KR20160121973A - 램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서 - Google Patents

램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

본 기술은 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 수평 노이즈를 감소시킬 뿐만 아니라 동시에 수직 노이즈(Vertical Noise)도 함께 감소시키기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다. 이러한 램프 신호 발생 장치는, 기준 전압을 발생하기 위한 기준 전압 발생부; 상기 기준 전압 발생부와 연동하여 게인을 조절하기 위한 게인 조절부; 상기 게인 조절부로부터의 램프 바이어스 전압(Ramp Bias Voltage)을 샘플링하기 위한 램프 바이어스 전압 샘플링부; 및 상기 램프 바이어스 전압 샘플링부에서 샘플링된 램프 바이어스 전압에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생부를 포함할 수 있다.

Description

램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서{Ramp Signal Generator With Ramp Bias Sampling Function, and CMOS Image Sensor Using That}
본 발명의 몇몇 실시예들은 이미지 센서(IS : Image Sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링하기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
먼저, 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)에서의 수평 노이즈(Horizontal Noise)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로, 씨모스 이미지 센서에서는 램프 신호 발생 장치를 구성하는 각 회로에서 발생되는 램프 노이즈(Ramp Noise)가 그대로 출력 저항을 통해 램프 신호에 포함되어 비교기 측으로 전달되기 때문에 씨모스 이미지 센서의 수평 노이즈가 증가되게 된다.
따라서 제 1 종래 기술(미국공개특허 2013-0193949)에서는 램프 노이즈를 감소시키기 위해서 램프 신호 발생 장치의 구조를 변경시키는 방식을 제시하고 있는데, 이러한 제 1 종래 기술은 원천적으로 램프 노이즈를 차단하는 방식이 아니라 전달되는 램프 노이즈의 양을 감소시키는 방식이다. 이로 인해 제 1 종래 기술은 회로 구성의 복잡성이 증가되는 단점이 존재한다.
다음으로, 씨모스 이미지 센서에서의 수직 노이즈(Vertical Noise)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로, 씨모스 이미지 센서에서는 게인(Gain)이 큰 경우 상호 상관 이중 샘플링(CDS) 동작에 의해 케이티씨 노이즈 성분이 제거되지만, 게인이 작아져 1 LSB가 증가하는 경우 케이티씨 노이즈가 상호 상관 이중 샘플링(CDS)에 의해 제거되지 않고 남아있게 되어 씨모스 이미지 센서의 수직 노이즈를 유발하게 된다.
따라서 제 2 종래 기술(미국등록특허 8358360)에서는 낮은 게인에서의 수직 노이즈를 감소시키기 위해서 픽셀(Pixel)의 랜덤한 베리에이션 성분을 비교기 리셋(Comparator Reset) 구간 동안 전달하여 수직 노이즈를 감소시키는데, 낮은 게인인 경우에만 선택적으로 타이밍을 다르게 적용해야 하는 단점이 있으며, 픽셀 컨트롤 타이밍(Pixel Control Timing)을 조절하는 방식이기 때문에 픽셀 데이터가 왜곡될 수 있는 단점이 존재한다.
