KR20190089551A - 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다. 상기 이미지 센서는 광을 제공받아 전하를 생성하고, 전하를 제1 노드에 제공하는 광전 변환부, 제1 신호에 기초하여, 제1 노드의 전압을 플로팅 확산 노드(FD node: floating diffusion node)에 제공하는 전송 트랜지스터(transfer transistor), 플로팅 확산 노드의 전압을 단위 픽셀 출력으로 제공하는 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 및 단위 픽셀 출력을 제공받아 디지털 코드로 변환하는 이중 상관 샘플러(CDS: correlated double sampler)를 포함하되, 제1 신호는 각각 서로 다른 제1 내지 제3 전압 레벨을 포함하고, 제1 신호는, 플로팅 확산 노드에 제1 노드의 전압이 제공된 시점부터, 이중 상관 샘플러가 제1 노드의 전압 레벨을 단위 픽셀 출력의 형태로 제공받는 시점까지, 제2 전압 레벨을 유지하고, 이중 상관 샘플러가 제1 노드의 전압 레벨을 단위 픽셀 출력의 형태로 제공받으면, 제3 전압 레벨로 전환된다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다. 구체적으로, 노이즈가 감소된 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센서를 이용하여 상을 촬상하는 경우, 만약 특정 구역에만 밝은 빛이 수신된다면, 촬상된 이미지는 행(row) 방향으로의 노이즈를 포함할 수 있다. 이러한 행 방향으로의 노이즈는 SHBN(Smear like Horizontal Band Noise)로 지칭된다.
SHBN은 여러 원인에 기인하여 발생될 수 있다. 이미지 센서의 성능 향상을 위해, SHBN을 감소시키는 것이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 노이즈가 감소된 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 제공받아 전하를 생성하고, 전하를 제1 노드에 제공하는 광전 변환부, 제1 신호에 기초하여, 제1 노드의 전압을 플로팅 확산 노드(FD node: floating diffusion node)에 제공하는 전송 트랜지스터(transfer transistor), 플로팅 확산 노드의 전압을 단위 픽셀 출력으로 제공하는 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 및 단위 픽셀 출력을 제공받아 디지털 코드로 변환하는 이중 상관 샘플러(CDS: correlated double sampler)를 포함하되, 제1 신호는 각각 서로 다른 제1 내지 제3 전압 레벨을 포함하고, 제1 신호는, 플로팅 확산 노드에 제1 노드의 전압이 제공된 시점부터, 이중 상관 샘플러가 제1 노드의 전압 레벨을 단위 픽셀 출력의 형태로 제공받는 시점까지, 제2 전압 레벨을 유지하고, 이중 상관 샘플러가 제1 노드의 전압 레벨을 단위 픽셀 출력의 형태로 제공받으면, 제3 전압 레벨로 전환된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 제공받아 전하를 생성하고, 전하를 제1 노드에 제공하는 광전 변환부, 제1 노드와 플로팅 확산 노드(Floating diffusion node)에 연결되고, 전송 라인(transfer line)에 게이팅되는 전송 트랜지스터(transfer transistor), 제2 노드와 제1 전압원에 연결되고, 플로팅 확산 노드에 게이팅되는 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor), 픽셀 출력단과 제2 노드에 연결되고, 제2 신호에 의해 게이팅되는 선택 트랜지스터(select transistor), 및 픽셀 출력단에서 입력을 제공받는 이중 상관 샘플러(CDS: correlated double sampler)를 포함하되, 전송 라인에 각각 서로 다른 제1 내지 제3 전압 레벨을 포함하는 제1 신호가 제공되고, 이중 상관 샘플러가 픽셀 출력단에서 입력을 제공받을 때, 제1 신호는 제2 전압 레벨에서 제3 전압 레벨로 전환된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 신호가 제공되는 제1 전송 라인(transfer line)과 연결되고, 제1 플로팅 확산 노드를 포함하는 제1 픽셀, 제1 전송 라인과 연결되고, 제1 플로팅 확산 노드와 다른 제2 플로팅 확산 노드를 포함하는 제2 픽셀, 제1 픽셀로부터 제1 출력을 제공받고, 제2 픽셀로부터 제2 출력을 제공받는 이중 상관 샘플러(CDS: Correlated double sampler)를 포함하되, 제1 신호가 제1 전압 레벨일 때, 제1 및 제2 플로팅 확산 노드에 각각 제2 및 제3 신호가 제공되고, 제1 신호가 제2 전압 레벨일 때, 제2 및 제3 신호가 각각 제1 및 제2 출력으로서 이중 상관 샘플러에 제공되고, 제1 신호가 제3 전압 레벨일 때, 이중 상관 샘플러는 제1 및 제2 출력을 각각 디지털 코드로 변환하고, 제1 내지 제3 전압 레벨은 서로 다른 전압 레벨이다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 블록도이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 3a 내지 도 3d는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4 및 도 5는 다른 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 6는 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이의 특정 행(row)에 발생하는 노이즈의 원인을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이의 특정 행(row)에 발생하는 노이즈의 원인을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도이다.
도 9은 몇몇 실시예에 따른 전송 신호의 제어 방법을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도이다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 예시적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), CDS(Correlated Double Sampler, 120), 컬럼 스캐닝 회로(130), 로우 스캐닝 회로(140), 및 타이밍 컨트롤 회로(150)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 복수의 단위 픽셀(112)을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀(112)는 매트릭스(Matrix) 형태로 배열될 수 있다.
단위 픽셀(112)은 신호 생성 회로에 포함되는 트랜지스터들의 개수에 따라 3-트랜지스터 구조, 4-트랜지스터 구조, 5-트랜지스터 구조, 6-트랜지스터 구조 등으로 구분될 수 있다.
