KR20210020807A - 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위 증가를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 전원 공급 제거비(PSRR)를 보상하는 방법은, 처리 회로에 의해, 능동 픽셀 센서(APS) 어레이로부터 전원 공급 잡음을 포함하는 적어도 하나의 아날로그 신호를 수신하는 단계; 상기 처리 회로에 의해, 결합된 전원 공급 잡음을 얻기 위하여, 증폭된 전원 공급 잡음과 적어도 하나의 램프 신호(ramp signal)를 결합하는 단계; 및 상기 처리 회로에 의해, 상기 결합된 전원 공급 잡음을 이용하여 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음을 제거함으로써, 상기 APS 어레이의 상기 전원 공급 제거비를 보상하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 증가된 전원 공급 제거비(Power Supply Rejection Ratio; PSRR) 보상 범위를 갖는 이미지 센서에서의 전원 공급 제거비 보상에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(예를 들어, CMOS 이미지 센서)는 광학 신호 또는 빛 에너지를 전기 신호로 변환한다. 이미지 센서는 복수의 픽셀들을 포함하는 능동 픽셀 센서(active pixel sensor; APS) 어레이와, 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함하는 리드-아웃(read-out) 회로를 포함한다. APS 어레이의 각 픽셀은 광전자 변환 요소를 포함한다. 광전자 변환 요소는 빛 에너지와 같은 에너지를 흡수함으로써 생성되는 자유 전하 운반체(캐리어, carrier)들을 수집하고, 수집된 자유 전하 운반체들을 전기적 에너지 또는 아날로그 신호로 변환한다. 여기서, 아날로그 신호는 전압 또는 전류일 수 있고, 수집된 자유 전하 운반체 각각의 양에 대응한다. 리드-아웃 회로는 APS 어레이의 각 픽셀로부터 아날로그 신호를 판독하고, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다(아날로그-디지털 변환을 수행함으로써). 리드-아웃 회로의 아날로그-디지털 변환기는 비교기를 사용하여 픽셀의 아날로그 신호와 램프 신호를 비교함으로써 아날로그-디지털 변환을 수행한다. 아날로그-디지털 변환기는 비교기에서 아날로그 신호와 램프 신호의 비교를 시작하는 시점부터 카운터를 이용하여 카운팅을 시작하고, 램프 신호가 아날로그 신호에 도달하였을 때 카운팅된 값을 디지털 신호로서 채택한다. 디지털 신호는 검출된 빛 에너지의 양에 대응하는 이미지를 생성하는데 이용된다.
이미지 센서에서, APS 어레이의 픽셀에 의해 출력된 아날로그 신호는 외부 전원 공급으로부터 수신한 잡음에 대응하는 잡음을 포함할 수 있다(이하 전원 공급 잡음이라고 부르기로 한다). 전원 공급 제거비(PSRR)는 APS 어레이가 외부 전원 공급으로부터 수신한 전원 공급 잡음을 억제하는 능력이다. APS 어레이의 전원 공급 제거비는 수평 잡음(horizontal noise; HN)을 발생시키는데, 발생되는 수평 잡음은 생성된 이미지의 질에 영향을 미칠 수 있다. 종래 접근 방법들에서는, 리드-아웃 회로는 전원 공급 제거비가 낮을 때(~12dB) 전원 공급 제거비를 보상한다. 그러나, APS 어레이가 서브-마이크로미터 범위의 픽셀들을 수반하는 경우, 전원 공급 제거비는 더 감소될 수 있다(예를 들어, 8dB보다 더 작게). 이러한 경우, 리드-아웃 회로는 감소된 전원 공급 제거비를 보상하지 못할 수 있다. 그러므로, 종래 접근 방법들에서, 리드-아웃 회로에서 이미지 센서의 성능에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 리드-아웃 회로가 정정할 수 있는 APS 어레이의 최저 전원 공급 제거비는 제한될 수 있다.
본 발명의 목적은, 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위 증가를 위한 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 능동 픽셀 센서(APS) 어레이의 감소된 전원 공급 제거비를 보상하기 위하여 이미지 센서의 전원 공급 제거비(PSRR) 보상 범위를 증가시키기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 상기 감소된 전원 공급 제거비는, 공급 잡음 증폭기에 의하여 정정 경로 상에 존재하는 램프 신호들로 도입된 증폭된 전원 공급 잡음을 이용하여 픽셀 경로 상에 존재하는 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음을 제거함으로써 보상된다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 정정 경로 상에 존재하는 상기 전원 공급 잡음의 위상 지연과 상기 픽셀 경로 상에 존재하는 상기 전원 공급 잡음의 위상 지연을 정합시킴으로써 고주파수 공급 잡음 또는 전원 공급 제거비를 보상하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 이미지 센서의 전원 공급 제거비를 보상하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 처리 회로에 의해, 능동 픽셀 센서(APS) 어레이로부터 전원 공급 잡음을 포함하는 적어도 하나의 아날로그 신호를 수신하는 단계; 상기 처리 회로에 의해, 결합된 전원 공급 잡음을 얻기 위하여, 증폭된 전원 공급 잡음과 적어도 하나의 램프 신호(ramp signal)를 결합하는 단계; 및 상기 처리 회로에 의해, 상기 결합된 전원 공급 잡음을 이용하여 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음을 제거함으로써, 상기 APS 어레이의 상기 전원 공급 제거비를 보상하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 능동 픽셀 센서(APS) 어레이; 및 상기 APS 어레이로부터 적어도 하나의 아날로그 신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 아날로그 신호는 전원 공급 잡음을 포함하고, 결합된 전원 공급 잡음을 얻기 위하여, 증폭된 전원 공급 잡음과 적어도 하나의 램프 신호(ramp signal)를 결합하고, 상기 결합된 전원 공급 잡음을 이용하여 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음을 제거함으로써, 상기 APS 어레이의 전원 공급 제거비(PSRR)를 보상하도록 구성되는 상기 APS 어레이에 연결된 리드-아웃(read-out) 회로를 포함하는 이미지 센서가 제공된다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 이미지 센서의 전원 공급 제거비(PSRR) 보상 회로가 제공된다. 상기 이미지 센서는 능동 픽셀 센서(APS) 어레이 및 상기 APS 어레이에 연결된 복수의 아날로그-디지털 변환기(ADC)들을 포함하되, 상기 전원 공급 제거비 보상 회로는: 상기 복수의 아날로그-디지털 변환기들의 각각에서 상기 APS 어레이로부터 적어도 하나의 아날로그 신호를 판독하는 것에 기반하여 정정 경로 상의 생성된 전원 공급 잡음을 생성하고, 그리고 상기 생성된 전원 공급 잡음의 크기 정정 및 위상 정정을 수행함으로써 상기 APS 어레이의 전원 공급 제거비를 보상하도록 구성된다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 능동 픽셀 센서(APS) 어레이; 상기 APS 어레이에 연결된 복수의 아날로그-디지털 변환기(ADC)들; 및 상기 복수의 아날로그-디지털 변환기들의 각각에 의해 상기 APS 어레이로부터 적어도 하나의 아날로그 신호를 판독하는 것에 기반하여 정정 경로 상의 생성된 전원 공급 잡음을 생성하고, 그리고 상기 생성된 전원 공급 잡음의 크기 정정 및 위상 정정을 수행함으로써 상기 APS 어레이의 전원 공급 제거비(PSRR)을 보상하도록 구성되는 전원 공급 제거비 보상 회로를 포함하는 이미지 센서가 제공된다.
본 명세서에 개시된 실시 예들의 상술된 측면 및 다른 측면들은 이하의 설명 및 도면들을 참조하여 고려될 때 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 이하의 설명들은, 실시 예들 및 실시 예들의 다수의 특정 세부 사항을 나타내면서, 제한적인 것이 아니라 예시적인 방식으로 제공됨을 이해해야 할 것이다. 본 명세서에 개시된 실시 예들의 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 이러한 모든 변형을 포함한다.
본 발명에 의하면, 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들은 첨부된 도면들에 도시되며, 본 명세서 전체에 걸쳐 유사한 참조 문자는 다양한 도면들에서 대응하는 부분들을 나타낸다. 본 명세서에 개시된 실시 예들은 도면들을 참조하여 이하의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미징 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이미징 시스템의 이미지 센서의 구성 요소들을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 크기 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로를 포함하는 이미지 센서를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 제거비 보상 회로의 증폭기를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 위상 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로를 포함하는 이미지 센서를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로에 대한 크기 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로에 대한 위상 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 픽셀 피치(pixel pitch)에 의한 전원 공급 제거비의 변화를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로 상에 존재하는 전원 공급 잡음에 수행된 크기 정정 및 위상 정정에 의한 이미지 센서의 전원 공급 제거비의 개선을 시뮬레이션들 및 실리콘 측정들에서 각각 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미징 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이미징 시스템의 이미지 센서의 구성 요소들을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 크기 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로를 포함하는 이미지 센서를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 제거비 보상 회로의 증폭기를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 위상 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로를 포함하는 이미지 센서를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로에 대한 크기 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로에 대한 위상 정정을 수행함으로써 이미지 센서의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 픽셀 피치(pixel pitch)에 의한 전원 공급 제거비의 변화를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로 상에 존재하는 전원 공급 잡음에 수행된 크기 정정 및 위상 정정에 의한 이미지 센서의 전원 공급 제거비의 개선을 시뮬레이션들 및 실리콘 측정들에서 각각 나타내는 예시적인 그래프이다.
