KR20240079981A

KR20240079981A - 램프 신호 생성기, 이미지 센서 및 램프 신호의 오토 제로 레벨 제어 방법

Info

Publication number: KR20240079981A
Application number: KR1020220163447A
Authority: KR
Inventors: 한동재; 박재정; 임승현; 정하늘
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2024-06-05
Also published as: CN118118811A; US20240179434A1; JP2024078440A

Abstract

본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기는, 전류 신호를 생성하는 복수의 전류원들을 포함하는 전류 셀 유닛; 상기 전류 셀 유닛의 출력단과 연결되는 저항 유닛;을 포함하고, 상기 저항 유닛은, 로드 저항; 및 상기 로드 저항과 직렬로 연결되며, 아날로그 게인에 따라 가변되는 값을 가지는 오프셋 저항;을 포함할 수 있다.

Description

램프 신호 생성기, 이미지 센서 및 램프 신호의 오토 제로 레벨 제어 방법{RAMP SIGNAL GENERATIOR, IMAGE SENSOR AND AUTO-ZERO LEVEL CONTROL METHOD FOR RAMP SIGNAL}

본 개시는 램프 신호 생성기, 이미지 센서 및 램프 신호의 오토 제로 레벨 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 서로 다른 아날로그 게인을 갖는 램프 신호들의 오토 제로 레벨을 동일하게 제어할 수 있는 램프 신호 생성기에 관한 것이다.

화상을 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대전화용 카메라 및 휴대용 캠코더와 같은 일반 소비자용 전자기기뿐만 아니라, 자동차, 보안장치 및 로봇에 장착되는 카메라에도 사용된다. 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)으로 분류될 수 있다. CMOS 이미지 센서는 2차원적으로 배열된 복수의 픽셀들을 구비할 수 있다. 이와 같은 CMOS 이미지 센서는 CDS(Correlated Double Sampling) 방식을 채용하고, 상기 CDS 방식에 따라 샘플링된 리셋 신호와 영상 신호의 차이를 디지털 신호로 만들기 위하여 램프(ramp) 신호를 이용한다. 즉, 상기 CMOS 이미지 센서는 상기 리셋 신호와 외부 빛의 조도에 따라 달라지는 영상 신호의 차이를 픽업(pick-up)하고, 상기 차이에 해당하는 디지털 코드 값을 생성한다.

밝기의 범위인 다이나믹 레인지(Dynamic Range)가 넓을수록 이미지의 대비는 선명해지며, 이러한 이미지 성능을 개선시키기 위하여 다양한 리드아웃(Readout) 방식을 고안해내고 있다. 기존에 적용되는 리드아웃 방식은 램프(Ramp)의 아날로그 게인(Analog Gain)은 하나로 고정된 상태에서, 노출 시간(Exposure Time)만 다르게 설정하거나, 듀얼 램프(Dual Ramp)를 사용하여 각각 다른 아날로그 게인을 설정하는 형태로 구성되어 있는데, 최근 아날로그 게인을 1H-시간(one horizontal scanning time) 내에서 변경 가능하도록 하는 기능의 필요성이 요구된다.

본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 아날로그 게인에 관계없이 동일한 오토 제로 레벨(Auto Zero Level)을 갖는 램프 신호 생성기를 제안하고자 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 램프 신호 생성기가 도시된다.

상기 램프 신호 생성기는, 전류 신호를 생성하는 복수의 전류원들을 포함하는 전류 셀 유닛; 상기 전류 셀 유닛의 출력단과 연결되는 저항 유닛;을 포함하고, 상기 저항 유닛은, 로드 저항; 및 상기 로드 저항과 직렬로 연결되며, 아날로그 게인에 따라 가변되는 값을 가지는 오프셋 저항;을 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 이미지 센서가 도시된다.

상기 이미지 센서는, 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이에서의 컨버전 게인 모드에 따라 서로 다른 오토 제로 레벨을 갖는 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성기; 및 상기 램프 신호와 상기 픽셀 어레이의 출력 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 상관 이중 샘플러;를 포함하고, 상기 램프 신호 생성기는, 제1 오토 제로 레벨을 가지며, 제1 게인을 갖는 제1 램프 신호; 및 제2 오토 제로 레벨을 가지며, 제2 게인을 갖는 제2 램프 신호;를 생성하며, 상기 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨과 상기 제2 램프 신호의 오토 제로 레벨이 동일하도록 제어할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 램프 신호의 오토 제로 레벨 제어 방법이 도시된다.

