KR20150010867A - Successive approximation register analog-digital converting apparatus and cmos image sensor thtreof - Google Patents

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KR20150010867A
KR20150010867A KR20130085302A KR20130085302A KR20150010867A KR 20150010867 A KR20150010867 A KR 20150010867A KR 20130085302 A KR20130085302 A KR 20130085302A KR 20130085302 A KR20130085302 A KR 20130085302A KR 20150010867 A KR20150010867 A KR 20150010867A
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Abstract

The present technology relates to a successive approximation register (SAR) analog-digital converting device and CMOS image sensor thereof, and provides the SAR analog-digital converting device and CMOS image sensor thereof that may decrease total times analog-digital conversion is performed. The SAR analog-digital converting device may include a selection unit for selecting a pixel output signal or a difference between the pixel output signal and an approximate value of the pixel output signal according to a control signal from a control unit; an SAR analog-digital conversion unit for analog-digital converting of the pixel output signal or the difference between the pixel output signal and the approximate value of the pixel output signal from the selection unit; a digital-analog conversion unit for digital-analog converting of an analog-digital conversion result of the pixel output signal (i.e., approximate value of the pixel output signal) from the SAR analog-digital conversion unit; an operation unit for finding the difference between the pixel output signal and the approximate value of the pixel output signal from the digital-analog conversion unit to transmit the difference to the selection unit; and a digital operation unit for operating the analog-digital conversion result from the SAR analog-digital conversion unit.

Description

ＳＡＲ 아날로그-디지털 변환 장치와 그에 따른 씨모스 이미지 센서{SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ANALOG-DIGITAL CONVERTING APPARATUS AND CMOS IMAGE SENSOR THTREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a SAR analog-to-digital converter and a CMOS image sensor using the CMOS image sensor,

본 발명의 몇몇 실시예들은 이미지 센서(IS : Image Sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 총 아날로그-디지털 변환 시간을 감소시킬 수 있는 SAR(Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환 장치와 그에 따른 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
Some embodiments of the present invention relate to an image sensor (IS), and more particularly to a SAR (Successive Approximation Register) analog-to-digital converter capable of reducing the total analog-digital conversion time, To an image sensor.

컬럼 패러럴 리드아웃(Column Parallel Readout) 방식의 씨모스 이미지 센서(CIS)를 설계하는데 있어서, 기존에 주로 사용되던 단일-기울기 아날로그-디지털 변환 장치(Single-Slope ADC)의 낮은 해상도 및 긴 아날로그-디지털 변환 시간을 극복하기 위하여 오늘날 SAR(Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환 장치(ADC : Analog-Digital Converter)가 연구되고 있다.In designing a CMOS image sensor (CIS) with a column parallel readout method, a low-resolution and long analog-digital (D / A) converter of a single- Successive approximation register (SAR) analog-to-digital converters (ADCs) are being studied to overcome conversion time.

일반적인 씨모스 이미지 센서(CIS)의 리드아웃 회로를 설계하는데 있어서, 아날로그-디지털(A/D) 변환 시 픽셀 및 리드아웃 회로에 의한 노이즈를 줄이기 위해 동일한 픽셀 출력 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 반복적으로 수행하여 평균을 구하는 오버샘플링을 수행한다.In designing the lead-out circuit of a typical CMOS image sensor (CIS), analog-to-digital conversion is repeatedly applied to the same pixel output signal in order to reduce noise caused by the pixel and lead- And performs oversampling to obtain an average.

그런데, 기존의 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 오버샘플링 시 동일한 아날로그-디지털 변환 동작을 반복적으로 수행하기 때문에 소요되는 총 아날로그-디지털 변환 시간이 한번의 아날로그-디지털 변환 시 소요되는 시간과 오버샘플링 횟수의 곱으로 나타난다.Since the conventional analog-to-digital converter (ADC) repeatedly performs the same analog-to-digital conversion operation at the time of oversampling, the total analog-digital conversion time required for one analog- Number of times.

따라서 기존의 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 오버샘플링 횟수가 증가할 때 그에 비례하여 총 아날로그-디지털 변환 시간도 같이 증가하는 문제점이 있고, 이러한 문제점으로 인하여 오버샘플링 횟수 증대 및 고속 씨모스 이미지 센서(CIS) 설계에 한계가 있다.
Therefore, the conventional analog-to-digital conversion device (ADC) has a problem that the total analog-digital conversion time increases in proportion to the increase in the number of oversampling. As a result, the number of oversampling increases, (CIS) design.

본 발명의 실시예는 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시에는 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하고 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시부터는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환함으로써 총 아날로그-디지털 변환 시간을 감소시킬 수 있는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치와 그에 따른 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
The embodiment of the present invention performs a general SAR analog-to-digital conversion operation during a first analog-to-digital (A / D) conversion and a second analog- To-digital conversion time by analog-to-digital conversion of the difference of the approximate value of the analog-to-digital conversion time, and a CMOS image sensor accordingly.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는, 제어부로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 선택하기 위한 선택부; 상기 선택부로부터의 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하기 위한 SAR 아날로그-디지털 변환부; 상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환 결과(즉, 픽셀 출력 신호의 근사값)'를 디지털-아날로그 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환부; 픽셀 출력 신호와 상기 디지털-아날로그 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 차를 구하여 상기 선택부로 전달하기 위한 연산부; 및 상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 연산하기 위한 디지털 연산부를 포함할 수 있다.A SAR analog-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention includes a selector for selecting a pixel output signal or a difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal according to a control signal from a control unit; A SAR analog-digital converter for analog-to-digital conversion of a pixel output signal from the selection unit or a 'difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal'; A digital-analog converter for converting the analog-to-digital conversion result of the pixel output signal (that is, the approximate value of the pixel output signal) from the SAR analog-digital converter into digital-analog conversion; An operation unit for obtaining a difference between a pixel output signal and an approximate value of a pixel output signal from the digital-analog conversion unit and delivering the difference to the selection unit; And a digital operation unit for calculating an analog-to-digital conversion result from the SAR analog-to-digital conversion unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 다른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는, 제어부로부터의 제어 신호에 따라 제 1 기준 전압 또는 제 2 기준 전압을 선택하여 커패시터 열로 전달하는 스위치 열; 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 출력 신호를 샘플링하여 비교기로 전달하는 샘플링부; 상기 스위치 열의 출력과 상기 샘플링부의 출력과 연결된 상기 커패시터 열; 상기 커패시터 열의 출력을 기준 전압과 비교하는 상기 비교기; 상기 비교기의 출력을 연산하는 디지털 연산부를 포함할 수 있다.Another SAR analog-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a switch column for selecting a first reference voltage or a second reference voltage according to a control signal from a control unit and transferring the first reference voltage or the second reference voltage to a capacitor row; A sampling unit for sampling a pixel output signal according to a control signal from the control unit and transmitting the sampled pixel output signal to a comparator; The capacitor column connected to the output of the switch column and the output of the sampling unit; The comparator comparing the output of the capacitor string with a reference voltage; And a digital arithmetic unit for calculating the output of the comparator.

