KR20120017709A - Image sensor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An image sensor is provided to differently control a capacitor combination which comprises a gain value for each low within an arbitrary low unit, thereby reducing VFPN(Vertical Fixed Pattern Noise) and an average value difference between columns. CONSTITUTION: A programmable gain amplifier(11) comprises a plurality of pixel signal input parts(110) which receives a pixel signal from a plurality of pixel arrays. The programmable gain amplifier comprises an amplification device(132) which includes a first input terminal and a second input terminal and a switch part(120) which inputs the pixel signal of the pixel array and an output signal of the amplification device to the first input terminal. The switch part comprises a plurality of capacitors(C11-C13) in which the pixel signal of the pixel array is respectively and selectively connected to the first input terminal. The amplification device is comprised of a differential amplifier.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}Image sensor {IMAGE SENSOR}

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서의 컬럼(column) 내 캐패시터 미스매치(mismatch)에 의해 발생되는 VFPN(Vertical Fixed Pattern Noise)을 최소화하는 프로그램어블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier) 구조에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a structure of a programmable gain amplifier that minimizes vertical fixed pattern noise (VFPN) caused by capacitor mismatch in a column of an image sensor. will be.

최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. Recently, the demand of digital cameras is exploding with the development of video communication using the Internet.

카메라 모듈은 기본적으로 이미지 센서를 포함한다. 일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 소자를 말한다. 이러한 이미지 센서로 시모스(CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서가 널리 사용되고 있다.The camera module basically includes an image sensor. In general, an image sensor refers to a device that converts an optical image into an electrical signal. As such image sensors, CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) image sensors are widely used.

그러나, 시모스 이미지 센서에서 수광소자, 예컨대 포토 다이오드(photo diode)에 의해 생성된 아날로그 신호는 기생 캐패시턴스, 저항, 암전류 누설 또는 반도체 소자 특성의 불일치 등에 의해 야기되는 다양한 기생 효과(parasitic effect)를 갖는다. 이러한 기생 효과는 반도체 소자에서는 필수적으로 발생되는 것으로서, 이미지 데이터의 신호대 잡음비(Signal to noise ratio)의 저하를 가져온다. 따라서, 잡음은 시모스 이미지 센서의 성능을 제한하는 중요한 요인으로 작용하고 있다.However, analog signals generated by light receiving elements, such as photo diodes, in CMOS image sensors have various parasitic effects caused by parasitic capacitance, resistance, dark current leakage, or mismatch of semiconductor device characteristics. Such parasitic effects are inherently generated in semiconductor devices, resulting in a decrease in the signal to noise ratio of the image data. Therefore, noise is an important factor limiting the performance of the CMOS image sensor.

시모스 이미지 센서에서 잡음이 발생되는 원인은 이미지 데이터의 샘플링과 관련되는 kT/C 잡음, 이미지 신호를 증폭하기 위해 사용되는 회로와 관련되는 1/f 잡음 및 센서의 신호 처리 회로의 불일치와 관련되는 고정 패턴 잡음(Vertical Fixed Pattern Noise, 이하 VFPN) 등이 있다. 이중 VFPN은 이미지 안에 세로선 또는 스트립(strip)으로 나타나서 사람의 눈에 쉽게 발견되므로 시각적으로 매우 좋지 않다. Noise in the CMOS image sensor is caused by kT / C noise related to the sampling of the image data, 1 / f noise associated with the circuit used to amplify the image signal, and fixed by the mismatch of the signal processing circuit of the sensor. Patterned noise (VFPN). Dual VFPNs are not very good visually because they appear as vertical lines or strips in the image and are easily found in the human eye.

도 1은 종래의 이미지 센서의 프로그램어블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier) 회로를 도시한 도면이다.  1 is a diagram illustrating a programmable gain amplifier circuit of a conventional image sensor.

도 1을 참조하면, 종래의 프로그램어블 이득 증폭기 회로는 캐패시터 용량이 동일한 캐패시터들(C1, C2, C3)을 포함하고 있으며, 이러한 이미지 센서의 각 로우(row)별 이득은 아래 표 1에 개시된 수식과 같이 첫번째 로우(1st row)부터 네번째 로우(4st row)까지 모두 동일하도록 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the conventional programmable gain amplifier circuit includes capacitors C1, C2, and C3 having the same capacitor capacity, and the gain for each row of such an image sensor is represented by the equation shown in Table 1 below. Like this, the first row (1 st row) to the fourth row (4 st row) are configured to be the same.

