KR20190125746A - 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서 - Google Patents

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, 단위 커런트 셀의 스텝 크기가 고정된 기존의 램프 신호 발생 장치와 달리, 단위 커런트 셀의 전류를 조절하여 스텝 크기를 조절함으로써 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다. 이러한 램프 신호 발생 장치는, 램프 공급 전원에 따른 전류가 흐르는 단위 커런트 셀; 및 상기 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 슬롭 조절 블럭을 포함할 수 있다.

Description

램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서{Ramp Signal Generator, and CMOS Image Sensor Using That}
본 발명의 몇몇 실시예들은 씨모스 이미지 센서(CIS : CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) Image Sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 픽셀 신호의 비선형성과 유사하게 램프 신호의 슬롭을 비선형적으로 조절하여 코드 에러(Code Error)를 최소화하기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 픽셀(Pixel)에서 포토 다이오드(PD : Photo Diode)에 저장된 데이터는 전달 트랜지스터(Transfer Transistor)를 통해 변환 트랜지스터(소스 팔로워 트랜지스터)의 입력 노드(게이트 단자)인 플로팅 디퓨전 노드(Floating Diffusion Node)로 전달된다. 이렇게 플로팅 디퓨전 노드로 전달된 데이터에 의해 픽셀의 출력(픽셀 신호)인 변환 트랜지스터의 출력 전압이 변하게 된다.
그리고 픽셀의 포토 다이오드에 입사되는 빛의 양을 증가시켜나가면서 아날로그-디지털 변환 코드의 선형성을 확인하는 테스트를 익스포져 선형성 테스트(Exposure Linearity Test)라고 한다.
하지만, 픽셀 구조 및 포토 다이오드의 데이터를 플로팅 디퓨전 노드(Floating Diffusion Node)로 전달하는 과정상 비선형성(Non-Linearity)이 발생하게 된다.
한편, 램프 신호(램프 전압)의 기울기가 다소 선형성을 가지므로, 램프 신호로 픽셀 신호의 위치를 찾는 과정에서 코드 에러(Code Error)가 발생하게 된다.
현재 업계에서는 1% 이내의 코드 에러를 요구하고 있으나, 1%의 코드 에러 범위를 벗어나는 경우가 발생하게 된다.
즉, 픽셀 신호의 비선형성(Non-Linearity)의 경우 마치 게인 에러(Gain Error)처럼 픽셀 신호의 크기가 증가할수록 심화되는 경우가 있으며, 그에 따라 픽셀 신호의 크기가 큰 경우에 1%의 코드 에러 범위를 벗어나게 된다.
본 발명의 실시예는 단위 커런트 셀의 스텝 크기가 고정된 기존의 램프 신호 발생 장치와 달리, 단위 커런트 셀의 전류를 조절하여 스텝 크기를 조절함으로써 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 램프 공급 전원에 따른 전류가 흐르는 단위 커런트 셀; 및 상기 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 슬롭 조절 블럭을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이 내의 픽셀을 로우 라인별로 선택하여 제어하기 위한 로우 디코더; 커런트 피드백 패스를 이용하여 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절하여 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치; 상기 램프 신호 발생 장치로부터 인가되는 램프 신호와 상기 픽셀 어레이로부터의 각 픽셀 신호를 비교하기 위한 비교부; 상기 비교부로부터의 각 출력 신호에 따라 클럭을 카운팅하기 위한 카운팅부; 상기 카운팅부로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하기 위한 메모리부; 상기 로우 디코더와 상기 램프 신호 발생 장치와 상기 비교부와 상기 카운팅부와 상기 메모리부의 동작을 제어하기 위한 제어부; 및 상기 메모리부의 데이터를 상기 제어부의 제어에 따라 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단위 커런트 셀의 스텝 크기가 고정된 기존의 램프 신호 발생 장치와 달리, 단위 커런트 셀의 전류를 조절하여 스텝 크기를 조절함으로써 램프 신호의 슬롭을 