픽셀 어레이(110)에는 로우(Row)마다 로우선택라인(row selection line)이 배선되고, 컬럼(Column)마다 컬럼선택라인(column selection line)이 배선될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110)가 M * N 개(M, N은 2 이상의 정수)의 픽셀을 포함하는 경우, 픽셀 어레이(110)에는 M개의 로우선택라인 및 N개의 컬럼선택라인이 배선될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 센서(100)가 베이어 패턴(Bayer pattern) 기술을 채용하는 경우, 액티브 픽셀 어레이(110) 내의 픽셀은 각각 적색(R)광, 녹색(G)광 및 청색(B)광을 수광하도록 배치될 수 있다. 또는, 픽셀은 마젠타(Mg)광, 옐로우(Y)광, 사이언(Cy)광 및/또는 화이트(W)광을 수광하도록 배치될 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
CDS(120)는 비교기, 카운터 및 래치 등을 포함하는 다수의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.
CDS(120)는 타이밍 컨트롤 회로(150)에 의해 제어될 수 있다. CDS(120)의 동작은 로우 스캐닝 회로(140)가 픽셀 어레이(110)의 로우선택라인을 선택하는 주기 즉, 로우 스캔 주기마다 수행될 수 있다.
로우 스캐닝 회로(140)는 타이밍 컨트롤 회로(150)로부터 제어 신호들을 수신할 수 있다. 로우 스캐닝 회로(140)는 수신한 제어 신호들에 기초하여, 픽셀 어레이(110)의 로우 어드레싱(row addressing) 및 로우 스캐닝(row scanning)을 제어할 수 있다. 이때, 로우 스캐닝 회로(140)는 로우선택라인 중에서 해당 로우선택라인을 선택하기 위하여, 해당 로우선택라인을 활성화시키는 신호를 픽셀 어레이(110)로 인가할 수 있다. 로우 스캐닝 회로(140)는 픽셀 어레이(110) 내의 로우선택라인을 선택하는 로우 디코더(row decoder)와, 선택된 로우선택라인을 활성화시키는 신호를 공급하는 로우 드라이버(row driver)를 포함할 수 있다.
컬럼 스캐닝 회로(130)는 타이밍 컨트롤 회로(150)로부터 제어 신호들을 수신할 수 있다. 컬럼 스캐닝 회로(130)는 수신한 제어 신호들에 기초하여, 픽셀 어레이(110)의 컬럼 어드레싱(column addressing) 및 컬럼 스캐닝(column scanning)을 제어할 수 있다. 이때, 컬럼 스캐닝 회로(130)는 CDS(120)에서 출력되는 디지털 출력 신호를 DSP(Digital Signal Processor), ISP(Image Signal Processor), 또는 외부의 호스트로 출력할 수 있다.
예를 들어, 컬럼 스캐닝 회로(130)는 수평 주사 제어 신호를 CDS(120)로 출력함으로써, CDS(120) 내의 다수의 ADC를 순차적으로 선택할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컬럼 스캐닝 회로(130)는 ADC들 중 하나를 선택하는 컬럼 디코더와, 선택된 단위 ADC의 출력을 수평 전송선으로 유도하는 컬럼 드라이버를 포함할 수 있다. 한편, 상기 수평 전송선은 상기 디지털 출력 신호를 출력하기 위한 비트 폭을 가질 수 있다.
타이밍 컨트롤 회로(150)는 CDS(120), 컬럼 스캐닝 회로(130), 및 로우 스캐닝 회로(140)를 제어하며, 이들의 동작에 요구되는 클럭 신호 (Clock signal), 타이밍 컨트롤 신호(Timing control signal) 등과 같은 제어 신호들(Control signals)을 제공할 수 있다. 타이밍 컨트롤 회로(150)는 로직 제어 회로(Logic control circuit), 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 컨트롤 회로(Timing control circuit), 및 통신 인터페이스 회로 (Communication interface circuit) 등을 포함할 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다. 도 3a 내지 도 3d는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 4 및 도 5는 다른 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 2 내지 도 5를 이용하여, 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_1~112_3)을 설명한다.
도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_1)은 광전 변환부(PD), 전송 트랜지스터(TG), 리셋 트랜지스터(RG), 소스 팔로워 트랜지스터(SF), 및 선택 트랜지스터(SG)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 광전 변환부(PD)의 일단은 제1 노드(N1)와 연결되고, 다른 일단은 예를 들어, 접지와 연결될 수 있다.
광전 변환부(PD)는 외부로부터 입사되는 광전하를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 광전 변환부(PD)는 광을 제공받아 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 광전 변환부(PD)는 변환한 전기적 신호를 제1 노드(N1)에 제공할 수 있다. 이때, 외부로부터 수신되는 광의 양이 상대적으로 많은 경우, 광전 변환부(PD)는 전하를 상대적으로 많이 생성할 수 있다.
예를 들어 도 3a를 참조한다. 광전 변환부(PD)는, 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 전자(electron, E)를 생성할 수 있다. 생성된 전자(E)는 제1 노드(N1)에 제공될 수 있다. 다시 말해서, 광전 변환부(PD)가 외부로부터 광을 수신하면, 제1 노드(N1)의 전압 레벨은 낮아질 수 있다. 예를 들어, 광전 변환부(PD)가 수광하는 광이 상대적으로 많은 경우, 제1 노드(N1)의 전압 레벨은 상대적으로 많이 감소될 수 있다.