또한, 제 3 종래 기술(미국공개특허 2012-0019697)에서는 가상으로 발생시킨 노이즈를 첨가하여 수직 노이즈를 감소시키는데, 이러한 방식은 존재하지 않던 노이즈를 발생시켜 첨가하게 되므로 절대적인 노이즈 양이 증가될 수 있다. 또한, 1 로우 타임(Row Time) 내에서 램핑(Ramping) 구간 동안 노이즈를 첨가하는 방식은 수평 노이즈를 열화시키는 원인으로 작용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 수평 노이즈(Horizontal Noise)를 감소시키기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 수평 노이즈를 감소시킬 뿐만 아니라 동시에 수직 노이즈(Vertical Noise)도 함께 감소시키기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 기준 전압을 발생하기 위한 기준 전압 발생부; 상기 기준 전압 발생부와 연동하여 게인을 조절하기 위한 게인 조절부; 상기 게인 조절부로부터의 램프 바이어스 전압(Ramp Bias Voltage)을 샘플링하기 위한 램프 바이어스 전압 샘플링부; 및 상기 램프 바이어스 전압 샘플링부에서 샘플링된 램프 바이어스 전압에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하는 픽셀 어레이; 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하면서 램프 바이어스 전압을 샘플링하여 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치; 및 상기 픽셀 어레이로부터의 픽셀 신호를 상기 램프 신호 발생 장치로부터의 램프 신호에 따라 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 수평 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 램프 바이어스 샘플링(Ramp Bias Sampling) 기법은 샘플링 스위치(Switch)와 샘플링 커패시터(Capacitor)만을 추가하여 회로적으로 전달될 수 있는 램프 노이즈를 차단할 수 있기 때문에 회로의 복잡성 증가 없이 램프 노이즈로 인한 수평 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 수평 노이즈를 감소시킬 뿐만 아니라 동시에 수직 노이즈도 함께 효과적으로 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 비교기 리셋(Comparator Reset) 구간 동안 유입되는 램프 노이즈의 양이 게인 조절부를 거친 후 게인(Gain) 값에 따라 증폭 또는 감쇄되어 전달되기 때문에 게인에 따라서 선택적으로 적용하지 않아도 되며, 램핑(Ramping) 구간 동안의 램프 노이즈를 차단함으로써 수평 노이즈의 열화 없이 수직 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 2는 게인에 따른 케이티씨 노이즈(kTC Noise)를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 타이밍도,
도 5는 일반적인 상호 상관 이중 샘플링(CDS) 스킴을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구성도이다.
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.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치는, 기준 전압을 발생하기 위한 기준 전압 발생부(10), 기준 전압 발생부(10)와 연동하여 게인을 조절하기 위한 게인 조절부(20), 및 게인 조절부(20)와 연동하여 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생부(30)를 포함한다.
여기서, 기준 전압 발생부(10)는 기준 전류를 공급하기 위한 기준 전류원(Iref), 및 2단 구조로 이루어져, 기준 전류원(Iref)에서 공급된 기준 전류를 인가받아 게인 조절부(20)에 기준 전압을 공급하기 위한 제 1 커런트 미러 회로(M1, M2) 및 제 2 커런트 미러 회로(M3, M4)를 포함한다. 이때, 제 2 커런트 미러 회로(M3, M4)를 이루는 트랜지스터 중 하나는 게인 조절부(20)의 트랜지스터일 수 있다. 즉, 기준 전압 발생부(10)와 게인 조절부(20)는 커런트 미러 방식으로 연결될 수 있다. 그 외의 구체적인 회로 구성은 공지 기술이므로 여기서는 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
그리고 게인 조절부(20)는 기준 전압 발생부(10)와 커런트 미러 방식으로 연결되어 게인을 조절하기 위한 게인 조절 회로(M4), 및 게인 조절 회로(M4)에서 조절된 게인에 따른 램프 바이어스 전압을 램프 신호 발생부(30)에 공급하기 위한 트랜지스터(M5)를 포함한다. 이때, 게인 조절 회로(M4)는 일예로 트랜지스터의 크기를 유동적으로 하여 게인을 조절하는 방식으로 구현할 수 있다. 그 외의 구체적인 회로 구성은 공지 기술이므로 여기서는 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
그리고 램프 신호 발생부(30)는 게인 조절부(20)의 트랜지스터(M5)로부터의 램프 바이어스 전압에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 회로(M6), 및 램프 신호 발생 회로(M6)에 발생된 램프 신호를 출력하기 위한 출력 저항(R)을 포함한다. 이때, 램프 신호 발생 회로(M6)는 예를 들어 연결되는 트랜지스터의 갯수를 조절하여 램프 신호를 발생할 수 있다. 그리고 게인 조절부(20)의 트랜지스터(M5)와 램프 신호 발생부(30)의 램프 신호 발생 회로(M6)는 커런트 미러 방식으로 동작한다. 그 외의 구체적인 회로 구성은 공지 기술이므로 여기서는 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
한편, 도 1에 도시된 램프 신호 발생 장치의 각 회로에서 발생되는 램프 노이즈가 출력 저항(R)을 통해 램프 신호에 포함되어 비교기 측으로 전달된다. 여기서, 기준 전압 발생부(10)에서 발생된 기준 전류(Reference Current)에 의한 노이즈는 게인 조절부(20)를 거치면서 커런트 전달 비율에 의해 증폭되어 출력으로 전달되는 구조이다. 동일한 방식으로 각각의 구성 회로에서 발생되는 노이즈는 모두 램프 신호에 포함되어 전달되며, 이러한 램프 노이즈는 컬럼 패러럴(Column Parallel) 구조의 씨모스 이미지 센서에서 로우 간의 차이(row by row difference)를 발생시킬 수 있으며, 이는 씨모스 이미지 센서에서 수평 노이즈를 유발하게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 샘플링 스위치와 샘플링 커패시터만을 추가하여 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 회로적으로 전달될 수 있는 램프 노이즈를 차단할 수 있기 때문에 회로의 복잡성 증가 없이 램프 노이즈로 인한 수평 노이즈를 감소시키고자 한다(후술되는 도 3 참조).
