pixel <0> -Pixel <n> output from the unit pixels connected to any one column to perform the second sampling signal VIN1. And a second sampling signal VIN1 and a ramp signal Vramp are compared to output a comparison signal for generating a digital signal according to the comparison result.

도 3은 도 2의 아날로그-디지털 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍 도를 나타낸다. 이하, 도 2와 도 3을 참조하여 공급 전원 노이즈와 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 아날로그-디지털 변환 장치의 동작을 설명한다. FIG. 3 is a timing diagram for describing an operation of the analog-digital converter of FIG. 2. Hereinafter, the operation of the analog-to-digital conversion device capable of removing supply power supply noise and switching noise will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

OB 기준신호발생부(50)는 CDS 회로(57)와 증폭기(또는 버퍼, 55)를 포함하고, 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel)에 기초하여 제2기준신호(VOB _ in1)을 생성한다.The OB reference signal generator 50 includes a CDS circuit 57 and an amplifier (or buffer) 55 and generates a second reference signal V OB _ in1 based on the optical black signal OB_Pixel.

CDS 회로(57)는 다수의 스위치들(SW1 및 SW2), 캐패시터(C0), 및 제1비교기(51)를 포함한다. CDS 회로(57)는 도 3에 도시된 스위칭 신호들(S1 및 S3)에 기초하여 제1픽셀로부터 출력된 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel)에 대하여 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링신호 또는 제1샘플링신호의 적어도 일부와 연관된 신호를 발생한다.The CDS circuit 57 includes a plurality of switches SW1 and SW2, a capacitor C0, and a first comparator 51. The CDS circuit 57 performs a correlated double sampling on the optical black signal OB_Pixel output from the first pixel based on the switching signals S1 and S3 shown in FIG. 3 to perform the first sampling signal or the first sampling signal. Generate a signal associated with at least a portion of the signal.

증폭기(55)는 제1샘플링 신호 또는 상기 제1샘플링신호의 적어도 일부와 연관된 신호를 버퍼링하여 제2기준신호(VOB _ in1)을 생성한다. 본 발명의 실시 예에서 증폭기(55)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구현되며, 이에 한정되는 것은 아니다.The amplifier 55 buffers a signal associated with at least a portion of the first sampling signal or the first sampling signal to generate a second reference signal V OB _ in1 . In an embodiment of the present invention, the amplifier 55 is implemented as a voltage follower, but is not limited thereto.

CDS 회로(57)가 샘플링 동작을 수행하는 경우, 즉 CDS 회로(57) 내에서 다수의 스위치들(SW1 및 SW3) 각각이 스위칭 신호들(S1 및 S3)에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프될 때 스위칭 노이즈가 발생된다. 또한 CDS 회로(57)에는 옵티컬 블랙 신호(OB_Pixel)를 통해 제1픽셀의 공급 전원으로부터 생성된 공급 전원 노이즈가 유입된다. When the CDS circuit 57 performs a sampling operation, that is, each of the plurality of switches SW1 and SW3 in the CDS circuit 57 is turned on or turned off in response to the switching signals S1 and S3. Switching noise is generated. In addition, supply power noise generated from the power supply of the first pixel is introduced into the CDS circuit 57 through the optical black signal OB_Pixel.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 제2기준신호(VOB _ in1)에는 제1픽셀의 옵티컬 블랙 신호뿐만 아니라 제1픽셀의 공급 전원으로부터 유입된 공급 전원 노이즈와 CDS 회로(57) 내부에서 생성된 스위칭 노이즈를 함께 포함한다. Accordingly, as shown in FIG. 3, the second reference signal V OB _ in1 is generated not only in the optical black signal of the first pixel but also in the CDS circuit 57 and supply power noise introduced from the supply power of the first pixel. Included switching noise together.

상술한 바와 같이, OB 기준신호발생부(50)는 CDS 블럭(70)에 포함된 CDS 회로(71, 73 및 75)와 동일한 구성을 갖는 CDS 회로(57)를 포함하고, 단위 픽셀로부터 출력된 픽셀 신호를 샘플링 동작을 수행하는 경우 발생되는 노이즈 성분(예컨대, 단위 픽셀로부터 유입된 공급 전원 노이즈와 CDS 회로(57) 내에서 생성된 스위칭 노이즈)을 레플리카한 램프 신호(Vramp)를 출력한다. As described above, the OB reference signal generator 50 includes a CDS circuit 57 having the same configuration as the CDS circuits 71, 73, and 75 included in the CDS block 70, and is output from the unit pixel. A ramp signal Vramp is reproduced by replicating a noise component (for example, supply power noise introduced from a unit pixel and switching noise generated in the CDS circuit 57) generated when the pixel signal is sampled.