몇몇 도면에서, 포토 다이오드(photo diode)의 기호로 광전 변환부(PD)를 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 광전 변환부(PD)는 포토 다이오드(photo diode) 외에도, 예를 들어, 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(PPD; Pinned Photo Diode), 유기 포토 다이오드(OPD; Organic Photo Diode), 퀀텀닷(QD; Quantum Dot), 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 전송 트랜지스터(TG)는 제1 노드(N1)와 플로팅 확산 노드(FD)에 연결될 수 있다. 전송 트랜지스터(TG)는 전송 라인(transfer line)에 게이팅(gating)될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전송 신호(TX)는 전송 라인(transfer line)에 제공될 수 있다. 다시 말해서, 전송 트랜지스터(TG)의 게이트 단자에 전송 신호(TX)가 제공될 수 있다. 즉, 전송 신호(TX)는 전송 트랜지스터(TG)의 온/오프(on/off)를 제어할 수 있다. 전송 신호(TX)는 제1 전압 레벨, 제2 전압 레벨, 및 제3 전압 레벨을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 내지 제3 전압 레벨은 서로 다른 전압 레벨일 수 있다. 예를 들어, 제1 전압 레벨>제2 전압 레벨>제3 전압 레벨일 수 있다. 예를 들어, 제1 전압 레벨은 양의 전압 레벨일 수 있다. 제2 전압 레벨은 그라운드 레벨일 수 있다. 제3 전압 레벨은 음의 전압 레벨일 수 있다.
전송 신호(TX)가 제1 전압 레벨인 경우, 전송 트랜지스터(TG)는 턴 온(turn on)될 수 있다. 전송 신호(TX)가 제2 및 제3 전압 레벨인 경우, 전송 트랜지스터(TG)는 턴 오프(turn off)될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 전송 신호(TX)가 제2 전압 레벨일 때, 전송 신호(TX)가 제3 전압 레벨일 때보다 외부 노이즈(noise)의 영향을 덜 받을 수 있다.
전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되는 경우, 제1 노드(N1)와 플로팅 확산 노드(FD)는 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되는 경우, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 플로팅 확산 노드(FD)에 인가될 수 있다. 다시 말해서, 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되면, 광전 변환부(PD)에 의해 변화된 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 플로팅 확산 노드(FD)에 전송될 수 있다.
예를 들어, 외부로부터 수신되는 광이 없는 경우, 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되더라도, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 감소하지 않을 수 있다. 광전 변환부(PD)가 수광한 광이 상대적으로 적은 경우, 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되면, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 상대적으로 조금 감소될 수 있다. 반면, 광전 변환부(PD)가 수광한 광이 상대적으로 많은 경우, 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되면 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 상대적으로 많이 감소될 수 있다.
예를 들어, 도 3b를 참조한다. 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되는 경우, 제1 노드(N1)의 전자(E)는 플로팅 확산 노드(FD)에 제공될 수 있다. 플로팅 확산 노드(FD)에 전자(E)가 제공되므로, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 감소될 수 있다.
전송 트랜지스터(TG)는 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터로 구현될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에 따르면, 리셋 트랜지스터(RG)는 플로팅 확산 노드(FD)와 제1 전압원(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RG)는 리셋 신호(RX)에 게이팅될 수 있다. 다시 말해서, 리셋 트랜지스터(RG)는 리셋 신호(RX)에 기초하여 턴 온/턴 오프될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 리셋 신호(RX)의 전압 레벨은 하이 레벨(high level) 및 로우 레벨(low level)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리셋 신호(RX)의 전압 레벨이 하이 레벨(high level)이면, 리셋 트랜지스터(RG)는 턴 온될 수 있다. 리셋 신호(RX)의 전압 레벨이 로우 레벨(low level)이면, 리셋 트랜지스터(RG)는 턴 오프될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 전압원(VDD)의 전압 레벨은 기준 전압 레벨(VDD)로 지칭된다. 몇몇 실시예에서, 제1 전압원(VDD)과 기준 전압 레벨(VDD)은 동일한 참조 부호를 이용한다. 리셋 트랜지스터(RG)가 턴 온되는 경우, 제1 전압원(VDD)과 플로팅 확산 노드(FD)는 전기적으로 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RG)가 턴 오프되는 경우, 제1 전압원(VDD)과 플로팅 확산 노드(FD)는 전기적으로 분리될 수 있다. 다시 말해서, 리셋 트랜지스터(RG)가 턴 온되면, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 제1 전압원(VDD)의 전압 레벨이 인가될 수 있다. 즉, 리셋 트랜지스터(RG)가 턴 온되면, 플로팅 확산 노드(FD)는 기준 전압 레벨(VDD)로 리셋될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광전 변환부(PD)가 수광한 광의 양에 따라, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 낮아질 수 있다. 이때, 전송 트랜지스터(TG)가 턴 온되면, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨이 낮아질 수 있다. 이때, 리셋 트랜지스터(RG)가 턴 온되면, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 다시 기준 전압 레벨(VDD)로 증가될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RG)는 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터로 구현될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에 따르면, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 제2 노드(N2)와 제1 전압원(VDD)에 연결될 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 플로팅 확산 노드(FD)에 게이팅될 수 있다. 다시 말해서, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)의 게이트 단자는 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨을 제공받을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨에 따라, 특정 전압 레벨을 제2 노드(N2)에 제공할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨의 범위는 소스 팔로워 트랜지스터(SF)의 안정 영역(saturation region)의 범위내일 수 있다. 다시 말해서, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 항상 턴 온 상태일 수 있다. 또한, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)의 드레인-소스 전류는 항상 일정할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 공통 드레인 증폭기(common drain amplifier)로 동작할 수 있다. 다시 말해서, 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 전압 버퍼(voltage buffer)로서 동작할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨은 그대로 제2 노드(N2)에 전달될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 리셋 트랜지스터(RG)와 소스 팔로워 트랜지스터(SF)가 제1 전압원(VDD)에 연결되는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 리셋 트랜지스터(RG)와 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 서로 다른 전압원에 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 3c를 참조한다. 플로팅 확산 노드(FD)에 제공된 전자(E)는 플로팅 확산 노드(FD)를 거쳐, 제2 노드(N2)에 제공될 수 있다. 이때, 제2 노드(N2)의 전압 레벨은 감소될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 선택 트랜지스터(SG)는 단위 픽셀(112_1)의 출력단(OUT)과 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(SG)는 선택 신호(SX)에 게이팅될 수 있다. 다시 말해서, 선택 트랜지스터(SG)의 게이트 단자는 선택 신호(SX)를 제공받을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 선택 신호(SX)의 전압 레벨은 하이 레벨 및 로우 레벨을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택 신호(SX)의 전압 레벨이 하이 레벨이면, 선택 트랜지스터(SG)는 턴 온될 수 있다. 선택 신호(SX)의 전압 레벨이 로우 레벨이면, 선택 트랜지스터(SG)는 턴 오프될 수 있다.