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 픽셀 신호의 비선형성과 유사하게 램프 신호의 슬롭을 비선형적으로 조절함으로써 코드 에러를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서의 일 예시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 일 예시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치의 단위 커런트 셀 어레이 구조를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치의 구성도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 램프 전압을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치에서 스위치가 더 구비된 경우를 나타내는 회로도,
도 8은 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 씨모스 이미지 센서(CIS)의 일 예시도로서, 일반적인 싱글-슬롭 아날로그-디지털 변환 장치(Single-Slope Analog to Digital Converter)를 이용하여 구현한 컬럼 패러럴(Column Parallel) 구조의 씨모스 이미지 센서를 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀 어레이(10)와, 제어부(80)의 제어에 따라 픽셀 어레이(10) 내의 픽셀을 로우 라인별로 각각 선택하여 그 동작을 제어하기 위한 로우 디코더(20)와, 제어부(80)의 제어에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치(30)와, 램프 신호 발생 장치(30)로부터 인가되는 램프 신호의 값과 픽셀 어레이(10)로부터 출력되는 각 픽셀 신호의 값을 제어부(80)의 제어에 따라 비교하기 위한 비교부(40)와, 비교부(40)로부터의 각 출력 신호에 따라 제어부(80)로부터의 클럭을 카운팅하기 위한 카운팅부(50)와, 제어부(80)의 제어에 따라 카운팅부(50)로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하기 위한 메모리부(60)와, 로우 디코더(20)와 램프 신호 발생 장치(30)와 비교부(40)와 카운팅부(50)와 메모리부(60)와 컬럼 리드아웃 회로(70)의 동작을 제어하기 위한 제어부(80), 및 메모리부(60)의 데이터를 제어부(80)의 제어에 따라 순차적으로 픽셀 데이터(PXDATA)로 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로(70)를 포함한다.
이때, 일반적으로 씨모스 이미지 센서에서는 픽셀 자체적으로 가지고 있는 오프셋(Offset) 값을 제거하기 위해 광신호가 입사되기 전과 후의 픽셀 신호(픽셀 출력 전압)를 비교하여 실제로 입사광에 의한 픽셀 신호만을 측정할 수 있도록 하며, 이러한 기법을 상호상관 이중 샘플링(CDS : Correlated Double Sampling)이라고 한다. 이러한 상호상관 이중 샘플링 동작은 비교부(40)에서 수행된다.
여기서, 비교부(40)는 복수의 비교기를 포함하고, 카운팅부(50)는 복수의 카운터를 포함하며, 메모리부(60)는 복수의 메모리를 포함한다. 즉, 비교기와 카운터와 메모리가 각 컬럼별로 구비된다.
다음으로, 도 1을 참조하여 하나의 비교기와 카운터와 메모리의 동작을 예를 들어 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 첫 번째의 비교기(41)는 픽셀 어레이(10)의 제 1 컬럼으로부터 출력되는 픽셀 신호를 일측 단자로 입력받고, 램프 신호 발생 장치(30)로부터 인가되는 램프 신호를 타측 단자로 입력받아 제어부(80)로부터의 제어 신호에 따라 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호를 출력한다.
여기서, 램프 신호(VRAMP)는 초기화 시작 이후에 시간이 경과함에 따라 일정한 크기로 전압 레벨이 감소 또는 증가하는 신호이기 때문에, 결국 각 비교기에 입력되는 두 신호의 값이 일치하는 시점이 생기게 된다. 이렇게 일치하는 시점을 지나게 되면서 각 비교기에서 출력되는 비교 신호의 값에 반전이 일어난다.
그에 따라, 첫 번째의 카운터(51)는 램프 신호가 하강하는 시점부터 비교기(41)로부터 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 제어부(80)로부터의 클럭을 카운팅하여 카운팅 정보를 출력한다. 여기서, 각각의 카운터는 제어부(80)로부터의 리셋 제어 신호에 따라 초기화된다.
그러면, 첫 번째의 메모리(61)는 제어부(80)로부터의 로드 제어 신호에 따라 카운터(51)로부터의 카운팅 정보를 저장하고 있다가 컬럼 리드아웃 회로(70)로 출력한다.
