KR20110113917A - 시모스 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시모스 이미지 센서의 내부에 사용되는 구동전압을 내부적으로 트리밍할 수 있는 시모스 이미지 센서를 제공한다. 본 발명은 픽셀에서 제공되는 픽셀값과 DC 레벨 모니터링값 중 하나를 선택하여 전달하는 멀티플렉서부; 상기 멀티플렉서부에서 제공되는 값이 픽셀값인 경우 제1 디지털 코드로 변경하여 출력하고, 상기 멀티플렉서부에서 제공되는 값이 DC 레벨 모니터링값인 경우 제2 디지털 코드로 변경하여 출력하는 아날로그 디지털 변환기; 상기 제1 디지털 코드를 수신받아 예정된 동작을 수행하는 디지털 블럭; 및 상기 제2 디지털 코드와 기준값을 비교하고, 그에 대응하는 상기 DC 레벨 모니터링값을 출력하는 트리밍 조정부를 포함하는 시모스 이미지 센서를 제공한다.

Description

시모스 이미지 센서{CMOS IMAGE SENSOR}
본 발명은 집적회로에 관한 것으로 보다 자세하게는 시모스 이미지센서에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치중 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다. 그 중에서 전하결합소자는 입사되는 영상에 대응하는 전류량을 측정하여 이미지로 구현하는 소자이다. 시모스 이미지센서는 시모스 공정기술을 이용하여 픽셀수 만큼 포토다이오드를 만들고, 각 포토다이오드에 저장되는 전하에 대응하는 이미지를 구현하는 소자이다. 시모스 이미지 센서는 빛을 입사받는 영역과 제어회로를 같이 구현할 수 있기 때문에, 제조공정상 유리한 장점이 있다.
통상적인 시모스 이미지센서는 다수의 단위화소가 어레이된 픽셀 어레이와, 상기 픽셀 어레이에서 출력되는 아날로그신호를 디지털 신호로 전환하는 아날로그 디지털 변환 블럭과, 아날로그 디지털 변환 블럭에서 출력되는 디지털값을 저장하는 라인버퍼와, 입력된 어드레스를 디코딩하여 픽셀어레이의 단위화소를 선택하기 위한 디코더/픽셀 드라이버와, 디코더/픽셀 드라이버를 제어하기 위한 제어 레지스터 및 로직을 구비한다.
시모스 이미지센서의 한 픽셀은 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드와, 포토다이오드에서 모아진 광전하를 플로팅 확산영역으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터로 구성된다.
시모스 이미지센서도 다른 집적회로와 마찬가지로 내부적으로 전원을 공급하는 회로가 있으며, 내부의 각 회로블럭은 다양한 구동전압을 사용하고 있다. 시모스 이미지센서의 내부 회로블럭에서 사용되는 구동전압은 예정된 레벨을 유지해야만 시모스 이미지 센서의 정확한 동작이 수행된다. 지금까지는 시모스 이미지 센서의 구동전압의 레벨을 트리밍하려면 외부에서 구동전압을 전달받아 트리밍하였다. 이렇게 외부에서 구동전압의 레벨을 트리밍하게 되면, 외부에 복잡한 회로가 필요하고 트리밍 과정에서 트리밍 시간도 필요하여 시모스 이미지 센서의 성능향상에 걸림돌이 되고 있다.
본 발명은 시모스 이미지 센서의 내부에 사용되는 구동전압을 내부적으로 트리밍할 수 있는 시모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명은 픽셀에서 제공되는 픽셀값과 DC 레벨 모니터링값 중 하나를 선택하여 전달하는 멀티플렉서부; 상기 멀티플렉서부에서 제공되는 값이 픽셀값인 경우 제1 디지털 코드로 변경하여 출력하고, 상기 멀티플렉서부에서 제공되는 값이 DC 레벨 모니터링값인 경우 제2 디지털 코드로 변경하여 출력하는 아날로그 디지털 변환기; 상기 제1 디지털 코드를 수신받아 예정된 동작을 수행하는 디지털 블럭; 및상기 제2 디지털 코드와 기준값을 비교하고, 그에 대응하는 상기 DC 레벨 모니터링값을 출력하는 트리밍 조정부를 포함하는 시모스 이미지 센서를 제공한다.