램프 신호 생성기(60)는 전압-전류 변환기(또는 V-I 변환기, 63), 제2비교기(61), 스위칭 소자(P1), 및 외장 캐패시터(CL)를 구비하는 제1패드(65)를 포 함하며, OB 기준신호발생부(50)로부터 출력된 제2기준신호(VOB _ in1)에 기초하여 주기적인 램프 신호(Vramp)를 생성한다. The ramp signal generator 60 includes a first pad 65 having a voltage-to-current converter (or VI converter) 63, a second comparator 61, a switching element P1, and an external capacitor CL. A periodic ramp signal Vramp is generated based on the second reference signal V OB _ in1 output from the OB reference signal generator 50.

전압-전류 변환기(63)는 출력 노드(ND1)와 제1전압(VSS)을 수신하는 제1단자 사이에 접속되는 분배기와 전류원(Ib)를 포함한다. 분배기는 출력노드(ND1)와 제1노드(ND2)에 접속되는 제1저항(R1)과 상기 제1노드(ND2)와 제1단자 사이에 접속되는 제2저항(R2)을 포함한다. 분배기는 출력노드(ND1)의 전압을 분배하고, 분배된 전압을 제1노드(ND2)에서 피드백 신호로서 출력한다. 분배 전압은 제1저항과 제2저항의 저항값에 기초하여 조절되며, 제2비교기(61)의 제2입력단자(+)로 피드백된다.The voltage-to-current converter 63 includes a divider and a current source Ib connected between the output node ND1 and the first terminal for receiving the first voltage VSS. The divider includes a first resistor R1 connected to the output node ND1 and the first node ND2, and a second resistor R2 connected between the first node ND2 and the first terminal. The divider divides the voltage of the output node ND1 and outputs the divided voltage as a feedback signal at the first node ND2. The divided voltage is adjusted based on the resistance values of the first resistor and the second resistor, and fed back to the second input terminal (+) of the second comparator 61.

또한, 전류원(Ib)은 출력 노드(ND1)로부터 제3저항(R3)을 통해 제1단자에 접속되고, 출력 노드(ND1)의 전압을 기초하여 램프 신호(Vramp)를 출력한다. In addition, the current source Ib is connected to the first terminal from the output node ND1 through the third resistor R3 and outputs a ramp signal Vramp based on the voltage of the output node ND1.

제2비교기(61)는 제1입력단자(-)를 통해 입력된 제2기준신호(VOB _ in1)와 제2입력단자(+)를 통해 입력된 피드백 신호를 비교하여 비교결과를 출력한다. The second comparator 61 outputs a comparison result by comparing the second reference signal V OB _ in1 inputted through the first input terminal (−) with a feedback signal inputted through the second input terminal (+). .

스위칭 소자(P1)는 제2전압(VDD)과 출력 노드(ND1) 사이에 접속되며, 제2비교기(61)로부터 출력되는 비교 결과에 따라 턴-온되어 제2전압(VDD)을 수신하는 제2단자와 출력노드(ND1) 사이의 전류 패스를 형성한다. The switching element P1 is connected between the second voltage VDD and the output node ND1 and is turned on according to a comparison result output from the second comparator 61 to receive the second voltage VDD. A current path is formed between the two terminals and the output node ND1.

상기 스위칭 소자(P1)는 PMOSFET 또는 NMOSFET로 구현될 수 있다. 예컨대, 스위칭 소자(P1)가 PMOSFET로 구현되는 경우, 스위칭 소자(P1)는 제1레벨(예컨대, 로우레벨)을 갖는 비교 신호에 응답하여 턴-온 상태를 유지한다. The switching element P1 may be implemented as a PMOSFET or an NMOSFET. For example, when the switching element P1 is implemented as a PMOSFET, the switching element P1 is maintained in a turn-on state in response to a comparison signal having a first level (eg, a low level).

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 제1픽셀에서 생성된 공급 전원 노이즈와 CDS 회로(57)내에서 샘플링 동작시 생성된 스위칭 노이즈를 레플리카(replica)한 램프 신호(Vramp)를 생성할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 CDS 블럭(70)의 기준 신호로서 공급된다.As described above, the analog-to-digital converter according to the exemplary embodiment of the present invention includes a ramp signal replicating supply power noise generated in the first pixel and switching noise generated during the sampling operation in the CDS circuit 57. Vramp) can be created. The ramp signal Vramp is supplied as a reference signal of the CDS block 70.

CDS 블럭(70)은 각각의 컬럼마다 접속되는 다수의 CDS 회로(71, 73, 및 75)를 포함하고, CDS 회로(71, 73, 및 75)는 다수의 스위치들(SW1 및 SW2), 캐패시터, 및 제3비교기(50)를 포함한다. The CDS block 70 includes a plurality of CDS circuits 71, 73, and 75 connected to each column, and the CDS circuits 71, 73, and 75 include a plurality of switches SW1 and SW2, capacitors. , And a third comparator 50.