이때, 씨모스 이미지 센서에서는 리셋 신호(리셋 전압)에 대하여 카운팅을 수행한 후에 영상 신호(시그널 전압)에 대하여 카운팅을 수행한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 일 예시도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치는 단위 커런트 셀 어레이(Unit Current Cell Array)로 이루어져 있으며, 램프 저항 RL이 공통 노드로 연결되어 있다. 여기서, 램프 공급 전원(VDDARAMP) 및 바이어스 전압 등을 공급하는 기술은 공지이므로 여기서는 더 이상 설명하지 않기로 한다. 그리고 단위 커런트 셀이 순차적으로 온되거나 오프되는 동작을 통하여 하기의 [수학식 1]과 같은 형태로 램프 전압(VRAMP)이 생성된다.
Figure pat00001
여기서, ITOTAL은 전체 단위 커런트 셀에서 흘려주는 전류의 총 합이다.
이때, 예를 들어 램프 신호를 하방향성으로 생성 시에는 도 2a에 도시된 바와 같이 모든 단위 커런트 셀의 전류를 피모스 트랜지스터 MPR1을 통해 모두 램프 저항 RL로 흘려주는 상태(피모스 트랜지스터 MPR2는 오프 상태임)가 램프 전압의 초기 상태이다(스위치 SWRB는 오프, 스위치 SWR은 온). 여기서, 스위치 SWRB와 스위치 SWR은 램프 공급 전원과 접지 전원 사이에 구비되며, 도 1의 제어부(80)의 제어에 따라 온 또는 오프되거나, 도 1의 제어부(80)로부터 클럭을 전달받아 동작하는 별도의 제어기(도면에 도시되지 않음)의 제어에 따라 온 또는 오프되어 피모스 트랜지스터 MPR1과 피모스 트랜지스터 MPR2의 게이트 전압을 제어하도록 구현할 수도 있다. 이후에 도 2b에 도시된 바와 같이 피모스 트랜지스터 MPR1을 오프하고 피모스 트랜지스터 MPR2를 온하여(스위치 SWRB를 온, 스위치 SWR을 오프) 피모스 트랜지스터 MPR2로 단위 커런트 셀의 전류를 순차적으로 하나씩 흘려주어 하기의 [수학식 2]와 같은 램프 전압을 출력한다.
Figure pat00002
여기서, IT_OFF는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 단위 커런트 셀의 스위치 SWRB와 스위치 SWR가 스위칭될 때 피모스 트랜지스터 MPR1으로 흐르던 전류가 피모스 트랜지스터 MPR2로 흐르면서 전류의 총합 ITOTAL 중에서 감소되는 전류의 양이다.
한편, 예를 들어 램프 신호를 상방향성으로 생성 시에는 도 2a 및 도 2b에서 전술한 것과 반대로 초기에 모든 단위 커런트 셀의 전류를 피모스 트랜지스터 MPR2를 통해 흘려주며, 이후에 피모스 트랜지스터 MPR1을 온하고 피모스 트랜지스터 MPR2를 오프하여 피모스 트랜지스터 MPR1으로 단위 커런트 셀의 전류를 순차적으로 하나씩 흘려주면 된다.