이득(gain) 구성 Gain Configuration 1st row1 st row =(C1+C2)/C3= (C1 + C2) / C3 2st row2 st row =(C1+C2)/C3= (C1 + C2) / C3 3st row3 st row =(C1+C2)/C3= (C1 + C2) / C3 4st row4 st row =(C1+C2)/C3= (C1 + C2) / C3

종래의 이와 같은 프로그램어블 이득 증폭기 회로의 구성은 컬럼 내 캐패시터들(C1, C2, C3)이 공정변화에 의해 각각 다를 경우에도 아래 표 2에 기재된 바와 같이 컬럼 내 고정된 이득이 모든 로우에 적용되기 때문에 컬럼들간 평균값의 차이가 크고, 이로 인하여 이미지 센서의 신호 처리 회로의 불일치와 관련되는 고정 패턴 잡음(Vertical Fixed Pattern Noise, 이하 VFPN)이 발생하게 된다.In the conventional programmable gain amplifier circuit, even if the capacitors C1, C2, and C3 in the column are different from each other due to process changes, the fixed gain in the column is applied to all rows as shown in Table 2 below. As a result, the difference between the average values of the columns is large, and thus, a fixed fixed pattern noise (VFPN) related to the mismatch of the signal processing circuit of the image sensor is generated.

C1C1 1One 1.051.05 1.11.1 1One C2C2 1.051.05 1.11.1 1One 1.051.05 C3C3 1.11.1 1One 1.051.05 1.11.1 row/columnrow / column 1One 22 33 44 1One 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 22 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 33 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 44 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 55 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 66 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 77 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 88 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636
평균

Average

1.863636

1.863636

2.15

2.15

2

2

1.863636

1.863636

도 2는 종래의 프로그램어블 이득 증폭기에 의한 컬럼별 이득의 평균값을 도시한 그래프로서, 컬럼 간 이득의 평균값의 편차가 큰 문제를 갖는다. FIG. 2 is a graph showing the average value of the gain for each column by the conventional programmable gain amplifier, and has a problem in that the variation of the average value of the gain between columns is large.

즉, 컬럼들간 고정된 이득이 서로 많이 다를 경우, 이미지 센서 상에는 신호 처리 회로의 불일치로 인하여, 이미지 안에 세로선 또는 스트립(strip)으로 발현되는 VFPN이 발생하는 문제가 있다. That is, when the fixed gains between the columns differ greatly from each other, there is a problem in that VFPN, which is expressed as vertical lines or strips, occurs in the image due to a mismatch of signal processing circuits on the image sensor.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이미지 센서의 컬럼(column) 내 캐패시터 미스매치(mismatch)에 의해 발생되는 VFPN(Vertical Fixed Pattern Noise)을 최소화하는 프로그램어블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier)를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a programmable gain amplifier that minimizes vertical fixed pattern noise (VFPN) caused by capacitor mismatch in a column of an image sensor. .

본 발명의 실시예에 의한 프로그램어블 이득증폭기는 제 1 입력단자와 제 2 입력단자를 포함하는 증폭소자와, 상기 증폭소자의 출력신호와 픽셀어레이의 픽셀신호를 상기 제 1 입력단자로 입력하도록 각각 선택적으로 연결 가능하게 구성된 복수의 캐패시터를 포함하며, 상기 복수의 캐패시터 중 적어도 하나의 캐패시터는 상기 증폭소자의 출력신호를 상기 제 1 입력단자로 입력하도록 연결되고, 상기 복수의 캐패시터 중 나머지 캐패시터는 상기 픽셀신호를 상기 증폭소자의 제 1 입력단자로 입력하도록 연결되는 것을 특징으로 한다.The programmable gain amplifier according to an embodiment of the present invention includes an amplifier including a first input terminal and a second input terminal, and an output signal of the amplifier and a pixel signal of a pixel array to be input to the first input terminal. And a plurality of capacitors configured to be selectively connected, wherein at least one capacitor of the plurality of capacitors is connected to input an output signal of the amplifying element to the first input terminal, and the remaining capacitors of the plurality of capacitors are connected to the first input terminal. And connect the pixel signal to the first input terminal of the amplifier.