본 명세서에 개시된 실시 예 및 그 다양한 특징 및 유리한 세부 사항은 첨부된 도면들에 도시되고 이하에서 상세하게 설명되는 비제한적인 예들을 참조하여 더 상세히 설명된다. 잘 알려진 구성 요소들 및 처리 기술들에 대한 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 모호하게 하지 않기 위해 생략된다. 본 명세서의 설명은 단지 본 명세서에 개시된 실시 예들이 실시될 수 있는 방식의 이해를 용이하게 하고, 통상의 기술자가 본 명세서에 개시된 실시 예들을 실시할 수 있도록 의도된 것이다. 따라서, 본 명세서의 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예들의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서의 실시 예들은 이미지 센서의 능동 픽셀 센서(active pixel sensor; APS) 어레이에서 감소한 전원 공급 제거비(Power Supply Rejection Ratio; PSRR)를 보상하기 위하여 이미지 센서에서 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 방법들 및 시스템들을 개시한다.
본 명세서의 실시 예들은 크기 정정(magnitude correction) 및 위상 지연 정정(phase delay correction)을 수행함으로써 이미지 센서에서 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 방법들 및 시스템들을 개시한다.
본 명세서의 실시 예들은 크기 정정을 수행하기 위하여 정정 경로(correction path) 상에 전원 공급 증폭기를 통합시키기 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 크기 정정은 다음 단계들을 수반할 수 있다:
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픽셀 경로(pixel path) 상의 APS 어레이의 전원 공급 잡음을 포함한 아날로그 신호들, 및 정정 경로 상의 램프 신호 생성기로부터 램프 신호들을 수신하는 단계;
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정정 경로 상의 램프 신호들로 증폭된 전원 공급 잡음을 도입하는 단계; 및/또는
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정정 경로 상에 존재하는 램프 신호들의 증폭된 전원 공급 잡음을 이용하여 픽셀 경로 상에 존재하는 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음을 제거함으로써 전원 공급 제거비를 보상하기 위하여, 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 단계.
본 명세서의 실시 예들은 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위에 대하여, 정정 경로 상에 존재하는 전원 공급 잡음의 위상 지연과, 픽셀 경로 상에 존재하는 전원 공급 잡음의 위상 지연을 정합시킴으로써 위상 지연 정정을 수행하는 방법들 및 시스템들을 제공한다.
이제 도면들, 특히 도 1 내지 도 9b를 참조하면, 도면에서 유사한 참조 문자는 도면 전체에서 일관되게 대응하는 특징을 나타내고, 실시 예들이 나타나 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미징 시스템(200)을 도시한다. 본 명세서의 이미징 시스템(200)은 디지털 카메라 시스템, 자동차 이미지 센서 시스템, 감시 이미지 센서 시스템, 휴대 전화, 스마트폰, 태블릿, 패블릿, PDA, 랩탑, 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨팅 장치, 차량 인포테인먼트 장치, 사물 인터넷(IoT) 장치, VR 장치, 및/또는 이미지를 캡처할 수 있는 임의의 다른 장치들 중 적어도 하나일 수 있다. 본 명세서의 실시 예들에서, 이미지는 정적 이미지, 움직이는 이미지, 영상, 애니메이션, 및/또는 유사한 것들 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 명세서에 개시된 실시 예들은 “이미지”, “그림”, “사진”, “비디오”, “디지털 비디오”, “이미지 프레임”, 및 기타 등등과 같은 용어들을 상호교환적으로 사용할 수 있다.
이미징 시스템(200)은 이미지 센서(202), 프로세서(204), 디스플레이(206), 인터페이스(208), 및/또는 메모리(210)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(202)는 센서일 수 있고, 이미지를 캡처하는데 사용될 수 있다. 실시 예들에서, 이미지 센서(202)는 CMOS 이미지 센서, CCD 이미지 센서, 및/또는 유사한 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 이미지 센서(202)는 적어도 하나의 피사체(사람, 물체, 및/또는 유사한 것)로부터 반사된 빛을 흡수함으로써 전기 신호들을 생성하고, 생성된 전기 신호들을 디지털 신호들로 변환하도록 구성될 수 있다. 이미지 센서(202)에서, 이미지 센서(202)의 픽셀들 상에 입사한 빛 또는 흡수된 빛은 전자들로 변환될 수 있다. 전자들은 아날로그 전압 신호로 더 변환될 수 있다. 아날로그 전압 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 이용하여 디지털 신호들로 변환될 수 있다. 디지털 신호들은 흡수된 빛의 양에 대응하는 이미지를 나타내는 이미지 데이터 또는 정보를 포함할 수 있다. 이미지 센서(202)는 캡처된 이미지(들)를 프로세서(204)로 제공할 수 있다.
프로세서(204)는 단일 프로세서, 복수의 프로세서들, 다수의 동종 코어들, 다수의 이종 코어들, 서로 다른 종류의 다수의 CPU들, 및 기타 등등 중 적어도 하나일 수 있다. 프로세서(204)는 또한 이미지 프로세싱 회로, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 가속기, GPU, 및 기타 등등일 수 있다. 프로세서(204)는 수신된 이미지의 처리를 수행하도록 구성될 수 있다. 이미지의 처리는 이미지에 필터들을 적용하는 것, 물체 인식 또는 얼굴 인식을 수행하는 것, 이미지에 인식된 물체를 태깅(tagging)하는 것, 및/또는 유사한 것들 중 적어도 하나를 수반할 수 있다.
디스플레이(206)은 프로세서(204)로부터 처리된 이미지를 수신하고, 처리된 이미지를 출력하도록(예를 들어, 사용자에게) 구성될 수 있다.
인터페이스(208)는 프로세서(204)로 하여금 서버, 외부 데이터베이스, 클라우드 서버, 채팅 애플리케이션, 소셜 미디어 애플리케이션/네트워크, 및/또는 유사한 것들과 같은 적어도 하나의 외부 장치로(이에 제한되지는 않는다), 통신 네트워크를 이용하여 처리된 이미지를 통신할 수 있도록 구성될 수 있다. 통신 네트워크의 예들은, 유선 네트워크(LAN, 이더넷, 및 기타 등등), 무선 네트워크(Wi-Fi 네트워크, 셀룰러 네트워크, Wi-Fi 핫스팟, 블루투스, 지그비, 및/또는 유사한 것들), 및 기타 등등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
메모리(210)은 처리된 이미지, 캡처된 이미지, 및 기타 등등을 저장할 수 있다. 메모리(210)의 예들은 NAND 메모리, 내장형 멀티미디어 카드(eMMC), SD 카드, USB 드라이브, SATA 드라이브, SSD, 및 기타 등등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 메모리(210)은 또한 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 메모리(210)는 또한 하나 또는 그 이상의 비휘발성 저장 요소들을 포함할 수 있다. 비휘발성 저장 요소들의 예들은 자기 하드 디스크, 광 디스크, 플로피 디스크, 플래시 메모리, 및/또는 EPROM 또는 EEPROM의 형태들을 포함할 수 있다. 나아가, 메모리(210)은, 몇몇 실시 예들에서, 비-일시적 저장 매체로 간주될 수 있다. “비-일시적”이라는 용어는 저장 매체가 반송파(carrier wave) 또는 전파되는 신호 상에 구현되지 않음을 나타낼 수 있다. 그러나, “비-일시적”이라는 용어는 메모리(210)가 움직일 수 없음(non-movable)을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 특정 실시 예들에서, 비-일시적 저장 매체는 시간에 걸쳐 변화할 수 있는 데이터를 저장할 수 있다(예를 들어, RAM 및/또는 캐시).
도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(202)는 능동 픽셀 센서(APS) 어레이(302), 타이밍 생성기(304), 행 드라이버(306), 리드-아웃 회로(308), 및/또는 이미지 신호 프로세서(310)를 포함할 수 있다.
APS 어레이(302)는 복수의 픽셀들(402)을 포함할 수 있고(도 3에 나타난 바와 같이), 복수의 픽셀들은 행-열 매트릭스 상에 배열될 수 있다. 실시 예들에서, 행-열 매트릭스는 m개의 행들과 n개의 열들을 포함할 수 있고, 따라서 APS 어레이(302)는 (m×n) 픽셀들(402)을 포함할 수 있다. APS 어레이(302)는 동일한 크기 또는 유사한 크기의 해상도에 기반하여 복수의 픽셀들(402)의 수량을 포함할 수 있다. 픽셀들(402)의 크기는 서브-마이크로미터에서 수십 마이크로미터에 이를 수 있다. 또한, APS 어레이(302)로 다수의 색상 필터 요소들을 갖는 색상 필터 어레이가 제공될 수 있는데, 색상 필터 어레이는 이미지 센서(202)로 하여금 서로 다른 색상의 빛을 샘플링(sample)할 수 있도록 한다. APS 어레이(302)는 빛 에너지를 흡수하고 흡수된 빛 에너지를 픽셀들(402)를 이용하여 전기 또는 아날로그 신호들로 변환하도록 구성될 수 있다. 아날로그 신호들은 흡수된 빛의 양에 대응하는 전압 및/또는 전류일 수 있다.