픽셀 어레이(20)는 로우 디코더(30)로부터 출력된 제어신호(예컨대, TX, RX 및 SEL)에 응답하여 어느 하나의 컬럼에 접속된 단위 픽셀(이하, "제2픽셀"이라 한다)의 픽셀 신호 즉, 리셋 신호(Vres)와 영상 신호(Vsig)를 각각의 CDS 회로(71, 73, 및 75)로 순차적으로 출력하고, CDS 회로(71, 73 및 75)는 스위칭 신호(S1 및 S3)에 응답하여 리셋 신호(Vres)를 샘플링한 후, 영상 신호(Vsig)를 샘플링한다.The pixel array 20 is a pixel of a unit pixel (hereinafter referred to as a "second pixel") connected to any one column in response to a control signal (eg, TX, RX, and SEL) output from the row decoder 30. A signal, that is, a reset signal Vres and an image signal Vsig, are sequentially output to the respective CDS circuits 71, 73, and 75, and the CDS circuits 71, 73, and 75 are switched signals S1 and S3. In response to the reset signal Vres, the video signal Vsig is sampled.

즉, CDS 회로(71, 73 및 75)는 제2픽셀로부터 출력된 픽셀 신호(Pixel<0> - Pixel<n>)에 대하여 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링신호(VIN1)를 발생한다.That is, the CDS circuits 71, 73, and 75 perform correlated double sampling on the pixel signals Pixel <0>-Pixel <n> output from the second pixel to generate the second sampling signal VIN1.

여기서, CDS 회로(71, 73 및 75)가 리셋 신호(Vres)에 대하여 샘플링 동작을 수행하는 구간을 '리셋 신호 샘플링 구간'(①-③)이라 하고, 영상 신호(Vsig)에 대하여 샘플링 동작을 수행하는 구간을 '영상 신호 샘플링 구간'(④-⑤)이라 한다.  Here, a section in which the CDS circuits 71, 73, and 75 perform a sampling operation on the reset signal Vres is called a 'reset signal sampling period' (①-③), and the sampling operation is performed on the image signal Vsig. The section to be performed is called a 'video signal sampling section' (④-⑤).

제3 비교기(59)는 제1입력단자(-)를 통해 입력된 제2샘플링 신호(VIN1)와 제2입력단자(+)를 통해 입력된 램프 신호(Vramp)를 비교하여, 비교 결과에 따라 비교 신호를 출력한다. The third comparator 59 compares the second sampling signal VIN1 input through the first input terminal (−) and the ramp signal Vramp input through the second input terminal (+), and according to the comparison result. Output the comparison signal.

하향 램핑이 시작될 때, 즉 램프 신호(Vramp)가 감소되는 동안, 아날로그-디지털 변환기(80)는 클럭신호의 개수를 카운트하고, 비교 신호가 제1레벨(예컨대, 로우 레벨)에서 제2레벨(예컨대, 하이 레벨)로 천이될 때 카운트된 신호를 디지털 신호로서 출력한다. 즉, 감소되는 램프 신호(Vramp)의 레벨이 제2샘플링 신호(VIN1)의 레벨에 도달하는 시점(T1)에서의 카운트 값이 디지털 신호를 의미하며, 결과적으로 디지털 신호는 리셋 신호(Vres)와 영상 신호(Vsig)의 차이(Vres-Vsig)에 해당하는 변화량(△Signal, 이하 "영상 신호 변화량"이라 한다) 또는 램프 신호(Vramp)의 변화량(△Vramp)에 상응하는 출력 값이다.When downward ramping starts, i.e. while the ramp signal Vramp is reduced, the analog-to-digital converter 80 counts the number of clock signals, and the comparison signal is changed from the first level (e.g., low level) to the second level (e.g. For example, the signal counted at the transition to the high level) is output as a digital signal. That is, the count value at the time point T1 when the level of the ramp signal Vramp that is decreased reaches the level of the second sampling signal VIN1 means a digital signal. As a result, the digital signal is equal to the reset signal Vres. An output value corresponding to a change amount (ΔSignal, hereinafter referred to as an “image signal change amount”) or a change amount ΔVramp of the ramp signal Vramp corresponding to the difference Vres-Vsig of the image signal Vsig.

결과적으로 램프 신호의 변화량(△Vramp)은 제2샘플링 신호(VIN1)에 포함된 노이즈 성분에 의해 기준 전위가 변동될 수 있으며, 이에 따라 램프 신호 변화량(△Vramp)과 영상 신호 변화량(△Signal)이 서로 다른 값을 갖는다. 이 경우, 아날로그-디지털 변환 장치로부터 출력되는 디지털 신호에는 오차가 발생할 수 있다. 이로 인해 종래의 아날로그-디지털 변환 장치는 광전 변환에 의해 생성된 영상 신호에 상응하는 이미지 신호를 출력할 수 없었다. As a result, the reference potential may be changed by the noise component included in the second sampling signal VIN1 in the variation amount ΔVramp of the ramp signal. Accordingly, the ramp signal variation ΔVramp and the image signal variation ΔSignal Have different values. In this case, an error may occur in the digital signal output from the analog-digital converter. As a result, the conventional analog-to-digital converter cannot output an image signal corresponding to the video signal generated by the photoelectric conversion.