또한, 상기 트리밍 조정부는 상기 제2 디지털 코드와 상기 기준값을 비교하는 비교기; 상기 비교기의 비교결과에 대응하는 트리밍 코드를 출력하는 트리밍 코드 생성부; 상기 트리밍 코드에 응답하여 아날로그값인 상기 DC 레벨 모니터링값을 생성하는 DC 레벨 생성부를 포함하는 시모스 이미지 센서를 제공한다.
또한, 상기 멀티플렉서부는 상기 픽셀값과 DC 레벨 모니터링값을 선택하여 출력하는 제1 멀티플렉서; 및 상기 픽셀값이 예정된 범위내인지를 판별하기 위한 제1 및 제2 기준신호와, 상기 DC 레벨 모니터링값이 예정된 범위내인지를 판별하기 위한 제3 및 제4 기준신호중 하나를 선택하여 상기 아날로그 디지털 변환기로 전달하는 제2 멀티플렉서를 더 포함하며, 상기 아날로그 디지털 변환기는 제1 및 제2 기준신호와 상기 제3 및 제4 기준신호중 하나를 입력받아 처리하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명에 의한 시모스 이미지 센서는 내부에 사용되는 구동전압을 내부적으로 트리밍할 수 있기 때문에 별도의 외부 회로가 필요없으며, 시모스 이미지 센서를 외부에서 구동전압의 트리밍을 위해 제어할 필요가 없다. 따라서 보다 효과적으로 시모스 이미지 센서를 구동시킬 수 있다.
도1은 시모스 이미지 센서의 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 블럭도.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 블럭도.
도3은 도2에 도시된 멀티플렉서의 내부 회로도.
도4는 도2에 도시된 시모스 이미지 센서의 동작을 나타내는 플로차트.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1은 시모스 이미지 센서의 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 블럭도이다.
시모스 이미지 센서의 동작을 개략적으로 살펴보면, 픽셀에 있는 포토다이오드가 입사되는 빛에 대응하여 전하를 모은다. 픽셀은 포토다이오드에 의해 모아진 전하에 대응하는 전압을 생성시킨다.
각 픽셀에 의해 생성된 전압은 아날로그 디지털 변환기에 의해 디지털 코드로 변환된다. 이는 각 픽셀에 의해 생성된 전압은 아날로그 값이기 때문에 이를 이미지로 구현하려면 디지털 코드로 전환해야 하기 때문이다. 변환된 디지털 코드는 이미지 구현회로에 의해 이미지로 구현된다. 따라서 시모스 이미지 센서는 기본적으로 아날로그 디지털 변환기를 구비하고 있다.
도1을 참조하여 살펴보면, 시모스 이미지 센서에 구비된 아날로그 디지털 변환기는 기준전압(VREFP,VREFN)의 사이값으로 입력되는 픽셀 전압(pixel_out)을 입력받아 디지털 코드(OUT)로 출력한다.
한편, 시모스 이미지 센서가 예정된 동작을 안정적으로 수행하려면 내부 구동전압의 레벨은 예정된 상태로 유지되어야 한다. 현재는 내부 구동전압을 시모스 이미지 센서의 외부로 출력하고, 외부의 회로가 내부 구동전압의 레벨이 예정된 레벨인지 측정하고, 트리밍한다.