선택 트랜지스터(SG)가 턴 온되는 경우, 제2 노드(N2)와 단위 픽셀(112_1)의 출력단(OUT)은 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 선택 트랜지스터(SG)가 턴 온되는 경우, 제2 노드(N2)의 전압 레벨은 단위 픽셀(112_1)의 출력단(OUT)에 인가될 수 있다.
예를 들어, 도 3d를 참조한다. 선택 트랜지스터(SG)가 턴 온되는 경우, 제2 노드(N2)에 제공된 전자(E)는 단위 픽셀(112_1)의 출력단(OUT)에 제공될 수 있다. 이때, 단위 픽셀(112_1)의 출력단(OUT)의 전압 레벨은 감소될 수 있다.
도 4은 다른 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_2)을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 중복되는 내용은 생략하거나 간단히 설명한다.
도 4을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_2)은 광전 변환부(PD), 전송 트랜지스터(TG), 리셋 트랜지스터(RG), 소스 팔로워 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SG), 및 셔터 트랜지스터(STG)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따른 셔터 트랜지스터(STG)는 제1 노드(N1) 및 제1 전압원(VDD)에 연결될 수 있다. 셔터 트랜지스터(STG)는 셔터 신호(STX)에 게이팅될 수 있다. 다시 말해서, 셔터 트랜지스터(STG)의 게이트 단자는 셔터 신호(STX)를 제공받을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 셔터 신호(STX)의 전압 레벨은 하이 레벨 및 로우 레벨을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셔터 신호(STX)의 전압 레벨이 하이 레벨이면, 셔터 트랜지스터(STG)는 턴 온될 수 있다. 셔터 신호(STX)의 전압 레벨이 로우 레벨이면, 셔터 트랜지스터(STG)는 턴 오프될 수 있다.
셔터 트랜지스터(STG)가 턴 온되는 경우, 제1 노드(N1)와 제1 전압원(VDD)는 전기적으로 연결될 수 있다. 셔터 트랜지스터(STG)가 턴 오프되는 경우, 제1 노드(N1)와 제1 전압원(VDD)는 전기적으로 분리될 수 있다. 다시 말해서, 셔터 트랜지스터(STG)가 턴 온되면, 제1 전압원(VDD)의 전압 레벨이 제1 노드(N1)에 인가될 수 있다. 즉, 셔터 트랜지스터(STG)가 턴 온되면, 제1 노드(N1)는 기준 전압 레벨(VDD)로 리셋될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 셔터 트랜지스터(STG), 리셋 트랜지스터(RG), 및 소스 팔로워 트랜지스터(SF)가 제1 전압원(VDD)에 연결된 것으로 도시하였으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 셔터 트랜지스터(STG), 리셋 트랜지스터(RG), 및 소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 서로 다른 전압원에 연결될 수 있다.
도 5는 또 다른 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_3)을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 중복되는 내용은 생략하거나 간단히 설명한다.
도 5를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_3)은 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4), 제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TG1~TG4), 리셋 트랜지스터(RG), 소스 팔로워 트랜지스터(SF), 및 선택 트랜지스터(SG)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)의 일단은 각각 제1 내지 제4 노드(N1~N4)와 연결되고, 다른 일단은 예를 들어, 접지와 연결될 수 있다.
제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)는 도 2 및 도 4의 광전 변환부(PD)와 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)는, 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 전자(electron)를 생성할 수 있다. 생성된 전자는 각각 제1 내지 제4 노드(N1~N4)에 제공될 수 있다. 다시 말해서, 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)가 외부로부터 광을 수신하면, 제1 내지 제4 노드(N1~N4)의 전압 레벨은 낮아질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)는 서로 다른 파장의 가시 광선을 수광할 수 있다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 예를 들어, 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4) 상에 컬러 필터가 배치되어, 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)는 서로 다른 파장의 가시 광선을 수광할 수 있다.
예를 들어, 제1 광전 변환부(PD1)는 적색(R)광을 수광할 수 있다. 제2 및 제3 광전 변환부(PD2, PD3)는 녹색(G)광을 수광할 수 있다. 제4 광전 변환부(PD4)는 청색(B)광을 수광할 수 있다.
예를 들어, 제1 광전 변환부(PD1)는 마젠타(M)광을 수광할 수 있다. 제2 광전 변환부(PD2)는 옐로우(Y)광을 수광할 수 있다. 제3 광전 변환부(PD3)는 사이언(C)광을 수광할 수 있다. 제4 광전 변환부(PD4)는 화이트(W)광을 수광할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TG1~TG4)는 제1 내지 제4 노드(N1~N4) 및 플로팅 확산 노드(FD)에 연결될 수 있다. 제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TG1~TG4)는 서로 다른 전송 라인(transfer line)에 게이팅될 수 있다. 다시 말해서, 제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TG1~TG4)의 게이트 단자는 각각 제1 내지 제4 전송 신호(TX1~TX4)를 제공받을 수 있다.
