KR20210089341A - Method and circuit for detecting metastability of comparator - Google Patents

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KR20210089341A
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박상규
신태섭
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삼성전자주식회사
한양대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for detecting metastability of a comparator and a detection circuit thereof. According to an embodiment of the present invention, a circuit for detecting metastability of a comparator comprises: a driving voltage generator receiving differential output signals from a differential output comparator and generating a driving voltage for each of the differential output signals when each of the differential output signals falls less than or equal to a detection voltage; and a metastability detection unit generating a metastability detection signal on the basis of the driving voltage. Accordingly, the circuit for detecting metastability of a comparator is implemented as a simple circuit, thereby efficiently detecting metastability of a comparator. In addition, the circuit can occupy a small space, reduce power consumption, and quickly determine whether a comparator is metastable.

Description

비교기의 준안정성 검출 방법 및 검출 회로{METHOD AND CIRCUIT FOR DETECTING METASTABILITY OF COMPARATOR}METHOD AND CIRCUIT FOR DETECTING METASTABILITY OF COMPARATOR

본 발명은 반도체 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비교기의 준안정성 검출 회로 및 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor circuit, and more particularly, to a metastability detection circuit and a detection method of a comparator.

비교기는 수신된 입력 신호들의 전압 레벨을 비교하여, 어느 쪽이 더 큰지를 판단하고, 이를 출력 신호로서 나타낸다. 따라서, 비교기가 입력 신호들 중 어느 쪽이 더 큰지 판단하지 못하는 경우에는 불안정한 상태에 놓일 수 있는데, 이는 입력 신호들의 전압 레벨의 차이가 작을수록 오랜 기간 지속될 수 있다. 이 경우 비교기가 준안정성을 갖는다고 할 수 있다.The comparator compares the voltage levels of the received input signals to determine which is greater, and represents this as an output signal. Accordingly, when the comparator cannot determine which of the input signals is greater, it may be in an unstable state, which may persist for a longer period as the voltage level difference between the input signals is smaller. In this case, it can be said that the comparator has metastability.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 효율적으로 비교기의 준안정성을 검출할 수 있는 방법 및 반도체 회로를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method and a semiconductor circuit capable of efficiently detecting metastability of a comparator.

상기 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로는, 상기 차동 출력 비교기로부터 차동 출력 신호들을 수신하고, 상기 각 차동 출력 신호가 검출 전압 이하로 내려갈 때, 상기 차동 출력 신호들 각각에 대한 구동 전압을 생성하는 구동 전압 생성부, 및 상기 구동 전압에 기초하여 준안정성 검출 신호를 생성하는 준안정성 검출부를 포함한다.In order to achieve the above object, a metastability detection circuit of a comparator according to an embodiment of the present invention receives differential output signals from the differential output comparator, and when each differential output signal goes below a detection voltage, the differential and a driving voltage generator configured to generate a driving voltage for each of the output signals, and a metastability detector configured to generate a metastability detection signal based on the driving voltage.

실시예에 따라, 상기 구동 전압 생성부는, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터들, 및 캐패시터를 포함하고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 전원 전압과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 상기 제1 노드와 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 캐패시터는 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되며, 상기 제2 PMOS 트랜지스터는 상기 전원 전압과 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 캐패시터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결될 수 있다. The driving voltage generator may include first and second PMOS transistors, first and second NMOS transistors, and a capacitor, wherein the first PMOS transistor is connected between a power supply voltage and a first node wherein the first NMOS transistor is connected between the first node and a ground node, the capacitor is connected between the first node and the ground node, and the second PMOS transistor is connected between the power supply voltage and a second node. may be connected to, the second NMOS transistor may be connected between the second node and the ground node, and the capacitor may be connected between the second node and the ground node.

실시예에 따라, 상기 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들은 각각 상기 차동 출력 신호들 중 어느 하나를 게이트 전압으로 할 수 있다. According to an embodiment, each of the first and second PMOS transistors may use any one of the differential output signals as a gate voltage.

실시예에 따라, 상기 준안정성 검출부는, NAND-게이트를 포함하고, 상기 NAND-게이트의 입력 신호는 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 레벨들일 수 있다. In some embodiments, the metastability detector may include a NAND-gate, and an input signal of the NAND-gate may be voltage levels of the first node and the second node.

실시예에 따라, 상기 구동 전압 생성부는, 상기 비교기가 비활성화되는 시간 동안, 리셋 될 수 있다. In some embodiments, the driving voltage generator may be reset while the comparator is deactivated.

실시예에 따라, 상기 전원 전압으로부터 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 각각으로 흐르는 전류의 크기는, 상기 제1 PMOS 트랜지스터 및 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이에 기초하여 결정될 수 있다. In some embodiments, a magnitude of a current flowing from the power supply voltage to each of the first node and the second node may be determined based on a channel width and a channel length of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor.

상기 일 목적으로 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법은, 차동 출력 비교기로부터 차동 출력 신호들을 수신하는 단계, 상기 각 차동 출력 신호가 검출 전압 이하로 내려갈 때, 상기 차동 출력 신호들 각각에 대한 구동 전압을 생성하는 단계, 및 상기 구동 전압에 기초하여 준안정성 검출 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method for detecting metastability of a comparator according to another embodiment of the present invention includes: receiving differential output signals from a differential output comparator; when each differential output signal goes below a detection voltage, the generating a driving voltage for each of the differential output signals, and generating a metastability detection signal based on the driving voltage.

실시예에 따라, 상기 구동 전압 생성부는, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터들, 및 캐패시터를 포함하고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 전원 전압과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 상기 제1 노드와 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 캐패시터는 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되며, 상기 제2 PMOS 트랜지스터는 상기 전원 전압과 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 캐패시터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결될 수 있다. The driving voltage generator may include first and second PMOS transistors, first and second NMOS transistors, and a capacitor, wherein the first PMOS transistor is connected between a power supply voltage and a first node wherein the first NMOS transistor is connected between the first node and a ground node, the capacitor is connected between the first node and the ground node, and the second PMOS transistor is connected between the power supply voltage and a second node. may be connected to, the second NMOS transistor may be connected between the second node and the ground node, and the capacitor may be connected between the second node and the ground node.

실시예에 따라, 상기 준안정성 검출부는, NAND-게이트를 포함하고, 상기 NAND-게이트의 입력 신호는 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 레벨들일 수 있다. In some embodiments, the metastability detector may include a NAND-gate, and an input signal of the NAND-gate may be voltage levels of the first node and the second node.

실시예에 따라, 상기 전원 전압으로부터 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 각각으로 흐르는 전류의 크기는, 상기 제1 PMOS 트랜지스터 및 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이에 기초하여 결정될 수 있다.In some embodiments, a magnitude of a current flowing from the power supply voltage to each of the first node and the second node may be determined based on a channel width and a channel length of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor.