본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 픽셀 신호를 발생하는 픽셀 어레이; 첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에 상기 픽셀 어레이에서 발생된 픽셀 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하고, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하는 SAR(Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환 장치; 및 상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 이미지 신호 처리하는 이미지 신호 처리부를 포함할 수 있다.
A CMOS image sensor according to another embodiment of the present invention includes: a pixel array for generating a pixel signal; Digital conversion of the pixel output signal generated in the pixel array during the first analog-to-digital conversion, and the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal from the second analog-to- A Successive Approximation Register (SAR) analog-to-digital converter; And an image signal processing unit for image-signal-processing the analog-to-digital conversion result from the SAR analog-to-digital conversion apparatus.

본 발명의 실시예에 따르면, 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시에는 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)와 동일한 동작을 수행하나 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시부터는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환함으로써, 총 아날로그-디지털 변환 시간을 감소(즉, 총 아날로그-디지털 변환 속도를 향상)시킬 수 있는 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, during the first analog-to-digital (A / D) conversion, the same operation as the general SAR analog-to-digital conversion device (ADC) There is an effect that the total analog-digital conversion time can be reduced (i. E., The total analog-digital conversion speed can be improved) by analog-to-digital conversion of the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 총 아날로그-디지털 변환 시간을 감소시킴으로써, 기존 기술과 대비하여 오버샘플링 횟수를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, there is an effect that the number of times of oversampling can be increased compared with the existing technology by reducing the total analog-digital conversion time.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 더 많은 횟수의 오버샘플링이 가능하기 때문에 씨모스 이미지 센서(CIS)의 노이즈를 감소시킬 수 있는 효과가 클 뿐만 아니라 고속 씨모스 이미지 센서(CIS)의 설계에 적용이 용이하다.
In addition, according to the embodiment of the present invention, since it is possible to perform oversampling more times, there is a great effect of reducing the noise of the CMOS image sensor (CIS), and the design of the high speed CMOS image sensor It is easy to apply.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 픽셀 출력 신호 샘플링 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 완료 후의 연결 관계를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 시의 샘플링 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 전하 재분배 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 완료 후의 연결 관계를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)를 이용한 씨모스 이미지 센서의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a SAR analog-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating a pixel output signal sampling operation of a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a connection relationship after completion of the first analog-to-digital (A / D) conversion of a SAR analog-digital conversion device (ADC) according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram for explaining a sampling operation in a second and subsequent analog-to-digital conversion of a SAR analog-digital conversion device (ADC) according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram for illustrating the charge redistribution operation of a SAR analog-digital conversion device (ADC) according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram showing a connection relationship after completion of analog-to-digital conversion of a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a CMOS image sensor using a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.And throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between. Also, when a component is referred to as " comprising "or" comprising ", it does not exclude other components unless specifically stated to the contrary . In addition, in the description of the entire specification, it should be understood that the description of some elements in a singular form does not limit the present invention, and that a plurality of the constituent elements may be formed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a SAR analog-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

일반적으로, 기존의 씨모스 이미지 센서(CIS)에서는 동일한 픽셀 출력 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 반복적으로 수행하여 평균을 구하는 오버샘플링을 수행함으로써, 픽셀 및 리드아웃 회로에 의한 노이즈를 감소시킨다.Generally, the conventional CMOS image sensor (CIS) performs oversampling for repeatedly performing analog-to-digital conversion on the same pixel output signal to obtain an average, thereby reducing noise caused by the pixel and the readout circuit.

그런데, 기존의 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 오버샘플링 시 동일한 픽셀 출력 신호에 대해 아날로그-디지털 변환 동작을 반복적으로 수행하기 때문에 소요되는 총 아날로그-디지털 변환 시간이 한번의 아날로그-디지털 변환 시 소요되는 시간과 오버샘플링 횟수의 곱으로 나타난다.However, since the conventional analog-to-digital converter (ADC) repeatedly performs the analog-to-digital conversion operation on the same pixel output signal at the time of oversampling, the total analog-digital conversion time required for one analog- And the number of oversampling times.

따라서 기존의 N 비트 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서 소요되는 총 아날로그-디지털 변환 시간(TTOT)은 하기의 [수학식 1]과 같다.
Therefore, the total analog-digital conversion time (TTOT) required in the conventional N-bit SAR analog-to-digital converter (ADC) is expressed by Equation (1) below.

Figure pat00001
Figure pat00001

이때, TN-BIT는 N 비트 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서 한번의 아날로그-디지털 변환 시 소요되는 아날로그-디지털 변환 시간을 나타내고, M은 오버샘플링 횟수를 나타낸다.In this case, TN-BIT represents the analog-digital conversion time required for one analog-to-digital conversion in the N-bit SAR analog-to-digital converter (ADC), and M represents the number of times of oversampling.

따라서 기존의 N 비트 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 오버샘플링 횟수가 증가할 때 그에 비례하여 총 아날로그-디지털 변환 시간도 같이 증가하기 때문에 오버샘플링 횟수 증대 및 고속 씨모스 이미지 센서(CIS) 설계에 한계가 있다.Therefore, the conventional N-bit SAR analog-to-digital converter (ADC) increases the total analog-to-digital conversion time in proportion to the increase in the number of oversampling, .