타이밍 생성기(304)는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)을 동작시키기 위한 타이밍 제어 신호들을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 타이밍 생성기(304)는 특정 열에서의 픽셀(402)의 각 광다이오드(photodiode)를 리셋시키는 셔터 신호들을 행 단위로 생성할 수 있고, 노출 시간의 시작을 표시할 수 있다. 타이밍 생성기(304)는 또한 APS 어레이(302)의 행들에 판독 신호들을 생성할 수 있고, 이는 통합 시간의 종료를 표시하고 리드-아웃 회로(308)가 APS 어레이(302)의 특정 행(들)을 판독하도록 구성한다. 타이밍 생성기(304)는 또한 이미지 센서(202) 및/또는 이미징 시스템(200)의 적어도 하나의 다른 구성 요소에 클록 신호들을 제공하도록 구성될 수 있다.
행 드라이버(306)는 리드-아웃 회로(308)로부터 행 주소들을 수신하고 수신한 행 주소들에 대응하는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)을 제어하기 위하여 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)로 구동 신호들을 공급하도록 구성될 수 있다. 구동 신호들의 예들은 리셋 신호(Rx), 픽셀 선택 신호(SEL), 전송 신호(Tx), 및 기타 등등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 실시 예에서, 리셋 신호(Rx)는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)을 리셋시키는데 사용될 수 있고, 픽셀 선택 신호(SEL)는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)을 선택하는데 사용될 수 있고, 그리고 전송 신호(Tx)는 선택된 픽셀들(402)로부터 리드-아웃 회로(308)로 전기 신호들 또는 아날로그 신호들을 전송하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 행 드라이버(306)는 행 별로 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)로 구동 신호들을 공급할 수 있다.
리드-아웃 회로(308)는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)로부터 전기 또는 아날로그 신호들을 수신하고, 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하도록 구성될 수 있다. 디지털 신호들은 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)에 의해 흡수된 빛의 양에 대응하는 이미지를 나타내는데 사용될 수 있다. 본 명세서의 실시 예들은 “디지털 신호들”, “디지털 픽셀 데이터”, “디지털 이미지 데이터”, 및 기타 등등과 같은 용어들을 상호교환적으로 사용할 수 있다.
리드-아웃 회로(308)는, APS 어레이(302)의 픽셀들(402)로부터 수신한 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하기 위하여, 램프 신호 생성기(312), 바이어스 회로(314), 복수의 열 리드-아웃 회로들/아날로그-디지털 변환기(ADC)들(316), 및/또는 복수의 카운터들(318)을 포함할 수 있다.
램프 신호 생성기(312)는 램프 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 램프 신호는 단일 또는 다중-기울기 램프 신호일 수 있다. 램프 신호는 알려진 커패시터로 전류가 펌핑되는(pumped) 방법, 열측정 전류 구동(thermometric current steering) 디지털-아날로그 변환기(DAC) 및 기타 등등을 이용하여 생성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 램프 신호 생성기(312)는 열 리드-아웃 회로(들)(316)로 생성된 램프 신호들을 제공할 수 있다.
바이어스 회로(314)는 복수의 열 리드-아웃 회로들(316)을 제어하는데 사용되는 각 리드-아웃 열의 비교기 전류, 픽셀 부하 전류, 및 기타 등등과 같은(이에 제한되지는 않음) 전류 또는 바이어스 신호들을 생성하도록 구성될 수 있다. 실시 예에서, 바이어스 신호들은 밴드-갭 기준 전압(band-gap reference voltage)을 이용하여 생성될 수 있다.
열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)(이하 열 리드-아웃 회로(316), 아날로그-디지털 변환기(316), 및/또는 아날로그-디지털 변환기/열 리드-아웃 회로(316)라고 부를 수 있음)는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)의 복수의 열들에 연결될 수 있다. 실시 예에서, 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)는 열-평행(column parallel) 단일 기울기 아날로그-디지털 변환기일 수 있다. 몇몇 실시 예들에 따르면, 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)는 열 리드-아웃 회로들 및/또는 아날로그-디지털 변환기들을 포함할 수 있다. 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)는 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)의 각각 연결된 행들로부터 전기 신호들 또는 아날로그 신호들을 수신하고, 램프 신호 생성기(312)로부터 램프 신호들을 수신하고, 아날로그 신호들과 램프 신호들의 비교를 수행하도록 구성될 수 있다. 열 리드-아웃 회로(316)는 입력 아날로그 신호와 램프 신호를 비교할 수 있고, 램프 신호가 아날로그 신호 값을 넘어서는(교차하는) 경우 출력 신호를 생성할 수 있다(예를 들어, 램프 신호가 아날로그 신호 값을 넘어섰다는 것을 나타내는 출력 신호, 로직 값 '1'을 갖는 출력 신호 등). 카운터(318)는 열 리드-아웃 회로(316)가 아날로그 신호와 램프 신호 값을 비교하도록 개시되는 경우 카운팅을 개시하도록 구성될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 카운터(318)는 출력 신호가 생성되지 않는 동안의 지속 시간을 카운트할 수 있다(예를 들어, 정의된 구간에 따라 출력 신호를 샘플링하고, 출력 신호를 나타내지 않는 샘플들의 수를 더함으로써). 카운터(318)는 열 리드-아웃 회로(316)로부터 출력 회로를 수신하였을 때 카운팅을 중단할 수 있다. 열 리드-아웃 회로(316) 및 카운터(318)는 상호연관 이중 샘플러(co-related double sampler; CDS)로서 동작하도록 구성될 수 있는데, 실제 신호 측정 이전에 리셋 측정이 수행 및/또는 완료된다. 카운터(318)는 대응하는 리셋 측정 값들과 실제 신호 측정 값들을 더 차감할 수 있고, 차감된 값을 픽셀들(402)로부터 흡수된 빛의 디지털 표현으로서 사용할 수 있다. 상호연관 이중 샘플링은 오프셋들과 저주파수 잡음들을 제거함으로써 열들 사이의 부정합(mismatch)을 제거 또는 감소시킬 수 있다. 카운터(318)는 픽셀들(402)로부터 흡수된 빛의 디지털 표현 또는 디지털 신호들을 이미지 신호 프로세서(310)로 제공할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(310)는 수신한 디지털 신호에 대하여 적어도 하나의 처리 동작을 수행하거나, 및/또는 APS 어레이(302)에 의해 흡수된 빛 에너지의 양에 대응하는 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 처리 동작의 예들은 다크 레벨 보상(dark level compensation), 디지털 이득, 불량 픽셀 정정(bad pixel correction), 및 기타 등등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
나아가, APS 어레이(302)로부터 수신된 아날로그 신호는 전원 공급 잡음(APS 어레이(302)와 연결된 외부 전원(전원 전압)으로부터 도입된 잡음 때문에 발생)을 포함할 수 있는데, 이는 이미지 센서(202)의 수평 잡음(horizontal noise; HN) 성능을 저하시킬 수 있다. 도 3에 나타난 바와 같이, APS 어레이(302)의 각 픽셀(402)에서, 전원 공급 잡음은, 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터(Tx1)의 드레인-투-소스 커패시턴스뿐만 아니라, 기생 커패시턴스(402e)를 따라 플로팅 디퓨전(floating diffusion; FD) 노드(402b)와도 연결될 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드(402b)는 이미지 센서(202)의 변환 이득(conversion gain; CG)을 최대화 또는 증가시키기 위하여 모든 커패시턴스들을 최소화 또는 감소시키도록 구성될 수 있다(변환 이득은 이미지 센서(202)가 이미지 센서(202)의 픽셀들(402)의 광다이오드(도시되지 않음)로부터 수신된 하나의 전자를 가능한 한 큰 전압 변화로 변환시킬 수 있는 능력을 측정(평가)한다). 플로팅 디퓨전 노드(402b)의 전원 공급 잡음은 픽셀(402)의 출력으로 직접적으로 도달할 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1)는 최소 또는 작은 크기로 또한 설계되어, 픽셀(402)의 충전율(Fill Factor)을 개선시킬 수 있다. 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1)의 결과적인 낮은 출력 임피던스(1/Gds)는 픽셀(402)의 전원 공급 제거비의 감소(저하)에 기여할 수 있다. APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비는 APS 어레이(302)가 출력 아날로그 신호들에서 전원 공급 잡음을 억제할 수 있는 능력일 수 있다. 픽셀 어레이의 전원 공급 제거비는, 수신된 또는 입력 전원 공급 잡음에 대한 출력 아날로그 신호들 상에 존재하는 전원 공급 잡음의 로그 비로서 측정될 수 있다.
실시 예들에서, 전원 공급 제거비를 보상 또는 정정하기 위하여, 전원 공급 제거비 보상 회로/모듈(314a)(이하 전원 공급 제거비 보상 회로라고 부름)은 바이어스 회로(314) 내에서 통합될 수 있다. 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)와 연결될 수 있다. 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 감소한 전원 공급 제거비를 보상하기 위하여 크기 정정 및/또는 위상 지연 정정을 수행하도록 구성될 수 있고, 그럼으로써 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 정정 범위를 증가시킬 수 있다. 전원 공급 제거비 정정 범위는 리드-아웃 회로(308)가 APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비를 보상할 수 있는 보상 능력을 나타낸다(예를 들어, 대응한다).