본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법 및 검출 회로는 간단한 회로로 구현되어 효율적으로 비교기의 준안정성을 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로는 작은 공간을 차지하며, 전력 소모를 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법 및 검출 회로는 비교기의 준안정성 여부를 신속하게 판단할 수 있다. The metastability detection method and detection circuit of a comparator according to an embodiment of the present invention is implemented as a simple circuit, so that the metastability of the comparator can be efficiently detected. Accordingly, the metastability detection circuit of the comparator according to the embodiments of the present invention occupies a small space and can reduce power consumption. Furthermore, the method and detection circuit for metastability of a comparator according to embodiments of the present invention can quickly determine whether the comparator is metastability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이다.
도 3은 비교기의 준안정성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 비교기의 준안정성 검출 회로의 회로도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 비교기의 준안정성 검출 회로의 회로도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 비교기의 준안정성 검출 회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 비교기를 포함하는 아날로그-디지털 컨버터를 구비한 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a method for detecting metastability of a comparator according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining metastability of a comparator.
4A is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4B is a circuit diagram of the metastability detection circuit of the comparator shown in Fig. 4A.
5A is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to another embodiment of the present invention.
Fig. 5B is a circuit diagram of the metastability detection circuit of the comparator shown in Fig. 5A.
6A is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to another embodiment of the present invention.
6B is a circuit diagram of a metastability detection circuit of the comparator shown in FIG. 6A.
7 is a diagram illustrating an image sensor having an analog-to-digital converter including a comparator according to embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and repeated descriptions of the same components are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이다.1 is a flowchart illustrating a method for detecting metastability of a comparator according to an embodiment of the present invention. 2 is a block diagram illustrating a metastability detection circuit according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 준안정성 검출 회로(10)는, 차동 출력 비교기(20)로부터 차동 출력 신호들(vo1, vo2)을 수신한다(S10).1 and 2 , the metastability detection circuit 10 receives differential output signals vo1 and vo2 from the differential output comparator 20 ( S10 ).

여기서, 비교기(20)는 입력 신호들(vip, vin)을 수신하고, 입력 신호들(vip, vin)의 전압 레벨을 비교하여, 어느 쪽이 더 큰지를 판단하고, 이를 차동 출력 신호들(vo1, vo2)로 나타낼 수 있다. Here, the comparator 20 receives the input signals vip and vin, compares the voltage levels of the input signals vip and vin, determines which one is greater, and converts it to the differential output signals vo1 , vo2).

여기서, 입력 신호들(vip, vin)은 아날로그 입력 신호들일 수 있고, 실시예에 따라, 입력 신호들(vip, vin)은 아날로그 신호를 변환한 신호와 이에 상응하는 기준 신호일 수 있다. 실시예에 따라, 비교기(20)가 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기(Successive Approximation Register Analog-to-digital converter)(SAR ADC)에 사용되는 경우, 입력 신호(vip)는 아날로그 입력 신호를 샘플링 및 홀딩한 신호일 수 있고, 입력 신호(vin)는 연속 근사 로직 회로로부터 제공된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 신호일 수 있다. Here, the input signals vip and vin may be analog input signals, and according to an embodiment, the input signals vip and vin may be a signal converted from an analog signal and a reference signal corresponding thereto. According to an embodiment, when the comparator 20 is used in a Successive Approximation Register Analog-to-digital converter (SAR ADC), the input signal vip samples and holds the analog input signal. It may be a single signal, and the input signal vin may be a signal obtained by converting a digital signal provided from a successive approximation logic circuit into an analog signal.

여기서, 비교기(20)는 입력 신호들(vip, vin)의 전압 레벨의 차이가 작은 경우, 어느 쪽이 더 큰지를 미리 설정된 시간 내에 판단하지 못할 수 있다. 이 경우, 비교기(20)는 준안정성(metastability)을 갖게 되며, 입력 신호들(vip, vin)의 전압 레벨의 차이가 작을수록, 준안정성을 갖는 시간은 더 지속될 수 있다. 이하에서는, 비교기의 준안정성에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Here, when the difference between the voltage levels of the input signals vip and vin is small, the comparator 20 may not be able to determine which is greater within a preset time. In this case, the comparator 20 has metastability, and as the difference between the voltage levels of the input signals vip and vin is smaller, the time with metastability may be longer. Hereinafter, the metastability of the comparator will be described in more detail.

도 3은 비교기의 준안정성을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining metastability of a comparator.

도 3을 참조하면, 비교기(20)는 수신된 입력 신호들(vip, vin)의 전압 레벨을 비교하고, 이를 차동 출력 신호들(vo1, vo2)로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3 , the comparator 20 may compare voltage levels of the received input signals vip and vin, and may represent them as differential output signals vo1 and vo2.

여기서, 비교기(20)는 입력 신호들(vip, vin) 중 어느 한 쪽이 크다고 판단하는 경우, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 중 어느 하나(예를 들어, vo1)를 제1 전압 레벨에 도달되도록 제어하고, 다른 하나(예를 들어, vo2)를 제2 전압 레벨에 도달되도록 제어할 수 있다. 여기서, 상기 제1 전압 레벨 및 상기 제2 전압 레벨은 미리 설정된 전압 레벨일 수 있고, 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨은 마진을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 제1 전압 레벨은 1V일 수 있고, 상기 제2 전압 레벨은 0V일 수 있다. 실시예에 따라, 상기 마진은 검출 전압(VREF)일 수 있고, 0.25V일 수 있다.Here, when the comparator 20 determines that either one of the input signals vip and vin is greater, the comparator 20 applies any one of the differential output signals vo1 and vo2 (eg, vo1) to the first voltage level. It can be controlled to reach the second voltage level, and the other (eg, vo2 ) can be controlled to reach the second voltage level. Here, the first voltage level and the second voltage level may be preset voltage levels, and the first voltage level or the second voltage level may include a margin. In some embodiments, the first voltage level may be 1V, and the second voltage level may be 0V. According to an embodiment, the margin may be the detection voltage VREF, and may be 0.25V.

여기서, 비교기(20)는 미리 설정된 시간 내에 각 차동 출력 신호들(vo1, vo2)이 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨 중 어느 하나에 도달되도록 제어해야 할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 미리 설정된 시간은 비교기(20)가 사용되는 반도체 회로가 요구하는 기능상의 조건들을 만족하기 위해 정해진 시간일 수 있다. 실시예에 따라, 상기 반도체 회로는 연속 근사 레지스터 아날로그-디지털 변환기(Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter)(SAR ADC)일 수 있고, 다른 실시예에 따라, 이미지센서(image sensor)일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 상기 반도체 회로가SAR ADC인 경우, 상기 미리 설정된 시간은 비교기(20)에 입력되는 구동 클락의 1/2 주기일 수 있다. 이 경우, 상기 구동 클락은 SAR ADC를 구동하는 외부 클락과 동기되지 않는 비동기식 클락일 수 있다. Here, the comparator 20 may have to control each of the differential output signals vo1 and vo2 to reach either the first voltage level or the second voltage level within a preset time. According to an embodiment, the preset time may be a set time to satisfy functional conditions required by the semiconductor circuit in which the comparator 20 is used. According to an embodiment, the semiconductor circuit may be a Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter (SAR ADC), and according to another embodiment, it may be an image sensor. , the scope of the present invention is not limited thereto. According to an embodiment, when the semiconductor circuit is a SAR ADC, the preset time may be a half cycle of the driving clock input to the comparator 20 . In this case, the driving clock may be an asynchronous clock that is not synchronized with an external clock driving the SAR ADC.