도 2는 게인(Gain)에 따른 케이티씨 노이즈(kTC Noise)를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 램프 신호의 기울기가 샤프(Sharp)하게 될수록 아날로그-디지털 변환 장치(ADC : Analog to Digital Converter)의 1 LSB의 크기가 점점 커지게 되는데, 낮은 게인일수록 이러한 현상은 더욱 심화되게 된다. 그런데, 도 2에 도시된 바와 같이 케이티씨 노이즈가 아날로그-디지털 변환 장치(ADC)의 1 LSB보다 작아지는 경우 상호 상관 이중 샘플링(CDS) 동작으로 케이티씨 노이즈 성분이 상쇄되지 않게 되고, 이러한 케이티씨 노이즈는 양자화 노이즈(Quantization Noise) 형태로 각 컬럼(Column)에 따라 제각각 존재하기 때문에 씨모스 이미지 센서의 수직 노이즈를 유발하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 많은 기존 기법들이 존재하지만, 기존의 해결 방식은 랜덤 노이즈(Random Noise)를 추가로 발생시켜 디더링(Dithering) 효과로 상쇄시키는 방식이 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 기존의 랜덤 노이즈 추가 방식은 추가적인 회로가 필요하고 절대적인 노이즈의 양이 증가되는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링함으로써, 수평 노이즈를 감소시킬 뿐만 아니라 동시에 수직 노이즈도 함께 감소시키고자 한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 비교기 리셋 구간 동안 유입되는 램프 노이즈의 양이 게인 조절부(20)를 거친 후 게인 값에 따라 증폭 또는 감쇄되어 전달되기 때문에 게인에 따라서 선택적으로 적용하지 않아도 되고, 램핑 구간 동안의 램프 노이즈를 차단함으로써 수평 노이즈의 열화 없이 수직 노이즈를 감소시키고자 한다(후술되는 도 3 참조).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 기준 전압을 발생하기 위한 기준 전압 발생부(10), 기준 전압 발생부(10)와 연동하여 게인을 조절하기 위한 게인 조절부(20), 게인 조절부(20)로부터의 램프 바이어스 전압(Ramp Bias Voltage)을 샘플링하기 위한 램프 바이어스 전압 샘플링부(40), 및 램프 바이어스 전압 샘플링부(40)에서 샘플링된 램프 바이어스 전압에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생부(30)를 포함한다.
이때, 램프 바이어스 전압 샘플링부(40)는 외부 제어부(도면에 도시되지 않음)로부터의 제어 신호에 따라 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링한다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 램프 바이어스 전압 샘플링부(40)는 외부 제어부(도면에 도시되지 않음)로부터의 제어 신호에 따라 비교기 리셋(Comparator Reset) 구간과 램핑(Ramping) 구간 동안 램프 바이어스 전압을 샘플링하거나, 램핑 구간 동안 램프 바이어스 전압을 샘플링한다(후술되는 도 4b 및 도 4c 참조).
여기서, 램프 바이어스 전압 샘플링부(40)는 게인 조절부(20)에서 램프 신호 발생부(30)로 전달되는 램프 바이어스 전압을 샘플링하기 위한 샘플링 스위치(Tbs)와 샘플링 커패시터(Cs)를 포함한다.