일 예로, 14 비트 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)를 내장한 8.9 Mpixels 60 frames/s 씨모스 이미지 센서(CIS)에 대하여 『S. Matsuo, “8.9-Megapixel Video Image Sensor With 14-b Column-Parallel SA-ADC,” TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 56, NO. 11, NOVEMBER 2009.』에 그 기술이 상세히 개시되어 있다.For example, for a 8.9 Mpixels 60 frames / s CMOS image sensor (CIS) with a 14-bit SAR analog-to-digital converter (ADC) Matsuo, " 8.9-Megapixel Video Image Sensor with 14-b Column-Parallel SA-ADC, " TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 56, NO. 11, NOVEMBER 2009. "

기존의 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 14-비트를 분해하는데 있어서 1.7μs의 아날로그-디지털 변환 시간이 소요된다. 이 아날로그-디지털 변환 시간 중에서 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)가 PGA(Programmable Gain Amplifier)의 출력을 샘플링하기 위하여 0.3μs의 시간이 소요되고, 샘플링된 값을 14 비트로 분해하기 위해 1.4μs의 시간이 소요된다. 오버샘플링 시 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 매번 동일한 아날로그-디지털 변환 동작을 반복적으로 수행하므로, 소요되는 총 아날로그-디지털 변환 시간은 오버샘플링 횟수에 비례하여 증가한다.Conventional SAR analog-to-digital converters (ADCs) take 1.7-μs analog-to-digital conversion time to decompose 14-bits. Of these analog-to-digital conversion times, the SAR analog-to-digital converter (ADC) takes 0.3 μs of time to sample the output of the Programmable Gain Amplifier (PGA) . During oversampling, the SAR analog-to-digital converter (ADC) repeatedly performs the same analog-to-digital conversion operation each time, so the total analog-to-digital conversion time required increases in proportion to the number of oversampling.

본 발명의 일 실시예에서는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)를 내장한 컬럼 패러럴 리드아웃 방식에서 오버샘플링을 수행하는데 있어서, 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시에는 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)와 동일한 동작을 수행하나 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시부터는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환함으로써 총 아날로그-디지털 변환 속도를 향상시킬 수 있다. 이때, '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'는 작은 크기를 가지므로 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 하위 비트 분해 동작만으로도 분해가 가능하기 때문에 아날로그-디지털 변환 시간을 단축할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in performing the oversampling in a column parallel readout method in which a SAR analog-to-digital converter (ADC) is incorporated, in the first analog-to- (A / D) conversion, the analog-to-digital conversion of the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal results in a total analog-to-digital conversion speed Can be improved. Since the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal has a small size, it is possible to disassemble only by the lower bit disassembly operation of the SAR analog-digital converter (ADC), so that the analog- have.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명하면, 다음과 같다.A SAR analog-digital converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 제어부(10)와, 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 출력 신호(VIN) 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 선택하기 위한 선택부(20)와, 선택부(20)로부터의 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하기 위한 SAR 아날로그-디지털(A/D) 변환부(30)와, SAR 아날로그-디지털(A/D) 변환부(30)로부터의 '픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환 결과(즉, 픽셀 출력 신호의 근사값)'를 디지털-아날로그 변환하기 위한 디지털-아날로그(D/A) 변환부(40)와, 픽셀 출력 신호와 디지털-아날로그 변환부(40)로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 차를 구하여 선택부(20)로 전달하기 위한 연산부(50)와, SAR 아날로그-디지털 변환부(30)로부터의 아날로그-디지털(A/D) 변환 결과를 연산하여 최종 아날로그-디지털(A/D) 변환 결과를 출력하기 위한 디지털 연산부(60)를 포함한다.1, the SAR analog-to-digital conversion apparatus according to an embodiment of the present invention includes a control unit 10 for providing a control signal to a SAR analog-to-digital conversion apparatus, a control unit A selection unit 20 for selecting a pixel output signal V IN or a difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal according to a signal from the selection unit 20, (A / D) conversion section 30 for analog-to-digital conversion of the difference between the approximate values of the pixel output signals and the pixel output signals, A digital-to-analog (D / A) converter 40 for converting the analog-digital conversion result of the output signal (that is, the approximate value of the pixel output signal) 40) from the " approximation value of the pixel output signal " (A / D) conversion result from the SAR analog-to-digital conversion unit 30 and outputs the result to a final analog-to-digital (A / D) conversion And a digital arithmetic unit 60 for outputting the result.

여기서, 제어부(10)는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC) 내에 구비된 제어기일 수도 있고, 또는 씨모스 이미지 센서의 제어기일 수도 있으며, 또는 그 외의 다른 별도의 제어기일 수도 있다.Here, the control unit 10 may be a controller included in the SAR analog-to-digital converter (ADC), a controller of the CMOS image sensor, or another separate controller.

그리고 선택부(20)는 첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에는 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 어레이로부터의 픽셀 출력 신호(VIN)를 선택하여 SAR 아날로그-디지털 변환부(30)로 전달하고, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터는 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라 연산부(50)로부터의 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 선택하여 SAR 아날로그-디지털 변환부(30)로 전달한다. 이때, 선택부(20)는 일 예로 다중화기(MUX)로 구현할 수 있다.The selector 20 selects and outputs the pixel output signal V IN from the pixel array to the SAR analog-to-digital converter 30 according to the control signal from the controller 10 during the first analog-to-digital conversion And the second analog-to-digital converter selects the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal from the calculator 50 according to the control signal from the controller 10 and outputs the difference to the SAR analog-digital converter 30 ). At this time, the selecting unit 20 may be implemented as a multiplexer (MUX), for example.

그리고 SAR 아날로그-디지털(A/D) 변환부(30)는 첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에는 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환부와 동일하게 선택부(20)로부터의 픽셀 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하여 디지털-아날로그 변환부(40)와 디지털 연산부(60)로 전달하나, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터는 선택부(20)로부터의 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하여 디지털 연산부(60)로 전달한다.In the first analog-to-digital conversion, the SAR analog-to-digital (A / D) conversion unit 30 analog-converts the pixel output signal from the selection unit 20 in the same manner as the general SAR analog- The second analog-to-digital converter receives the difference between the pixel output signal and the pixel output signal from the selector 20 as an analog-digital signal, And transmits it to the digital arithmetic unit 60.