리셋 신호 샘플링 구간(①-③) 동안, 비교기(59)의 제1입력단자(-)로 입력되는 제2샘플링 신호(VIN1, 수학식 1에서는 VIN11, 즉 VIN1=VIN11)와 램프 신호(Vramp, 수학식 1에서는 Vramp1 , 즉 Vramp=Vramp1), 및 상기 제2샘플링신호(VIN1=VIN11)와 상기 램프 신호(Vramp1)의 차이(VDiff, 수학식 1에서는 VDiff1, 즉 VDiff=VDiff1)는 수학식 1과 같이 나타내진다. Reset signal sampling period (①-③) for a first input terminal of the comparator 59 (-), the second sampling signal that is input to (the VIN1, Equation 1 VIN1 1, i.e., VIN1 = VIN1 1) and the ramp signal ( Vramp, Vramp 1 in Equation 1 That is, Vramp = Vramp 1 and the difference between the second sampling signal VIN1 = VIN1 1 and the ramp signal Vramp 1 (V Diff , V Diff1 in Equation 1, ie V Diff = V Diff1 ) It is shown as Equation 1.

Figure 112008033021113-PAT00001
Figure 112008033021113-PAT00001

여기서, Vref는 제1기준신호(Vref)이고, △VS3는 스위치(S1 및 S3)의 턴-오프시 발생되는 스위칭 노이즈 성분, △Vpower는 공급 전원의 노이즈 성분을 각각 가리킨다. Here, Vref is a first reference signal (Vref) and, △ V S3 is turned on of the switches (S1 and S3) - indicates the respective switching noise that is generated during the off-component, △ Vpower the noise component of the supply voltage.

수학식 1을 참조하면, 제3 비교기(59)의 제1입력단자(-)로 입력된 제2샘플링 신호(VIN1=VIN11)와 제2입력단자(+)로 입력된 램프 신호(Vramp=Vramp1)는 서로 동일하므로 제3 비교기(59)로 입력된 제2샘플링 신호(VIN=VIN11)와 램프 신호(Vramp=Vramp1)는 서로 상쇄된다. Referring to Equation 1, the second sampling signal VIN1 = VIN1 1 input to the first input terminal (−) of the third comparator 59 and the ramp signal Vramp = input to the second input terminal (+). Since Vramp 1 is identical to each other, the second sampling signal VIN = VIN1 1 and the ramp signal Vramp = Vramp 1 input to the third comparator 59 cancel each other.

또한, 영상 신호 샘플링 구간(④-⑤)동안, 제3비교기(59)로 입력되는 제2샘플링 신호(VIN1, 수학식 2에서는 VIN12, 즉 VIN1=VIN12)와 램프 신호(Vramp, 수학식 2에서는 Vramp2 , 즉Vramp=Vramp2), 및 상기 제2샘플링 신호(VIN1=VIN12)와 램프 신호(Vramp=Vramp2)의 차이(VDiff, 수학식 2에서는 VDiff2, 즉 VDiff=VDiff2)는 수학식 2와 같이 나타내진다. Also, the image signal sampling interval (④-⑤), while the third comparator 59, a second sampling signal that is input to (the VIN1, Equation 2 VIN1 2, i.e., VIN1 = VIN1 2) the ramp signal (Vramp, equation Vramp 2 in 2 In other words, Vramp = Vramp 2 and the difference between the second sampling signal VIN1 = VIN1 2 and the ramp signal Vramp = Vramp 2 (V Diff , V Diff2 in Equation 2, ie V Diff = V Diff2 ) Equation 2 is shown.

Figure 112008033021113-PAT00002
Figure 112008033021113-PAT00002

여기서, △Signal은 리셋 동작 이후 제2픽셀로부터 출력되는 리셋 신호(Vres)와 영상 신호(Vsig)의 차이(Vres-Vsig) 즉, 영상 신호 변환량을 나타낸다. Here, ΔSignal represents the difference between the reset signal Vres and the image signal Vsig (Vres-Vsig) output from the second pixel after the reset operation, that is, the amount of video signal conversion.

수학식2를 참조하면 영상 신호 샘플링 구간(④-⑤)동안, 제3 비교기(59)의 제1입력단자(-)로 입력된 제2샘플링 신호(VIN1=VIN12)의 노이즈 성분과 제2입력단자(+)로 입력된 램프 신호(Vramp=Vramp2)의 노이즈 성분은 서로 상쇄되고, 실제 원하는 이미지 신호 즉, 영상 신호의 변화량(△Signal)만이 남는다. Referring to Equation 2, the noise component and the second noise component of the second sampling signal VIN1 = VIN1 2 input to the first input terminal (-) of the third comparator 59 during the video signal sampling period ④-⑤. The noise components of the ramp signal (Vramp = Vramp 2 ) input to the input terminal (+) cancel each other, leaving only the actual amount of change (ΔSignal) of the image signal, that is, the image signal.