그러나 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 램프 신호 발생 장치의 경우, 램프 신호의 기울기가 다소 선형성을 가지므로, 램프 신호로 픽셀 신호의 위치를 찾는 과정에서 1%의 코드 에러 범위를 벗어나는 코드 에러(Code Error)가 발생하게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 단위 커런트 셀의 스텝 크기가 고정된 도 2a 및 도 2b의 램프 신호 발생 장치와 달리, 단위 커런트 셀의 전류를 조절하여 스텝 크기를 조절함으로써 램프 신호의 슬롭을 조절할 수 있으며, 이를 도 3 내지 도 7를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치의 단위 커런트 셀 어레이 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 램프 신호 발생 장치를 구성하는 단위 커런트 셀 어레이 중 하위 코드에 해당하는 m개(여기서, m은 자연수)의 노멀 단위 커런트 셀 어레이는 도 2a 및 도 2b에 도시된 램프 신호 발생 장치와 동일한 구조를 사용하고, 상위 코드에 해당하는 n-m개(여기서, n은 m보다 큰 자연수)는 슬롭 조절 블럭(후술되는 도 4의 420)이 추가된 단위 커런트 셀 어레이를 사용한다. 여기서, n은 전체 단위 커런트 셀의 개수로서, 램프 신호 발생 장치의 스텝 수(Step Number)이며, 만약 10bit 해상도의 램프 신호의 경우 n은 1024가 된다. 본 발명의 실시예의 경우 램프 신호의 슬롭 끝부분(상위 코드 부분)을 조절하는 방식으로서, 비선형성 요구(Non-Linearity Requirement) 등에 따라 슬롭 조절 블럭(후술되는 도 4의 420)이 추가된 단위 커런트 셀의 개수 n-m개를 설정할 수 있다. 동작 시 VRUC[n]과 VRUCB[n]의 타이밍에 따라 단위 커런트 셀이 순차적으로 선택되어 구동된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 램프 공급 전원(VDDARAMP)에 따른 전류가 흐르는 단위 커런트 셀(410), 및 단위 커런트 셀(410)에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 슬롭 조절 블럭(420)을 포함한다.
이때, 슬롭 조절 블럭(420)은 커런트 피드백 패스를 이용하여 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절한다.
이처럼, 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치는, 도 2a 및 도 2b의 램프 신호 발생 장치와 달리, 단위 커런트 셀(410)의 내부에 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 슬롭 조절 블럭(420)을 구비한다. 이를 도 5a 및 도 5b를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 램프 전압을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 슬롭 조절 블럭(420)은, 단위 커런트 셀의 온(On)에서 오프(Off)로의 동작 전환 시 웨이스트(Waste)되는 전류를 커런트 피드백 패스를 통하여 램프 저항 RL로 피드백시켜 램프 신호의 슬롭을 조절한다.
이를 위하여, 슬롭 조절 블럭(420)은, 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 전류를 웨이스트하는 커런트 패스를 형성하는 피모스 트랜지스터 MPS1, 및 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 전류를 램프 저항 RL로 피드백시키는 커런트 피드백 패스를 형성하는 피모스 트랜지스터 MPS2를 포함한다.
여기서, 피모스 트랜지스터 MPS1은 소스 단자가 단위 커런트 셀(410)의 피모스 트랜지스터 MPR2의 드레인 단자에 연결되고, 게이트 단자가 단위 커런트 셀(410)의 스위치 SWRB와 스위치 SWR 사이에 연결되며, 드레인 단자가 접지 전원에 연결된다.
그리고 피모스 트랜지스터 MPS2는 소스 단자가 단위 커런트 셀(410)의 피모스 트랜지스터 MPR2의 드레인 단자에 연결되고, 게이트 단자가 단위 커런트 셀(410)의 스위치 SWRB와 스위치 SWR 사이에 연결되며, 드레인 단자가 램프 저항 RL에 연결된다.
이때, 하방향성의 램프 신호 생성을 예로 들어 살펴보면, m번째 단위 커런트 셀까지는 도 2a 및 도 2b에서 전술한 바와 같은 형태로 램프 전압을 생성하면서 피모스 트랜지스터 MPR1에 흐르던 전류를 피모스 트랜지스터 MPR2로 순차적으로 하나씩 흘려주어, 즉 순차적으로 m번째 단위 커런트 셀까지 하나씩 피모스 트랜지스터 MPR1을 오프하고 피모스 트랜지스터 MPR2를 온하여 피모스 트랜지스터 MPR2로 전류를 흘려주어 전술한 [수학식 2]와 같은 형태로 램프 전압을 출력한다. 이때, 램프 저항 RL에 걸리는 전류가 감소하게 되며, 이러한 전류 감소로 인해 램프 전압이 단위 커런트 셀만큼씩 순차적으로 감소되면서 하방향으로 생성된다.