이때, 샘플링 스위치(Tbs)가 온(On)되는 경우 램프 바이어스 전압(Vbs)은 램프 신호 발생부(30)로 그대로 전달되고, 샘플링 스위치(Tbs)를 온 상태에서 오프(Off)시키는 경우 샘플링 커패시터(Cs)에 의해 샘플링되어 유지되는 일정한 램프 바이어스 전압이 램프 신호 발생부(30)로 전달된다. 그리고 샘플링 스위치(Tbs)는 외부 제어부로부터의 제어 신호에 따라 1 로우 타임(Row Time) 구간 내에서 제어되도록 하는 것이 바람직하다. 그 외의 구체적인 회로 구성은 도 1에서 전술한 바와 같으므로 여기서는 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치에서는 게인 조절부(20)에서 램프 신호 발생부(30)로 전달되는 램프 바이어스 전압을 샘플링하여 전달함으로써, 템퍼럴(Temporal)성으로 전달되는 램프 노이즈를 차단하여 수평 노이즈를 감소시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 바이어스 샘플링 기능을 가지는 램프 신호 발생 장치의 타이밍도이고, 도 5는 일반적인 상호 상관 이중 샘플링(CDS) 스킴을 나타내는 도면이다.
도 4a는 램프 바이어스 샘플링 기법을 사용하지 않는 경우를 나타내는 타이밍도이다.
이처럼, 램프 바이어스 샘플링 기법을 사용하지 않는 경우 램프 노이즈에 의한 수평 노이즈가 발생하게 된다.
즉, 램프 바이어스 샘플링 기법을 사용하지 않는 경우에는 모든 동작 구간 동안 샘플링 스위치(Tbs)가 온(On) 상태로 유지되어 램프 바이어스 전압이 항상 램프 신호 발생부(30)로 전달된다. 이때, 기준 전류원(Iref)의 커런트 노이즈(Iref,n) 성분은 이후의 각 구성 회로를 거치면서 커런트 전달 비율만큼 증폭되어 램프 바이어스 전압(Vbs)의 베리에이션(Variation)을 발생시킨다. 이는 램프 신호 발생부(30)로 그대로 전달되어 출력 저항(R)을 통해 출력되는 램프 신호(Vramp)에 포함되어 노이즈(Vn)로 전달된다(Vn = Iref,n x gm2/gm1 x gm4/gm3 x gm6/gm5). 이렇게 램핑 구간 동안 램프 신호에 포함되어 전달된 노이즈는 수평 노이즈를 유발하게 된다.
도 4b는 비교기 리셋 구간과 램핑 구간 동안 램프 바이어스를 샘플링하는 경우를 나타내는 타이밍도이다.
이처럼, 비교기 리셋 구간과 램핑 구간 동안 램프 바이어스 샘플링 기법을 사용하는 경우 수평 노이즈는 감소되지만 낮은 게인에서 발생되는 수직 노이즈가 발생될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 오토 제로잉 스위치(Taz, 피드백 스위치)에 의해 오토 제로잉(Auto Zeroing)(비교기 리셋) 동작이 이루어진다.
이때, 1 로우 타임(Row Time) 시작 때 샘플링 스위치(Tbs)를 온하였다가 이후 리드아웃 구간 전체 동안에 오프하는 경우 상호 상관 이중 샘플링(CDS)의 오토 제로잉(비교기 리셋) 구간과 램핑 구간 동안 램프 신호에 포함되어 출력으로 전달되는 램프 노이즈를 차단할 수 있으며, 이로 인해 수평 노이즈를 감소시킬 수 있다. 그러나 이때 낮은 게인 구간에서 1 LSB 전압이 상호 상관 이중 샘플링(CDS)의 케이티씨 노이즈보다 커질 경우 상호 상관 이중 샘플링(CDS) 동작에 의해 케이티씨 노이즈가 상쇄되지 않고 양자화 노이즈 형태로 남아있게 되며, 이로 인해 수직 노이즈가 발생할 수 있다.
도 4c는 램핑 구간 동안 램프 바이어스를 샘플링하는 경우를 나타내는 타이밍도이다.
이처럼, 비교기 리셋 구간 동안에는 램프 노이즈를 전달하고 램핑 구간 동안에는 램프 바이어스 전압을 샘플링하는 경우 수평 노이즈와 낮은 게인에서의 수직 노이즈를 모두 감소시킬 수 있다.