그리고 디지털-아날로그(D/A) 변환부(40)는 SAR 아날로그-디지털 변환부(30)로부터 피드백되는 '픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환 결과'를 디지털-아날로그 변환하여 '픽셀 출력 신호의 근사값'을 연산부(50)로 전달한다. 이때, '픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환 결과'는 픽셀과 리드아웃 회로의 노이즈를 포함하고 있기 때문에 이를 다시 디지털-아날로그(D/A) 변환할 경우 픽셀 출력 신호와 동일값이 아닌 픽셀 출력 신호에 근사한 값을 가진다.The digital-analog (D / A) converter 40 converts the analog-digital conversion result of the pixel output signal fed back from the SAR analog-digital converter 30 into a digital-analog signal, To the arithmetic unit 50. In this case, the 'result of analog-to-digital conversion of the pixel output signal' includes the noise of the pixel and the readout circuit. Therefore, when the digital-analog conversion is performed again, Lt; / RTI >

그리고 연산부(50)는 픽셀 어레이로부터의 픽셀 출력 신호와 디지털-아날로그 변환부(40)로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 차를 구하여 선택부(20)로 전달한다. 이때, 연산부(50)는 일 예로 픽셀 어레이로부터의 픽셀 출력 신호에 디지털-아날로그 변환부(40)로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 마이너스(-) 값을 더하여 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 구하기 위한 가산기로 구현할 수 있다.The arithmetic unit 50 calculates the difference between the pixel output signal from the pixel array and the approximate value of the pixel output signal from the digital-analog converter 40, and transmits the difference to the selector 20. At this time, the operation unit 50 adds a minus (-) value of a 'pixel output signal approximation value' from the digital-analog conversion unit 40 to a pixel output signal from the pixel array to generate a pixel output signal and a pixel output signal The difference between the approximate values of "

그리고 디지털 연산부(60)는 SAR 아날로그-디지털 변환부(30)로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 전달받아 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 결과의 평균을 구하여 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과와 더하여 노이즈를 줄인 최종 아날로그-디지털 변환 결과를 이미지 신호 처리부(ISP)로 출력한다.The digital operation unit 60 receives the analog-to-digital conversion result from the SAR analog-to-digital conversion unit 30, calculates an average of the second and subsequent analog-digital conversion results, and adds the result of the first analog- And outputs the final analog-to-digital conversion result to the image signal processing unit ISP.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는, 오버샘플링 시 매 아날로그-디지털(A/D) 변환마다 동일한 동작을 반복하는 것이 아니라, 처음 아날로그-디지털 변환 시와 이후의 아날로그-디지털 변환 시에 서로 다른 동작을 수행한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서는 두 번째 아날로그-디지털 변환부터 처음 아날로그-디지털 변환 결과를 바탕으로 픽셀 출력 신호에 근사한 값을 생성하고 그 근사값과 픽셀 출력 신호의 차를 아날로그-디지털 변환한다. 이때, 픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호에 근사한 값의 차는 작은 크기를 가지므로 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 하위 비트 분해 동작만으로도 충분히 아날로그-디지털 변환이 가능하다. 따라서 처음 아날로그-디지털(A/D) 변환 이후, 두 번째 아날로그-디지털 변환 동작부터 소요되는 아날로그-디지털 변환 시간을 감소시킬 수 있다.As described above, the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention does not repeat the same operation every analog-to-digital (A / D) conversion at the time of oversampling, And performs different operations at the time of conversion and at the time of analog-to-digital conversion. That is, in the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an exemplary embodiment of the present invention, a value approximate to the pixel output signal is generated based on the result of the first analog-to- Analog-to-digital conversion of the difference between the signals. At this time, since the difference between the pixel output signal and the pixel output signal is small, the analog-to-digital conversion can be sufficiently performed by the lower bit decomposition operation of the SAR analog-to-digital converter (ADC). Thus, after the initial analog-to-digital (A / D) conversion, the analog-to-digital conversion time required from the second analog-to-digital conversion operation can be reduced.

다음으로, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 구간별 동작을 살펴보면, 다음과 같다.Next, operation of the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6 as follows.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 픽셀 출력 신호 샘플링 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 완료 후의 연결 관계를 나타내는 회로도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 시의 샘플링 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 전하 재분배 동작을 설명하기 위한 회로도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 완료 후의 연결 관계를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram for illustrating a pixel output signal sampling operation of a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a circuit diagram of a SAR analog- (ADC) of the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a circuit diagram showing the connection relationship after the first analog- FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a charge redistribution operation of a SAR analog-digital conversion device (ADC) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a circuit diagram for explaining the sampling Is a circuit diagram showing a connection relationship after the second and subsequent analog-to-digital conversion of the SAR analog-digital conversion device (ADC) according to one embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 제어부(도 2 내지 도 6에 도시되지 않음)와, 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라 제 1 기준 전압(VREF) 또는 제 2 기준 전압(-VREF)을 선택하여 커패시터 열로 전달하는 스위치 열과, 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 어레이로부터의 픽셀 출력 신호를 샘플링하여 비교기로 전달하는 샘플링부(샘플링 스위치 및 샘플링 커패시터)와, 스위치 열의 출력과 샘플링부의 출력과 연결된 커패시터 열과, 커패시터 열의 출력을 기준 전압과 비교하는 비교기와, 비교기의 출력을 취합하여 연산하여 최종 아날로그-디지털(A/D) 변환 결과를 출력하는 디지털 연산부(도 2 내지 도 6에 도시되지 않음)를 포함하여 구현할 수 있으며, 그 동작은 다음과 같다.2 to 6, a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention includes a controller for providing a control signal to the SAR analog- A switch column for selecting the first reference voltage VREF or the second reference voltage -VREF in accordance with a control signal from the control unit 10 and transferring the first reference voltage VREF or the second reference voltage VREF to the capacitor row, (Sampling switch and sampling capacitor) for sampling a pixel output signal from the pixel array according to a signal and delivering the sampled pixel output signal to a comparator, and a comparator for comparing the output of the switch column and the output of the sampling section with the output of the capacitor row, (Not shown in FIG. 2 to FIG. 6) for collecting the outputs of the comparators and calculating them and outputting the final analog-to-digital (A / D) May be implemented by also, the operation is as follows.