영상 신호 샘플링 구간(④-⑤) 이후, 즉 램프 신호(Vramp)가 하향(downward) 램프를 시작할 때, 제3 비교기(59)는 제2샘플링 신호(VIN1)와 램프 신호(Vramp)를 비교하여 디지털 신호를 생성하기 위한 비교 신호를 출력한다. After the image signal sampling period ④-⑤, that is, when the ramp signal Vramp starts the downward ramp, the third comparator 59 compares the second sampling signal VIN1 with the ramp signal Vramp. A comparison signal for generating a digital signal is output.

램프 신호(Vramp)가 하향 램핑을 수행함에 따라 제3비교기(59)의 제2입력단자(+)에 입력되는 램프 신호(Vramp)의 레벨도 감소한다. 제3비교기(59)는 램프신호(Vramp)의 레벨이 제2샘플링신호(VIN1)의 레벨보다 높은 동안에는 제1 레벨(예컨대, 로우 레벨)을 갖는 비교 신호를 출력하고, 램프 신호(Vramp)의 레벨이 제2샘플링 신호(VIN1)의 레벨보다 같거나 낮아지면 제2레벨(예컨대, 하이 레벨)을 갖는 비교 신호를 출력한다. As the ramp signal Vramp performs downward ramping, the level of the ramp signal Vramp input to the second input terminal (+) of the third comparator 59 also decreases. The third comparator 59 outputs a comparison signal having a first level (eg, a low level) while the level of the ramp signal Vramp is higher than the level of the second sampling signal VIN1, and outputs a comparison signal having the ramp signal Vramp. When the level is equal to or lower than the level of the second sampling signal VIN1, a comparison signal having a second level (eg, a high level) is output.

즉, 수학식2에 도시된 바와 같이, 제2샘플링 신호(VIN1)에 포함된 노이즈 성분과 램프 신호(Vramp)에 포함된 노이즈 성분이 서로 상쇄되어 결국 영상 신호의 변화량(△Signal)만이 남음으로써, 램프 신호(Vramp)가 하향 램프를 시작할 때부터 비교 신호가 천이 되는 시점(T1)까지 감소하는 램프 신호의 변화량(△Vramp)은 상기 영상 신호의 변화량(△Signal)과 동일하다. 즉, 영상 신호의 변화량(△Signal)과 램프 신호의 변화량 (△Vramp)은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. That is, as shown in Equation 2, the noise component included in the second sampling signal VIN1 and the noise component included in the ramp signal Vram cancel each other, so that only the change amount ΔSignal of the image signal remains. The change amount? Vramp of the ramp signal, which decreases from the time when the ramp signal Vramp starts the down ramp until the comparison signal transitions, is equal to the change amount? Signal of the video signal. That is, the change amount ΔSignal of the video signal and the change amount ΔVramp of the ramp signal may be expressed as in Equation 3 below.

Figure 112008033021113-PAT00003
Figure 112008033021113-PAT00003

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 디지털 변환 장치는 픽셀 어레이(20)에서 생성된 공급 전원 노이즈와 CDS 회로(71, 73 및 75) 내에서 생성된 스위칭 노이즈를 레플리카한 램프 신호(Vramp)를 생성하여, 노이즈 성분을 레플리카한 램프 신호(Vramp)를 CDS 회로(71, 73 및 75)의 기준 신호로서 제공한다.That is, the analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention is a ramp signal (Vramp) is a replica of the power supply noise generated in the pixel array 20 and the switching noise generated in the CDS circuit (71, 73 and 75) The ramp signal Vramp, which is generated by replicating the noise component, is provided as a reference signal of the CDS circuits 71, 73, and 75.

이에 따라 본 발명은 단위 픽셀의 출력 신호에 포함된 노이즈 성분과 램프 신호에 포함된 노이즈 성분이 서로 상쇄됨으로써 기존의 아날로그-디지털 변환 장치로부터 출력된 출력 신호에 잔류되어 있던 노이즈 성분까지 제거할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, according to the present invention, the noise component included in the output signal of the unit pixel and the noise component included in the ramp signal cancel each other, thereby eliminating even the noise component remaining in the output signal output from the conventional analog-to-digital converter. It works.

또한, 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 영상 신호의 변화량(△Signal)과 동일한 램프 신호의 변화량(△Vramp)을 출력할 수 있으므로, 광전 변화량에 상응하는 정확한 이미지 신호를 출력할 수 있다. In addition, the analog-to-digital converter according to the present invention can output the change amount (ΔVramp) of the ramp signal equal to the change amount (ΔSignal) of the image signal, it is possible to output an accurate image signal corresponding to the photoelectric change amount.