이후, 도 3에서 전술한 바와 같이 도 4의 슬롭 조절 블럭(420)이 추가된 n-m번째 단위 커런트 셀부터는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 형태로 피모스 트랜지스터 MPS2를 통해 램프 저항 RL로 기 정해진 일정량의 전류를 다시 흘려주어 IT_OFF의 전류인 IUNIT의 크기를 IRC 크기로 조절한다. 즉, 전체 전류를 IUNIT(=IRC+IRR)라고 할 경우 단위 커런트 셀의 스위치 SWRB와 스위치 SWR가 스위칭될 때 IRC는 피모스 트랜지스터 MPR2와 피모스 트랜지스터 MPS2를 통해 램프 저항 RL로 흘려주고 나머지 IRR을 피모스 트랜지스터 MPR2와 피모스 트랜지스터 MPS1을 통해 접지 전원 측으로 흘려준다.
이때, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 피모스 트랜지스터 MPS2를 통해 램프 저항 RL로 흘려주는 전류의 양은 램프 신호의 슬롭과 연관되며, 도 5b에 도시된 바와 같이 도 5a보다 많은 양의 전류를 흘려줄수록 램프 신호의 기울기가 커진다. 이를 통해 출력 전압을 나타내는 도 6에 도시된 바와 같이 하기의 [수학식 3]과 같은 램프 전압을 출력한다. 이때, (IT(N-M) - IRC) * RL 만큼의 램프 전압의 슬롭을 조절할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, ITM은 램프 저항 RL에 흐르는 총 전류량 중에서 슬롭 조절 블럭(420)이 추가되지 않은 m개의 단위 커런트 셀로부터의 전류들의 총 합이고, IT(N-M)은 램프 저항 RL에 흐르는 총 전류량 중에서 슬롭 조절 블럭(420)이 추가된 (n-m)개의 단위 커런트 셀로부터의 전류들의 총 합이며, IRC는 단위 커런트 셀의 스위치 SWRB와 스위치 SWR가 스위칭될 때 피모스 트랜지스터 MPR1으로 흐르던 전류가 피모스 트랜지스터 MPR2로 전환되어 흐르는 경우 피모스 트랜지스터 MPS2를 통해 다시 램프 저항 RL로 흐르는 피드백 전류의 양으로서, 슬롭 조절 블럭(420)을 통해 조절된 전류의 양이다.
도 5a, 도 5b 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 기존의 램프 신호 발생 장치의 동작에서 램핑을 위해 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 램프 전류를 반대편으로 웨이스트(Waste)하는 동작과 달리, 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 웨이스트되는 램프 전류를 별도의 커런트 피드백 패스를 통하여 다시 램프 저항 RL로 흐르도록 함으로써, 램프 신호의 슬롭을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 램프 신호 발생 장치에서 스위치가 더 구비된 경우를 나타내는 회로도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 슬롭 조절 블럭(720)은 도 5a 및 도 5b에서 전술한 슬롭 조절 블럭(420)과 달리, 전류를 램프 저항 RL로 피드백시키는 커런트 피드백 패스를 온 또는 오프시키기 위한 스위치(721)를 더 포함한다.
여기서, 스위치(721)는 단위 커런트 셀(410)의 피모스 트랜지스터 MPR2의 드레인 단자와 피모스 트랜지스터 MPS2의 소스 단자 사이에 구비된 피모스 트랜지스터를 이용하여 구현할 수 있다. 이때, 스위치(721)를 이루는 피모스 트랜지스터는 도 1의 제어부(80)의 제어에 따라 온 또는 오프되거나, 도 1의 제어부(80)로부터 클럭을 전달받아 동작하는 별도의 제어기(도면에 도시되지 않음)의 제어에 따라 온 또는 오프되도록 구현할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀 어레이(10)와, 제어부(80)의 제어에 따라 픽셀 어레이(10) 내의 픽셀을 로우 라인별로 각각 선택하여 그 동작을 제어하기 위한 로우 디코더(20)와, 제어부(80)의 제어에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 본 발명에 따른 램프 신호 발생 장치(430)와, 본 발명에 따른 램프 신호 발생 장치(430)로부터 인가되는 램프 신호의 값과 픽셀 어레이(10)로부터 출력되는 각 픽셀 신호의 값을 제어부(80)의 제어에 따라 비교하기 위한 비교부(40)와, 비교부(40)로부터의 각 출력 신호에 따라 제어부(80)로부터의 클럭을 카운팅하기 위한 카운팅부(50)와, 제어부(80)의 제어에 따라 카운팅부(50)로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하기 위한 메모리부(60)와, 로우 디코더(20)와 본 발명에 따른 램프 신호 발생 장치(430)와 비교부(40)와 카운팅부(50)와 메모리부(60)와 컬럼 리드아웃 회로(70)의 동작을 제어하기 위한 제어부(80), 및 메모리부(60)의 데이터를 제어부(80)의 제어에 따라 순차적으로 픽셀 데이터(PXDATA)로 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로(70)를 포함한다. 여기서, 본 발명에 따른 램프 신호 발생 장치(430)는 도 3 내지 도 7을 참조하여 전술한 램프 신호 발생 장치와 같이 구현할 수 있다.