임의의 로우 단위 내 로우마다 이득값을 구성하는 캐패시터의 조합을 다르게 조정함으로써, 특정 컬럼 내 모든 로우의 이득값이 고정되지 않게 함으로써, 컬럼 간 평균값의 차이를 줄이고, VFPN을 줄이는 효과를 갖는다.By adjusting the combination of capacitors constituting the gain value for each row in an arbitrary row unit, the gain value of all the rows in a specific column is not fixed, thereby reducing the difference between the average values between columns and reducing the VFPN.

도 1은 종래의 이미지 센서의 프로그램어블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier)회로도.
도 2는 종래의 프로그램어블 이득 증폭기에 의한 컬럼별 이득의 평균값을 도시한 그래프.
도 3은 이미지 센서의 전체 구성을 도시한 개략적인 블럭도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 프로그램어블 이득 증폭기 회로도.
도 5는 본 발명의 프로그램어블 이득 증폭기에 의한 컬럼별 이득의 평균값들을 도시한 그래프.
1 is a circuit diagram of a programmable gain amplifier of a conventional image sensor.
Figure 2 is a graph showing the average value of the gain for each column by a conventional programmable gain amplifier.
3 is a schematic block diagram showing the overall configuration of an image sensor;
4 is a programmable gain amplifier circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing average values of gains for each column by the programmable gain amplifier of the present invention.

이하, 본 발명에 의한 이미지 센서의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. Hereinafter, an embodiment of an image sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 이미지 센서의 전체 구성을 도시한 개략적인 블럭도이다.3 is a schematic block diagram showing the overall configuration of an image sensor according to the present invention.

도 3을 참조하면, 이미지 센서는 수십 내지 수백만 개의 단위 화소(unit pixel)가 모여서 입사하는 빛으로부터 광전자를 생성하여 축적하고, 축적된 광전하를 통해 전기신호, 즉 픽셀신호를 생성하며, 복수의 로우 픽셀과 복수의 컬럼 픽셀들이 매트릭스 형태로 연결된 복수의 픽셀 어레이(10)와, 각각 상기 복수의 칼럼픽셀들에 연결되어 픽셀 어레이(10)의 출력 즉 픽셀신호를 원하는 범위로 증폭하여 출력하는 프로그램어블 이득 증폭기(PGA:Programmable Gain Amplifier,11)와, 프로그램어블 이득 증폭기(11)의 출력 중 전기 신호 중에서 잡음 성분을 제외한 순수한 이미지 정보만을 출력하는 CDS(Correlated Double Sample)을 수행하는 샘플링부(12)와, 샘플링부(12)의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 아날로그/디지털 컨버터(Analog/Digital Converter, 13)와, 아날로그/디지털 컨버터(13)의 출력을 입력받아 이를 신호처리하여 최종적으로 영상정보를 출력하는 DSP(Digital Signal Processor, 14)로 구성되어 있다. Referring to FIG. 3, an image sensor generates and accumulates photoelectrons from incident light in which tens or millions of unit pixels are collected, and generates electric signals, that is, pixel signals through the accumulated photocharges. A plurality of pixel arrays 10 in which a row pixel and a plurality of column pixels are connected in a matrix form, and a program connected to the plurality of column pixels, respectively, to amplify and output an output of the pixel array 10, that is, a pixel signal to a desired range. A sampling unit 12 for performing a programmable gain amplifier (PGA) 11 and a correlated double sample (CDS) for outputting pure image information excluding noise components among electrical signals among the outputs of the programmable gain amplifier 11. And an analog / digital converter 13 for converting the analog signal, which is the output of the sampling unit 12, into a digital signal and outputting the digital signal. Take me the output of log / digital converter 13 is composed of DSP (Digital Signal Processor, 14) to finally output the image information by processing this signal.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 프로그램어블 이득 증폭기 (Programmable Gain Amplifier)를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a programmable gain amplifier according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4를 참조하면, 프로그램어블 이득 증폭기(11)는 복수의 픽셀 어레이(10)로부터 픽셀 신호를 인가받는 복수의 픽셀 신호 입력부(110)와, 복수의 컬럼픽셀들에 연결되며, 각각 제1 입력단자와 제 2 입력단자를 포함하는 증폭소자(132)와, 증폭소자(132)의 출력신호와 픽셀어레이(10)의 픽셀신호를 상기 제1 입력단자로 입력시키는 스위치부(120)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the programmable gain amplifier 11 is connected to a plurality of pixel signal input units 110 that receive pixel signals from the plurality of pixel arrays 10, and to a plurality of column pixels, respectively, each of which includes a first input. An amplifier 132 including a terminal and a second input terminal, and a switch unit 120 for inputting an output signal of the amplifier 132 and a pixel signal of the pixel array 10 to the first input terminal. .