크기 정정을 수행하기 위하여, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 APS 어레이(302)와 관련된 전원 공급 잡음에 가까이 정합되는 전원 공급 잡음을 생성할 수 있다. 실시 예들에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 생성된 전원 공급 잡음의 진폭/크기를 증폭하기 위한 증폭을 수행하여, 생성된 전원 공급 잡음의 크기가 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)로부터 수신된 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음의 크기와 정합되도록 한다. 이하 실시 예들에서 “증폭된 전원 공급 잡음”, “유도된 전원 공급 잡음”, “더 큰 전원 공급 잡음”, 및 기타 등등의 용어들은 증폭된 크기를 갖는 전원 공급 잡음을 부르기 위하여 상호교환적으로 사용한다.
증폭된 전원 공급 잡음이 생성되고 나면, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 열 리드-아웃 회로(316)에 대하여 생성된(램프 신호 생성기(312)에 의해) 램프 신호들로 증폭된 전원 공급 잡음을 도입 또는 유도할 수 있다(예를 들어, 전원 공급 잡음과 램프 신호들을 결합, 및/또는 램프 신호들로 전원 공급 잡음을 더함). 결과적으로, 열 리드-아웃 회로(316)는 램프 신호들로 도입된 증폭된 전원 공급 잡음(이하 결합된 전원 공급 잡음이라고 부름)을 이용하여 수신된 아날로그 신호들 상에 존재하는 전원 공급 잡음을 제거함으로써 APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비를 보상 또는 정정할 수 있다. 전원 공급 잡음을 제거하는 것은 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음의 크기와, 램프 신호들의 증폭된 전원 공급 잡음의 크기의 차이를 계산(측정)하는 것을 수반할 수 있다. 램프 신호들의 증폭된 전원 공급 잡음의 크기는 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음의 크기와 정합되도록 조절되기 때문에, 신호들의 위상 지연이 0이라는 가정 하에, 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음의 제거를 나타내는 거의 0에 가까운 차이가 있을 것이다.
실시 예들에서, 열 리드-아웃 회로(316)는 램프 신호로의 증폭된 전원 공급 잡음의 도입을 이용하여 감소된 전원 공급 제거비의 최소값(더 낮은 픽셀 피치 및/또는 더 엄격한 라우팅 제약으로 인해 발생할 수 있는)을 보상 또는 정정할 수 있다. 따라서, 증폭된 전원 공급 잡음을 이용한 APS 어레이(302)의 감소한 전원 공급 제거비의 보상은 이미지 센서(202)의 성능에 영향을 미치지 않고, 전원 공급 제거비 보상 범위를 유의미하게 증가 또는 개선시킬 수 있다.
위상 지연 정정을 수행하기 위하여, 전원 공급 제거비 보상 회로/모듈(314a)는 램프 신호 상의 증폭된 전원 공급 잡음의 위상 지연과, 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위에 대하여 APS 어레이(302)에 의해 제공된 아날로그 신호 상에 존재하는 전원 공급 잡음의 위상 지연을 정합시킬 수 있다. 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위는 수 kHz 에서 수십 MHz에 이를 수 있는 스위치 모드 외부 전원(Switched Mode Power Supplies; SMPS)의 하나 또는 그 이상의 예상되는 스위칭 주파수들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 크기 정정을 수행함으로써 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)를 포함하는 이미지 센서(202)를 도시한다. 도 3에 나타난 바와 같이, APS 어레이(302)는 흡수된 빛 에너지에 대응하는 아날로그 신호들을 출력 또는 생성하도록 구성되는 복수의 픽셀들(402)을 포함할 수 있다. 이하 실시 예들에서, “픽셀”, “이미지 센서 픽셀”, “이미지 픽셀”, 및 기타 등등의 용어들을 상호교환적으로 사용한다.
APS 어레이(302)의 각 픽셀(402)은 전하 검출 요소/플로팅 디퓨전 영역/노드(402b), 및/또는 전송 요소(402c)를 포함할 수 있다. APS 어레이(302)의 각 픽셀(402)은 광전자 변환 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
이하에서 광전자 변환 요소라고 지칭되는 것은 광다이오드, 광트랜지스터, 광게이트, 핀(pinned) 광다이오드, 및 기타 등등 중 적어도 하나일 수 있다. 광전자 변환 요소는 흡수된 빛 에너지에 대응하는 전기적 전하를 축적하도록 구성될 수 있다. 빛 에너지(피사체로부터 반사된)의 광자들이 픽셀(402)의 광전자 변환 요소의 표면에 영향을 미치는(충돌할) 경우, 전기적 전하 운반체들이 생성될 수 있다. 이러한 경우, 생성된 전기적 전하 또는 전자들은 전송 스위치(TX)를 이용하여 플로팅 디퓨전 노드(402b)로 전송될 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드(402b)는 생성된 전기적 전하 운반체들을 수집할 수 있고, 전기적 전하 운반체들을 출력 신호 또는 전기 신호 또는 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 생성된 아날로그 신호는 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1) 및 행 선택 스위치(Tx2)를 이용한 픽셀(402)로부터 아날로그-디지털 변환기(316)로의 출력일 수 있다. 출력 신호는 전압, 전류, 및 기타 등등 중 적어도 하나일 수 있다. 이하 실시 예들은 출력 신호를 아날로그 전압으로 간주하여 예시적으로 설명되지만, 통상의 기술자에게 전류 역시 고려될 수 있음은 명백할 것이다.
플로팅 디퓨전 노드(402b)는 전압 또는 전하를 저장할 수 있는 도핑된(doped) 반도체 영역일 수 있다. 실시 예에서, 플로팅 디퓨전 노드(402b)는 커패시터(또는 장치들의 내부의 고유한 커패시턴스들)일 수 있는데, 이는 전압 또는 전하를 저장할 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드(402b)는 픽셀(402)의 광전자 변환 요소에 의해 출력된 아날로그 전압 또는 전하를 저장하도록 구성될 수 있다.
전송 요소(402c)는 플로팅 디퓨전 노드(402b)에 저장된 아날로그 전압을 리드-아웃 회로(308)의 아날로그-디지털 변환기(316)로 전송하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 스위치 또는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 전송 요소(402c)는 두 개의 트랜지스터들(Tx1 및 Tx2)을 포함할 수 있는데, 트랜지스터(Tx1)는 소스 팔로워 트랜지스터이고, 트랜지스터(Tx2)는 행 선택 스위치다. 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1)는 외부 전원(전원 전압)과 플로팅 디퓨전 노드(402b)에 연결될 수 있다. 행 선택 스위치(Tx2)는 열 도선들(402d)에 연결될 수 있다. 열 도선들(402d)은 행 선택 스위치(Tx2)로부터 플로팅 디퓨전 노드(402b)의 아날로그 전압을 판독하고, 리드-아웃 회로(308)의 아날로그-디지털 변환기(316)로 판독된 아날로그 전압을 공급하도록 구성되는 전도성 도선들일 수 있다.
픽셀(402)은 기생 커패시턴스(402e)를 또한 포함할 수 있다. 기생 커패시턴스(402e)는 전송 요소(402c)의 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1)의 소스 및 드레인 단자들과, 게이트 단자 사이의 용량성 연결(결합)(capacitive coupling)을 포함할 수 있다. 또한, 기생 커패시턴스(402e)는 외부 전원(도시되지 않음)과 플로팅 디퓨전 노드(402b) 사이의 용량성 연결을 포함할 수 있는데, 이는 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1)로 전원을 공급하는 동안 플로팅 디퓨전 노드(402b)로 전원 공급 잡음을 전송(전파)할 수 있다. 따라서, 플로팅 디퓨전 노드(402b)에서 판독된 아날로그 전압은 수신한 전원 공급 잡음의 변화들을 포함할 수 있고, 이는 APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비를 감소시킬 수 있다.
실시 예들에서, APS 어레이(302)는, 행 드라이버(306)로부터 구동 신호들을 수신하는데 있어서(예를 들어, 행 선택 스위치(Tx2)가 켜진 경우), 픽셀(402)의 플로팅 디퓨전 노드(402b)에 저장된 아날로그 전압은 리드-아웃 회로(308)로 전송될 수 있다. 픽셀(402)로부터 리드-아웃 회로(308)로 아날로그 전압을 전송하기 위하여, 행 드라이버(306)는 리드-아웃 회로(308)로부터 행 주소들을 수신할 수 있는데, 행 주소들은 복수의 픽셀들(402) 중 판독될 픽셀의 행(402)을 특정한다. 행 드라이버(306)는 행 단위로 판독될 행 주소에 대응하는 픽셀(402)의 선택을 활성화할 수 있도록 APS 어레이(302)로 픽셀 선택 신호(SEL)를 전송할 수 있다. 픽셀 선택 신호(SEL)는 도 3에 나타난 바와 같이, 행 선택 스위치(Tx2)의 게이트에 연결될 수 있다. 행 드라이버(306)는 선택된 픽셀(402)의 전송 요소(402c)로 전송 신호(Tx)를 더 전송하여, 광다이오드에 저장된 전기적 전하를 플로팅 디퓨전 노드(402b)로 전송할 수 있다. 픽셀 선택 신호(SEL)를 수신하는데 있어서, 전송 요소(402c)의 트랜지스터들(Tx1 및 Tx2)은 열 도선들(402d)을 따라 플로팅 디퓨전 노드(402b)에 저장된 아날로그 전압을 리드-아웃 회로(308)로 전송 또는 버퍼링한다. 리드-아웃 회로(308)로 전송된 아날로그 전압은 전원 공급 잡음을 포함할 수 있는데, 이는 APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비를 감소시킨다.