도 2에 도시된 바와 같이, 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)와 동일하게 픽셀 출력 신호를 샘플링하고 아날로그-디지털 변환을 수행한다.2, a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention in a first analog-to-digital (A / D) conversion is the same as a general SAR analog- And performs analog-to-digital conversion.

도 3에 도시된 바와 같이, 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 완료 후에는 비교 시의 출력에 따라 커패시터 열 밑단을 제 1 기준 전압(VREF) 또는 제 2 기준 전압(-VREF)을 선택하여 연결한다. 이때, 픽셀 출력 신호는 하기의 [수학식 2]와 같이 근사화가 가능하다.
3, after the completion of the first analog-to-digital (A / D) conversion, the bottom of the capacitor column is selected as the first reference voltage VREF or the second reference voltage -VREF . At this time, the pixel output signal can be approximated as shown in Equation (2) below.

Figure pat00002
Figure pat00002

이때, D[N]은 비교기의 비교 결과에 따라 '1' 또는 '-1'의 값을 가진다.At this time, D [N] has a value of '1' or '-1' according to the comparison result of the comparator.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)는 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환부터 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)와 다르게 픽셀 출력 신호 샘플링 시 커패시터 열 밑단을 접지(GND) 전압과 연결하지 않고 첫 번째 아날로그-디지털 변환 완료 후 커패시터 열 밑단에 연결된 기준 전압(도 3의 기준 전압 연결)과 반대의 기준 전압을 연결한다.4, a SAR analog-to-digital conversion device (ADC) according to an embodiment of the present invention differs from a second analog-to-digital (A / D) When sampling the pixel output signal, connect the reference voltage opposite to the reference voltage (reference voltage connection in Fig. 3) connected to the bottom of the capacitor column after completing the first analog-to-digital conversion without connecting the bottom of the capacitor column to the ground (GND) voltage.

도 5에 도시된 바와 같이, 두 번째 샘플링 완료 후 커패시터 열 밑단을 접지(GND) 전압과 연결하면 전하 재분배 현상이 발생하여 커패시터 열은 픽셀 출력 신호와 [수학식 2]에 있는 픽셀 출력 신호의 근사값의 차를 출력한다. 이를 통해 도 1의 디지털-아날로그(D/A) 변환부(40)와 두 입력 신호의 차를 구하는 연산부(50)의 기능이 동시에 이루어진다.5, when the bottom of the capacitor row is connected to the ground (GND) voltage after the completion of the second sampling, charge redistribution occurs, and the capacitor row is approximated to the pixel output signal in the equation (2) . The digital-analog (D / A) conversion unit 40 of FIG. 1 and the operation unit 50 for obtaining the difference between the two input signals are simultaneously performed.

이때, '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'는 이상적으로 '0'의 값을 가지나 픽셀과 리드아웃 회로의 노이즈에 의해 그 크기가 아날로그-디지털(A/D) 변환 시마다 매번 달라진다. 따라서 아날로그-디지털 변환을 반복함으로써 노이즈의 발생 정도를 판별하는 것이 가능하다. 디지털 연산부(60)는 노이즈의 발생 정도를 계산하고 이를 제거하여 최종 아날로그-디지털 변환 값을 출력한다.In this case, the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal has an ideal value of '0', but the size of the pixel output signal is different every time the analog-digital (A / D) conversion is performed due to the noise of the pixel and the readout circuit. Therefore, it is possible to determine the degree of occurrence of noise by repeating the analog-to-digital conversion. The digital arithmetic unit 60 calculates the degree of occurrence of noise and removes the noise to output a final analog-to-digital conversion value.

이러한 동작을 수행함에 있어서 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'는 작은 크기를 가지기 때문에 도 6에 도시된 바와 같이 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 하위 비트 분해 동작(하위 단의 커패시터 열만으로 아날로그-디지털 변환을 수행함)만으로 충분히 아날로그-디지털 변환이 가능하다. 따라서 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환부터 소요되는 시간이 감소되기 때문에 오버샘플링 시 소요되는 시간이 감소된다.In performing such an operation, since the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal is small, the lower bit decomposition operation of the SAR analog-to-digital converter (ADC) Analog-to-digital conversion is performed only with the capacitor row). Therefore, since the time required from the second analog-to-digital (A / D) conversion is reduced, the time required for oversampling is reduced.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서 오버샘플링 시 최종 아날로그-디지털 변환 결과를 얻기까지의 연산 과정을 살펴보면, 다음과 같다.Next, a calculation process from the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention to obtaining a final analog-to-digital conversion result upon oversampling will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과는 하기의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
The first analog-to-digital conversion result in the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention can be expressed as Equation (3) below.

Figure pat00003
Figure pat00003

이때, D_1st(V_PIX)는 픽셀 출력 신호(V_PIX)에 대한 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과이고, D_IDEAL(V_PIX)는 얻고자 하는 V_PIX의 이상적인 아날로그-디지털 변환 결과이다. 그리고 D_noise_1은 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시 픽셀과 리드아웃 회로의 노이즈를 나타낸다.At this time, D_1st (V_PIX) is the first analog-digital conversion result of the SAR analog-digital conversion device (ADC) for the pixel output signal V_PIX, and D_IDEAL (V_PIX) is the result of the ideal analog- to be. And D_noise_1 represents the noise of the pixel and lead-out circuit during the first analog-to-digital (A / D) conversion.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서 두 번째 이후 아날로그-디지털 변환 결과는 하기의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
The result of the second analog-to-digital conversion in the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention can be expressed as Equation (4) below.