여기서 상기 제 1 입력단자는 부계환(negative feedback) 입력단자이고, 상기 제 2 입력단자는 기준전압입력단자이다.The first input terminal is a negative feedback input terminal, and the second input terminal is a reference voltage input terminal.

스위치부(120)는 픽셀어레이(10)의 픽셀신호를 상기 제1 입력단자로 각각 선택적으로 연결가능하게 구성된 복수의 캐패시터(C11, C12, C13)을 포함한다. 복수의 로우 픽셀들 각각에 대하여 복수의 캐패시터(C11, C12, C13)가 서로 다른 조합으로 선택적으로 연결됨에 따라 게인(gain)이 결정된다. The switch unit 120 includes a plurality of capacitors C11, C12, and C13 configured to selectively connect pixel signals of the pixel array 10 to the first input terminal, respectively. Gain is determined as the plurality of capacitors C11, C12, and C13 are selectively connected in different combinations with respect to each of the plurality of row pixels.

증폭소자(132)는 차동 증폭기로 구성될 수 있으며, 증폭소자(132)의 출력은 샘플링부(12)에 전달된다.The amplifier 132 may be configured as a differential amplifier, and the output of the amplifier 132 is transmitted to the sampling unit 12.

스위치부(120)는 제 1 캐패시터(C11), 제 2 캐패시터(C12), 제 3 캐패시터(C13)를 포함하고, 제 1 캐패시터(C11)는 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)에 연결되고, 제 2 캐패시터(C12)는 제 3 및 제 4 스위치(S3, S4)에 연결되며, 제 3 캐패시터(C13)는 제 5 및 제 6 스위치(S5, S6)에 연결된다.The switch unit 120 includes a first capacitor C11, a second capacitor C12, and a third capacitor C13, and the first capacitor C11 is connected to the first and second switches S1 and S2. The second capacitor C12 is connected to the third and fourth switches S3 and S4, and the third capacitor C13 is connected to the fifth and sixth switches S5 and S6.

여기서 제 1 캐패시터(C11), 제 2 캐패시터(C12) 및 제 3 캐패시터(C13)의 용량은 서로 동일하거나 서로 다르게 구성될 수 있다. 제 1 내지 제 6 스위치(S1~S6)는 트랜지스터로 구성될 수 있다.The capacities of the first capacitor C11, the second capacitor C12, and the third capacitor C13 may be the same or different from each other. The first to sixth switches S1 to S6 may be configured as transistors.

제 1, 제 2 및 제 3 캐패시터(C11, C12, C13)는 증폭소자(132)의 출력신호와 픽셀어레이(10)의 픽셀신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 입력하도록 각각 선택적으로 연결 가능하게 구성된다.The first, second and third capacitors C11, C12, and C13 are respectively selectively inputted to the first input terminal of the amplifying element 132 and the output signal of the amplifying element 132 and the pixel signal of the pixel array 10. It can be configured to be connected.

이러한 본 발명에 의한 프로그램어블 이득 증폭기(11)의 이미지 센서의 각 로우(row)별 이득에 관한 수식은 아래 표 3과 같다. The equation for the gain for each row of the image sensor of the programmable gain amplifier 11 according to the present invention is shown in Table 3 below.

이득(gain) 구성 Gain Configuration 1st row1 st row =(C11+C12)/C13= (C11 + C12) / C13 2st row2 st row =(C12+C13)/C11= (C12 + C13) / C11 3st row3 st row =(C13+C11)/C12= (C13 + C11) / C12 4st row4 st row =(C11+C12)/C13= (C11 + C12) / C13

예를 들어, 첫번째 로우(1st row) 픽셀의 이득은 제 2 스위치(S2), 제 4 스위치(S4) 및 제 5 스위치(S5)를 턴온시킴으로써, 제 1 및 제 2 캐패시터(C11, C12)가 픽셀신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되게 하고, 제 3 캐패시터(C13)가 증폭소자(132)의 출력신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되어 얻어진다.For example, the first row (1 st row) the gain of the pixel is turned on by the second switch S2, the fourth switch S4 and the fifth switch S5 so that the first and second capacitors C11 and C12 convert the pixel signal to the amplifying element 132. The third capacitor C13 is obtained by connecting the output signal of the amplifying element 132 to the first input terminal of the amplifying element 132.