리드-아웃 회로(308)는 복수의 픽셀들(402), 및/또는 픽셀(들)(402)로부터 판독된 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)를 갖는 바이어스 회로(314)에 연결된 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)를 포함할 수 있다. 복수의 열 리드-아웃 회로들/아날로그-디지털 변환기들(316)은 바이어스 회로(314)의 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)에 연결될 수 있다.
전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 밴드-갭 전류 소스(404a), 증폭기(404b), 하나 또는 그 이상의 커패시터(404c), 및/또는 커런트(전류) 미러들(404d 및 404e)을 포함할 수 있다.
밴드-갭 전류 소스(404a)는 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)를 동작시키는데 사용되는 전류를 생성할 수 있다. 실시 예에서, 전류 소스(404a)는 10 마이크로-암페어(μA)의 전류를 생성할 수 있다.
증폭기(404b)는 전원 공급 잡음을 생성하고, 생성된 전원 공급 잡음을 증폭하도록 구성될 수 있다. 실시 예들에서, 증폭기(404b)는 설정 가능 이득 2단 공급 잡음 증폭기(configurable gain two-stage supply noise amplifier)일 수 있다. 증폭기(404b)는 전류 소스와 연결된 2개의 스테이지들을 포함할 수 있다(도 4에 나타난 바와 같이). 증폭기(404b)의 스테이지들은 서브 마이크로미터 픽셀들의 감소된 전원 공급 제거비를 보상하기 위하여, 전원 공급 잡음의 충분한 증폭을 제공할 수 있게끔 설계될 수 있다. 증폭기(404b)의 설계는 또한 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위 상의 제한된 증폭기 대역폭에 의해 야기되는 위상 효과를 최소화 또는 감소시키고, 수평 잡음(HN) 효과를 최소화 또는 감소시킨다. 증폭기(404b)의 제 1 스테이지는 공통 소스 증폭기를 포함할 수 있다. 증폭기(404b)의 제 2 스테이지는 피드 포워드(feed forward) 경로를 갖는 소스 팔로워를 포함할 수 있고, 이는 이득을 증가시키고 출력 임피던스를 최소화 또는 감소시킬 수 있다. 제 1 스테이지는 전원 공급 잡음에 대해 충분한 이득을 생성할 수 있으나, 큰 출력 임피던스를 갖는다. 큰 출력 임피던스는 전원 공급 잡음이 직접적으로 큰 커패시턴스 부하를 구동시키는 경우(커패시터 결합) 전원 공급 잡음에 위상 지연을 발생시킬 수 있고, 그러므로 픽셀 경로 상의 전원 공급 잡음의 최적화된 또는 원하는 제거를 방지 또는 감소시킬 수 있다. 위상 효과를 방지 또는 감소시키기 위하여, 도 4에 나타난 바와 같이 제 2 스테이지가 추가될 수 있다. 제 2 스테이지는 커패시턴스 부하(404c)를 구동하기 위한 낮은 출력 임피던스를 제공하는 PMOS 입력 소스 팔로워일 수 있다. 작은 추가적 이득은 피드 포워드 경로를 이용하여 얻어질 수 있고, 보상 회로의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는데 사용될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 커패시터들(404c)는 접지되거나 또는 증폭기(404b)의 출력으로 연결되도록 구성될 수 잇다. 실시 예들에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 램프 신호로 도입될 수 있는 전원 공급 잡음의 크기의 설정들에 기반하여 다수의 커패시터들(404c)를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 전원 공급 제거비 보상 범위를 더 증가시키기 위한 더 큰 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 커패시터들(404c)는 증폭된 전원 공급 잡음에 연결되거나 또는 그라운드에 연결되도록(접지되도록) 구성될 수 있다. 장치 커패시턴스들을 포함한 그라운드에 연결된 전체 커패시턴스에 대한 증폭기(404b)의 출력에 연결된 전체 커패시턴스의 비는 증폭기(404b)의 출력으로부터 커런트 미러들의 Mn1 트랜지스터(404e)의 게이트로의 감쇠(attenuation)를 나타낸다.
커런트 미러들(404d 및 404e)은 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)로 증폭된 전원 공급 잡음과 함께 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 커런트 미러들(404d 및 404e)는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 커런트 미러들(404d 및 404e)는 두 개의 트랜지스터들, 도 3에 나타난 바와 같이 서로 연결된 제 1 PMOS 트랜지스터(Mp1 트랜지스터) 및 제 1 NMOS 트랜지스터(Mn1 트랜지스터)를 포함할 수 있다. Mn1 트랜지스터(404e)(Mn1 트랜지스터(404e)의 게이트)는 커패시터(404c)에 연결될 수 있다. Mn1 트랜지스터(404e)는 게이트(Mn1 트랜지스터(404e)의 게이트)에서 증폭기(404b)의 출력과 관련된 증폭된 전원 공급 잡음을 수신하도록 구성될 수 있는데, 게이트는 이미 아날로그-디지털 변환의 시작 시 샘플링될 수 있는 바이어스 전압을 갖는다. Mn1 트랜지스터(404e)는 Mp1 트랜지스터(404d)로 증폭된 전원 공급 잡음과 함께 바이어스 전류를 제공할 수 있다. Mp1 트랜지스터(404d)는 증폭된 전원 공급 잡음과 함께 수신한 전류를 열 리드-아웃 회로(316)로 더 전달할 수 있다.
각 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316)는 전류 소스(406a), 버퍼 트랜지스터들(406b), 및/또는 비교기(406c)를 포함할 수 있다. 전류 소스(406a)는 열 도선들(402d)을 따라 수신된 픽셀(402)의 아날로그 전압을 바이어스하기 위한 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. 전류 소스(406a)에 의해 제공되는 전류의 양은 픽셀(402)의 소스 팔로워 트랜지스터(Tx1)의 강도(strength)를 결정할 수 있다.
버퍼 트랜지스터들(406b)은 램프 신호 생성기(312) 및 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)에 연결될 수 있다. 실시 예에서, 버퍼 트랜지스터들(406b)는 두 개의 트랜지스터들, 예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이 서로 연결된 제 2 PMOS 트랜지스터(Mp2 트랜지스터) 및 제 3 PMOS 트렌지스터(Mp3 트랜지스터)를 포함할 수 있다. Mp2 트랜지스터는 램프 신호 생성기(312)에 연결될 수 있고, Mp3 트랜지스터는 전원 공급 제거비 보상 회로/모듈(314a)의 Mp1 트랜지스터(404d)에 연결될 수 있다. Mp2 트랜지스터 및 Mp3 트랜지스터는 램프 신호 생성기(312)로부터 수신한 램프 신호(이하 예시적으로 램프 전압으로 간주됨)를 버퍼링하도록 구성될 수 있다. Mp3 트랜지스터는 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)의 Mp1 트랜지스터(404d)로부터 증폭된 전원 공급 잡음과 함께 전류를 수신할 수 있다. Mp3 트랜지스터는 수신한 증폭된 전원 공급 잡음을 버퍼링된 램프 신호 또는 램프 버퍼 출력으로 도입 또는 유도할 수 있고, Mp2 트랜지스터는 증폭된 전원 공급 잡음을 포함한 램프 버퍼 출력을 비교기(406c)로 전달할 수 있다.
비교기(406c)는 양의 단자에서, 열 도선들(402d)을 따라 연결된 픽셀(402)의 플로팅 디퓨전 노드(402b)로부터 아날로그 전압(전원 공급 잡음을 포함하여)을 수신할 수 있다. 비교기(406c)의 양의 단자에서의 아날로그 전압의 수신을 포함하는 경로는 이하 픽셀 경로(pixel path)라고 부를 것이다. 비교기(406c)는 음의 단자에서 버퍼 트랜지스터들(406b)로부터 램프 전압(증폭된 전원 공급 잡음을 포함하여)을 수신할 수 있다. 램프 버퍼 트랜지스터들(406b)에서의 증폭된 전원 공급 잡음의 수신, 버퍼 트랜지스터들(406b)에 의한 증폭된 전원 공급 잡음의 램프 전압으로의 도입, 및 비교기(406c)의 음의 단자에서의 증폭된 전원 공급 잡음을 포함한 램프 전압의 수신을 포함하는 신호 경로는 이하 정정 경로(correction path)라고 부를 것이다.