다시 말해서, 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_3)은 플로팅 확산 노드(FD)를 공유하는 구조일 수 있다.
도 5는 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_3)이 제1 내지 제4 광전 변환부(PD1~PD4)와 제1 내지 제4 전송 트랜지스터(TG1~TG4)만을 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 단위 픽셀은 8개의 광전 변환부와 8개의 전송 트랜지스터를 포함할 수 있다.
비록 도 2 내지 도 5를 이용하여 몇몇 실시예에 따른 단위 픽셀(112_1~112_3)을 설명하였으나, 실시예들이 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 방법 및 방식으로 단위 픽셀을 구현할 수 있을 것이다.
도 6는 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 6를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이(110)는 제1 내지 제4 단위 픽셀(113~116), 제1 및 제2 멀티 플렉서(MUX_1, MUX_2), 제1 및 제2 출력 라인(OUT Line_1, OUT Line_2), 및 제1 및 제2 전송 라인(TG Line_1, TG Line_2)을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예들이 단위 픽셀, 멀티 플렉서, 출력 라인, 및 전송 라인의 개수에 제한되지는 않는다.
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 단위 픽셀(113~116)은 도 2 내지 도 5를 이용하여 설명한 단위 픽셀(112_1~112_3)과 동일하거나 유사할 수 있다. 도 6에서, 설명의 편의를 위해, 제1 내지 제4 단위 픽셀(113~116)은 도 2의 단위 픽셀(112_1)과 동일한 것으로 가정하여 설명한다. 또한, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명한 내용과 동일한 내용은 생략하거나 간단히 설명한다.
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제4 단위 픽셀(113~116)은 서로 다른 파장의 가시 광선을 수광할 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 픽셀(113)은 적색(R)광을 수광할 수 있다. 제2 및 제3 단위 픽셀(114, 115)은 녹색(G)광을 수광할 수 있다. 제4 단위 픽셀(116)은 청색(B)광을 수광할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 제1 단위 픽셀(113)은 마젠타(M)광을 수광할 수 있다. 제2 단위 픽셀(114)은 옐로우(Y)광을 수광할 수 있다. 제3 단위 픽셀(115)은 사이언(C)광을 수광할 수 있다. 제4 단위 픽셀(116)은 화이트(W)광을 수광할 수 있다. 그러나, 실시예들이 이에 제한되지는 않는다.
몇몇 실시예에서, 제1 멀티 플렉서(MUX_1)는 제1 전압 레벨(TGH), 제2 전압 레벨(GND), 및 제3 전압 레벨(NTG)을 입력 받을 수 있다. 또한, 제1 멀티 플렉서(MUX_1)는 입력 중 하나를 제1 전송 라인(TG Line_1)에 제공할 수 있다. 다시 말해서, 제1 멀티 플렉서(MUX_1)은 제1 내지 제3 전압 레벨(TGH, GND, NTG) 중 하나를 제1 전송 신호(TX1)로 제1 전송 라인(TG Line_1)에 제공할 수 있다.
제2 멀티 플렉서(MUX_2)는 제1 전압 레벨(TGH), 제2 전압 레벨(GND), 및 제3 전압 레벨(NTG)을 입력 받을 수 있다. 또한, 제2 멀티 플렉서(MUX_2)는 입력 중 하나를 제2 전송 라인(TG Line_2)에 제공할 수 있다. 다시 말해서, 제2 멀티 플렉서(MUX_2)은 제1 내지 제3 전압 레벨(TGH, GND, NTG) 중 하나를 제2 전송 신호(TX2)로 제2 전송 라인(TG Line_2)에 제공할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 단위 픽셀(113, 114)의 제1 및 제2 전송 트랜지스터(TG1_1, TG1_2)는 제1 전송 라인(TG Line_1)에 게이팅될 수 있다. 또한 제3 및 제4 단위 픽셀(115, 116)의 제3 및 제4 전송 트랜지스터(TG2_1, TG2_2)는 제2 전송 라인(TG Line_2)에 게이팅될 수 있다. 다시 말해서, 동일한 행(row)에 배치된 단위 픽셀들은 동일한 전송 라인에 게이팅될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 및 제3 단위 픽셀(113, 115)의 제1 및 제3 선택 트랜지스터(SG1_1, SG2_1)는 제1 출력 라인(OUT Line_1)과 연결될 수 있다. 제2 및 제4 단위 픽셀(114, 116)의 제2 및 제4 선택 트랜지스터(SG1_2, SG2_2)는 제2 출력 라인(OUT Line_2)과 연결될 수 있다. 다시 말해서, 동일한 열(column)에 배치된 단위 픽셀들은 동일한 출력 라인과 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서 제1 및 제2 출력 라인(OUT Line_2)의 전압 레벨은 각각 제1 및 제2 출력 전압 레벨(VOUT_1, VOUT_2)로 정의된다.
이때, 제1 내지 제4 단위 픽셀(113~116)이 제1 및 제2 전송 라인(TG Line_1, TG Line_2)을 공유함으로써 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위해, 도 7 및 도 8을 참조한다. 설명의 편의를 위해, 도 7에서는 제1 및 제2 단위 픽셀(113, 114)을 기준으로 설명한다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이의 특정 행(row)에 발생하는 노이즈의 원인을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다. 도 8은 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이의 특정 행(row)에 발생하는 노이즈의 원인을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도이다.
설명의 이해를 돕기 위해, 도 7 및 도 8에서, 제1 단위 픽셀(113)이 배치된 영역은 상대적으로 많은 양의 광이 수신되고, 제2 단위 픽셀(114)이 배치된 영역은 광이 수신되지 않는 것으로 가정한다. 또한 모든 노드의 전압 레벨의 기준 전압은 제1 전압원(VDD)의 전압 레벨과 동일한 것으로 가정한다.