두번째 로우(2st row)의 이득은 제 1 스위치(S1), 제 4 스위치(S4) 및 제 6 스위치(S6)를 턴온시킴으로써, 제 2 및 제 3 캐패시터(C12, C13)가 픽셀신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되게 하고, 제 1 캐패시터(C11)가 증폭소자(132)의 출력신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되어 얻어진다. The gain of the second row (2 st row) is turned on by the first switch S1, the fourth switch S4 and the sixth switch S6, so that the second and third capacitors C12 and C13 amplify the pixel signal. It is connected to the first input terminal of the element 132, the first capacitor (C11) is obtained by connecting the output signal of the amplifier 132 to the first input terminal of the amplifier 132.

세번째 로우(3st row)의 이득은 제 2 스위치(S2), 제 3 스위치(S3) 및 제 6 스위치(S6)를 턴온시킴으로써, 제 1 및 제 3 캐패시터(C11, C13)가 픽셀신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되게 하고, 제 2 캐패시터(C12)가 증폭소자(132)의 출력신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되어 얻어진다. The gain of the third row (3 st row) is turned on by the second switch S2, the third switch S3 and the sixth switch S6, so that the first and third capacitors C11 and C13 amplify the pixel signal. It is connected to the first input terminal of the element 132, a second capacitor (C12) is obtained by connecting the output signal of the amplifier 132 to the first input terminal of the amplifier 132.

네번째 로우(4st row)의 이득은 제 2 스위치(S2), 제 4 스위치(S4) 및 제 5 스위치(S5)를 턴온시킴으로써, 제 1 및 제 2 캐패시터(C11, C12)가 픽셀신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되게 하고, 제 3 캐패시터(C13)가 증폭소자(132)의 출력신호를 증폭소자(132)의 제 1 입력단자로 연결되어 얻어진다. The gain of the fourth row (4 st row) is turned on by the second switch S2, the fourth switch S4 and the fifth switch S5 so that the first and second capacitors C11 and C12 amplify the pixel signal. It is connected to the first input terminal of the element 132, and the third capacitor (C13) is obtained by connecting the output signal of the amplifier 132 to the first input terminal of the amplifier 132.

본 발명은 프로그램어블 이득 증폭기(11)를 도 3과 같이 구성함으로써, 임의의 로우 단위 내 매 로우마다 이득을 구성하는 캐패시터들(C11, C12, C13)의 조합을 스위치부(120)를 이용하여 표 3에 개시된 바와 같이 서로 다르게 조정하게 된다. According to the present invention, since the programmable gain amplifier 11 is configured as shown in FIG. 3, the combination of the capacitors C11, C12, and C13 constituting the gain for every row in an arbitrary row unit is performed using the switch unit 120. Different adjustments are made as described in Table 3.

따라서, 본 발명에 의하면 복수의 로우 픽셀들 각각에 대하여 서로 다른 이득을 갖게 될 수 있다.Therefore, according to the present invention, different gains may be obtained for each of the plurality of row pixels.

도 5는 본 발명의 프로그램어블 이득 증폭기(11)를 통한 각 컬럼들의 이득을 평균한 값들을 도시한 그래프이다. 5 is a graph showing values obtained by averaging the gains of the columns through the programmable gain amplifier 11 of the present invention.

본 발명은 컬럼 내 캐패시터들(C11, C12, C13)이 공정변화에 의해 각각 다를 경우에도 특정 컬럼 내 모든 로우의 이득이 고정되지 않아 컬럼간 평균값의 차이가 줄어들고, 이에 의하여 이미지 센서의 신호 처리 회로의 불일치와 관련되는 고정 패턴 잡음(Vertical Fixed Pattern Noise, 이하 VFPN)이 줄어들게 된다.According to the present invention, even when the capacitors C11, C12, and C13 in the columns are different from each other due to process changes, the gain of all the rows in a specific column is not fixed, thereby reducing the difference in the mean value between columns, thereby reducing the signal processing circuit of the image sensor. The fixed fixed pattern noise (VFPN) associated with the mismatch of s is reduced.