비교기(406c)는 픽셀(402)의 아날로그 전압과 램프 전압(예를 들어, 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하는데 사용되는 전압)의 비교를 수행하고, 아날로그 전압과 램프 전압 사이의 차이를 계산하도록 구성될 수 있다. 비교기(406c)는 비교를 수행하는 동안 픽셀(402)의 아날로그 전압의 전원 공급 잡음을 제거함으로써, APS 어레이(302)의 감소된 전원 공급 제거비를 보상할 수 있다. 비교기(406c)는 램프 전압의 증폭된 전원 공급 잡음의 크기로부터, 픽셀(402)의 아날로그 전압의 전원 공급 잡음의 크기의 차감을 수행함으로써 전원 공급 잡음을 제거할 수 있다. 실시 예들에서, 정정 경로 상의 증폭된 전원 공급 잡음의 도입으로 인하여, 이미지 센서(202)의 비교기(406c)의 전원 공급 제거비 보상 범위는 증가되거나 및/또는 개선될 수 있다. 실시 예들에서, 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 보상 범위는 증폭기의 이득 및 Mp1 트랜지스터(404d)와 Mn1 트랜지스터(404e)의 트랜스컨덕턴스 및/또는 임피던스에 기반하여 측정될 수 있다. 실시 예에서, 전체 전원 공급 제거비 보상 범위는 다음과 같이 측정될 수 있다:
A는 증폭기(404b)의 이득을 나타내며, 
은 정규화된 전류에 대하여, Mp1 트랜지스터(404d)와 Mn1 트랜지스터(404e)의 트랜스컨덕턴스 및/또는 임피던스의 비율을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)의 증폭기(404b)를 도시한다.
증폭기(404b)는 전원 공급 잡음을 증폭하도록 구성될 수 있다. 실시 예들에서, 증폭기(404b)는 전원 공급 잡음 증폭기(404b)일 수 있고, 이는 설정 가능 이득 2단 증폭기일 수 있다. 증폭기(404b)는 트랜지스터에 연결된 전원 공급/전류 소스(502)에 연결된 2개의 스테이지들을 포함할 수 있는데, 제 1 스테이지(504)는 공통 소스 증폭기를 포함할 수 있고, 제 2 스테이지(506)는 피드 포워드 경로를 갖는 소스 팔로워를 포함하여, 이득을 개선하고 최소화 또는 감소된 출력 임피던스를 가질 수 있다. 실시 예에서, 전류 소스(502)는 증폭기(404b)의 제 1 스테이지(504) 및 제 2 스테이지(506)로 150 마이크로암페어(μA)의 전류를 제공하도록 구성될 수 있다.
제 1 스테이지(504)는 커패시터(504a), 트랜지스터(504b), 및/또는 저항(504c)을 포함할 수 있다. 커패시터(504a)의 한 단자는 제 4 PMOS 트랜지스터(Mp4 트랜지스터)(504b)의 게이트에 연결될 수 있고, 다른 단자는 그라운드에 연결될 수 있다. 커패시터(504a)는 저항(504c)을 이용하여 종료(종단, termination)되는 Mp4 트랜지스터(504b) 상의 전류로서 전원 공급 잡음을 제공할 수 있다. Mp4 트랜지스터(504b)의 소스 및 드레인은 외부 전원 및 저항(504c)에 각각 연결될 수 있다. 실시 예에서, 저항(504c)은 중간 정도 또는 큰 저항 값(예를 들어, 1.2kΩ)을 갖는 저항일 수 있다. 전류 소스(502)는 증폭기(404b)로 또는 증폭기(404b) 내에 바이어스 전압을 제공할 수 있고(도시된 바와 같이), 이는 그 다음 Mp4 트랜지스터(504b)의 게이트에서 샘플링될 수 있다. Mp4 트랜지스터(504b)는 저항(504c)과 함께, 전원 공급 잡음을 증폭할 수 있다. 증폭된 전원 공급 잡음은, 저항(504c)을 이용하여 그 다음 종료되는 Mp4 트랜지스터(504b) 상의 전류로서 제공될 수 있다. 그러므로, 제 1 스테이지(504)에 의해 제공되는 전원 공급 잡음의 이득은 
*R로 계산될 수 있으며, R은 저항(504c)의 저항 값을 나타낸다.
제 2 스테이지(506)은 작은 피드 포워드 이득을 갖는 소스 팔로워 스테이지일 수 있다. 실시 예에서, 소스 팔로워 스테이지(506)는 두 개의 PMOS 트랜지스터들(제 5 PMOS 트랜지스터(Mp5 트랜지스터) 및 제 6 PMOS 트랜지스터(Mp6 트랜지스터))을 포함할 수 있다. Mp5 및 Mp6 트랜지스터들은 소스 팔로워 트랜지스터들일 수 있다. Mp5 및 Mp6 트랜지스터들은 제 1 스테이지(504)에 연결될 수 있다. Mp5 및 Mp6 트랜지스터들은 제 1 스테이지(504)의 구성요소들에 연결됨으로써, 제 1 스테이지(504)로부터 증폭된 전원 공급 잡음을 수신하도록 구성될 수 있다. Mp5 및 Mp6 트랜지스터들은 수신한 증폭된 전원 공급 잡음을 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)의 하나 또는 그 이상의 커패시터들(404c)로 전달하도록 더 구성될 수 있다. 이는 유리할 수 있는데, 제 1 스테이지(504)는 유의미한 위상 지연 없는 큰 저항 값 때문에, 증폭된 전원 공급 잡음을 하나 또는 그 이상의 커패시터들(404c)로 구동하지 못할 수 있기 때문이다. 실시 예들에 따르면, 제 2 스테이지(506)는 수신한 증폭된 전원 공급 잡음을, 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위에서 위상 지연 없이, 하나 또는 그 이상의 커패시터들(404c)로 전달할 수 있다.
실시 예들에서, 정정 경로 상의 증폭기(404b)에 의한 증폭된 전원 공급 잡음의 도입은 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시킬 수 있다. 전원 공급 제거비 보상 범위는 증폭기(404b)의 이득에 의존할 수 있다. 예를 들어, 'A'가 증폭기(404b)의 이득인 경우, 전원 공급 제거비 보상 범위는 A배 개선될 수 있다. 증폭기(404b)의 이득(A)는 아래 식을 이용하여 측정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 위상 정정을 수행함으로써 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키기 위한 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)를 포함하는 이미지 센서(202)를 도시한다. 실시 예들은, 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위에 대하여, 정정 경로 상에 도입된 증폭된 전원 공급 잡음의 위상 지연과, 픽셀들에 의해 픽셀 경로 상에 도입된 전원 공급 잡음의 위상 지연을 정합시키기 위하여, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)를 활성화한다. 분석의 대상이 되는 주파수들의 범위는, 수 kHz에서 수십 MHz에 이를 수 있는 스위치 모드 외부 전원(SMPS)의 예상되는 스위칭 주파수일 수 있다. 리드-아웃 회로(308)는 상호연관 이중 샘플러(CDS)를 구현할 수 있는데, 저주파수 전원 공급 잡음을 효과적으로 제거(무효화) 또는 감소시킬 수 있는 신호 및 리셋 전압들이 이들 사이에 작은 시간 간격을 두고 측정된다. 나아가, 리드-아웃 회로(308)의 열 리드-아웃 회로/아날로그-디지털 변환기(316) 상의 비교기(406c)는 고주파 잡음을 제거 또는 감소시키기 위하여 저역 통과 특성(low pass characteristic)을 가질 수 있다. 따라서, 유효한 주파수 보상 범위는 저역 통과 차단 주파수와 고역 통과 차단 주파수 사이인데, 이미지 센서(202)의 설계 구조, 타이밍, 및 기타 등등에 기반하여 50kHz 부근에서 2 내지 3MHz로 변할 수 있는 전원 공급 잡음은, 성능에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)의 커런트 미러들(404d 및 404e)은 전도성 도선(도 5에 '도선 A'로 표시됨)을 따라 열 리드-아웃 회로(316)의 버퍼 트랜지스터들(406b)에 연결될 수 있다. 도선 A는 모든 픽셀들(402)에 연결된 모든 열 리드-아웃 회로들을 가로질러 연결되는 전도성 도선일 수 있다. 도선 A는 저항들, 커패시터들, 및 기타 등등과 같은 기생 요소들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)의 커런트 미러들(404d 및 404e)이 도선 A를 따라 증폭된 전원 공급 잡음과 함께 전원을 열 리드-아웃 회로(316)의 버퍼 트랜지스터들(406b)로 제공하는 경우, 도선 A는 그것의 기생 요소들 및 Mp1 트랜지스터(404d)의 트랜스컨덕턴스로 인하여, 정정 경로를 따라 저항-커패시터(RC) 위상 지연을 도입할 수 있다.