제1 단위 픽셀(113)이 배치된 영역에 광이 수신되면, 제1 광전 변환부(PD1_1)는 전하를 생성하여, 제1 노드(N1)에 제공할 수 있다. 이때, 제1 노드(N1)의 전압 레벨은 기준 전압 레벨(VDD)보다 작아질 수 있다.
제1 전송 신호(TX1)의 전압 레벨이 제1 전압 레벨(TGH)인 경우, 제1 노드(N1)와 제1 플로팅 확산 노드(FD1_1)는 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 제1 플로팅 확산 노드(FD1_1)에 인가될 수 있다. 따라서, 제1 플로팅 확산 노드(FD1_1)의 전압 레벨은 제1 전압원(VDD)의 전압 레벨보다 작아질 수 있다.
제1 플로팅 확산 노드(FD1_1)의 전압 레벨은 제1 소스 팔로워 트랜지스터(SF1_1)에 의해 제2 노드(N2)에 제공될 수 있다. 이때, 제1 선택 신호(SX1_1)가 제1 선택 트랜지스터(SG1_1)에 제공될 수 있다. 제1 선택 신호(SX1_1)의 전압 레벨이 하이 레벨인 경우, 제2 노드(N2)와 제1 출력 라인(OUT Line_1)은 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 제1 선택 신호(SX1_1)가 하이 레벨인 경우, 제1 플로팅 확산 노드(FD1_1)의 전압 레벨은 제1 소스 팔로워 트랜지스터(SF1_1) 및 제1 선택 트랜지스터(SG1_1)를 통해, 제1 출력 라인(OUT Line_1)에 전달될 수 있다.
결과적으로, 제1 단위 픽셀(113)이 배치된 영역에 광이 수신되면, 제1 출력 라인(OUT Line_1)의 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)은 상대적으로 작아질 수 있다. 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)은 CDS(도 1의 120)에 전달되어, 디지털 코드로 변환될 수 있다.
제2 단위 픽셀(114)이 배치된 영역에 광이 도달하지 않으면, 제2 광전 변환부(PD1_2)는 전하를 생성하지 않을 수 있다. 다시 말해서, 제1 노드(N1)의 전압 레벨은 기준 전압 레벨(VDD)과 실질적으로 동일할 수 있다. 여기에서, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 기준 전압 레벨(VDD)와 실질적으로 동일하다는 것은, 도선을 통과하거나 각 소자를 통과할 때 발생하는 전압 강하(voltage drop) 등이 없다고 가정하는 경우, 제1 노드(N1)의 전압 레벨과 기준 전압 레벨(VDD)이 서로 같은 것을 의미한다.
제1 전송 신호(TX1)의 전압 레벨이 제1 전압 레벨(TGH)인 경우, 제4 노드(N4)와 제2 플로팅 확산 노드(FD1_2)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제2 플로팅 확산 노드(FD1_2)의 전압 레벨은 기준 전압 레벨(VDD)과 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 플로팅 확산 노드(FD1_2)의 전압 레벨은 제2 소스 팔로워 트랜지스터(SF1_2)에 의해 제5 노드(N5)에 제공될 수 있다. 이때, 제2 선택 신호(SX1_2)rk 제2 선택 트랜지스터(SG1_2)에 제공될 수 있다. 제2 선택 신호(SX1_2)의 전압 레벨이 하이 레벨인 경우, 제5 노드(N5)와 제2 출력 라인(OUT Line_2)은 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 제2 선택 신호(SX1_2)가 하이 레벨인 경우, 제2 플로팅 확산 노드(FD1_2)의 전압 레벨은 제2 소스 팔로워 트랜지스터(SF1_2) 및 제2 선택 트랜지스터(SG1_2)를 통해, 제2 출력 라인(OUT Line_2)에 전달될 수 있다.
결과적으로, 제2 출력 라인(OUT Line_1)의 제2 출력 전압 레벨(VOUT_2)은 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)보다 상대적으로 높을 수 있다. 제2 출력 전압 레벨(VOUT_2)은 CDS(도 1의 120)에 전달되어, 디지털 코드로 변환될 수 있다.
이론적으로, 제1 단위 픽셀(113)이 배치된 영역에서 광을 수신하고, 제2 단위 픽셀(114)이 배치된 영역에서 광을 수신하지 않는 경우, 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)은 기준 전압 레벨(VDD)에 비해 상대적으로 낮고, 제2 출력 전압 레벨(VOUT_2)은 기준 전압 레벨(VDD)과 실질적으로 동일하다.
그러나, 제1 출력 라인(OUT Line_1)의 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)만 감소하는 경우, 제1 출력 라인(OUT Line_1)과 제1 전송 라인(TG Line_1), 및 제1 전송 라인(TG Line_1)과 제2 출력 라인(OUT Line_2) 사이에 기생 커패시터(parasitic capacitor)가 커플링될 수 있다. 도 8을 함께 참조하여 설명한다.
우선, 제1 전송 신호(TX1)가 제1 전압 레벨(TGH)로 증가했다가, 제3 전압 레벨(LTG)로 감소하면, 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)은 감소하여 해당 전압 레벨을 유지할 수 있다. 다시 말해서, 제1 전송 트랜지스터(TG1_1)가 턴 온/턴 오프되면, 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)은 감소하여 해당 전압 레벨을 유지할 수 있다.