즉, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 각각은 상기 미리 설정된 시간 내에, 상기 제1 전압 레벨 및 상기 제2 전압 레벨에 도달되어야 할 것이다. 실시예에 따라, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 각각이 상기 마진을 갖는 상기 제1 전압 레벨 및 상기 제2 전압 레벨에 도달되지 못하는 경우, 비교기(20)가 준안정성을 갖는 것으로 판단될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 중 어느 하나라도 상기 마진을 갖는 상기 제1 전압 레벨에 도달되지 못하는 경우, 비교기(20)가 준안정성을 갖는 것으로 판단될 수도 있다. 또 다른 실시에에 따라, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 중 어느 하나라도 상기 마진을 갖는 상기 제2 전압 레벨에 도달되지 못하는 경우, 비교기(20)가 준안전성을 갖는 것으로 판단될 수도 있다. That is, each of the differential output signals vo1 and vo2 should reach the first voltage level and the second voltage level within the preset time. According to an embodiment, when each of the differential output signals vo1 and vo2 does not reach the first voltage level and the second voltage level having the margin, it may be determined that the comparator 20 has metastability. have. According to another embodiment, when any one of the differential output signals vo1 and vo2 does not reach the first voltage level having the margin, it may be determined that the comparator 20 has metastability. According to another embodiment, when any one of the differential output signals vo1 and vo2 does not reach the second voltage level having the margin, it may be determined that the comparator 20 has meta-stability.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 준안정성 검출 회로(10)는, 각 차동 출력 신호가 검출 전압 이하로 내려갈 때, 차동 출력 신호들 각각에 대한 구동 전압을 생성한다(S20). 그리고, 준안정성 검출 회로(10)는, 구동 전압에 기초하여 준안정성 검출 신호를 생성한다(S30).Referring back to FIGS. 1 and 2 , the metastability detection circuit 10 generates a driving voltage for each of the differential output signals when the differential output signals fall below the detection voltage ( S20 ). Then, the metastability detection circuit 10 generates a metastability detection signal based on the driving voltage (S30).

여기서, 각 차동 출력 신호들(vo1, vo2)이 검출 전압(VREF) 이하로 내려간 경우는, 각 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 중 어느 하나라도 상기 마진을 갖는 상기 제1 전압 레벨에 도달되지 못하는 경우로 볼 수 있고, 이 경우, 비교기(20)는 준안정성을 갖는 것으로 볼 수 있다. 실시예에 따라, 각 차동 출력 신호들(vo1, vo2)이 검출 전압(VREF) 이하로 내려갈 때를 비교기(20)가 준안정성을 갖게 되는 시점으로 볼 수 있고, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 중 어느 하나라도 검출 전압(VREF)을 초과하여 올라올 때를 비교기(20)가 더 이상 준안정성을 갖지 않게 되는 시점으로 볼 수 있을 것이다.Here, when each of the differential output signals vo1 and vo2 falls below the detection voltage VREF, any one of the differential output signals vo1 and vo2 does not reach the first voltage level having the margin. It can be seen as a case in which the comparator 20 cannot be regarded as having metastability. According to the exemplary embodiment, when each of the differential output signals vo1 and vo2 goes down below the detection voltage VREF, it can be regarded as the time when the comparator 20 has metastability, and the differential output signals vo1 and vo2 ), when any one of them rises above the detection voltage VREF, it may be viewed as a time when the comparator 20 no longer has metastability.

여기서, 준안정성 검출 신호(MD)는 비교기(20)가 준안정성을 갖게 되는 시점부터 비교기(20)가 더 이상 준안정을 갖지 않게 되는 시점까지 지속하여 활성화되는 신호일 수 있다. 실시예에 따라, 준안정성 검출 신호(MD)는 디지털 신호일 수 있고, 이 경우, 준안정성 검출 신호(MD)는 반전된 신호로서 생성될 수 있다. Here, the metastability detection signal MD may be a signal that is continuously activated from a point in time when the comparator 20 has metastability until a point in time when the comparator 20 no longer has metastability. According to an embodiment, the metastability detection signal MD may be a digital signal, and in this case, the metastability detection signal MD may be generated as an inverted signal.

이하에서는, 준안정성 검출 회로(10)의 구체적인 실시예들을 참조하여, 준안정성 검출 신호를 생성하는 과정에 관하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, a process of generating a metastability detection signal will be described in more detail with reference to specific embodiments of the metastability detection circuit 10 .

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 비교기의 준안정성 검출 회로의 회로도이다.4A is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a circuit diagram of the metastability detection circuit of the comparator shown in FIG. 4A .

도 2, 도 4a, 및 도 4b를 참조하면, 준안정성 검출 회로(10)는 구동 전압 생성부(100) 및 준안정성 검출부(200)를 포함할 수 있다. 그리고, 구동 전압 생성부(100)는 PMOS 트랜지스터들(P11, P12)과 기타 소자들로서 저항(R1) 및 커패시터(Cx)를 포함할 수 있고, 준안정성 검출부(200)는 낸드 게이트를 포함할 수 있다. 2, 4A, and 4B , the metastability detection circuit 10 may include a driving voltage generator 100 and a metastability detector 200 . In addition, the driving voltage generator 100 may include a resistor R1 and a capacitor Cx as the PMOS transistors P11 and P12 and other elements, and the metastability detector 200 may include a NAND gate. have.

여기서, PMOS 트랜지스터(P11)는 제1 노드(N1)와 제1 전원 전압(VDD) 사이에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(Cx)는 제1 노드(N1)와 접지 노드 사이에 연결될 수 있고, PMOS 트랜지스터(P11)가 턴온되어 제1 노드(N1)와 전원 전압(VDD)이 연결되는 경우, 미리 설정된 시정수 에 기초하여 제1 노드(N1)의 전압 레벨의 결정에 기여할 수 있다. Here, the PMOS transistor P11 may be connected between the first node N1 and the first power voltage VDD. The first resistor R1 and the first capacitor Cx may be connected between the first node N1 and the ground node, and the PMOS transistor P11 is turned on so that the first node N1 and the power supply voltage VDD are connected. When connected, it may contribute to the determination of the voltage level of the first node N1 based on a preset time constant .