C11C11 1One 1.051.05 1.11.1 1One C12C12 1.051.05 1.11.1 1One 1.051.05 C13C13 1.11.1 1One 1.051.05 1.11.1 row/columnrow / column 1One 22 33 44 1One 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 22 2.152.15 22 1.8636361.863636 2.152.15 33 22 1.8636361.863636 2.152.15 22 44 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 55 2.152.15 22 1.8636361.863636 2.152.15 66 22 1.8636361.863636 2.152.15 22 77 1.8636361.863636 2.152.15 22 1.8636361.863636 88 2.152.15 22 1.8636361.863636 2.152.15
평균

Average

2.005114

2.005114

2.022159

2.022159

1.986364

1.986364

2.005114

2.005114

즉, 본 발명은 컬럼간 평균값의 차이를 줄임으로써, 캐패시터 미스매치에 의한 컬럼 간 이득 에러를 줄일 수 있고, 픽셀 외 아날로그 노이즈를 최소화함으로써 이미지 센서 저조도 특성을 극대화할 수 있다. That is, the present invention can reduce the gain error between columns due to capacitor mismatch, and can maximize the image sensor low light characteristics by minimizing the extra-pixel analog noise.

또한, 기존 구조에서는 캐패시터 미스매치에 의한 컬럼 간 이득 에러를 제거하기 위해 백-엔드 캘리브레이션 블록(Back-End Calibration)이 필요하였으나, 본 발명에서 제안된 구조는 이러한 블록이 필요하지 않은 장점이 있다.In addition, in the existing structure, a back-end calibration block is required to remove the gain error between columns due to capacitor mismatch, but the proposed structure has an advantage that such a block is not required.

픽셀 어레이: 10, 프로그램어블 이득 증폭기: 11, 샘플링부: 12, 아날로그/디지털 컨버터: 13, DSP: 14, 픽셀 신호 입력부: 110, 스위치부: 120, 차동증폭기: 132, 출력부: 130Pixel array: 10, Programmable gain amplifier: 11, Sampling section: 12, Analog-to-digital converter: 13, DSP: 14, Pixel signal input section: 110, Switch section: 120, Differential amplifier: 132, Output section: 130

Claims (8)