상기 CDS 블록(70)에 포함된 CDS 회로(71, 73 및 75)는 OB 기준신호발생부(50)에 포함된 CDS 회로(57)와 구성 및 동작이 동일하며, 상기 CDS 회로(71, 73, 75, 및 57) 각각은 제1비교기(51) 또는 제2비교기(57)로부터 출력된 비교신호를 기준신호(REF)와 비교하기 위한 비교기(53)을 더 구비할 수 있다. The CDS circuits 71, 73, and 75 included in the CDS block 70 have the same configuration and operation as the CDS circuit 57 included in the OB reference signal generator 50, and the CDS circuits 71, 73. , 75, and 57 may further include a comparator 53 for comparing the comparison signal output from the first comparator 51 or the second comparator 57 with the reference signal REF.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다. 4 is a schematic block diagram of an analog-digital converter according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 아날로그-디지털 변환 장치는 기준신호발생기(45), OB 기준신호발생부(50), 램프 신호 생성기(69), 및 CDS 블럭(70)을 포함한다. Referring to FIG. 4, the analog-to-digital converter includes a reference signal generator 45, an OB reference signal generator 50, a ramp signal generator 69, and a CDS block 70.

아날로그-디지털 변환 장치는 램프 신호 생성기(69)를 제외하고 도 4에 도시된 기준신호발생기(45), OB 기준신호발생부(50), 및 CDS 블럭(70)의 구성 및 동작이 도 2의 OB 기준신호발생부(50)를 포함하는 기준신호발생기(45)와 CDS 블럭(70) 각각과 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 구체적인 설명은 생략된다. Except for the ramp signal generator 69, the analog-to-digital converter includes the configuration and operation of the reference signal generator 45, the OB reference signal generator 50, and the CDS block 70 shown in FIG. Since the reference signal generator 45 including the OB reference signal generator 50 and the CDS block 70 are the same, the detailed description is omitted in order to avoid duplication of description.

램프 신호 생성기(69)는 전압-전류 변환기(또는 V-I 변환기, 63), 제2비교기(61), 스위칭 소자(P1), 밀러 보상 캐패시터(Cc), 및 제1패드(65)를 포함한다. OB 기준신호발생부(50)로부터 출력된 제2기준신호(VOB _ in1)에 기초하여 주기적인 램프 신호(Vramp)를 생성한다. The ramp signal generator 69 includes a voltage-to-current converter (or VI converter) 63, a second comparator 61, a switching element P1, a mirror compensation capacitor Cc, and a first pad 65. A periodic ramp signal Vramp is generated based on the second reference signal V OB _ in1 output from the OB reference signal generator 50.

전압-전류 변환기(63)는 출력 노드(ND1)와 제1단자 사이에 접속되는 분배기와 전류원(Ib)를 포함한다. 분배기는 출력노드(ND1)와 제1노드(ND2)에 접속되는 제1저항(R1)과 상기 제1노드(ND2)와 제1단자 사이에 접속되는 제2저항(R2)을 포함한다. 분배기는 출력노드(ND1)의 전압을 분배하고, 분배된 전압을 제1노드(ND2)에서 피드백 신호로서 출력한다. 또한, 전류원(Ib)은 출력 노드(ND1)로부터 제3저항(R3)을 통해 제1단자에 접속되고, 출력 노드(ND1)의 전압을 기초하여 램프 신호(Vramp)를 생성한다. The voltage-current converter 63 includes a divider and a current source Ib connected between the output node ND1 and the first terminal. The divider includes a first resistor R1 connected to the output node ND1 and the first node ND2, and a second resistor R2 connected between the first node ND2 and the first terminal. The divider divides the voltage of the output node ND1 and outputs the divided voltage as a feedback signal at the first node ND2. In addition, the current source Ib is connected to the first terminal from the output node ND1 through the third resistor R3 and generates a ramp signal Vramp based on the voltage of the output node ND1.

제2비교기(61)는 제1입력단자(-)를 통해 입력된 제2기준신호(VOB _ in1)과 제2입력단자(+)를 통해 입력된 피드백 신호를 비교하여 비교결과를 출력한다. The second comparator 61 outputs a comparison result by comparing the second reference signal V OB _ in1 inputted through the first input terminal (−) with a feedback signal input through the second input terminal (+). .

스위칭 소자(P1)는 제2단자와 출력 노드(ND1) 사이에 접속되며, 제2비교기(61)로부터 출력되는 비교 결과에 따라 턴-온되어 제2전압(VDD)과 출력노드(ND1) 사이의 전류 패스를 형성한다. The switching element P1 is connected between the second terminal and the output node ND1 and is turned on according to the comparison result output from the second comparator 61 to between the second voltage VDD and the output node ND1. To form a current path.