여기서, PMOS 트랜지스터(P12)는 차동 출력 신호(vo2)를 게이트 전압으로 하여 구동되며, 제2 노드(N2)와 제1 전원 전압(VDD) 사이에 연결될 수 있다. 제2 저항(R1) 및 제2 커패시터(Cx)는 제2 노드(N2)와 접지 노드 사이에 연결될 수 있고, PMOS(P12)가 턴온되어 제2 노드(N2)와 전원 전압(VDD)이 연결되는 경우, 미리 설정된 시정수 에 기초하여 제2 노드(N2)의 전압 레벨의 결정에 기여할 수 있다. Here, the PMOS transistor P12 is driven using the differential output signal vo2 as a gate voltage, and may be connected between the second node N2 and the first power voltage VDD. The second resistor R1 and the second capacitor Cx may be connected between the second node N2 and the ground node, and the PMOS P12 is turned on to connect the second node N2 and the power supply voltage VDD. In this case, it may contribute to the determination of the voltage level of the second node N2 based on the preset time constant .

여기서, PMOS 트랜지스터(P11)는 차동 출력 신호(vo1)를 게이트 전압으로 하여 구동되며, PMOS 트랜지스터(P12)는 차동 출력 신호(vo2)를 게이트 전압으로 하여 구동될 수 있다. 실시예에 따라, 각 PMOS 트랜지스터들(P11, P12)은, 각 차동 출력 신호들(vo1, vo2)의 전압 레벨이 전원 전압(VDD)과 PMOS 트랜지스터들(P11, P12) 각각의 문턱 전압(threshold voltage)의 차이 이하로 내려갈 때 턴온 될 수 있다. 이 경우, 각 PMOS 트랜지스터들(P11, P12) 이 턴온되는 시점은, 차동 출력 신호들(vo1, vo2) 각각의 전압 레벨이 검출 전압(VREF) 이하로 내려갈 때일 수 있다. Here, the PMOS transistor P11 may be driven by using the differential output signal vo1 as a gate voltage, and the PMOS transistor P12 may be driven by using the differential output signal vo2 as a gate voltage. According to an embodiment, in each of the PMOS transistors P11 and P12 , the voltage level of each of the differential output signals vo1 and vo2 is a power supply voltage VDD and a threshold voltage of each of the PMOS transistors P11 and P12 . voltage), it can be turned on when it goes below the difference. In this case, the timing at which each of the PMOS transistors P11 and P12 is turned on may be when the voltage level of each of the differential output signals vo1 and vo2 falls below the detection voltage VREF.

여기서, 각 PMOS 트랜지스터들(P11, P12)이 모두 턴온되는 경우, 전원 전압(VDD)으로부터 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 각각으로 흐르는 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)에 의해, 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전압 레벨들(vsft1, vsft2)은 각각 로직 하이를 나타낼 수 있다. 이 경우, 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)의 크기는, 각 PMOS 트랜지스터들(P11, P12)의 채널 폭(W)과 채널 길이(L)에 기초하여 결정될 수 있다. Here, when all of the PMOS transistors P11 and P12 are turned on, the first current I1 and the second current flowing from the power supply voltage VDD to the first node N1 and the second node N2, respectively I2), the voltage levels vsft1 and vsft2 of the first node N1 and the second node N2 may each represent a logic high. In this case, the magnitudes of the first current I1 and the second current I2 may be determined based on the channel width W and the channel length L of each of the PMOS transistors P11 and P12 .

이 경우, 준안정성 검출부(200)는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전압 레벨들(vsft1, vsft2)을 입력 신호로 하여, 준안정성 검출 신호(MD)를 반전된 신호(/MD)로서 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 준안정성 검출부(200)는 NAND-게이트를 포함할 수 있고, 이 경우 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전압 레벨들(vsft1, vsft2)은 각각 상기 NAND-게이트의 입력 신호가 될 수 있다. In this case, the metastability detection unit 200 uses the voltage levels vsft1 and vsft2 of the first node N1 and the second node N2 as input signals, and converts the metastability detection signal MD to the inverted signal ( /MD). According to an embodiment, the metastability detection unit 200 may include a NAND-gate, in which case the voltage levels vsft1 and vsft2 of the first node N1 and the second node N2 are respectively the NAND-gates. It can be the input signal of the gate.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 비교기의 준안정성 검출 회로의 회로도이다.5A is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a circuit diagram of the metastability detection circuit of the comparator shown in FIG. 5A.

도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b를 참조하면, 도 5a에 도시된 준안정성 검출 회로(10a)는 구동 전압 생성부(100a) 및 준안정성 검출부(200)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 5a에 도시된 구동 전압부(100a)는 도 4a에 도시된 구동 전압부(100)와 달리, 리셋 신호(/ckc)를 더 포함할 수 있다. 도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b에서 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소들은 동일한 기능을 수행하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다. 4A, 4B, 5A, and 5B , the metastability detection circuit 10a illustrated in FIG. 5A may include a driving voltage generator 100a and a metastability detector 200 . Here, the driving voltage unit 100a illustrated in FIG. 5A may further include a reset signal /ckc, unlike the driving voltage unit 100 illustrated in FIG. 4A . Components having the same reference numerals in FIGS. 4A, 4B, 5A, and 5B perform the same functions, and thus, redundant descriptions will be omitted below.

실시예에 따라, 리셋 신호(/ckc)는 비교기(20)에 공급되는 구동 클락(ckc)의 반전된 신호(/ckc)일 수 있다. 즉, 구동 전압 생성부(100a)는, 비교기(20)가 비활성화되는 시간(즉, 구동 클락(ckc)의 전압 레벨이 로직 로우 레벨일 때) 동안, 구동 전압 생성부(100a)의 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전압 레벨을 접지 전압으로 리셋할 수 있다. 이 경우, 구동 전압 생성부(100a)는 구동 전압 생성부(100)와 달리 저항(R1)을 대신하여 NMOS 트랜지스터들(N11, N12)을 포함할 수 있다. 여기서, NMOS 트랜지스터들(N11, N12)은 리셋 신호(/ckc)를 게이트 전압으로 하여 구동될 수 있다. According to an embodiment, the reset signal /ckc may be an inverted signal /ckc of the driving clock ckc supplied to the comparator 20 . That is, the driving voltage generator 100a operates the first node of the driving voltage generator 100a during a time when the comparator 20 is deactivated (ie, when the voltage level of the driving clock ckc is at a logic low level). The voltage levels of the (N1) and the second node (N2) may be reset to the ground voltage. In this case, unlike the driving voltage generator 100 , the driving voltage generator 100a may include NMOS transistors N11 and N12 instead of the resistor R1 . Here, the NMOS transistors N11 and N12 may be driven using the reset signal /ckc as a gate voltage.

실시예에 따라, 구동 전압 생성부(100a)에 포함된 캐패시터(Cp)는 구동 전압 생성부(100)에 포함된 캐패시터(Cx)와 동일한 기능을 수행할 수 있으나, 이는 PMOS 트랜지스터들(P11, P12)의 기생 캐패시터로도 구현될 수 있다. According to an embodiment, the capacitor Cp included in the driving voltage generator 100a may perform the same function as the capacitor Cx included in the driving voltage generator 100 , but this may include the PMOS transistors P11, P12) can also be implemented as a parasitic capacitor.