제 1 입력단자와 제 2 입력단자를 포함하는 증폭소자와,
상기 증폭소자의 출력신호와 픽셀어레이의 픽셀신호를 상기 제 1 입력단자로 입력하도록 각각 선택적으로 연결 가능하게 구성된 복수의 캐패시터를 포함하며,
상기 복수의 캐패시터 중 적어도 하나의 캐패시터는 상기 증폭소자의 출력신호를 상기 제 1 입력단자로 입력하도록 연결되고,
상기 복수의 캐패시터 중 나머지 캐패시터는 상기 픽셀신호를 상기 증폭소자의 제 1 입력단자로 입력하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 프로그램어블 이득 증폭기.
An amplifier comprising a first input terminal and a second input terminal,
A plurality of capacitors configured to be selectively connected to input the output signal of the amplifier and the pixel signal of the pixel array to the first input terminal,
At least one capacitor of the plurality of capacitors is connected to input the output signal of the amplifying element to the first input terminal,
And a remaining capacitor of the plurality of capacitors is connected to input the pixel signal to the first input terminal of the amplifying device.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 캐패시터는 병렬로 연결가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 프로그램어블 이득 증폭기.
The method of claim 1,
The programmable gain amplifier for an image sensor, characterized in that the plurality of capacitors are configured to be connected in parallel.
제 1 항에 있어서,
상기 증폭소자의 게인(Gain)은 상기 증폭소자의 출력단자에 연결된 캐패시터의 캐패시턴스(capacitance)와 상기 픽셀신호를 상기 증폭소자의 입력단자로 입력하도록 스위칭 연결되는 상기 나머지 캐패시터의 정전용량의 비율로 정해지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서용 프로그램어블 이득 증폭기.
The method of claim 1,
The gain of the amplifier is determined by the ratio of the capacitance of the capacitor connected to the output terminal of the amplifier and the capacitance of the remaining capacitor switched to input the pixel signal to the input terminal of the amplifier. Programmable gain amplifier for an image sensor characterized in that the loss.
복수의 로우 픽셀과 복수의 칼럼 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이와,
각각 상기의 복수의 칼럼픽셀들에 연결되며, 각각 제 1 입력단자와 제 2 입력단자를 포함하는 증폭소자와,
상기 증폭소자의 출력신호와 픽셀 어레이의 픽셀 신호를 상기 제 1 입력단자로 입력하도록 각각 선택적으로 연결가능하게 구성된 복수의 캐패시터를 포함하는 복수의 프로그램어블 이득 증폭기를 포함하며,
상기 복수의 프로그램어블 이득 증폭기 각각은 상기 복수의 로우 픽셀들 각각에 대하여 상기 복수의 캐패시터가 서로 다른 조합으로 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
A pixel array in which a plurality of row pixels and a plurality of column pixels are arranged in a matrix form;
An amplifying device connected to the plurality of column pixels, each amplifying element including a first input terminal and a second input terminal;
A plurality of programmable gain amplifiers including a plurality of capacitors selectively connected to input the output signal of the amplifier and the pixel signal of the pixel array to the first input terminal,
And wherein each of the plurality of programmable gain amplifiers is selectively connected to the plurality of capacitors in different combinations with respect to each of the plurality of row pixels.
제 4항에 있어서,
상기 복수의 프로그램어블 이득 증폭기 각각은 상기 복수의 로우 픽셀들 각각에 대하여 서로 다른 이득을 갖도록 상기 복수의 캐패시터가 서로 다른 조합으로 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
The method of claim 4, wherein
And each of the plurality of programmable gain amplifiers is selectively connected to each other in different combinations to have different gains for each of the plurality of row pixels.
상기 제 4항에 있어서,
상기 복수의 캐패시터들의 캐패시턴스는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 이미지센서.
The method of claim 4,
And the capacitances of the plurality of capacitors are the same.
상기 제 4항에 있어서,
상기 복수의 캐패시터들의 캐패시턴스는 서로 다른 것을 특징으로 하는 이미지센서.
The method of claim 4,
And the capacitances of the plurality of capacitors are different from each other.
상기 제 4항에 있어서,
상기 복수의 로우 픽셀은 적어도 제1로우픽셀, 제2로우픽셀, 및 제3로우픽셀을 포함하고, 상기 복수의 캐패시터들은 상기 증폭소자의 출력신호와 픽셀어레이의 픽셀신호를 상기 제 1입력단자로 입력하도록 각각 선택적으로 연결 가능하도록 구성된 적어도 제1캐패시터, 제2캐패시터, 및 제3캐패시터로 이루어지며,
상기 제1로우픽셀에 대한 상기 프로그램어블 증폭소자의 이득은 상기 제1캐패시터가 상기 증폭소자의 출력신호가 상기 제1입력단자로 입력되도록 연결되고, 상기 제2 및 제3캐패시터가 상기 픽셀신호를 상기 증폭소자의 상기 제1입력단자로 입력하도록 병렬로 구성되도록 연결되어 얻어지고,
상기 제2로우픽셀에 대한 상기 프로그램어블 증폭소자의 이득은 상기 제2캐패시터가 상기 증폭소자의 출력신호가 상기 제1입력단자로 입력되도록 연결되고, 상기 제1 및 제3캐패시터가 상기 픽셀신호를 상기 증폭소자의 상기 제1입력단자로 입력하도록 병렬로 구성되도록 연결되어 얻어지고,
상기 제3로우픽셀에 대한 상기 프로그램에블 증폭소자의 이득은 상기 제3캐패시터가 상기 증폭소자의 출력신호가 상기 제1입력단자로 입력되도록 연결되고, 상기 제1 및 제2캐패시터가 상기 픽셀신호를 상기 증폭소자의 상기 제1입력단자로 입력하도록 병렬로 구성되도록 연결되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
The method of claim 4,
The plurality of low pixels includes at least a first low pixel, a second low pixel, and a third low pixel, and the plurality of capacitors output the output signal of the amplifier and the pixel signal of the pixel array to the first input terminal. At least a first capacitor, a second capacitor, and a third capacitor, each configured to be selectively connectable to input;
The gain of the programmable amplifier for the first low pixel is connected to the first capacitor so that the output signal of the amplifier is input to the first input terminal, and the second and third capacitors receive the pixel signal. Are connected and obtained so as to be configured in parallel to input to the first input terminal of the amplifying element,
The gain of the programmable amplifier device for the second low pixel is connected to the second capacitor such that an output signal of the amplifier device is input to the first input terminal, and the first and third capacitors are configured to receive the pixel signal. Are connected and obtained so as to be configured in parallel to input to the first input terminal of the amplifying element,
The gain of the programmable enable amplifier for the third low pixel is connected to the third capacitor such that an output signal of the amplifier is input to the first input terminal, and the first and second capacitors are connected to the pixel signal. And is configured to be connected in parallel so as to be input to the first input terminal of the amplifying element.
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