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.
410 : 단위 커런트 셀 420 : 슬롭 조절 블럭

Claims (18)

  1. 램프 공급 전원에 따른 전류가 흐르는 단위 커런트 셀; 및
    상기 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 슬롭 조절 블럭
    을 포함하는 램프 신호 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    커런트 피드백 패스를 이용하여 상기 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하는, 램프 신호 발생 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 웨이스트되는 전류를 상기 커런트 피드백 패스를 통하여 상기 램프 저항으로 피드백시키는, 램프 신호 발생 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 전류를 웨이스트하는 커런트 패스를 형성하는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 전류를 상기 램프 저항으로 피드백시키는 상기 커런트 피드백 패스를 형성하는 제 2 트랜지스터
    를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터는,
    소스 단자와 게이트 단자가 상기 단위 커런트 셀에 연결되고, 드레인 단자가 접지 전원에 연결된, 램프 신호 발생 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터는,
    소스 단자와 게이트 단자가 상기 단위 커런트 셀에 연결되고, 드레인 단자가 상기 램프 저항에 연결된, 램프 신호 발생 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 커런트 피드백 패스를 온 또는 오프시키기 위한 스위치
    를 더 포함하는 램프 신호 발생 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스위치는,
    상기 단위 커런트 셀과 상기 제 2 트랜지스터의 소스 단자 사이에 구비된 제 3 트랜지스터
    를 포함하는 램프 신호 발생 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 단위 커런트 셀의 내부에 구비된, 램프 신호 발생 장치.
  10. 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀 어레이;
    상기 픽셀 어레이 내의 픽셀을 로우 라인별로 선택하여 제어하기 위한 로우 디코더;
    커런트 피드백 패스를 이용하여 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 조절하여 램프 신호의 슬롭을 조절하여 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치;
    상기 램프 신호 발생 장치로부터 인가되는 램프 신호와 상기 픽셀 어레이로부터의 각 픽셀 신호를 비교하기 위한 비교부;
    상기 비교부로부터의 각 출력 신호에 따라 클럭을 카운팅하기 위한 카운팅부;
    상기 카운팅부로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하기 위한 메모리부;
    상기 로우 디코더와 상기 램프 신호 발생 장치와 상기 비교부와 상기 카운팅부와 상기 메모리부의 동작을 제어하기 위한 제어부; 및
    상기 메모리부의 데이터를 상기 제어부의 제어에 따라 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 램프 신호 발생 장치는,
    램프 공급 전원에 따른 전류가 흐르는 상기 단위 커런트 셀; 및
    상기 커런트 피드백 패스를 이용하여 상기 단위 커런트 셀에 흐르는 전류를 피드백시켜 램프 신호의 슬롭을 조절하기 위한 슬롭 조절 블럭
    을 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 웨이스트되는 전류를 상기 커런트 피드백 패스를 통하여 램프 저항으로 피드백시켜 램프 신호의 슬롭을 조절하는, 씨모스 이미지 센서.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 전류를 웨이스트하는 커런트 패스를 형성하는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 단위 커런트 셀의 온에서 오프로의 동작 전환 시 전류를 상기 램프 저항으로 피드백시키는 상기 커런트 피드백 패스를 형성하는 제 2 트랜지스터
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터는,
    소스 단자와 게이트 단자가 상기 단위 커런트 셀에 연결되고, 드레인 단자가 접지 전원에 연결된, 씨모스 이미지 센서.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터는,
    소스 단자와 게이트 단자가 상기 단위 커런트 셀에 연결되고, 드레인 단자가 상기 램프 저항에 연결된, 씨모스 이미지 센서.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 커런트 피드백 패스를 온 또는 오프시키기 위한 스위치
    를 더 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 스위치는,
    상기 단위 커런트 셀과 상기 제 2 트랜지스터의 소스 단자 사이에 구비된 제 3 트랜지스터
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 슬롭 조절 블럭은,