도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 나타내는 블록도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 비교기의 준안정성 검출 회로의 회로도이다.6A is a block diagram illustrating a metastability detection circuit of a comparator according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a circuit diagram of the metastability detection circuit of the comparator shown in FIG. 6A .

도 5a, 도 5b, 도 6a, 및 도 6b를 참조하면, 도 6a에 도시된 준안정성 검출 회로(10b)는 구동 전압 생성부(100b) 및 준안정성 검출부(200)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 6a에 도시된 구동 전압부(100b)는 도 5a에 도시된 구동 전압부(100a)와 달리, 리셋 신호(/ckc)를 대신하여 리셋 신호(/ckmd)를 포함할 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6a, 및 도 6b에서 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소들은 동일한 기능을 수행하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략한다. 5A, 5B, 6A, and 6B , the metastability detection circuit 10b illustrated in FIG. 6A may include a driving voltage generator 100b and a metastability detector 200 . Here, the driving voltage unit 100b illustrated in FIG. 6A may include a reset signal /ckmd instead of the reset signal /ckc, unlike the driving voltage unit 100a illustrated in FIG. 5A . Components having the same reference numerals in FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B perform the same functions, and thus, redundant descriptions are omitted below.

실시예에 따라, 리셋 신호(/ckmd)는 준안정성 검출부(200)에서 생성되는 준안정성 검출 신호(MD)와 비교기의 구동 클락(ckc)을 AND-게이팅한 신호(ckmd)의 반전된 신호(/ckmd)일 수 있다. 이 경우, 구동 전압 생성부(100b)는 비교기(20)가 비활성화되는 시간으로서, 준안정성 검출 신호(MD)가 출력되는 시간 동안 구동 전압 생성부(100b)의 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전압 레벨을 접지 전압으로 리셋할 수 있다. 이 경우, 구동 전압 생성부(100b)는 구동 전압 생성부(100a)와 달리 OR 게이트를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 OR 게이트는 준안정성 검출 신호(MD)와 비교기의 구동 클락(ckc)을 게이트 전압으로 하여 구동될 수 있다According to an embodiment, the reset signal /ckmd is an inverted signal (ckmd) obtained by AND-gating the metastability detection signal MD generated by the metastability detection unit 200 and the driving clock ckc of the comparator. /ckmd). In this case, the driving voltage generator 100b is a time during which the comparator 20 is deactivated, and during a time during which the metastability detection signal MD is output, the first node N1 and the second node N1 of the driving voltage generator 100b The voltage level of the node N2 may be reset to the ground voltage. In this case, the driving voltage generator 100b may further include an OR gate, unlike the driving voltage generator 100a . In this case, the OR gate may be driven using the metastability detection signal MD and the driving clock ckc of the comparator as a gate voltage.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로는 간단한 회로로 구현되어 효율적으로 비교기의 준안정성을 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로는 작은 공간을 차지하며, 전력 소모를 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법 및 검출 회로는 비교기의 준안정성 여부를 신속하게 판단할 수 있다.As described above, the metastability detection circuit of the comparator according to the embodiments of the present invention is implemented as a simple circuit to efficiently detect the metastability of the comparator. Accordingly, the metastability detection circuit of the comparator according to the embodiments of the present invention occupies a small space and can reduce power consumption. Furthermore, the method and detection circuit for metastability of a comparator according to embodiments of the present invention can quickly determine whether the comparator is metastability.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로를 포함하는 아날로그-디지털 컨버터를 구비한 이미지 센서를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating an image sensor having an analog-to-digital converter including a metastability detection circuit of a comparator according to embodiments of the present invention.

도 7을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 액티브 픽셀 어레이(1010), 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020), 전압 생성 회로(1030), 수직 주사 회로(1040), 수평 주사 회로(1050), 타이밍 컨트롤 회로(1060), 증폭 회로(1070) 및 디지털 신호 프로세싱 회로(1080)를 포함할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(1000)는 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020) 내에 액티브 픽셀 어레이(1010)에 연결되는 컬럼 라인들의 수만큼 아날로그-디지털 컨버터(1022)들을 포함하고, 액티브 픽셀 어레이(1010)에 연결되는 컬럼 라인들은 각각 아날로그-디지털 컨버터들(1022)과 연결될 수 있다. 즉, 이미지 센서(1000)는 컬럼 아날로그-디지털 변환 방식을 채용할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the image sensor 1000 includes an active pixel array 1010 , an analog-to-digital converting circuit 1020 , a voltage generation circuit 1030 , a vertical scan circuit 1040 , a horizontal scan circuit 1050 , and a timing It may include a control circuit 1060 , an amplification circuit 1070 , and a digital signal processing circuit 1080 . In this case, the image sensor 1000 includes analog-to-digital converters 1022 as many as the number of column lines connected to the active pixel array 1010 in the analog-to-digital converting circuit 1020 , and to the active pixel array 1010 . The connected column lines may be respectively connected to the analog-to-digital converters 1022 . That is, the image sensor 1000 may employ a column analog-to-digital conversion method.

액티브 픽셀 어레이(1010)는 복수의 단위 픽셀들(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 단위 픽셀들은 액티브 픽셀 어레이(1010) 내에서 매트릭스 형태로 배열될 수 있으며, 각각 포토다이오드와 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 이 때, 단위 픽셀들은 신호 생성 회로에 포함되는 트랜지스터들의 개수에 따라 3-트랜지스터 구조, 4-트랜지스터 구조, 5-트랜지스터 구조 등으로 구분될 수 있다. 액티브픽셀 어레이(1010)에는 로우마다 로우 라인(row line)들이 배선되고, 컬럼마다 컬럼 라인(column line)들이 배선될 수 있다. 예를 들어, 액티브 픽셀 어레이(1010)가 m*n개의 단위 픽셀들을 포함하는 경우, 액티브 픽셀 어레이(1010)에는 n개의 로우 라인들 및 m개의 컬럼 라인들이 배선될 수 있다. 액티브 픽셀 어레이(1010)의 로우 어드레스(row address) 및 로우 주사(row scan)는 수직 주사 회로(1040)에 의하여 로우 라인들을 통해 제어될 수 있고, 액티브 픽셀 어레이(1010)의 컬럼 어드레스(column address) 및 컬럼 주사(row scan)는 수평 주사 회로(1050)에 의하여 로우 라인들을 통해 제어될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(1000)가 베이어 패턴(bayer pattern) 기술을 채용하는 경우, 액티브 픽셀 어레이(1010) 내의 단위 픽셀들은 각각 적색광(RED), 녹색광(GREEN) 및 청색광(BLUE), 또는 마젠타광(MAGENTA), 옐로우광(YELLOW) 및 시안광(CYAN)을 수광하도록 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(1000)가 오토 다크 레벨 보상(Auto Dark Level Compensation; ADLC) 기술을 채용하는 경우, 액티브 픽셀 어레이(1010) 주변에는 단위 픽셀들에 광이 들어가지 않도록 차광되어 있는 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(미도시)가 배치될 수 있다.The active pixel array 1010 may include a plurality of unit pixels (not shown). These unit pixels may be arranged in a matrix form in the active pixel array 1010 , and may each include a photodiode and a signal generating circuit. In this case, the unit pixels may be classified into a 3-transistor structure, a 4-transistor structure, a 5-transistor structure, etc. according to the number of transistors included in the signal generating circuit. In the active pixel array 1010 , row lines may be wired for each row, and column lines may be wired for each column. For example, when the active pixel array 1010 includes m*n unit pixels, n row lines and m column lines may be wired to the active pixel array 1010 . A row address and a row scan of the active pixel array 1010 may be controlled through row lines by the vertical scan circuit 1040 , and a column address of the active pixel array 1010 may be controlled by the vertical scan circuit 1040 . ) and column scan may be controlled through row lines by the horizontal scan circuit 1050 . According to an exemplary embodiment, when the image sensor 1000 employs a Bayer pattern technology, unit pixels in the active pixel array 1010 may include red light (RED), green light (GREEN), and blue light (BLUE), respectively. It may be arranged to receive magenta light (MAGENTA), yellow light (YELLOW), and cyan light (CYAN). According to an exemplary embodiment, when the image sensor 1000 employs an Auto Dark Level Compensation (ADLC) technology, an optical block is formed around the active pixel array 1010 to prevent light from entering the unit pixels. A black pixel array (not shown) may be disposed.