제1 게인에 의한 제1 오토 제로 레벨을 갖는 제1 램프 신호와, 상기 제1 게인보다 낮은 제2 게인에 의한 제2 오토 제로 레벨을 갖는 제2 램프 신호의 오토 제로 레벨을 동일하게 제어하는 방법에 있어서, 상기 제1 램프 신호의 레벨을 상기 제2 램프 신호의 최대 레벨에 1차 매칭하는 단계; 및 상기 제2 램프 신호의 상기 제2 오토 제로 레벨을 상기 1차 매칭된 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨에 2차 매칭하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 램프 신호 생성기에 의하면, 아날로그 게인에 관계없이 동일한 오토 제로 레벨을 가질 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 램프 신호 생성기에 의하면, CDS에서의 세틀링 타임(settling time)을 줄일 수 있다.

본 개시의 예시적 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 본 개시의 예시적 실시 예들에 대한 기재로부터 본 개시의 예시적 실시 예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시 예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀의 일 구현예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기의 구성을 간략히 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기의 회로도이다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기의 회로도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기에 의해 오토 제로 레벨을 조정하는 구체적인 예시를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 램프 신호 생성기에 의해 오토 제로 레벨을 조정하는 것을 설명하기 위한 추가 도면이다.
도 8은 도 4에 따른 램프 신호 생성기에 인가되는 신호를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 9는 도 5에 따른 램프 신호 생성기에 인가되는 신호를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기에 의해 오토 제로 레벨을 조정하는 예시를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 오토 제로 레벨을 조정하는 순서도이다.

이하, 본 개시의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다. 본 개시에 따른 이미지 센서(100)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)일 수 있다.

도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 로우 드라이버(120), 램프 신호 생성기(130), 카운팅 코드 생성기(140), 아날로그-디지털 변환 회로(150)(이하, ADC 회로라고 지칭 함), 데이터 출력 회로(180) 및 타이밍 컨트롤러(190)를 포함할 수 있다. ADC 회로(150) 및 데이터 출력 회로(180)를 포함하는 구성은 리드아웃 회로(readout circuit)로 지칭될 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 복수의 로우 라인(RL), 복수의 컬럼 라인(CL) 및 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX)은 복수의 로우 라인(RL) 및 복수의 컬럼 라인(CL)과 접속되며, 행열로 배열될 수 있다.

픽셀 어레이(110)가 포함하는 복수의 픽셀(PX)들 각각은 적어도 하나의 광전 변환 소자를 포함할 수 있으며, 픽셀(PX)은 광전 변환 소자를 이용하여 빛을 감지하고, 감지된 빛에 따른 전기적 신호인 이미지 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 광전 변환 소자는 포토(photo) 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode) 등을 포함할 수 있다. 본 개시에서, 광전 변환 소자는 포토 다이오드인 것을 가정하여 설명하도록 한다.

각 픽셀(PX)의 상부, 또는 인접한 픽셀(PX)들로 구성되는 픽셀 그룹들 각각의 상부에 집광을 위한 마이크로 렌즈(미도시)가 배치될 수 있다. 복수의 픽셀(PX)들 각각은 상부에 배치된 마이크로 렌즈를 통해 수신된 빛으로부터 특정 스펙트럼 영역의 빛을 감지할 수 있다. 복수의 픽셀(PX)들의 상부에는 특정 스펙트럼 영역의 빛을 투과시키기 위한 컬러 필터 어레이가 배치될 수 있으며, 복수의 픽셀 각각의 상부에 배치된 컬러 필터에 따라 해당 픽셀이 감지할 수 있는 색상이 결정될 수 있다.

본 실시예에 따른 픽셀 어레이(110)에서, 픽셀(PX)은 듀얼 컨버젼 게인(dual conversion gain)을 가질 수 있다. 듀얼 컨버젼 게인은, 로우(low) 컨버젼 게인 및 하이(high) 컨버젼 게인을 포함한다. 여기서 컨버젼 게인은 플로팅 디퓨전 노드(도 2의 FD)에 축적된 전하가 전압으로 변환되는 비율을 의미한다. 광전 변환 소자(도 2의 PD)에서 생성된 전하는 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송되어 축적되고, 컨버젼 게인에 따라 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 축적된 전하가 전압으로 변환될 수 있다. 이때 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 커패시턴스에 따라 컨버젼 게인이 가변될 수 있으며, 커패시턴스가 증가하면 컨버젼 게인은 낮아지고 커패시턴스가 감소하면 컨버젼 게인은 증가될 수 있다.