실시 예들에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 정정 경로 상의 RC 위상 지연과 픽셀 경로 상의 위상 지연을 정합시킴으로써 위상 정정을 수행할 수 있다. 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 커런트 미러(404d)의 Mp1 트랜지스터(404d)의 임피던스 및/또는 트랜스컨덕턴스를 제어함으로써, 픽셀 경로 상의 위상 지연과 정합되도록 정정 경로 상의 RC 위상 지연을 설정할 수 있다. 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 Mp1 트랜지스터(404d)의 설정들을 수정함으로써 Mp1 트랜지스터(404d)의 임피던스를 제어할 수 있다. 실시 예들에서, Mp1 트랜지스터(404d)의 설정들을 수정하는 것은 Mp1 트랜지스터(404d)의 크기 및/또는 승수(들)을 변경하고, Mn1 트랜지스터(404e)에 대해서도 비슷하게 크기 변경하는 것을 수반할 수 있다. 실시 예들에서, Mn1 트랜지스터(404e)의 크기 또는 승수들은 유사한 비율로 변화할 수 있고, 따라서 열 리드-아웃 회로(316)의 버퍼 트랜지스터들(406b)로 제공되는 전원 또는 전류가 변하지 않거나 또는 유사할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 이미지 센서(202)의 예시적인 구성 요소들을 나타내지만, 실시 예들은 이에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 실시 예들에서, 이미지 센서(202)는 더 적은 또는 더 많은 구성 요소들을 포함할 수 있다. 나아가, 구성 요소들의 레이블들 또는 명칭들은 오직 설명하기 위한 목적으로 사용되며, 실시 예들의 범위를 제한하지 않는다. 하나 또는 그 이상의 구성 요소들은 이미지 센서(202)에서의 동일한 또는 실질적으로 유사한 기능을 수행하기 위하여 결합될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로에 대한 진폭/크기 정정을 수행함으로써 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 방법(700)을 나타내는 흐름도이다.
동작 702에서, 픽셀들(402)은 피사체로부터 반사된 빛 에너지를 흡수함으로써 생성되는 전기적 전하들을 축적할 수 있고, 축적된 전기적 전하들을 전기 또는 아날로그 신호들로 변환할 수 있다. 동작 704에서, 픽셀들(402)에 연결된 열 리드-아웃 회로/아날로그 디지털 변환기(316)는 픽셀 경로 상의 픽셀들(402)로부터 아날로그 신호들을 판독할 수 있다. 판독된 아날로그 신호들은 픽셀들(402)에 의해 도입된 전원 공급 잡음을 포함하는데, 이는 APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비를 감소시킬 수 있다.
동작 706에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 픽셀들(402)에 의해 도입된 전원 공급 잡음에 가깝게 정합되는 전원 공급 잡음을 생성할 수 있고, 생성된 전원 공급 잡음을 증폭할 수 있다. 생성된 전원 공급 잡음은 그 크기가 픽셀 경로 상에서 수신된 아날로그 신호들의 크기와 가깝게 정합되도록 증폭될 수 있다.
동작 708에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 증폭된 전원 공급 잡음을 열 리드-아웃 회로(316)의 버퍼 트랜지스터들(406b)에서 버퍼링된 램프 신호들로 도입할 수 있다. 동작 710에서, 열 리드-아웃 회로(316)는 정정 경로 상의 버퍼 트랜지스터들(406b)로부터 증폭된 전원 공급 잡음을 포함한 램프 신호들을 수신할 수 있다.
동작 712에서, 열 리드-아웃 회로(316)는 램프 신호들의 증폭된 전원 공급 잡음으로부터 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음을 차감함으로써, APS 어레이(302)의 감소된 전원 공급 제거비를 보상할 수 있다. 열 리드-아웃 회로(316)는 픽셀 경로 상에서 수신한 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음의 크기와, 증폭된 전원 공급 잡음을 포함하는 램프 신호들의 비교를 수행할 수 있고, 아날로그 신호들의 전원 공급 잡음을 제거할 수 있는데, 램프 신호들의 증폭된 전원 공급 잡음의 크기는 아날로그 신호들의 크기와 가깝게 정합되기 때문이다. 이로써 APS 어레이(302)의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키면서, 감소한 전원 공급 제거비를 보상할 수 있게 된다. 다양한 동작들(702~712)은 제시된 순서에 따라 수행될 수 있고, 다른 순서로 수행될 수 있고, 또는 동시에 수행될 수 있다. 나아가, 실시 예들에서, 도 6에 나타난 몇몇 행동(동작)들은 생략될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로에 대한 위상 정정을 수행함으로써 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비 보상 범위를 증가시키는 방법(800)을 나타내는 흐름도이다.
동작 802에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)와 열 리드-아웃 회로(316)를 연결하는 도선 A는 그것의 기생 요소들로 인하여 정정 경로 상의 위상 지연을 생성할 수 있다.
동작 804에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 정정 경로 상의 생성된 위상 지연 및 픽셀 경로 상에 도입된 위상 지연과 함께, 커런트 미러들의 Mp1 트랜지스터(404d)의 설정들을 수정할 수 있다(Mn1 트랜지스터(404e)에 대해서도 유사한 비율로). 설정들은 Mp1 트랜지스터(404d)의 크기 또는 승수들을 포함할 수 있다.
동작 806에서, 전원 공급 제거비 보상 회로(314a)는 수정된 설정들에 기반하여 Mp1 트랜지스터(404d)의 임피던스를 제어할 수 있고, 정정 경로 상의 위상 지연은 픽셀 경로 상의 위상 지연과 정합되거나 비슷해지도록 구성될 수 있다. 다양한 동작들(802~806)은 제시된 순서에 따라 수행될 수 있고, 다른 순서로 수행될 수 있고, 또는 동시에 수행될 수 있다. 나아가, 실시 예들에서, 도 7에 나타난 몇몇 행동들은 생략될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 픽셀 피치(pixel pitch)에 의한 전원 공급 제거비의 변화를 나타내는 예시적인 그래프이다. 종래 접근 방법은 픽셀들의 크기 감소로 인하여 발생하는 감소된 전원 공급 제거비의 최저값을 보상하는데 제한된 범위를 가질 수 있다. 이와 대조적으로, 실시 예들은 APS 어레이(302)의 픽셀들(402)의 크기 감소로 인하여 발생하는 감소된 전원 공급 제거비의 최저값을 보상한다. 감소된 전원 공급 제거비의 최저값은 정정 경로 상의 전원 공급 잡음의 크기 정정 및/또는 위상 정정을 수행함으로써 보상 또는 정정될 수 있다. 픽셀들의 크기 감소로 인한 감소된 전원 공급 제거비를 보상하는 전원 공급 제거비 보상 범위는 도 8에 나타난다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른, 정정 경로 상에 존재하는 전원 공급 잡음에 수행된 크기 정정 및 위상 정정에 의한 이미지 센서(202)의 전원 공급 제거비의 개선을 나타내는 예시적인 그래프이다.
APS 어레이들의 전원 공급 제거비를 보상하기 위한 종래 장치들은 서브-마이크로미터 범위의 크기를 지니는 픽셀들을 갖는 APS 어레이들의 전원 공급 제거비를 적절하게 보상하기에는 불충분한 전원 공급 제거비 보상 범위를 갖는다.
그러나, 실시 예들은 정정 경로 상의 증폭된 전원 공급 잡음의 도입을 가능하게 하여, 이미지 센서(202)의 비교기(406c)의 전원 공급 제거비 보상 범위가 증가 및/또는 개선되는 것을 가능하게 한다(예를 들어, 증폭기(404b)의 이득 및 Mp1 트랜지스터(404d)와 Mn1 트랜지스터(404e)의 트랜스컨덕턴스 및/또는 임피던스에 에 대응하는 전원 공급 제거비 보상 범위). 따라서, 실시 예들은 이미지 센서에 의해 이용되는 전원 공급 제거비 보상 방법의 범위를 개선하며, 이는 존재하는 또는 종래 설계들에 의해 뒷받침되는 APS 어레이들에 비하여 낮은 전원 공급 제거비를 갖는, 서브-마이크로미터 픽셀들로 이루어진 APS 어레이들에 대하여 유리하다. 실시 예들은 서브 마이크로미터 픽셀들의 설계가, 정정 범위가 증가됨에 따라 전원 공급 제거비로부터의 제약 사항 없이, 또는 적은 제약 사항 하에서 수행될 수 있음을 확실히 한다. 실제 전원 공급 잡음 경로 및 정정 경로 사이의 크기 및 위상을 정합시키는 것은 높은 전원 공급 제거비 레벨을 얻는 것을 돕는다. 실시 예들은 다른 센서 수행 파라미터들 및 이미지 센서의 면적 또는 전력에 영향을 미치지 않으면서, 전원 공급 제거비 보상 방법의 범위를 개선한다.
실시 예들은 구성 요소들을 제어하기 위한 적어도 하나의 하드웨어 장치 상에서 실행되는 적어도 하나의 소프트웨어 프로그램을 통하여 구현될 수 있다. 도 1 내지 도 5에 나타난 구성 요소들은 하드웨어 장치 중 적어도 하나 또는 하드웨어 장치 및 소프트웨어 모듈의 결합일 수 있다.