Figure pat00004
Figure pat00004

이때, V[D_1st(V_PIX)]는 상기 [수학식 3]의 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과(D_1st(V_PIX))를 다시 디지털-아날로그(D/A) 변환한 것을 나타낸 것으로, 노이즈(D_noise_1)를 포함하고 있기 때문에 픽셀 출력 신호에 근사한 값을 가진다. D_Nth(V_PIX - V[D_1st(V_PIX)])는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'에 대한 N 번째 아날로그-디지털 변환 결과이다. D_noise_N은 N 번째 아날로그-디지털 변환을 수행하는데 있어서 픽셀과 리드아웃 회로의 노이즈이다. 상기 [수학식 4]에서 보듯이 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서 두 번째 이후 아날로그-디지털 변환 결과는 N 번째 아날로그-디지털 변환을 수행하는데 있어서 픽셀과 리드아웃 회로의 노이즈(D_noise_N)와 첫 번째 아날로그-디지털 변환을 수행하는데 있어서 픽셀과 리드아웃 회로의 노이즈(D_noise_1)의 차로 나타난다.At this time, V [D_1st (V_PIX)] indicates that the first analog-digital conversion result D_1st (V_PIX) of the above formula (3) It has a value close to the pixel output signal. D_Nth (V_PIX - V [D_1st (V_PIX)]) is the Nth analog-digital conversion result for the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal. D_noise_N is the noise of the pixel and the readout circuit in performing the Nth analog-to-digital conversion. As shown in Equation (4), in the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an exemplary embodiment of the present invention, the second and subsequent analog-to- Noise (D_noise_N) of the circuit and the noise (D_noise_1) of the pixel and the lead-out circuit in the first analog-to-digital conversion.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)에서는 두 번째 이후 아날로그-디지털 변환 결과들을 취합한 후 평균을 구한다. 그 결과는 하기의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
In the SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention, the second and subsequent analog-to-digital conversion results are collected and an average is obtained. The result can be expressed by the following equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

이때, D_noise_N은 매 아날로그-디지털(A/D) 변환 시 노이즈이므로 평균 시 제거되나 D_noise_1은 항상 일정한 상수이므로 평균값으로 출력된다.At this time, D_noise_N is removed in averaging because it is noise in the analog-to-digital (A / D) conversion, but D_noise_1 is always a constant constant and is outputted as an average value.

상기 [수학식 3]에서 얻고자 하는 이상적인 아날로그-디지털 변환 결과(D_IDEAL(V_PIX))는 하기의 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다.
The ideal analog-to-digital conversion result (D_IDEAL (V_PIX)) to be obtained in the above equation (3) can be expressed by the following equation (6).

Figure pat00006
Figure pat00006

따라서 이상적인 아날로그-디지털 변환 결과는 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과(D_1st(V_PIX))에 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환부터 모든 아날로그-디지털 변환 결과의 평균값(Average(D_Nth(V_PIX - V[D_1st(V_PIX)])))을 더함으로써 구할 수 있다.Therefore, the ideal analog-to-digital conversion result is obtained by multiplying the first analog-to-digital conversion result (D_1st (V_PIX)) by the average value (Average (D_Nth (V_PIX-V [D_1st (V_PIX)]))).

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)를 이용한 씨모스 이미지 센서의 구성도이다.7 is a block diagram of a CMOS image sensor using a SAR analog-to-digital converter (ADC) according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는 로우 드라이버(71), 픽셀 어레이(72), SAR 아날로그-디지털 변환 장치(73) 및 이미지 신호 처리부(74)를 포함한다. 여기서, SAR 아날로그-디지털 변환 장치(73)의 구체적인 실시예는 전술한 바와 같으므로, 여기서는 그 기술 요지만을 간략하게 설명하기로 한다.7, the CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention includes a row driver 71, a pixel array 72, a SAR analog-to-digital converter 73, and an image signal processor 74 do. Here, since the concrete embodiment of the SAR analog-digital conversion device 73 is as described above, only the technical gist thereof will be briefly described here.

먼저, 로우 드라이버(71)는 픽셀 어레이(72) 내에 구비된 픽셀들 중 로우 디코더(도면에 도시되지 않음)에 의해 선택된 픽셀들을 구동한다.First, the row driver 71 drives the pixels selected by the row decoder (not shown in the figure) among the pixels provided in the pixel array 72.

그리고 픽셀 어레이(20)는 광소자를 이용하여 빛을 감지하고, 감지된 빛에 대응되는 픽셀 신호를 발생한다. 이때, 픽셀 어레이(20) 내에 구비된 픽셀들 중 로우 디코더에 의해 선택된 픽셀이 픽셀 신호를 출력한다. 이렇게 출력되는 픽셀 신호는 전기적 신호인 아날로그 픽셀 신호로서, 리셋 전압과 신호 전압을 포함한다.The pixel array 20 senses light using an optical device and generates a pixel signal corresponding to the sensed light. At this time, the pixel selected by the row decoder among the pixels provided in the pixel array 20 outputs the pixel signal. The pixel signal thus outputted is an analog pixel signal which is an electrical signal, and includes a reset voltage and a signal voltage.

그리고 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(73)는 픽셀 어레이(72)에서 발생된 아날로그 픽셀 신호를 입력받고, 입력받은 아날로그 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환한다. 이때, SAR 아날로그-디지털 변환 장치(73)는 첫 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시에는 일반적인 SAR 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하고 두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환 시부터는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환한다. 여기서, SAR 아날로그-디지털 변환 장치(73)는 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가지며, 도 2 내지 도 6에서 설명한 바와 같이 동작한다.The SAR analog-to-digital converter 73 receives the analog pixel signals generated in the pixel array 72 and converts the received analog pixel signals into digital pixel signals. At this time, the SAR analog-to-digital converter 73 performs a general SAR analog-to-digital conversion operation in the first analog-to-digital (A / D) conversion, Analog-to-digital conversion of the difference between the approximate values of the output signal and the pixel output signal. Here, the SAR analog-digital conversion device 73 has the configuration as shown in FIG. 1 and operates as described in FIGS. 2 to 6.

그리고 이미지 신호 처리부(74)는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치(73)로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 전달받아 이미지 신호를 처리하며, 그 처리 방식은 공지 기술이므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.The image signal processing unit 74 receives the analog-to-digital conversion result from the SAR analog-to-digital conversion unit 73 and processes the image signal, and the processing method thereof is well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted here .