본 발명은 시모스 이미지 센서에 구비된 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 내부적으로 사용하는 구동전압의 레벨을 트리밍할 수 있는 회로를 제공한다. 일반적으로는 아날로그 디지털 변환기는 픽셀의 데이터를 변환하는데만 사용된다. 시모스 이미지 센서의 픽셀 데이터를 디지털 코드로 만들기 위해 내장하고 있는 아날로그 디지털 변환기를 이용하여 내부 구동전압을 디지털 코드로 만들고, 이를 원하는 코드가 되도록 트리밍하는 것이다. 이렇게 트리밍을 하게 되면, 외부에 시모스 이미지 센서의 내부 구동전압을 측정하고 트리밍하는 컨트롤 회로를 별로 구성하지 않아도 된다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 블럭도이다.
도2를 참조하여 살펴보면, 시모스 이미지 센서는 제1 내지 제3 멀티플렉서(11~13), 아날로그 디지털 변환기(20), 디지털 블럭(30), 비교기(40), 트리밍 코드 생성부(50), DC 레벨 생성부(60)를 포함한다.
제1 멀티플렉서(11)는 선택신호(SEL)에 응답하여, 입력전압(VP1,VP2)중 하나를 선택하여 출력한다. 제2 멀티플렉서(12)는 선택신호(SEL)에 응답하여 입력값 (pix, DCLM)중 하나를 선택하여 출력한다. 제3 멀티플렉서(13)는 선택신호(SEL)에 응답하여 입력전압(VN1,VN2)중 하나를 선택하여 출력한다. 제2 멀티플렉서(12)에 입력되는 DC 레벨 모니터링 값(DCLM)은 DC 레벨 생성부(60)에서 출력된다.
선택신호(SEL)가 제1 레벨인 경우에는 제1 내지 제3 멀티플렉서(11~13)에서 각각 입력값(VP1,VN1, pix)이 선택되어 출력된다. 이 경우에는 아날로그 디지털 변환기(20)가 픽셀에 있는 값을 처리하는 경우이며, 이때 아날로그 디지털 변환기(20)는 입력값(VP1,VN1, pix)을 입력받아 픽셀값(pix)의 디지털 코드(OUT1)를 생성하여 디지털 블럭(30)으로 출력한다. 디지털 블럭(30)은 디지털 코드(OUT1)를 입력받아 예정된 동작을 수행한다.
선택신호(SEL)가 제2 레벨인 경우에는 제1 내지 제3 멀티플렉서(11~13)에서 입력값(VP2,VN2,DCLM)이 선택되어 출력된다. 이 경우에는 아날로그 디지털 변환기(20)가 내부 구동전압의 레벨을 트리밍할 때 사용되는 경우이다. 아날로그 디지털 변환기(20)는 입력값(VP2,VN2,DCLM)을 입력받아 DC 레벨 모니터링 값(DCLM)을 디지털 코드(OUT2)로 변환하여 비교기(40)로 출력한다.
비교기(40)는 디지털 코드(OUT2)와 기준값(REF)을 입력받아 비교하고, 비교한 결과를 트리밍 코드 생성부(50)로 출력한다. 트리밍 코드 생성부(50)는 비교기(40)에서 출력되는 비교결과에 대응하여 트리밍 코드를 생성한다. DC 레벨 생성부(60)는 트리밍 코드 생성부(50)에서 출력되는 트리밍 코드에 대응하는 DC 레벨 모니터링 값(DCLM)을 출력한다. 이와 같은 동작은 비교기(40)에 입력되는 디지털 코드(OUT2)와 기준값(REF)이 같을 때까지 계속된다.
도3은 도2에 도시된 멀티플렉서의 내부 회로도이다.
도3을 참조하여 살펴보면, 멀티플렉서(11~13)는 2개의 전송게이트(TM1,TM2)와 인버터(I1)를 구비하여 선택신호(SEL)의 레벨에 따라 입력되는 두 입력값(IN1,IN2)중 하나를 선택하여 출력한다.