이때, 감소된 제1 출력 전압 레벨(VOUT_1)로 인해, 제1 출력 라인(OUT Line_1)과 제1 전송 라인(TG Line_1) 사이에서 기생 커패시터가 제1 커플링(1st coupling)될 수 있다. 즉, 제1 출력 라인(OUT Line_1)과 이와 인접한 제1 전송 라인(TG Line_1) 사이에서 기생 커패시터가 커플링되어, 제1 전송 신호(TX1)의 전압 레벨이 감소될 수 있다.
제1 전송 신호(TX1)의 감소된 전압 레벨로 인해, 제1 전송 라인(TG Line_1)과 제2 출력 라인(OUT Line_2) 사이에서 기생 커패시터가 제2 커플링(2nd coupling)될 수 있다. 즉, 제1 전송 라인(TG Line_1)과 제2 출력 라인(OUT Line_2) 사이에 기생 커패시터가 커플링되어, 제2 출력 전압 레벨(VOUT_2)이 감소할 수 있다.
제1 및 제2 출력 전압 레벨(VOUT_1, VOUT_2)은 CDS(도 1의 120)에 제공될 수 있다. CDS(도 1의 120)는 제공된 제1 및 제2 출력 전압 레벨(VOUT_1, VOUT_2)을 디지털 코드로 변환할 수 있다. 따라서, CDS(도 1의 120)는 각각의 단위 픽셀이 수신한 광량을 디지털 코드로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 제2 단위 픽셀(114)과 관련된 디지털 코드는, 제2 단위 픽셀(114)이 실제로 수신한 광량보다 더 많은 광량을 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 제2 단위 픽셀(114)은 광을 수신하지 않았지만, CDS(도 1의 120)는 제2 단위 픽셀(114)이 광을 일부 수신한 것으로 출력할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 7에 도시된 바와는 달리, 제1 및 제2 단위 픽셀(113, 114)외에도 복수개의 단위 픽셀이 제1 전송 라인(TG Line_1)을 공유할 수 있다. 이때, 제1 전송 라인(TG Line_1)을 공유하는 복수개의 단위 픽셀들의 출력 라인과 제1 전송 라인(TG Line_1) 사이에서 기생 커패시터가 커플링될 수 있다. 따라서, 제1 전송 라인(TG Line_1)을 공유하는 복수개의 단위 픽셀들은 실제로 수신한 광량보다 더 많은 광량을 수신한 것으로 출력될 수 있다.
다시 말해서, 제1 전송 라인(TG Line_1)을 공유하는 단위 픽셀들, 즉, 제1 단위 픽셀(113)과 동일한 행(row)에 위치하는 단위 픽셀들은 모두 실제 이미지보다 더 밝은 것으로 출력될 수 있다. 따라서, 제1 출력 라인(OUT Line_1)과 제1 전송 라인(TG Line_1), 및 제1 전송 라인(TG Line_1)과 제2 출력 라인(OUT Line_2) 사이의 기생 커패시터의 커플링으로 인해, 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이(110)의 행(row) 전체에 노이즈가 발생할 수 있다.
결국, 제1 전송 신호(TX1)가 제1 전압 레벨(TGH)에서 제3 전압 레벨(NTG)로 전환된 시점, 및 CDS(도 1의 120)에 출력 전압이 제공되는 시점 (예를 들어, 제1 및 제2 출력 전압 레벨(VOUT_1, VOUT_2)이 제공되는 시점) 사이(T)에서 기생 커패시터의 커플링으로 인해, 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이(110)의 특정 행(row)에 노이즈가 발생할 수 있다.
도 9은 몇몇 실시예에 따른 전송 신호의 제어 방법을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도이다.
도 9을 참조하면, 전송 신호(TX)는 제1 전압 레벨(TGH)에서 제2 전압 레벨(GND)로 전환될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전송 신호(TX)는 제1 및 제2 전송 신호(TX1, TX2) 모두를 의미할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 전압 레벨(GND)은 그라운드 전압 레벨일 수 있다. 예를 들어, 제2 전압 레벨(GND)은 0V일 수 있다. 제2 전압 레벨(GND)은 제1 전압 레벨(TGH) 및 제2 전압 레벨(GND)에 비해 안정적일 수 있다. 다시 말해서, 제2 전압 레벨(GND)은 노이즈의 영향이 비교적 작을 수 있다. 따라서, 전송 신호(TX)가 제2 전압 레벨(GND)을 유지하는 경우, 기생 커패시터가 커플링되더라도, 동일한 전압 레벨을 유지할 수 있다.
결국, 전송 신호(TX)는 제1 전압 레벨(TGH)에서 제1 전압 레벨(TGH)과 다른 전압 레벨로 전환된 시점과 CDS(도 1의 120)가 출력 전압을 제공 받는 시점 사이(T)에서 제2 전압 레벨(GND)을 유지할 수 있다.
CDS(도 1의 120)에 출력 전압이 제공되면, 전송 신호(TX)는 제2 전압 레벨(GND)에서 제3 전압 레벨(NTG)로 전환될 수 있다. 전송 신호(TX)가 제3 전압 레벨(NTG)로 전환되면, 전술한 커플링으로 인해 제2 출력 전압 레벨(VOUT_2)이 감소될 수 있으나, 이미 CDS(도 1의 120)에 제1 및 제2 출력 전압(VOUT_1, VOUT_2)이 제공된 상태이므로, CDS(도 1의 120)의 출력에는 영향을 끼치지 않을 수 있다.