픽셀(PX)은 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 커패시턴스가 높은 로우 컨버젼 게인 모드(이하 LCG 모드라고 함) 또는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 커패시턴스가 높은 하이 컨버젼 게인 모드(이하, HCG 모드라고 함)로 동작할 수 있으며, 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 축적된 전하가 동일하더라도 HCG 모드일 때의 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전압은 LCG 모드일 때의 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전압보다 높을 수 있다. 픽셀(PX)의 구성들 및 픽셀(PX)의 컨버젼 게인 모드에 따른 동작은 도 2를 참조하여 상세하게 후술하기로 한다.

픽셀 어레이(110)의 복수의 픽셀(PX)이 HCG 모드로 동작함에 따라 생성되는 제1 이미지 데이터에서는 어두운 영역이 선명하게 표현되고, 픽셀 어레이(110)의 복수의 픽셀(PX)이 LCG 모드로 동작함에 따라 생성되는 제2 이미지 데이터는 밝은 영역이 선명하게 표현될 수 있다.

실시예에 있어서, 픽셀 어레이(110)가 스캔되는 한 프레임 내에서 복수의 픽셀(PX) 각각이 대응하는 독출 기간에 HCG 모드 및 LCG 모드로 연속하여 동작할 수 있으며, 이에 따라 한 프레임 기간에 상기 제1 이미지 데이터 및 상기 제2 이미지 데이터가 생성될 수 있다. 제1 이미지와 제2 이미지가 병합되어, 밝은 영역(고조도 영역)과 어두운 영역(저조도 영역)이 선명하게 구현되는 높은 동작 범위(high dynamic range)를 갖는 원-샷(1-shot) 이미지가 생성될 수 있다. 이와 같이 한 프레임 내에서의 듀얼 컨버젼 게인은 인트라-씬 듀얼 컨버젼 게인(intra-scene dual conversion gain)으로 지칭될 수 있다.

로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)를 행(row) 단위로 구동한다. 로우 드라이버(120)는 타이밍 컨트롤러(190)로부터 수신되는 행 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고, 디코딩된 행 제어 신호에 응답하여 픽셀 어레이(110)를 구성하는 행 라인들 중에서 적어도 어느 하나의 행 라인을 선택할 수 있다. 예컨대, 로우 드라이버(120)는 복수의 행 중 하나를 선택하는 선택 신호를 생성할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버(120)로부터 제공된 선택 신호에 의해 선택되는 행(row)으로부터 픽셀 신호, 예컨대 픽셀 전압을 출력할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 신호와 이미지 신호를 포함할 수 있다. 로우 드라이버(120)는 픽셀 신호를 출력하기 위한 제어 신호들을 픽셀 어레이(110)에 전송할 수 있으며, 픽셀(PX)은 제어 신호들에 응답하여 동작함으로써, 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

램프 신호 생성기(130)는 타이밍 컨트롤러(190)의 제어에 따라 소정의 기울기로 레벨이 상승 또는 하강하는 램프 신호(예컨대, 램프 전압)를 생성할 수 있다. 디지털 픽셀 신호에 대응하는 디지털 값을 결정하기 위해, 생성된 전류의 세기가 판단될 필요가 있다. 생성된 전류의 세기를 판단하기 위해, 생성된 전류와 비교되는 기준 신호가 필요하다. 이 기준 신호는 램프(Ramp) 신호일 수 있다. 생성된 전류의 세기와 램프 신호의 세기를 비교함으로써, 생성된 전류의 세기 값이 속하는 구간이 결정된다. 램프 신호(RAMP)는 ADC 회로(150)에 구비되는 복수의 CDS 회로(160)에 각각 제공될 수 있다.

본 개시에 따른 램프 신호 생성기(130)는, 아날로그 게인에 따라 오토 제로 레벨 조절이 가능한 오프셋 저항 및 램프 신호의 오토 제로 레벨을 변경 가능한 전류 셀 유닛을 포함할 수 있다. 본 개시에 따른 램프 신호 생성기(130)에 의하면, 아날로그 게인을 변경해도 동일한 오토 제로 레벨(Auto Zero Level)을 가질 수 있어, 1H-시간 내에서 아날로그 게인을 변경하면서 리드아웃이 가능할 수 있다. 1H-시간이란, 로우 드라이버(120)가 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 시간을 의미할 수 있다. 본 개시에 따른 램프 신호 생성기(130)는 복수의 CDS 회로(160)에 입력되는 신호와의 오토 제로 레벨을 매칭할 수 있다.