밀러 보상 캐패시터(Cc)는 제2비교기(61)의 출력단자와 출력 노드(ND1) 사이에 접속된다. The Miller compensation capacitor Cc is connected between the output terminal of the second comparator 61 and the output node ND1.

램프 신호 생성기(69)는 제1 패드(65)에 접속되는 부하 캐패시턴스(미 도시)에 의하여 출력 노드(ND1)의 전압이 불안정하다. 일반적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 램프 신호 생성기(60)는 제1패드(65)에 외장 캐패시터(CL)를 삽입하여 출력 노드(ND1)의 전압을 안정화시킨다. 즉, 외장 캐패시터(CL)은 제1패드(65)에 접속된 부하 캐패시턴스(미 도시)에 의한 노이즈의 영향을 최소화시켜 출력 노드(ND1)의 전압 레벨을 안정화시킬 수 있다. 그러나 제1패드(65)에 접속된 부하 캐패시턴스가 커질수록, 외장 캐패시터(CL)의 사이즈가 증가함에 따라 아날로그-디지털 변환 장치의 레이아웃 면적이 증가하는 문제가 있다. The ramp signal generator 69 has an unstable voltage at the output node ND1 due to a load capacitance (not shown) connected to the first pad 65. In general, as shown in FIG. 2, the ramp signal generator 60 inserts an external capacitor C L into the first pad 65 to stabilize the voltage of the output node ND1. That is, the external capacitor CL may stabilize the voltage level of the output node ND1 by minimizing the influence of noise caused by a load capacitance (not shown) connected to the first pad 65. However, as the load capacitance connected to the first pad 65 increases, the layout area of the analog-to-digital converter increases as the size of the external capacitor C L increases.

그러나 본 발명의 실시 예에 따른 램프 신호 생성기(69)는 밀러 보상 캐패시터(Cc)를 이용하여 외장 캐패시터(CL) 없이도 출력노드(ND1)의 전압 레벨을 안정화시킬 수 있다. However, the ramp signal generator 69 may stabilize the voltage level of the output node ND1 without the external capacitor C L by using the Miller compensation capacitor Cc.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 램프 신호 생성기(69)는 외장 캐패시터(CL)를 제거함으로써 레이아웃 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 램프 신호 생성기(69)에 외장 캐패시터(CL)를 삽입하는 공정을 제거함으로써 생산 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다. Therefore, the ramp signal generator 69 according to the embodiment of the present invention can reduce the layout size by removing the external capacitor C L. In addition, the production cost can be reduced by eliminating the process of inserting the external capacitor C L into the lamp signal generator 69.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 제1픽셀에서 생성된 공급 전원 노이즈와 CDS 회로(57) 내에서 샘플링 동작시 생성된 스위칭 노이즈를 레플리카(replica)한 램프 신호(Vramp)를 생성하고, 램프 신호(Vramp)는 CDS 블럭(70)의 기준 신호로서 공급함으로써 아날로그-디지털 변환시 발생되는 오차를 보정할 수 있다. As described above, the analog-to-digital converter according to the embodiment of the present invention includes a ramp signal that replicates the supply power noise generated in the first pixel and the switching noise generated in the sampling operation in the CDS circuit 57. Vramp) and the ramp signal Vramp can be supplied as a reference signal of the CDS block 70 to correct an error generated during the analog-to-digital conversion.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환기(80)는 OB 기준신호발생부(50)로부터 출력된 램프 신호(Vramp)를 이용하여 단위 픽셀의 픽셀 신호의 샘플링 동작을 수행시 발생되는 노이즈 성분을 제거함으로써 고해상도의 이미지 신호를 출력할 수 있는 효과가 있다. That is, the analog-to-digital converter 80 according to the embodiment of the present invention uses the ramp signal Vramp output from the OB reference signal generator 50 to generate noise generated when a pixel signal of a unit pixel is performed. By removing the component, there is an effect of outputting a high resolution image signal.

따라서, 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는 외부로부터 발생된 공급 전원 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다. Therefore, the analog-to-digital converter according to the present invention has the effect of eliminating supply power noise generated from the outside.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.The detailed description of each drawing is provided in order to provide a thorough understanding of the drawings cited in the detailed description of the invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치를 포함하는 이미지 촬상 장치의 개념적인 블럭도이다.1 is a conceptual block diagram of an image capturing apparatus including an analog-digital converter according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다. 2 is a schematic block diagram of an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 아날로그-디지털 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍 도를 나타낸다.FIG. 3 is a timing diagram for describing an operation of the analog-digital converter of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다. 4 is a schematic block diagram of an analog-digital converter according to another embodiment of the present invention.