즉, 상호 상관 이중 샘플링(CDS)의 오토 제로잉 구간 이후 샘플링 스위치(Tbs)를 오프하는 경우 상호 상관 이중 샘플링(CDS)의 오토 제로잉 구간 동안 램프 노이즈 성분이 유입되며, 이 노이즈는 랜덤 노이즈로 작용하기 때문에 고정되어 나타나는 상호 상관 이중 샘플링(CDS)의 컬럼 특성에 베리에이션을 유발시킨다. 이로써 낮은 게인에서 발생되는 수직 노이즈를 감소시킬 수 있다. 또한, 이후 램핑 구간 동안에는 샘플링 스위치(Tbs)를 오프하게 되므로 램핑 구간 동안 전달되는 램프 노이즈 또한 차단할 수 있다. 이로써 수평 노이즈 또한 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하는 픽셀 어레이(610)와, 램프 신호(기준 전압)를 발생하여 출력하는 램프 신호 발생 장치(680)와, 픽셀 어레이(610)로부터 출력되는 픽셀 신호의 값과 램프 신호 발생 장치(680)로부터 인가되는 램프 신호(Vramp)의 값을 외부의 제어부(도 6에 도시되지 않음)로부터 전달받은 비교기 제어 신호(Comp_ctrl)에 따라 각각 비교하는 비교부(620)와, 비교부(620)로부터의 출력 신호를 각각 카운팅하는 카운팅부(630)와, 카운팅부(630)로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하는 메모리부(640)와, 카운팅부(630)와 메모리부(640)의 동작을 제어하는 컬럼 제어부(650), 및 메모리부(640)에 저장되었다가 출력되는 데이터에 상응하는 신호를 증폭하여 픽셀 데이터(P-data)를 출력하는 센스 증폭부(660)를 포함한다. 이때, 램프 신호 발생 장치(680)는 도 3에서 전술한 램프 신호 발생 장치를 이용하여 구현할 수 있다.
여기서, 비교부(620)는 복수의 비교기(621 내지 623)를 포함하고, 카운팅부(630)는 복수의 업/다운 카운터(631 내지 633)를 포함하며, 메모리부(640)는 복수의 메모리(641 내지 643)를 포함한다. 여기서, 다른 실시예로 업/다운 카운터(631 내지 633) 대신에 메모리를 사용하여 구현할 수도 있다.
다음으로, 하나의 비교기(621)와 업/다운 카운터(631)와 메모리(641)의 동작(아날로그-디지털 변환 동작)을 예를 들어 살펴보면, 다음과 같다.
비교기1(621)은 픽셀 어레이(610)의 첫 번째 컬럼 픽셀(611)로부터 출력되는 픽셀 신호1을 일측 단자로 입력받고, 램프 신호 발생 장치(680)로부터 인가되는 램프 신호(Vramp)를 타측 단자로 입력받아 외부의 제어부로부터 전달받은 비교기 제어 신호(Comp_ctrl)에 따라 두 신호의 값을 비교한다.
이때, 램프 신호(Vramp)는 시간이 지남에 따라 전압 레벨이 감소하는 신호이기 때문에, 결국 비교기1(621)에 입력되는 두 신호의 값이 일치하는 시점이 생기게 된다. 이렇게 일치하는 시점을 지나게 되면서 비교기1(621)에서 출력되는 값에 반전이 일어난다.
그에 따라, 업/다운 카운터1(631)은 램프 신호(Vramp)가 하강하는 시점부터 비교기1(621)의 출력이 반전되는 순간까지를 카운팅한다.
그리고 메모리1(641)은 업/다운 카운터1(631)에서 카운팅된 값(카운팅 정보)을 저장하고 있다가 출력한다.
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.