카운팅 코드 생성기(140)는 타이밍 컨트롤러(190)의 제어에 따라 카운팅 코드(CCD)를 생성할 수 있다. 카운팅 코드(CCD)는 복수의 카운터 회로(170) 각각에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 카운팅 코드 생성기(140)는 그레이 코드 생성기로 구현될 수 있다. 카운팅 코드 생성기(140)는 설정된 비트 수에 따른 해상도를 가지는 복수의 코드 값들을 카운팅 코드(CCD)로서 생성할 수 있다. 예컨대, 10-비트(bit) 코드가 설정된 경우, 카운팅 코드 생성기(140)는 순차적으로 증가 또는 감소하는 1024개의 코드 값을 포함하는 카운팅 코드(CCD)를 생성할 수 있다.

ADC 회로(150)는 복수의 CDS 회로(160)(Correlated Double Sampling 회로) 및 복수의 카운터 회로(170)를 포함할 수 있다. ADC 회로(150)는 픽셀 어레이(110)로부터 입력되는 픽셀 신호(예컨대 픽셀 전압)를 디지털 신호인 픽셀 값으로 변환할 수 있다. 복수의 컬럼 라인(CL) 각각을 통해 수신되는 각 픽셀 신호는 CDS 회로(160) 및 카운터 회로(170)에 의하여, 디지털 신호인 픽셀 값으로 변환될 수 있다.

CDS 회로(160)는 컬럼 라인(CL)을 통해 수신되는 픽셀 신호, 예컨대 픽셀 전압을 램프 신호(RAMP)와 비교하고, 비교 결과를 비교 결과 신호로서 출력할 수 있다. CDS 회로(160)는 램프 신호(RAMP)의 레벨과 픽셀 신호의 레벨이 동일할 때, 제1 레벨(예컨대 로직 하이)에서 제2 레벨(예컨대 로직 로우)로 천이하는 비교 신호를 출력할 수 있다. 비교 신호의 레벨이 천이되는 시점은 픽셀 신호의 레벨에 따라 결정될 수 있다.

CDS 회로(160)는 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS) 방식에 따라 픽셀(PX)로부터 제공되는 픽셀 신호를 샘플링 할 수 있다. CDS 회로(160)는 픽셀 신호로서 수신되는 리셋 신호를 샘플링 하고 리셋 신호를 램프 신호(RAMP)와 비교하여 리셋 신호에 따른 비교 신호를 생성할 수 있다. 이후 CDS 회로는, 리셋 신호에 상관된(correlated) 이미지 신호를 샘플링 하고, 이미지 신호와 램프 신호(RAMP)를 비교하여 이미지 신호에 따른 비교 신호를 생성할 수 있다.

카운터 회로(170)는 CDS 회로(160)로부터 출력되는 비교 결과 신호의 레벨 천이 시점을 카운트하고, 카운트 값을 출력할 수 있다. 일부 실시 예에서, 카운터 회로(170)는 래치 회로 및 연산 회로를 포함할 수 있다. 래치 회로는 카운팅 코드 생성기(140)로부터의 카운팅 코드(CCD) 및 CDS 회로(160)로부터의 비교 신호를 수신하고, 비교 신호의 레벨이 천이되는 시점에 카운팅 코드(CCD)의 코드 값을 래치 할 수 있다. 래치 회로는 리셋 신호에 대응하는 코드 값, 예컨대 리셋 값 및 이미지 신호에 대응하는 코드 값, 예컨대 이미지 신호 값 각각을 래치할 수 있다. 연산 회로는 리셋 값과 이미지 신호 값을 연산하여, 픽셀(PX)의 리셋 레벨이 제거된 이미지 신호 값을 생성 할 수 있다. 카운터 회로(170)는 리셋 레벨이 제거된 이미지 신호 값을 픽셀 값으로서 출력할 수 있다.

데이터 출력 회로(180)는 ADC 회로(150)로부터 출력된 픽셀 값을 임시 저장한 후 출력할 수 있다. 데이터 출력 회로(180)는 복수의 칼럼 메모리(181) 및 컬럼 디코더(182)를 포함할 수 있다. 칼럼 메모리(181)는 카운터 회로(170)로부터 수신되는 픽셀 값을 저장한다. 일부 실시예에서, 복수의 칼럼 메모리(181) 각각은 카운터 회로(170)에 구비될 수도 있다. 복수의 칼럼 메모리(181)에 저장된 복수의 픽셀 값은 칼럼 디코더(182)의 제어 하에 이미지 데이터(IDT)로서 출력될 수 있다.