    상기 단위 커런트 셀의 내부에 구비된, 씨모스 이미지 센서.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210141161A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그의 동작 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008219243A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Sony Corp 撮像装置およびカメラ
KR20110014739A (ko) * 2009-08-06 2011-02-14 (주) 지안 램프 신호의 보정 기능을 갖는 램프 신호 발생기 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR20170079091A (ko) * 2015-12-30 2017-07-10 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1298800A1 (en) * 2001-09-28 2003-04-02 STMicroelectronics Limited Ramp generator
US6567028B2 (en) * 2001-10-12 2003-05-20 Micron Technology, Inc. Reference voltage stabilization in CMOS sensors
US20070176108A1 (en) * 2004-01-12 2007-08-02 Koninklijke Philips Electronics Nv Semiconductor-based image sensor
JP4682750B2 (ja) * 2005-08-22 2011-05-11 ソニー株式会社 Ｄａ変換装置
JP4654857B2 (ja) * 2005-09-26 2011-03-23 ソニー株式会社 Ｄａ変換装置、ａｄ変換装置、半導体装置
FR2905008A1 (fr) * 2006-08-18 2008-02-22 Stmicroelectronics Maroc Capteur de temperature fournissant un signal de temperature sous forme numerique
KR20080034687A (ko) 2006-10-17 2008-04-22 삼성전자주식회사 램프 발생기 및 그것의 램프신호 발생 방법
JP5006281B2 (ja) * 2008-07-24 2012-08-22 パナソニック株式会社 固体撮像装置、カメラ
JPWO2010035402A1 (ja) * 2008-09-29 2012-02-16 パナソニック株式会社 電流生成回路、並びにこれを用いたシングルスロープ型ａｄコンバータ及びカメラ
JP2011041205A (ja) * 2009-08-18 2011-02-24 Panasonic Corp 電圧発生回路、デジタルアナログ変換器、ランプ波発生回路、アナログデジタル変換器、イメージセンサシステム及び電圧発生方法
KR101181310B1 (ko) 2010-06-30 2012-09-11 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생기 및 이미지 센서
JP5449290B2 (ja) * 2011-10-07 2014-03-19 キヤノン株式会社 ランプ信号出力回路、アナログデジタル変換回路、撮像装置、ランプ信号出力回路の駆動方法
KR101391120B1 (ko) * 2012-03-29 2014-05-07 주식회사 동부하이텍 스텝 램프 신호 발생기와 이를 이용한 이미지 센서
JP6184153B2 (ja) * 2013-04-18 2017-08-23 オリンパス株式会社 Ａｄ変換回路および撮像装置
JP6454490B2 (ja) * 2014-07-17 2019-01-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びランプ信号の制御方法
CN104393856B (zh) * 2014-10-24 2017-11-28 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种斜坡波产生电路及其数模转换电路、指纹识别系统
KR20160126523A (ko) * 2015-04-24 2016-11-02 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
JP2017046259A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
KR102446723B1 (ko) * 2016-01-29 2022-09-27 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그의 구동 방법
KR102458186B1 (ko) * 2017-01-17 2022-10-25 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 아날로그-디지털 변환기, 고체 촬상 소자, 및, 전자기기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008219243A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Sony Corp 撮像装置およびカメラ
KR20110014739A (ko) * 2009-08-06 2011-02-14 (주) 지안 램프 신호의 보정 기능을 갖는 램프 신호 발생기 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR20170079091A (ko) * 2015-12-30 2017-07-10 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서

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