다시 말해서, 광전 변환부(PD)가 생성한 전하를 플로팅 확산 노드(FD)에 제공되는 동안 전송 신호(TX)는 제1 전압 레벨(TGH)을 유지할 수 있다. 또한, 광전 변환부(PD)가 생성한 전하를 플로팅 확산 노드(FD)에 제공된 이후, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨이 CDS(도 1의 120)에 제공되는 동안, 전송 신호(TX)는 제2 전압 레벨(GND)을 유지할 수 있다. 플로팅 확산 노드(FD)의 전압 레벨이 CDS(도 1의 120)에 제공되면, 전송 신호(TX)는 제3 전압 레벨(NTG)을 유지할 수 있다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 제1 전압 레벨(TGH)에서 제1 전압 레벨(TGH)과 다른 전압 레벨로 전환된 시점, 및 CDS(도 1의 120)에 출력 전압이 제공된 시작되는 시점 사이(T)에서 제2 전압 레벨(GND)을 유지하여, 몇몇 실시예에 따른 픽셀 어레이(110)의 특정 행(row)에 발생되는 노이즈를 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 픽셀 어레이
112, 113, 114, 115, 116: 단위 픽셀
120: CDS(correlated double sampler)

Claims (10)

  1. 광을 제공받아 전하를 생성하고, 상기 전하를 제1 노드에 제공하는 광전 변환부;
    제1 신호에 기초하여, 상기 제1 노드의 전압을 플로팅 확산 노드(FD node: floating diffusion node)에 제공하는 전송 트랜지스터(transfer transistor);
    상기 플로팅 확산 노드의 전압을 단위 픽셀 출력으로 제공하는 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor); 및
    상기 단위 픽셀 출력을 제공받아 디지털 코드로 변환하는 이중 상관 샘플러(CDS: correlated double sampler)를 포함하되,
    상기 제1 신호는 각각 서로 다른 제1 내지 제3 전압 레벨을 포함하고,
    상기 제1 신호는,
    상기 플로팅 확산 노드에 상기 제1 노드의 전압이 제공된 시점부터, 상기 이중 상관 샘플러가 상기 제1 노드의 전압 레벨을 상기 단위 픽셀 출력의 형태로 제공받는 시점까지, 상기 제2 전압 레벨을 유지하고,
    상기 이중 상관 샘플러가 상기 제1 노드의 전압 레벨을 상기 단위 픽셀 출력의 형태로 제공받으면, 상기 제3 전압 레벨로 전환되는 이미지 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압 레벨은 양의 전압이고, 상기 제2 전압 레벨은 그라운드 전압이고, 상기 제3 전압 레벨은 음의 전압인 이미지 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 신호가 상기 제2 및 제3 전압 레벨일 때,
    상기 제1 노드와 상기 플로팅 확산 노드는 전기적으로 분리되고,
    상기 제1 신호가 상기 제2 전압 레벨인 경우,
    상기 제1 신호의 노이즈(noise)의 크기는 상기 제1 신호가 상기 제3 전압 레벨인 경우보다 작은 이미지 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전송 트랜지스터에 전송 라인이 게이팅되고, 상기 제1 신호는 상기 전송 라인에 제공되는 이미지 센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 전압 레벨 중 어느 하나를 상기 전송 라인에 제공하는 멀티플렉서(MUX: Multiplexer)를 더 포함하는 이미지 센서.
  6. 광을 제공받아 전하를 생성하고, 상기 전하를 제1 노드에 제공하는 광전 변환부;
    상기 제1 노드와 플로팅 확산 노드(Floating diffusion node)에 연결되고, 전송 라인(transfer line)에 게이팅되는 전송 트랜지스터(transfer transistor);
    제2 노드와 제1 전압원에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드에 게이팅되는 소스 팔로워 트랜지스터(source follower transistor);
    픽셀 출력단과 상기 제2 노드에 연결되고, 제2 신호에 의해 게이팅되는 선택 트랜지스터(select transistor); 및
    상기 픽셀 출력단에서 입력을 제공받는 이중 상관 샘플러(CDS: correlated double sampler)를 포함하되,
    상기 전송 라인에 각각 서로 다른 제1 내지 제3 전압 레벨을 포함하는 제1 신호가 제공되고,
    상기 이중 상관 샘플러가 상기 픽셀 출력단에서 입력을 제공받을 때, 상기 제1 신호는 상기 제2 전압 레벨에서 상기 제3 전압 레벨로 전환되는 이미지 센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 전압 레벨은 양의 전압이고, 상기 제2 전압 레벨은 그라운드 전압이고, 상기 제3 전압 레벨은 음의 전압인 이미지 센서.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 전압 레벨 중 어느 하나를 상기 전송 라인에 제공하는 멀티플렉서(MUX: Multiplexer)를 더 포함하는 이미지 센서.
  9. 제1 신호가 제공되는 제1 전송 라인(transfer line)과 연결되고, 제1 플로팅 확산 노드를 포함하는 제1 픽셀;
    상기 제1 전송 라인과 연결되고, 상기 제1 플로팅 확산 노드와 다른 제2 플로팅 확산 노드를 포함하는 제2 픽셀;
    상기 제1 픽셀로부터 제1 출력을 제공받고, 상기 제2 픽셀로부터 제2 출력을 제공받는 이중 상관 샘플러(CDS: Correlated double sampler)를 포함하되,
    상기 제1 신호가 제1 전압 레벨일 때, 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 노드에 각각 제2 및 제3 신호가 제공되고,
    상기 제1 신호가 제2 전압 레벨일 때, 상기 제2 및 제3 신호가 각각 상기 제1 및 제2 출력으로서 상기 이중 상관 샘플러에 제공되고,
    상기 제1 신호가 제3 전압 레벨일 때, 상기 이중 상관 샘플러는 상기 제1 및 제2 출력을 각각 디지털 코드로 변환하고,
    상기 제1 내지 제3 전압 레벨은 서로 다른 전압 레벨인 이미지 센서.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 전압 레벨은 양의 전압이고, 상기 제2 전압 레벨은 그라운드 전압이고, 상기 제3 전압 레벨은 음의 전압인 이미지 센서.
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