타이밍 컨트롤러(190)는 로우 드라이버(120), 램프 신호 생성기(130), 카운팅 코드 생성기(140), ADC 회로(150), 및 데이터 출력 회로(180) 각각에 제어 신호를 출력하여, 로우 드라이버(120), 램프 신호 생성기(130), 카운팅 코드 생성기(140), ADC 회로(150), 및 데이터 출력 회로(180)의 동작 또는 타이밍을 제어할 수 있다.

이미지 센서(100)와 연결되는 프로세서(1200)는 이미지 데이터에 대하여 노이즈 저감 처리, 게인 조정, 파형 정형화 처리, 보간 처리, 화이트밸런스 처리, 감마 처리, 에지 강조 처리, 비닝 등을 수행할 수 있다. 일부 실시 예에서, 프로세서(1200)는 이미지 센서(100)의 내부에 구비될 수도 있다.

본 개시에 따른 이미지 센서(100)는 입사되는 광을 이미지 신호로 변환할 수 있다. 본 개시에 따른 이미지 센서(100)는 전자 장치(미도시)에 포함될 수 있다. 일 예시에 따르면, 본 개시에 따른 이미지 센서(100)가 포함되는 전자 장치는 이미지 또는 광 센싱 기능을 갖는 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 카메라, 스마트폰, 웨어러블 기기, 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)), 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation) 장치 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 차량, 가구, 제조 설비, 도어, 각종 계측 기기 등에 부품으로서 구비되는 장치일 수 있다.

도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀의 일 구현예를 나타내는 회로도이다.

픽셀(PX)은 포토 다이오드(PD), 복수의 트랜지스터들, 예컨대 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(DX), 선택 트랜지스터(SX) 및 게인 제어 트랜지스터(CGX)(또는 컨버젼 게인 제어 트랜지스터라고 함), 및 커패시터()를 포함할 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 의해 커패시터(CH), 예컨대 기생 커패시터가 형성될 수 있다. 커패시터()는 고정 또는 가변 커패시턴스를 갖는 수동 소자이거나, 게인 제어 트랜지스터(CGX)의 소스/드레인에 의하여 형성되는 기생 커패시터 또는 게인 제어 트랜지스터(CGX)의 소스/드레인에 연결될 수 있는 다른 픽셀(PX)에 형성되는 기생 커패시터일 수 있다.

포토 다이오드(PD)는 외부로부터 입사되는 빛을 전기 신호로 변환할 수 있다. 포토 다이오드(PD)는 빛의 세기 강도(light intensity)에 따라 전하를 발생시킨다. 이미지의 촬영 환경(저조도 또는 고조도)에 따라 포토 다이오드(PD)에서 생성되는 전하량은 가변적이다. 예를 들어, 고조도 환경에서 포토 다이오드(PD)에서 생성되는 전하량은 포토 다이오드(PD)의 FWC(full well capacity)에 도달할 수 있으나 저조도 환경에서는 그렇지 않을 수 있다.

전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(DX), 선택 트랜지스터(SX) 및 게인 제어 트랜지스터(CGX)는 각각 로우 드라이버(120)로부터 제공되는 제어 신호들, 예컨대 리셋 제어 신호(RS), 전송 제어 신호(TS), 선택 신호(SEL) 및 게인 제어 신호(CGS)에 응답하여 동작할 수 있다.

리셋 트랜지스터(RX)는 게이트 단자에 인가되는 리셋 제어 신호(RS)에 응답하여 턴-온되어, 픽셀 전원 전압(VDDP)을 기초로 플로팅 디퓨전 노드(FD)를 리셋시킬 수 있다. 이때, 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 게이트 단자에 수신되는 게인 제어 신호(CGS)를 기초로 함께 턴-온 됨으로써, 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 전원 전압(VDDP)이 인가되어 플로팅 디퓨전 노드(FD)가 리셋될 수 있다.

전송 트랜지스터(TX)는 게이트 단자에 인가되는 전송 제어 신호(TS)에 응답하여 턴-온되어, 포토 다이오드(PD)에서 생성되는 전하를 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 전하가 축적될 수 있다. 다시 말해서, 플로팅 디퓨전 노드(FD) 의해 형성되는 커패시터(CH)에 전하가 축적되거나, 또는 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-온 될 경우, 커패시터(CH) 및 커패시터()에 전하가 축적될 수 있다.