아날로그-디지털 컨버팅 회로 (1020)는 복수의 아날로그-디지털 컨버터(1022)들을 포함하고, 각각의 아날로그-디지털 컨버터(1022)는 액티브 픽셀 어레이(1010)의 단위 픽셀에서 출력되는 픽셀 출력 전압(POS)을 디지털 신호(DS)로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그-디지털 컨버터(1022)는 램프 전압(RV)을 생성하는 램프 전압 생성기, 오토 제로 모드와 비교 모드에 따라 구조가 변경되고, 오토 제로 모드에서 오프셋 제거 동작을 수행하며, 비교 모드에서 픽셀 출력 전압(POS)과 램프 전압(RAMP)을 비교하여 비교 결과 신호를 생성하는 듀얼 모드 비교기, 및 비교 결과 신호에 기초하여 클럭 신호 카운트 방식으로 픽셀 출력 전압(POS)에 상응하는 디지털 신호(DS)를 생성하는 디지털 신호 생성기를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 아날로그-디지털 컨버터(1022)는 픽셀 출력 전압(POS)에 대하여 상관 이중 샘플링 동작을 수행하는 상관 이중 샘플러를 더 포함할 수 있다. 이 때, 듀얼 모드 비교기는 픽셀 출력 전압(POS) 및 램프 전압(RAMP)에 기초하여 제 1 경로를 흐르는 제 1 전류와 제 2 경로를 흐르는 제 2 전류를 생성하는 대상 전압 입력부, 제 1 및 제 2 경로에 대하여 전류 미러 동작을 수행하고, 출력 단자를 통하여 제 2 비교 전압을 출력하는 전류 미러부, 제 1 전류와 제 2 전류의 합에 상응하는 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부, 및 오토 제로 모드에서 전류 미러부가 제 1 구조를 갖도록 결정하고, 비교 모드에서 전류 미러부가 제 2 구조를 갖도록 결정하는 모드 스위칭부를 포함할 수 있다. 따라서, 듀얼 모드 비교기는 오토 제로 모드에서 오토 제로 동작을 수행할 수 있는 구조를 가지다가, 비교 모드에서는 판단 시점 전후에 소모하는 전류 즉, 바이어스 전류를 일정하게 유자할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 한편, 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020)는 타이밍 컨트롤 회로(1060)에서 출력되는 제어 신호들(CTL2)에 기초하여 신호 변환 동작을 수행할 수 있으며, 이러한 신호 변환 동작은 수직 주사 회로(1040)가 액티브 픽셀 어레이(1010)의 로우 라인들을 선택하는 주기 즉, 수평 스캔 주기마다 이루어질 수 있다.The analog-to-digital converting circuit 1020 includes a plurality of analog-to-digital converters 1022 , and each analog-to-digital converter 1022 has a pixel output voltage (POS) output from a unit pixel of the active pixel array 1010 . can be converted into a digital signal (DS). In one embodiment, the analog-to-digital converter 1022 is a ramp voltage generator that generates a ramp voltage RV, the structure is changed according to the auto zero mode and the comparison mode, and performs an offset removal operation in the auto zero mode, and compares A dual-mode comparator that compares the pixel output voltage POS and the ramp voltage RAMP in the mode to generate a comparison result signal, and a digital signal corresponding to the pixel output voltage POS in a clock signal counting method based on the comparison result signal (DS) may include a digital signal generator for generating. According to an embodiment, the analog-to-digital converter 1022 may further include a correlated double sampler that performs a correlated double sampling operation on the pixel output voltage POS. In this case, the dual-mode comparator includes a target voltage input unit that generates a first current flowing through the first path and a second current flowing through the second path based on the pixel output voltage POS and the ramp voltage RAMP; A current mirror unit that performs a current mirror operation on two paths and outputs a second comparison voltage through an output terminal, a bias unit that generates a bias voltage corresponding to the sum of the first current and the second current, and an auto-zero mode and a mode switching unit that determines whether the current mirror unit has a first structure and determines that the current mirror unit has a second structure in the comparison mode. Accordingly, the dual-mode comparator may have a structure capable of performing an auto-zero operation in the auto-zero mode, and have a structure in which the current consumed before and after the determination time, ie, the bias current, can be kept constant in the comparison mode. However, since this has been described above, the overlapping description will be omitted. Meanwhile, the analog-to-digital converting circuit 1020 may perform a signal conversion operation based on the control signals CTL2 output from the timing control circuit 1060 , and this signal conversion operation is performed by the vertical scanning circuit 1040 The row lines of the active pixel array 1010 may be selected every period, that is, every horizontal scan period.