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Various permutations, modifications and variations are possible without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.

10 : 제어부 20 : 선택부
30 : SAR 아날로그-디지털 변환부 40 : 디지털-아날로그 변환부
50 : 연산부 60 : 디지털 연산부10: control unit 20:
30: SAR analog-to-digital conversion unit 40: digital-analog conversion unit
50: operation unit 60: digital operation unit

Claims (22)

SAR(Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환 장치에 있어서,
제어부로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 선택하기 위한 선택부;
상기 선택부로부터의 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하기 위한 SAR 아날로그-디지털 변환부;
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환 결과(즉, 픽셀 출력 신호의 근사값)'를 디지털-아날로그 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환부;
픽셀 출력 신호와 상기 디지털-아날로그 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 차를 구하여 상기 선택부로 전달하기 위한 연산부; 및
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 연산하기 위한 디지털 연산부
를 포함하는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
1. A SAR (Successive Approximation Register) analog-to-digital converter,
A selection unit for selecting a pixel output signal or a difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal according to a control signal from the control unit;
A SAR analog-digital converter for analog-to-digital conversion of a pixel output signal from the selection unit or a 'difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal';
A digital-analog converter for converting the analog-to-digital conversion result of the pixel output signal (that is, the approximate value of the pixel output signal) from the SAR analog-digital converter into digital-analog conversion;
An operation unit for obtaining a difference between a pixel output signal and an approximate value of a pixel output signal from the digital-analog conversion unit and delivering the difference to the selection unit; And
A digital arithmetic unit for calculating the analog-to-digital conversion result from the SAR analog-
And a SAR analog-to-digital converter.
제 1항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 상기 제어부
를 더 포함하는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
For providing a control signal to the SAR analog-to-
To-analog converter (ADC).
제 1항에 있어서,
상기 선택부는,
첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 어레이로부터의 픽셀 출력 신호를 선택하여 상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로 전달하고, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 상기 연산부로부터의 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 선택하여 상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로 전달하는 다중화기인, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the selection unit comprises:
Digital conversion, a pixel output signal from the pixel array is selected and transmitted to the SAR analog-to-digital conversion unit according to a control signal from the control unit in the first analog-to-digital conversion, and a control signal To the SAR analog-to-digital converter, a difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal from the operation unit according to the difference between the pixel output signal and the pixel output signal.
제 1항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부는,
첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에 상기 선택부로부터의 픽셀 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하여 상기 디지털-아날로그 변환부와 상기 디지털 연산부로 전달하고, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터 상기 선택부로부터의 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하여 상기 디지털 연산부로 전달하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
The SAR analog-to-
Digital conversion of the pixel output signal from the selector during the first analog-to-digital conversion and transfers the analog output to the digital-analog converter and the digital calculator, Digital conversion of a difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal, and transfers the analog difference to the digital operation unit.
제 1항에 있어서,
상기 연산부는,
픽셀 어레이로부터의 픽셀 출력 신호에 상기 디지털-아날로그 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 마이너스(-) 값을 더하여 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 구하기 위한 가산기인, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
The operation unit,
Which is an adder for obtaining a difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal by adding a minus value of a pixel output signal from the digital-analog converter to a pixel output signal from the pixel array, SAR analog-to-digital converter.
제 1항에 있어서,
상기 디지털 연산부는,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 전달받아 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 결과의 평균을 구하여 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과와 더하여 최종 아날로그-디지털 변환 결과를 이미지 신호 처리부로 출력하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the digital operation unit comprises:
Digital conversion result from the SAR analog-to-digital conversion unit to obtain an average of the second and subsequent analog-to-digital conversion results, adds the result to the first analog-to-digital conversion result, and outputs the final analog- Output, SAR analog-to-digital converter.
제 1항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환부터 샘플링 시 첫 번째 아날로그-디지털 변환 완료 후 연결된 기준 전압과 반대의 기준 전압을 연결하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
The SAR analog-to-
A SAR analog-to-digital converter that couples the connected reference voltage to the opposite reference voltage after the first analog-to-digital conversion in the second analog-to-digital (A / D) conversion.
제 1항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
두 번째 샘플링 완료 후 접지 전압을 연결하여 전하 재분배를 수행하여 상기 연산부에서 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'가 출력되도록 하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
The SAR analog-to-
And a charge redistribution is performed by connecting the ground voltage after completion of the second sampling so that the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal is outputted in the arithmetic unit.
제 1항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
두 번째 아날로그-디지털 변환부터 하위 비트 분해 동작을 수행하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
The method according to claim 1,
The SAR analog-to-
A SAR analog-to-digital converter that performs a low-bit decomposition operation from a second analog-to-digital conversion.
SAR(Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환 장치에 있어서,
제어부로부터의 제어 신호에 따라 제 1 기준 전압 또는 제 2 기준 전압을 선택하여 커패시터 열로 전달하는 스위치 열;
상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 출력 신호를 샘플링하여 비교기로 전달하는 샘플링부;
상기 스위치 열의 출력과 상기 샘플링부의 출력과 연결된 상기 커패시터 열;
상기 커패시터 열의 출력을 기준 전압과 비교하는 상기 비교기;
상기 비교기의 출력을 연산하는 디지털 연산부
를 포함하는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
1. A SAR (Successive Approximation Register) analog-to-digital converter,
A switch column for selecting a first reference voltage or a second reference voltage according to a control signal from the control unit and transferring the first reference voltage or the second reference voltage to the capacitor row;
A sampling unit for sampling a pixel output signal according to a control signal from the control unit and transmitting the sampled pixel output signal to a comparator;
The capacitor column connected to the output of the switch column and the output of the sampling unit;