플로팅 디퓨전 노드(FD)에 축적된 전하는 전압을 발생시킬 수 있다. 다시 말해서, 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 축적된 전하가 전압으로 변환(conversion)될 수 있다. 컨버젼 게인은 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 커패시턴스에 의해 결정되며, 커패시턴스의 크기에 반비례할 수 있다. 컨버젼 게인의 단위는 예를 들어 uV/e 일 수 있다. 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 커패시턴스가 증가하면 컨버젼 게인이 감소되고, 커패시턴스가 감소하면 컨버젼 게인이 증가하게 된다.

구동 트랜지스터(DX)는 컬럼 라인(CL)에 연결된 전류 소스(CS)에 의하여 생성되는 바이어스 전류(Ibias)를 기초로 소스 팔로워로서 동작할 수 있으며, 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전압에 대응하는 전압을 선택 트랜지스터(SX)를 통해 픽셀 전압(VPIX)으로서 출력할 수 있다.

선택 트랜지스터(SX)는 픽셀(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 게이트 단자에 인가되는 선택 신호(SEL)에 응답하여 턴-온 되어, 구동 트랜지스터(DX)로부터 출력되는 픽셀 전압(VPIX)(또는 전류)을 컬럼 라인(CL)으로 출력할 수 있다. 픽셀 전압(VPIX)은 컬럼 라인(CL)을 통해 ADC 회로(도 1의 150)로 제공될 수 있다.

게인 제어 트랜지스터(CGX)는 게이트 단자에 수신되는 게인 제어 신호(CGS)를 기초로 턴-온 또는 턴-오프될 수 있으며, 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-오프이면, 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 커패시터(CH)에 의한 커패시턴스를 갖고, 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-온 되면, 커패시터()가 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 연결되고 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 커패시터(CH) 및 커패시터()에 의한 커패시턴스를 갖게 되므로 커패시턴스가 증가된다. 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-오프 상태일 때의 컨버젼 게인은 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-온 상태일 때의 컨버젼 게인보다 높을 수 있다. 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-오프 상태일 때는 HCG 모드로 지칭되고, 게인 제어 트랜지스터(CGX)가 턴-온 상태 일 때는 LCG 모드로 지칭될 수 있다.

이와 같이, 픽셀(PX)은 게인 제어 트랜지스터(CGX)의 턴-온 및 턴-오프에 따라 HCG 모드 및 LCG 모드 중 하나로 동작할 수 있다. HCG 모드에서는, 픽셀(PX)의 컨버젼 게인이 증가 할 수 있으므로, 픽셀(PX)로부터 출력되는 픽셀 전압(VPIX)을 처리하기 위한 회로들(예컨대 ADC 회로(150))의 이득이 상대적으로 감소할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(도 1의 100)의 SNR(signal to noise ratio)이 증가되어 감지 가능한 최저 광량이 낮아질 수 있으며 이미지 센서(100)의 저광량 감지 성능이 향상될 수 있다. LCG 모드에서는, 픽셀(PX)의 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 커패시턴스가 크므로 FWC(full well capacity)가 증가될 수 있다. 따라서, 이미지 센서(100)의 고광량 감지 성능이 향상될 수 있다.

이와 같이, 픽셀(PX)이 듀얼 컨버젼 게인을 제공하여 저광량 및 고광량의 빛을 센싱할 수 있는 바, 이미지 센서(100)의 동작 범위(dynamic range)가 확대(또는 증가)될 수 있다. 일 예시에 따르면, HCG 모드 혹은 LCG 모드에서 적용되는 아날로그 게인은 상이할 수 있다. 일 예시에 따르면, 후술할 램프 신호 생성기(130)는 각각의 HCG 모드 혹은 LCG 모드에서 적용되는 서로 다른 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을 동일하게 제어할 수 있다.

도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기의 구성을 간략히 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 램프 신호 생성기(130)는 전류 셀 유닛(131) 및 저항 유닛(132)을 포함할 수 있다. 전류 셀 유닛(131)은 제1 전류 셀(1311)과, 제2 전류 셀(1312)을 포함할 수 있다. 제1 전류 셀(1311) 및 제2 전류 셀(1312)은 각각 전류를 생성할 수 있는 전류원들을 포함할 수 있다. 제1 전류 셀(1311) 및 제2 전류 셀(1312)은 각각 복수의 전류원들을 포함할 수 있다. 도 3의 일 예시에서 도시된 전류 셀 유닛(131)이 포함하는 제1 전류 셀(1311) 및 제2 전류 셀(1312)은, 서로 다른 목적으로 전류를 인가하는 전류 셀일 수 있다. 일 예시에 따르면, 제1 전류 셀(1311)은 기준 전류를 생성하기 위한 하나 이상의 전류원들을 포함할 수 있고, 제2 전류 셀(1312)은 오토 제로 레벨의 제어를 위한 하나 이상의 전류원들을 포함할 수 있다. 제1 전류 셀(1311)에서 생성되는 전류는 카운팅을 위한 전류 신호일 수 있다.