전압 생성 회로(1030)는 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1022)에 사용되는 복수의 전압들(예를 들어, 램프 전압 등)을 생성하여 아날로그-디지털 컨버터(1022)에 각각 공급할 수 있다. 수직 주사 회로(1040)는 타이밍 컨트롤 회로(1060)로부터 제어 신호들(CTL1)을 입력받아 액티브 픽셀 어레이(1010)의 로우 어드레스 및 로우 주사를 제어할 수 있다. 즉, 수직 주사 회로(1040)는 액티브 픽셀 어레이(1010)의 로우 라인들 중에서 해당 로우 라인을 선택하기 위하여 해당 로우 라인을 활성화시키는 신호를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 수직 주사 회로(1040)는 액티브 픽셀 어레이(1010) 내의 로우 라인을 선택하는 수직 디코더 및 선택된 로우 라인을 활성화시키는 신호를 공급하는 수직 드라이버를 포함할 수 있다. 수평 주사 회로(1050)는 타이밍 컨트롤 회로(1060)로부터 제어 신호들(CTL4)을 입력받아 액티브 픽셀 어레이(1010)의 컬럼 어드레스 및 컬럼 주사를 제어할 수 있다. 즉, 수평 주사 회로(1050)는 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020)에서 출력되는 다지털 신호(DS)를 수평 전송선(HTL)과 증폭 회로(1070)를 거쳐 디지털 신호 프로세싱 회로(1080)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 수평 주사 회로(1050)는 수평 주사 제어 신호(HSC)를 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020)에 출력함으로써, 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020) 내의 아날로그-디지털 컨버터(1022)들을 순차적으로 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 수평 주사 회로(1050)는 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020) 내의 아날로그-디지털 컨버터(1022)를 선택하는 수평 디코더 및 선택된 아날로그-디지털 컨버터(1022)의 출력을 수평 전송선(HTL)으로 유도하는 수평 드라이버를 포함할 수 있다. 한편, 수평 전송선(HTL)은 디지털 신호(DS)를 출력하기 위한 비트 폭을 가질 수 있다.The voltage generating circuit 1030 may generate a plurality of voltages (eg, a ramp voltage, etc.) used in the analog-to-digital converting circuit 1022 and respectively supply the generated voltages to the analog-to-digital converter 1022 . The vertical scan circuit 1040 may receive the control signals CTL1 from the timing control circuit 1060 to control row addresses and row scans of the active pixel array 1010 . That is, the vertical scan circuit 1040 may supply a signal for activating a corresponding row line in order to select a corresponding row line from among the row lines of the active pixel array 1010 . In an embodiment, the vertical scan circuit 1040 may include a vertical decoder for selecting a row line in the active pixel array 1010 and a vertical driver for supplying a signal for activating the selected row line. The horizontal scan circuit 1050 may receive the control signals CTL4 from the timing control circuit 1060 to control the column address and column scan of the active pixel array 1010 . That is, the horizontal scanning circuit 1050 outputs the digital signal DS output from the analog-to-digital converting circuit 1020 to the digital signal processing circuit 1080 through the horizontal transmission line HTL and the amplifier circuit 1070 . can For example, the horizontal scan circuit 1050 outputs the horizontal scan control signal HSC to the analog-to-digital converting circuit 1020 , thereby sequentially converting the analog-to-digital converters 1022 in the analog-to-digital converting circuit 1020 . You can choose. In one embodiment, the horizontal scan circuit 1050 transmits the output of the selected analog-to-digital converter 1022 and a horizontal decoder that selects the analog-to-digital converter 1022 in the analog-to-digital converting circuit 1020 to a horizontal transmission line (HTL). It may include a horizontal driver leading to Meanwhile, the horizontal transmission line HTL may have a bit width for outputting the digital signal DS.

타이밍 컨트롤 회로(1060)는 마스터 클럭 신호(미도시)에 기초하여 수직 주사 회로(1040), 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020), 램프 전압 생성 회로(1030) 및 수평 주사 회로(1050) 등을 제어할 수 있다. 즉, 타이밍 컨트롤 회로(1060)는 수직 주사 회로(1040), 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020), 램프 전압 생성 회로(1030) 및 수평 주사 회로(1050) 등의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 제어 신호들(CTL1, CTL2, CTL3, CTL4)을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 타이밍 컨트롤 회로(1060)는 로직 제어 회로, 위상 고정 루프 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등을 포함할 수 있다. 증폭 회로(1070)는 아날로그-디지털 컨버팅 회로(1020) 내의 아날로그-디지털 컨버터(1022)들로부터 출력되는 디지털 신호(DS)를 증폭하여 디지털 신호 프로세싱 회로(1080)에 출력할 수 있다. 도 14에서는 증폭 회로(1070)가 하나로 도시되어 있지만, 증폭 회로(1070)는 복수 개일 수 있다. 디지털 신호 프로세싱 회로(1080)는 디지털 컨버팅 회로(1020) 내의 아날로그-디지털 컨버터(1022)들로부터 출력되어 수평 전송선(HTL) 및 증폭 회로(1070)를 거친 디지털 신호(DS)에 기초하여 이미지 신호(IMG)를 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 디지털 신호 프로세싱 회로(1080)는센스 회로, 감산 회로 및 출력 회로 등을 포함할 수 있다. 이후, 이미지 신호(IMG)는 액정 표시(Liquid Crystal Display; LCD) 장치, 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes; OLED) 표시 장치 등과 같은 디스플레이 상에서 구현될 수 있다.The timing control circuit 1060 controls the vertical scanning circuit 1040, the analog-to-digital converting circuit 1020, the ramp voltage generating circuit 1030, the horizontal scanning circuit 1050, and the like based on the master clock signal (not shown). can do. That is, the timing control circuit 1060 includes a clock signal required for the operation of the vertical scanning circuit 1040 , the analog-to-digital converting circuit 1020 , the ramp voltage generating circuit 1030 , and the horizontal scanning circuit 1050 , and timing control. Control signals CTL1 , CTL2 , CTL3 , CTL4 such as signals may be supplied. In one embodiment, the timing control circuit 1060 may include a logic control circuit, a phase locked loop circuit, a timing control circuit, a communication interface circuit, and the like. The amplifying circuit 1070 may amplify the digital signal DS output from the analog-to-digital converters 1022 in the analog-to-digital converting circuit 1020 and output it to the digital signal processing circuit 1080 . Although one amplifying circuit 1070 is illustrated in FIG. 14 , a plurality of amplifying circuits 1070 may be provided. The digital signal processing circuit 1080 is output from the analog-to-digital converters 1022 in the digital converting circuit 1020 and passed through the horizontal transmission line (HTL) and the amplification circuit 1070. Based on the digital signal DS, the image signal ( IMG) can be created. According to an embodiment, the digital signal processing circuit 1080 may include a sense circuit, a subtraction circuit, an output circuit, and the like. Thereafter, the image signal IMG may be implemented on a display such as a liquid crystal display (LCD) device, an organic light emitting diode (OLED) display device, or the like.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로는 간단한 회로로 구현되어 효율적으로 비교기의 준안정성을 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 회로는 작은 공간을 차지하며, 전력 소모를 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 비교기의 준안정성 검출 방법 및 검출 회로는 비교기의 준안정성 여부를 신속하게 판단할 수 있다. As described above, the metastability detection circuit of the comparator according to the embodiments of the present invention may be implemented as a simple circuit to efficiently detect the metastability of the comparator. Accordingly, the metastability detection circuit of the comparator according to the embodiments of the present invention occupies a small space and can reduce power consumption. Furthermore, the method and detection circuit for metastability of a comparator according to embodiments of the present invention can quickly determine whether the comparator is metastability.