실시 예들에서, 본 명세서에 이미징 시스템(200), 이미지 센서(202), 프로세서(204), APS 어레이(302), 타이밍 생성기(304), 행 드라이버(306), 리드-아웃 회로(308), 이미지 신호 프로세서(310), 램프 신호 생성기(312), 바이어스 회로(314), 복수의 열 리드-아웃 회로들/아날로그-디지털 변환기들(316), 복수의 카운터들(318), 전원 공급 제거비 보상 회로(314a), 전하 검출 구성 요소 또는 플로팅 디퓨전 영역 또는 노드(402b), 전송 요소(402c), 비교기(406c), 및/또는 증폭기(404b)에 의하여 수행되는 것으로 설명된 동작들은 처리 회로에 의해 수행될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 '처리 회로'는, 예를 들어, 로직 회로들을 포함하는 하드웨어; 소프트웨어를 실행하는 프로세서와 같은 하드웨어와 소프트웨어의 결합; 또는 그들의 결합을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는 더 구체적으로 CPU, 산술 로직 유닛(ALU), 디지털 신호 프로세서, 마이크로컴퓨터, 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 시스템-온-칩(SoC), 프로그래밍 가능 로직 유닛, 마이크로프로세서, ASIC, 및 기타 등등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상술된 다양한 방법들의 동작들은, 처리 회로와 같이 동작들을 수행할 수 있는 임의의 적절한 장치에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상술된 방법들의 동작들은 다양한 하드웨어 및/또는 하드웨어의 형태로 구현된 소프트웨어(예를 들어, 프로세서, ASIC, 기타 등등)에 의해 수행될 수 있다.
소프트웨어는 논리적 기능들을 구현하기 위하여 실행 가능한 명령들의 정렬된 목록을 포함할 수 있고, 임의의 사용 가능한 “프로세서-판독 가능 매체” 또는 단일 또는 다중 코어 프로세서, 또는 프로세서를 포함하는 시스템과 같은, 명령 실행 시스템, 또는 장치에 의해 또는 이와 관련하여 구현될 수 있다.
실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 블록들 또는 동작들, 및 기능들은 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 둘의 결합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현된 경우, 기능들은 유형의, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 또는 그 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 전송될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM, 플래시 메모리, ROM, EPROM, EEPROM, 레지스터, 하드 디스크, 제거 가능 디스크, CD ROM, 또는 통상의 기술자에게 알려진 임의의 다른 저장 매체 상에 저장될 수 있다.
요소가 다른 요소 “에”, “에 연결된”, “에 결합된” 것으로 언급되는 때, 그것은 다른 요소 “에 직접적으로”, “에 직접적으로 연결된”, “에 직접적으로 결합된”일 수 있거나, 하나 또는 그 이상의 사이의 요소들이 존재할 수 있다. 본문에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"의 용어는 하나 또는 그 이상의 연관된 객체들의 일부 또는 모든 조합들을 포함한다.
실시 예들은 이하에서 더 상세하게 설명될 유닛들 및/또는 장치들과 관련하여 구현될 수 있는 동작들 및 동작들의 기호적 표현(예를 들어, 흐름도, 데이터 흐름도, 구조도, 블록도 등의 형태)을 참조하여 설명될 수 있다. 비록 특정 방식으로 설명되었지만, 특정 블록에서 특정된 기능 또는 동작은 흐름도 등에서 지정된 순서와 다르게 수행될 수 있다. 예를 들어, 2개의 연속된 블록들에서 연속적으로 수행되는 것으로 나타난 기능 또는 동작은 실제로 동시에 수행될 수 있고, 또는 어떤 경우에는 역순으로 수행될 수 있다.
실시 예들에 대한 상기 설명은, 본 명세서의 실시 예들의 일반적인 본질을 충분히 이해할 수 있도록, 일반적인 개념에서 벗어나지 않고 다른 사람들이 최신 지식을 적용하여 다양한 응용 분야에 맞게 쉽게 수정 및/또는 변경할 수 있을 것이고, 그러므로 그러한 변경과 수정은 본 명세서에 개시된 실시 예들과 등가의 의미와 범위 내에서 이해되는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용된 어구 또는 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 그러므로, 본 명세서의 실시 예들이 예시적으로 설명되었지만, 통상의 기술자는 본 명세서에 개시된 예시들이 본 명세서에 설명된 바와 같은 실시 예들의 사상 및 범위 내에서 수정되어 실시될 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (10)
- 이미지 센서의 전원 공급 제거비(PSRR)를 보상하는 방법에 있어서,
처리 회로에 의해, 능동 픽셀 센서(APS) 어레이로부터 전원 공급 잡음을 포함하는 적어도 하나의 아날로그 신호를 수신하는 단계;
상기 처리 회로에 의해, 결합된 전원 공급 잡음을 얻기 위하여, 증폭된 전원 공급 잡음과 적어도 하나의 램프 신호(ramp signal)를 결합하는 단계; 및
상기 처리 회로에 의해, 상기 결합된 전원 공급 잡음을 이용하여 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음을 제거함으로써, 상기 APS 어레이의 상기 전원 공급 제거비를 보상하는 단계를 포함하는 방법. - 제 1 항에 대하여,
상기 APS 어레이는, 흡수된 빛 에너지에 응답하여 상기 적어도 하나의 아날로그 신호를 생성하기 위한 복수의 행들과 열들로 배열된 복수의 픽셀들을 포함하는 방법. - 제 1 항에 대하여,
상기 적어도 하나의 아날로그 신호를 수신하는 단계는, 상기 APS 어레이의 적어도 하나의 열로부터 상기 적어도 하나의 아날로그 신호를 판독하는 단계를 포함하고,
상기 APS 어레이는 복수의 픽셀들을 포함하고, 그리고
상기 전원 공급 잡음은 상기 APS 어레이의 상기 전원 공급 제거비를 감소시키고,
상기 적어도 하나의 램프 신호를 수신하는 단계; 및
버퍼 트랜지스터를 이용하여 상기 적어도 하나의 램프 신호를 버퍼링하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제 1 항에 대하여,
상기 결합하는 단계는:
상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음과 정합되는 생성된 전원 공급 잡음을 생성하는 단계;
상기 생성된 전원 공급 잡음을 증폭함으로써 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 생성하는 단계; 및
적어도 하나의 커패시터 및 커런트 미러(current mirror)들을 이용하여 버퍼 트랜지스터에서 버퍼링된 상기 적어도 하나의 램프 신호에 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 도입함으로써, 상기 적어도 하나의 램프 신호와 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 결합하는 단계를 포함하는 방법. - 제 4 항에 대하여,
상기 생성된 전원 공급 잡음을 증폭하는 단계는 상기 생성된 전원 공급 잡음을 증폭기를 이용함으로써 증폭하고,
상기 증폭기는:
상기 증폭된 전원 공급 잡음을 생성하도록 구성되는 공통 소스 증폭기를 포함하는 제 1 스테이지; 및
주파수 범위에서 위상 지연 없이 상기 적어도 하나의 커패시터로 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 전달하도록 구성되는 피드 포워드(feed forward) 경로를 갖는 소스 팔로워(source follower)를 포함하는 제 2 스테이지를 포함하는 방법. - 제 4 항에 대하여,
상기 커런트 미러들은, 상기 적어도 하나의 커패시터에 연결된 제 1 NMOS 트랜지스터(Mn1 트랜지스터) 및 제 3 PMOS 트랜지스터(Mp1 트랜지스터)를 포함하는 방법. - 제 6 항에 대하여,
상기 Mn1 트랜지스터에 의해, 상기 적어도 하나의 커패시터로부터 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 수신하는 단계;
상기 Mn1 트랜지스터에 의해, 상기 Mp1 트랜지스터로 바이어스 전압과 함께 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 제공하는 단계; 및
상기 Mp1 트랜지스터에 의해, 상기 버퍼 트랜지스터로 상기 바이어스 전압과 함께 상기 증폭된 전원 공급 잡음을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제 1 항에 대하여,
상기 처리 회로에 의해, 주파수 범위에 대하여, 상기 결합된 전원 공급 전원잡음의 위상 지연과 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음의 위상 지연을 정합시킴으로써, 상기 APS 어레이의 상기 전원 공급 제거비를 보상하는 단계를 더 포함하는 방법. - 능동 픽셀 센서(APS) 어레이; 및
상기 APS 어레이로부터 적어도 하나의 아날로그 신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 아날로그 신호는 전원 공급 잡음을 포함하고,
결합된 전원 공급 잡음을 얻기 위하여, 증폭된 전원 공급 잡음과 적어도 하나의 램프 신호(ramp signal)를 결합하고,
상기 결합된 전원 공급 잡음을 이용하여 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 상기 전원 공급 잡음을 제거함으로써, 상기 APS 어레이의 전원 공급 제거비(PSRR)를 보상하도록 구성되는 상기 APS 어레이에 연결된 리드-아웃(read-out) 회로를 포함하는 이미지 센서. - 이미지 센서의 전원 공급 제거비(PSRR) 보상 회로에 있어서,
상기 이미지 센서는 능동 픽셀 센서(APS) 어레이 및 상기 APS 어레이에 연결된 복수의 아날로그-디지털 변환기(ADC)들을 포함하되,
상기 전원 공급 제거비 보상 회로는:
상기 복수의 아날로그-디지털 변환기들의 각각에서 상기 APS 어레이로부터 적어도 하나의 아날로그 신호를 판독하는 것에 기반하여 정정 경로 상의 생성된 전원 공급 잡음을 생성하고, 그리고
상기 생성된 전원 공급 잡음의 크기 정정 및 위상 정정을 수행함으로써 상기 APS 어레이의 전원 공급 제거비를 보상하도록 구성되는 회로.
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