10 : 기준 전압 발생부 20 : 게인 조절부
30 : 램프 신호 발생부 40 : 램프 바이어스 전압 샘플링부

Claims (8)

  1. 램프 신호 발생 장치에 있어서,
    기준 전압을 발생하기 위한 기준 전압 발생부;
    상기 기준 전압 발생부와 연동하여 게인을 조절하기 위한 게인 조절부;
    상기 게인 조절부로부터의 램프 바이어스 전압(Ramp Bias Voltage)을 샘플링하기 위한 램프 바이어스 전압 샘플링부; 및
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부에서 샘플링된 램프 바이어스 전압에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생부
    를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부는,
    외부 제어부로부터의 제어 신호에 따라 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하여 램프 바이어스 전압을 샘플링하는, 램프 신호 발생 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부는,
    외부 제어부로부터의 제어 신호에 따라 비교기 리셋(Comparator Reset) 구간과 램핑(Ramping) 구간 동안 램프 바이어스 전압을 샘플링하는, 램프 신호 발생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부는,
    외부 제어부로부터의 제어 신호에 따라 램핑 구간 동안 램프 바이어스 전압을 샘플링하는, 램프 신호 발생 장치.
  5. 씨모스 이미지 센서에 있어서,
    입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하는 픽셀 어레이;
    램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하면서 램프 바이어스 전압을 샘플링하여 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치; 및
    상기 픽셀 어레이로부터의 픽셀 신호를 상기 램프 신호 발생 장치로부터의 램프 신호에 따라 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로부
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 램프 신호 발생 장치는,
    기준 전압을 발생하기 위한 기준 전압 발생부;
    상기 기준 전압 발생부와 연동하여 게인을 조절하기 위한 게인 조절부;
    상기 게인 조절부로부터의 램프 바이어스 전압을 램프 바이어스 샘플링 타임을 조절하면서 샘플링하기 위한 램프 바이어스 전압 샘플링부; 및
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부에서 샘플링된 램프 바이어스 전압에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생부
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부는,
    외부 제어부로부터의 제어 신호에 따라 비교기 리셋 구간과 램핑 구간 동안 램프 바이어스 전압을 샘플링하는, 씨모스 이미지 센서.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 램프 바이어스 전압 샘플링부는,
    외부 제어부로부터의 제어 신호에 따라 램핑 구간 동안 램프 바이어스 전압을 샘플링하는, 씨모스 이미지 센서.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190094924A (ko) * 2018-02-06 2019-08-14 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102324713B1 (ko) 2017-06-08 2021-11-10 삼성전자주식회사 이미지 센서의 램프 신호 생성기 및 이미지 센서
JP2019193085A (ja) * 2018-04-24 2019-10-31 キヤノン株式会社 撮像素子及びその制御方法、及び撮像装置
KR102576744B1 (ko) 2018-12-28 2023-09-11 에스케이하이닉스 주식회사 램프신호 생성기 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR20210141161A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그의 동작 방법
KR20210144008A (ko) * 2020-05-21 2021-11-30 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그의 동작 방법
KR20220075666A (ko) 2020-11-30 2022-06-08 에스케이하이닉스 주식회사 램프 전압 생성기 및 이미지 센서
US20230188866A1 (en) * 2021-12-13 2023-06-15 Gigajot Technology, Inc. Low Row Noise Ramp Generator
WO2023114215A1 (en) * 2021-12-13 2023-06-22 Gigajot Technology, Inc. Low row noise ramp generator

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4682750B2 (ja) * 2005-08-22 2011-05-11 ソニー株式会社 Ｄａ変換装置
JP4238900B2 (ja) 2006-08-31 2009-03-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像装置
JP4386113B2 (ja) 2007-08-03 2009-12-16 ソニー株式会社 参照電圧回路および撮像回路
US8310580B2 (en) 2009-07-27 2012-11-13 Sony Corporation Solid-state imaging device and camera system for suppressing occurrence of quantization vertical streaks
JP2011223270A (ja) * 2010-04-08 2011-11-04 Toshiba Corp 固体撮像装置およびその制御動作
JP2011259407A (ja) * 2010-05-13 2011-12-22 Sony Corp 信号処理回路、固体撮像素子およびカメラシステム
WO2012143982A1 (ja) * 2011-04-21 2012-10-26 パナソニック株式会社 ランプ生成回路、並びにそれを備えたイメージセンサーおよび撮像装置
KR102245973B1 (ko) * 2014-02-17 2021-04-29 삼성전자주식회사 상관 이중 샘플링 회로 및 이를 포함하는 이미지 센서

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190094924A (ko) * 2018-02-06 2019-08-14 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서

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