해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 실시예들이 시스템, 방법, 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는 제품 등의 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드는 다양한 컴퓨터 또는 다른 데이터 처리 장치의 프로세서로 제공될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터로 판독 가능한 신호 매체 또는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체일 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는 명령어 실행 시스템, 장비 또는 장치 내에 또는 이들과 접속되어 프로그램을 저장하거나 포함할 수 있는 임의의 유형적인 매체일 수 있다.Those skilled in the art will understand that the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a system, a method, a product including a computer readable program code stored in a computer readable medium, and the like. The computer readable program code may be provided to the processors of various computers or other data processing devices. The computer-readable medium may be a computer-readable signal medium or a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any tangible medium that can store or include a program in or connected to an instruction execution system, equipment, or device.

본 발명의 실시예들은 반도체 제조 공정에서 유용하게 이용될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예들은 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC, embedded multimedia card), 유니버셜 플래시 스토리지(UFS, universal flash storage), 컴퓨터(computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular phone), 스마트폰(smart phone), MP3 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(internet of things;) 기기, IoE(internet of everything:) 기기, e-북(e-book), VR(virtual reality) 기기, AR(augmented reality) 기기 등과 같은 전자 기기에 필요한 반도체 제조 공정에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.Embodiments of the present invention may be usefully used in a semiconductor manufacturing process. In particular, embodiments of the present invention include a memory card, a solid state drive (SSD), an embedded multimedia card (eMMC), a universal flash storage (UFS), a computer, a notebook computer ( laptop), cellular phone, smart phone, MP3 player, Personal Digital Assistants (PDA), Portable Multimedia Player (PMP), digital TV, digital camera, portable game console ), navigation (navigation) devices, wearable (wearable) devices, IoT (internet of things;) devices, IoE (internet of everything:) devices, e-books (e-books), VR (virtual reality) devices, AR ( It can be more usefully applied to the semiconductor manufacturing process required for electronic devices such as augmented reality) devices.

상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. you will understand that you can

Claims (10)

차동 출력 비교기의 준안정성 검출 회로로서,
상기 차동 출력 비교기로부터 차동 출력 신호들을 수신하고, 상기 각 차동 출력 신호가 검출 전압 이하로 내려갈 때, 상기 차동 출력 신호들 각각에 대한 구동 전압을 생성하는 구동 전압 생성부 및
상기 구동 전압에 기초하여 준안정성 검출 신호를 생성하는 준안정성 검출부를 포함하는, 비교기의 준안정성 검출 회로.
A metastability detection circuit for a differential output comparator, comprising:
a driving voltage generator for receiving differential output signals from the differential output comparator and generating a driving voltage for each of the differential output signals when the respective differential output signals fall below a detection voltage;
and a metastability detection unit configured to generate a metastability detection signal based on the driving voltage.
제1 항에 있어서,
상기 구동 전압 생성부는, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터들, 및 제1 및 제2 캐패시터를 포함하고,
상기 제1 PMOS 트랜지스터는 전원 전압과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 상기 제1 노드와 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되며,
상기 제2 PMOS 트랜지스터는 상기 전원 전압과 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 캐패시터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 회로.
According to claim 1,
The driving voltage generator includes first and second PMOS transistors, first and second NMOS transistors, and first and second capacitors,
The first PMOS transistor is connected between a power supply voltage and a first node, the first NMOS transistor is connected between the first node and a ground node, and the first capacitor is connected between the first node and the ground node. connected,
The second PMOS transistor is connected between the power supply voltage and a second node, the second NMOS transistor is connected between the second node and the ground node, and the second capacitor is connected between the second node and the ground node. A metastability detection circuit of a comparator, characterized in that connected between.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들은 각각 상기 차동 출력 신호들 중 어느 하나를 게이트 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 회로.
3. The method of claim 2,
The metastability detection circuit of a comparator, wherein each of the first and second PMOS transistors uses any one of the differential output signals as a gate voltage.
제2항에 있어서,
상기 준안정성 검출부는, NAND-게이트를 포함하고,
상기 NAND-게이트의 입력 신호는 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 레벨들인 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 회로.
3. The method of claim 2,
The metastability detection unit includes a NAND-gate,
and the input signal of the NAND-gate is voltage levels of the first node and the second node.
제1항에 있어서,
상기 구동 전압 생성부는, 상기 비교기가 비활성화되는 시간 동안, 리셋 되는 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 회로.
According to claim 1,
The driving voltage generator is reset while the comparator is deactivated.
제2항에 있어서,
상기 전원 전압으로부터 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 각각으로 흐르는 전류의 크기는, 상기 제1 PMOS 트랜지스터 및 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 회로.
3. The method of claim 2,
The magnitude of the current flowing from the power supply voltage to each of the first node and the second node is determined based on channel widths and channel lengths of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor. Stability detection circuit.
차동 출력 비교기의 준안정성 검출 방법으로서,
상기 차동 출력 비교기로부터 차동 출력 신호들을 수신하는 단계
상기 각 차동 출력 신호가 검출 전압 이하로 내려갈 때, 상기 차동 출력 신호들 각각에 대한 구동 전압을 생성하는 단계 및
상기 구동 전압에 기초하여 준안정성 검출 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 비교기의 준안정성 검출 방법.
A method for detecting metastability of a differential output comparator, comprising:
receiving differential output signals from the differential output comparator;
generating a driving voltage for each of the differential output signals when the respective differential output signals fall below a detection voltage;
and generating a metastability detection signal based on the driving voltage.
제7 항에 있어서,
상기 구동 전압 생성부는, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터들, 및 제1 및 제2 캐패시터를 포함하고,
상기 제1 PMOS 트랜지스터는 전원 전압과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 상기 제1 노드와 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되며,
상기 제2 PMOS 트랜지스터는 상기 전원 전압과 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 캐패시터는 상기 제2 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 방법.
8. The method of claim 7,
The driving voltage generator includes first and second PMOS transistors, first and second NMOS transistors, and first and second capacitors,
The first PMOS transistor is connected between a power supply voltage and a first node, the first NMOS transistor is connected between the first node and a ground node, and the first capacitor is connected between the first node and the ground node. connected,
The second PMOS transistor is connected between the power supply voltage and a second node, the second NMOS transistor is connected between the second node and the ground node, and the second capacitor is connected between the second node and the ground node. Method for detecting metastability of a comparator, characterized in that it is connected between.
제8항에 있어서,
상기 준안정성 검출부는, NAND-게이트를 포함하고,
상기 NAND-게이트의 입력 신호는 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드의 전압 레벨들인 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 방법.
9. The method of claim 8,
The metastability detection unit includes a NAND-gate,
and the input signal of the NAND-gate is voltage levels of the first node and the second node.
제8항에 있어서,
상기 전원 전압으로부터 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 각각으로 흐르는 전류의 크기는, 상기 제1 PMOS 트랜지스터 및 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 채널 폭과 채널 길이에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 비교기의 준안정성 검출 방법.
9. The method of claim 8,
The magnitude of the current flowing from the power supply voltage to each of the first node and the second node is determined based on channel widths and channel lengths of the first PMOS transistor and the second PMOS transistor. Stability detection method.
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