The comparator comparing the output of the capacitor string with a reference voltage;
A digital calculator for calculating an output of the comparator,
And a SAR analog-to-digital converter.
제 10항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 상기 제어부
를 더 포함하는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
11. The method of claim 10,
For providing a control signal to the SAR analog-to-
To-analog converter (ADC).
제 10항에 있어서,
상기 커패시터 열은,
두 번째 아날로그-디지털 변환부터 샘플링 시 첫 번째 아날로그-디지털 변환 완료 후 상기 커패시터 열에 연결된 기준 전압과 반대의 기준 전압이 연결되는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the capacitor row comprises:
Wherein a reference voltage opposite to a reference voltage connected to the capacitor row is connected after completion of a first analog-to-digital conversion in a sampling from a second analog-to-digital conversion.
제 10항에 있어서,
상기 커패시터 열은,
두 번째 샘플링 완료 후 접지 전압과 연결되어 전하 재분배를 수행하여 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 출력하는 SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the capacitor row comprises:
A SAR analog-to-digital converter for outputting the difference between the pixel output signal and the pixel output signal by performing charge redistribution in connection with the ground voltage after completion of the second sampling.
제 10항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
두 번째 아날로그-디지털 변환부터 하위 비트 분해 동작을 수행하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
11. The method of claim 10,
The SAR analog-to-
A SAR analog-to-digital converter that performs a low-bit decomposition operation from a second analog-to-digital conversion.
제 10항에 있어서,
상기 디지털 연산부는,
상기 비교기의 출력을 전달받아 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 결과의 평균을 구하여 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과와 더하여 최종 아날로그-디지털 변환 결과를 이미지 신호 처리부로 출력하는, SAR 아날로그-디지털 변환 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the digital operation unit comprises:
And a second analog-to-digital conversion result obtained by receiving the output of the comparator, wherein the second analog-to-digital conversion result is combined with the first analog-to-digital conversion result to output final analog-to-digital conversion result to the image signal processing unit.
씨모스 이미지 센서에 있어서,
픽셀 신호를 발생하는 픽셀 어레이;
첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에 상기 픽셀 어레이에서 발생된 픽셀 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하고, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하는 SAR(Successive Approximation Register) 아날로그-디지털 변환 장치; 및
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 이미지 신호 처리하는 이미지 신호 처리부
를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
In the CMOS image sensor,
A pixel array for generating a pixel signal;
Digital conversion of the pixel output signal generated in the pixel array during the first analog-to-digital conversion, and the difference between the approximate values of the pixel output signal and the pixel output signal from the second analog-to- A Successive Approximation Register (SAR) analog-to-digital converter; And
An image signal processing section for performing image signal processing on an analog-to-digital conversion result from the SAR analog-
A CMOS image sensor.
제 16항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
제어부로부터의 제어 신호에 따라 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 선택하기 위한 선택부;
상기 선택부로부터의 픽셀 출력 신호 또는 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하기 위한 SAR 아날로그-디지털 변환부;
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 아날로그-디지털 변환 결과(즉, 픽셀 출력 신호의 근사값)'를 디지털-아날로그 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환부;
픽셀 출력 신호와 상기 디지털-아날로그 변환부로부터의 '픽셀 출력 신호의 근사값'의 차를 구하여 상기 선택부로 전달하기 위한 연산부; 및
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 연산하기 위한 디지털 연산부
를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
17. The method of claim 16,
The SAR analog-to-
A selection unit for selecting a pixel output signal or a difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal according to a control signal from the control unit;
A SAR analog-digital converter for analog-to-digital conversion of a pixel output signal from the selection unit or a 'difference between an approximate value of a pixel output signal and a pixel output signal';
A digital-analog converter for converting the analog-to-digital conversion result of the pixel output signal (that is, the approximate value of the pixel output signal) from the SAR analog-digital converter into digital-analog conversion;
An operation unit for obtaining a difference between a pixel output signal and an approximate value of a pixel output signal from the digital-analog conversion unit and delivering the difference to the selection unit; And
A digital arithmetic unit for calculating the analog-to-digital conversion result from the SAR analog-
A CMOS image sensor.
제 17항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부는,
첫 번째 아날로그-디지털 변환 시에 상기 선택부로부터의 픽셀 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하여 상기 디지털-아날로그 변환부와 상기 디지털 연산부로 전달하고, 두 번째 아날로그-디지털 변환 시부터 상기 선택부로부터의 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'를 아날로그-디지털 변환하여 상기 디지털 연산부로 전달하는, 씨모스 이미지 센서.
18. The method of claim 17,
The SAR analog-to-
Digital conversion of the pixel output signal from the selector during the first analog-to-digital conversion and transfers the analog output to the digital-analog converter and the digital calculator, Converts a difference between an approximate value of the pixel output signal and the pixel output signal into an analog-to-digital signal, and transfers the resultant analog signal to the digital operation unit.
제 17항에 있어서,
상기 디지털 연산부는,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환부로부터의 아날로그-디지털 변환 결과를 전달받아 두 번째 이후의 아날로그-디지털 변환 결과의 평균을 구하여 첫 번째 아날로그-디지털 변환 결과와 더하여 최종 아날로그-디지털 변환 결과를 이미지 신호 처리부로 출력하는, 씨모스 이미지 센서.
18. The method of claim 17,
Wherein the digital operation unit comprises:
Digital conversion result from the SAR analog-to-digital conversion unit to obtain an average of the second and subsequent analog-to-digital conversion results, adds the result to the first analog-to-digital conversion result, and outputs the final analog- CMOS image sensor to output.
제 17항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
두 번째 아날로그-디지털(A/D) 변환부터 샘플링 시 첫 번째 아날로그-디지털 변환 완료 후 연결된 기준 전압과 반대의 기준 전압을 연결하는, 씨모스 이미지 센서.
18. The method of claim 17,
The SAR analog-to-
The CMOS image sensor connects from the second analog-to-digital (A / D) conversion to the reference voltage opposite to the connected reference voltage after the first analog-to-digital conversion is completed.
제 17항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
두 번째 샘플링 완료 후 접지 전압을 연결하여 전하 재분배를 수행하여 상기 연산부에서 '픽셀 출력 신호와 픽셀 출력 신호의 근사값의 차'가 출력되도록 하는, 씨모스 이미지 센서.
18. The method of claim 17,
The SAR analog-to-
And a charge redistribution is performed by connecting the ground voltage after completion of the second sampling so that the difference between the pixel output signal and the pixel output signal is outputted in the operation unit.
제 17항에 있어서,
상기 SAR 아날로그-디지털 변환 장치는,
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The SAR analog-to-
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