저항 유닛(132)은, 로드 저항부(1321)와 오프셋 저항부(1322)를 포함할 수 있다. 로드 저항부(1321)는 로드 저항을 포함할 수 있고, 오프셋 저항부(1322)는 오프셋 저항을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 오프셋 저항부(1322)는 가변 저항을 포함할 수 있다.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 전류 셀 유닛(131)이 포함하는 제2 전류 셀(1312)과, 저항 유닛(132)이 포함하는 오프셋 저항부(1322)를 제어하는 것을 통해, 램프 신호 생성기(130)에서 생성되는 램프 신호들의 오토 제로 레벨을 동일하게 제어할 수 있다.

도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기의 회로도이다. 도 4는 도 3에 따른 램프 신호 생성기(130)의 블록도를 회로도의 형태로 나타낸 일 예시일 수 있다. 도 4를 참조하면, 램프 신호 생성기(130a)는 전류 셀 유닛(131a) 및 저항 유닛(132a)을 포함할 수 있다. 전류 셀 유닛(131a)은 제1 전류 셀(1311a) 및 제2 전류 셀(1312a)을 포함할 수 있다.

도 4의 일 예시에서는, 제1 전류 셀(1311a) 및 제2 전류 셀(1312a)이 각각 하나의 전류원()만을 포함하는 일 예시가 도시되나, 이는 설명의 편의를 위해 하나의 전류원을 도시한 것에 불과함을 이해하여야 한다. 일 예시에 따르면, 제1 전류 셀(1311a) 및 제2 전류 셀(1312a)은 각각 복수의 전류원들을 포함할 수 있고, 복수의 전류원들 각각은 모두 동일한 전류값을 생성할 수 있다. 도 4의 일 예시에서는, 설명의 편의를 위해 제1 전류 셀(1311a)이 생성하는 전류가 I*A라 가정하고, 제2 전류 셀(1312a)이 생성하는 전류가 I*B라 가정한다. 일 예시에 따르면, 하나의 전류원이 생성하는 전류가 I라고 가정했을 때, 제1 전류 셀(1311a)이 포함하는 전류원의 개수는 A개일 수 있고, 제2 전류 셀(1312a)이 포함하는 전류원의 개수는 B개일 수 있다. 이를 용이하게 표현하기 위해 도 4에서는 제1 전류 셀(1311a)이 포함하는 1개의 전류원(이 I*A만큼의 전류를 생성하고, 제2 전류 셀(1312a)이 포함하는 1개의 전류원(이 I*B만큼의 전류를 생성하는 것으로 도시하였다. 즉, 도 4에 도시된 하나의 전류원들()은, 각각 I만큼의 전류를 발생시킬 수 있는 전류원을 A개 및 B개 포함할 수 있는 것과 동일한 의미임을 이해하여야 한다.

도 4를 참조하면, 전류 셀 유닛(131a)은 복수의 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 더 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 전류 셀 유닛(131a)은 제1 전류 셀(1311a)에 포함된 전류원(과 연결되는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제1 전류 셀(1311a)에 포함된 전류원(과 연결되는 제1 스위치(SW1)는 접지 방향의 경로(path)로 연결하기 위한 스위치일 수 있다. 제1 전류 셀(1311a)에 포함된 전류원(과 연결되는 제2 스위치(SW2)는 저항 유닛(132a)에 포함된 로드 저항()의 방향으로 연결하기 위한 스위치일 수 있다. 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 병렬로 연결될 수 있다. 도 4를 참조하면, 전류 셀 유닛(131a)은 제2 전류 셀(1312a)에 포함된 전류원()과 연결되는 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다. 제2 스위치(SW2)의 일단과, 제3 스위치(SW3)의 일단은 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW3)는 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)에 의해 턴-온 혹은 턴-오프될 수 있다. 일 예시에 따르면, 제3 스위치(SW3)는 낮은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을 높은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨에 맞추고자 할 때 턴-온 될 수 있다.