도4는 도2에 도시된 시모스 이미지 센서의 동작을 나타내는 플로차트이다. 특히 비교기(40)의 동작을 중심으로 나타낸 것이다. 선택신호(SEL)가 제1 레벨인 경우에는 두 입력값(IN1,IN2)중 IN1을 디지털 코드(OUT1)로 생성하여 디지털 블럭(30)으로 출력한다. 또한, 선택신호(SEL)가 제2 레벨인 경우에는 두 입력값(IN1,IN2)중 IN2를 디지털 코드(OUT2)로 변환하여 비교기(40)로 출력한다.
도4를 참조하여 살펴보면, 아날로그 디지털 변환기(20)에서 출력되는 디지털 코드(OUT2)가 비교기(40)로 입력된다(S1). 이어서 비교기(40)에서는 기준되는 타겟 값(REF)보다 디지털 코드(OUT2)가 높은지 판별한다(S2,S3). 높다면 트리밍 코드 생성부(50)에서는 타겟 대비 DC 레벨 모니터링 값(DCLM)을 낮추는 트리밍 코드를 발생한다(S4). 낮다면 트리밍 코드 생성부(50)에서는 타겟 대비 DC 레벨 모니터링 값(DCLM)을 높이는 트리밍 코드를 발생한다(S5). 낮지도 높지도 않다면 트리밍 코드를 고정시킨다(S6).
트리밍 코드 생성부(50)에서 트리밍 코드를 고정시키게 되면, 더 이상 트리밍 코드를 변경하기 않으며, 그 때의 DC 레벨 모니터링 값(DCLM)이 시모스 이미지 센서가 내부 동작에 사용하도록 예정된 레벨의 동작전압 값이 된다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 시모스 이미지 센서는 내부에 사용되는 구동전압을 내부적으로 트리밍할 수 있기 때문에 별도의 외부 회로가 필요 없으며, 시모스 이미지 센서를 외부에서 구동전압의 트리밍을 위해 제어할 필요가 없다. 따라서 보다 효과적으로 시모스 이미지 센서를 구동시킬 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11~12: 멀티플렉서 20: 아날로그 디지털 변환기
30: 디지털 블럭 40: 비교기
50: 트리밍 코드 생성부 60: DC 레벨 생성부

Claims (3)

  1. 픽셀에서 제공되는 픽셀값과 DC 레벨 모니터링값 중 하나를 선택하여 전달하는 멀티플렉서부;
    상기 멀티플렉서부에서 제공되는 값이 픽셀값인 경우 제1 디지털 코드로 변경하여 출력하고, 상기 멀티플렉서부에서 제공되는 값이 DC 레벨 모니터링값인 경우 제2 디지털 코드로 변경하여 출력하는 아날로그 디지털 변환기;
    상기 제1 디지털 코드를 수신받아 예정된 동작을 수행하는 디지털 블럭; 및
    상기 제2 디지털 코드와 기준값을 비교하고, 그에 대응하는 상기 DC 레벨 모니터링값을 출력하는 트리밍 조정부
    를 포함하는 시모스 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리밍 조정부는
    상기 제2 디지털 코드와 상기 기준값을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 비교결과에 대응하는 트리밍 코드를 출력하는 트리밍 코드 생성부;
    상기 트리밍 코드에 응답하여 아날로그값인 상기 DC 레벨 모니터링값을 생성하는 DC 레벨 생성부를 포함하는 시모스 이미지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티플렉서부는
    상기 픽셀값과 DC 레벨 모니터링값을 선택하여 출력하는 제1 멀티플렉서; 및
    상기 픽셀값이 예정된 범위내인지를 판별하기 위해 입력되는 제1 및 제2 기준신호와, 상기 DC 레벨 모니터링값이 예정된 범위내인지를 판별하기 위해 입력되는 제3 및 제4 기준신호중 하나를 선택하여 상기 아날로그 디지털 변환기로 전달하는 제2 멀티플렉서를 더 포함하며,
    상기 아날로그 디지털 변환기는 제1 및 제2 기준신호와 상기 제3 및 제4 기준신호중 하나를 입력받아 처리하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
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