Claims (8)

제1픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링 신호를 생성하고, 상기 제1샘플링 신호와 제1기준신호에 기초하여 제2기준신호을 생성하는 옵티컬 블랙 기준신호발생부; An optical black reference signal generator configured to generate a first sampling signal by performing correlated double sampling on the pixel signal output from the first pixel, and generate a second reference signal based on the first sampling signal and the first reference signal; 상기 제2기준신호에 기초하여 램프 신호를 생성하는 램프신호생성기; 및A ramp signal generator configured to generate a ramp signal based on the second reference signal; And 제2픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상기 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링 신호를 생성하고, 상기 제2샘플링 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 상관 이중 샘플링 블럭를 포함하는 아날로그-디지털 변환 장치.An analog signal including a correlated double sampling block configured to generate a second sampling signal by performing the correlated double sampling on the pixel signal output from the second pixel, and to compare the second sampling signal with the ramp signal and output a comparison signal; Digital converter. 제1항에 있어서, 상기 옵티컬 블랙 기준신호발생부는, The optical black reference signal generator of claim 1, 상기 제1픽셀로부터 출력된 상기 픽셀신호에 대해 상기 상관 이중 샘플링을 수행하여 상기 제1샘플링 신호를 생성하는 상관 이중 샘플링 회로; 및 A correlated double sampling circuit configured to generate the first sampling signal by performing the correlated double sampling on the pixel signal output from the first pixel; And 상기 제1샘플링 신호를 버퍼링하여 상기 제2기준신호을 생성하기 위한 증폭기를 포함하는 아날로그-디지털 변환 장치.And an amplifier for buffering the first sampling signal to generate the second reference signal. 제1항에 있어서, 상기 램프 신호생성기는, The method of claim 1, wherein the lamp signal generator, 출력 노드와 제1전원을 수신하기 위한 제1단자 사이에 접속되고, 상기 출력 노드의 전압을 분배하여 분배된 전압을 피드백 신호로서 출력하고 상기 출력 노드 의 전압을 기초하여 상기 램프 신호를 생성하는 전압-전류 변환기; A voltage connected between an output node and a first terminal for receiving a first power source, for distributing the voltage of the output node to output the divided voltage as a feedback signal, and generating the ramp signal based on the voltage of the output node; A current converter; 상기 제2기준 신호와 상기 피드백 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기; 및A comparator comparing the second reference signal with the feedback signal and outputting a comparison signal; And 제2전원을 수신하기 위한 제2단자와 상기 출력 노드 사이에 접속되고, 상기 비교 신호에 응답하여 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자를 포함하는 아날로그-디지털 변환 장치.And a switching element connected between the second terminal for receiving a second power source and the output node, the switching element performing a switching operation in response to the comparison signal. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 PMOSFET 또는 NMOSFET로 구현되는 아날로그-디지털 변환 장치. The analog-to-digital converter of claim 1, wherein the switching element is implemented as a PMOSFET or an NMOSFET. 제1항에 있어서, 상기 제1픽셀은 옵티컬 블랙(Optical Black) 픽셀이고, 상기 제2픽셀은 단위 픽셀인 아날로그-디지털 변환 장치.The apparatus of claim 1, wherein the first pixel is an optical black pixel and the second pixel is a unit pixel. 제3항에 있어서, 상기 램프 신호 생성기는, The method of claim 3, wherein the ramp signal generator, 상기 비교기의 출력단자와 상기 출력 노드 사이에 접속되는 밀러 보상 캐패시터를 더 포함하는 아날로그-디지털 변환 장치.And a Miller compensation capacitor connected between the output terminal of the comparator and the output node. 제1항에 있어서, 상기 제1기준신호는 일정한 전압 레벨을 유지하는 기준전압인 아날로그-디지털 변환 장치.The analog-to-digital converter of claim 1, wherein the first reference signal is a reference voltage maintaining a constant voltage level. 제1픽셀을 포함하는 활성 영역; An active region comprising a first pixel; 제2픽셀을 포함하는 옵티컬 블랙 영역;An optical black region including a second pixel; 상기 제1픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제1샘플링 신호를 생성하고, 상기 제1샘플링 신호와 제1기준신호에 기초하여 제2기준신호을 생성하는 옵티컬 블랙 기준신호발생부; An optical black reference signal generator configured to generate a first sampling signal by performing correlated double sampling on the pixel signal output from the first pixel, and generate a second reference signal based on the first sampling signal and the first reference signal ; 상기 제2기준신호에 기초하여 램프 신호를 생성하는 램프 신호생성기; 및A ramp signal generator configured to generate a ramp signal based on the second reference signal; And 상기 제2픽셀로부터 출력된 픽셀신호에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 제2샘플링 신호를 생성하고, 상기 제2샘플링 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 상관 이중 샘플링 블럭를 포함하는 이미지 촬상 장치.An image pick-up including a correlated double sampling block configured to generate a second sampling signal by performing correlated double sampling on the pixel signal output from the second pixel, and to output a comparison signal by comparing the second sampling signal with the ramp signal Device.
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