도 4를 참조하면, 저항 유닛(132a)은 로드 저항을 포함하는 로드 저항부(1321a)와, 오프셋 저항을 포함하는 오프셋 저항부(1322a)를 포함할 수 있다. 로드 저항부(1321a) 및 오프셋 저항부(1322a)는 직렬로 연결될 수 있다. 로드 저항부(1321a)는 로드 저항 및 로드 저항과 직렬로 연결되는 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다. 로드 저항은 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)의 접점과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 스위치(SW4)는 게인 제어 신호(GAIN<7:0>)에 의해 턴-온 혹은 턴-오프될 수 있다. 오프셋 저항부(1322a)는 오프셋 저항 및 오프셋 저항과 직렬로 연결되는 제5 스위치(SW5)를 포함할 수 있다. 제5 스위치(SW5)는 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)에 의해 턴-온 혹은 턴-오프될 수 있다. 오프셋 저항부(1322a)는, 제5 스위치(SW5) 및 오프셋 저항과 병렬로 연결되는 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 제5 스위치(SW5)는 오프셋 저항의 방향으로 연결하기 위한 스위치일 수 있다. 제6 스위치(SW6)는 접지 방향으로 연결하기 위한 스위치일 수 있다. 일 예시에 따르면, 제5 스위치(SW5)는 높은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을 낮은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨에 맞추고자 할 때 턴-온 될 수 있다.

도 4에 따른 램프 신호 생성기(130)의 아날로그 게인, 즉 램프 신호의 기울기는, 일정한 램프 전류가 흐르는 상황에서 로드 저항()의 크기를 바꾸는 방식으로 동작할 수 있다. 램프 신호의 조정은 전류 셀 유닛(131a)에 포함된 복수의 전류 셀들을 하나씩 켜거나 끄는 방식으로 램핑(Ramping) 할 수 있다.

도 4의 일 예시는 게인이 1배인 램프 신호와, 게인이 4배인 램프 신호의 오토 제로 레벨을 맞추기 위한 회로도의 일 예시일 수 있다. 일 예시에 따르면, 도 4의 일 예시에서 오프셋 저항은 일 수 있다. 오프셋 저항의 값은, 가변될 수 있으며, 오토 제로 레벨을 맞추기 위한 램프 신호의 게인의 배수에 따라 달라질 수 있다.

일 예시에 따르면, 1배의 게인을 갖는 램프 신호의 로드 저항이 라고 가정한다. 이 때, 제6 스위치(SW6)가 턴온 되어 오프셋 저항은 연결되지 않으며, 램프 신호 생성기의 회로의 전체 저항은 일 수 있다. 일 예시에 따르면, 4배의 게인을 갖는 램프 신호에서의 로드 저항은 일 수 있다. 이에 의해, 4배의 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨은 1배의 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨의 수준일 수 있다.

따라서, 4배의 게인에서의 램프 신호의 오토 제로 레벨을 1배의 게인에서의 램프 신호의 오토 제로 레벨과 동일하게 매칭하기 위해, 오프셋 저항의 저항 값을 1배의 게인에서의 로드 저항 값과 동일하도록 추가하여 보상할 수 있다. 따라서, 1배의 게인에서의 로드 저항 값인 를 만족하기 위해, 만큼의 오프셋 저항을 추가하는 것을 통해, 1배의 게인과 4배의 게인에서의 저항값이 동일해질 수 있고, 이를 통해 오토 제로 레벨을 1차 매칭할 수 있다. 본 개시에서의 1차 매칭이란, 높은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을, 낮은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨에 매칭하는 것을 의미할 수 있다.

1차 매칭을 통해 1배의 게인에서의 램프 신호의 최대 레벨과, 4배의 게인에서의 램프 신호의 최대 레벨이 매칭될 수 있으나, 두 램프 신호의 오토 제로 레벨은 아직 상이할 수 있다. 이를 추가로 매칭하기 위해, 제2 전류 셀(1312a)이 포함하는 전류원(에 의한 전류를 부가하는 것을 통해 오토 제로 레벨을 동일하게 제어할 수 있다. 이에 대해서는 도 5의 실시예를 통해 추가적으로 설명하도록 한다.

도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기의 회로도이다. 도 5의 실시예에서, 도 4에서 설명한 바와 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 5를 참조하면, 램프 신호 생성기(130b)는 전류 셀 유닛(131b) 및 저항 유닛(132b)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 전류 셀 유닛(131b)은 복수의 전류 셀들(1311b, 1312b, 1313b)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 제1 전류 셀(1311b)은 전류원( 제1 스위치(SW1') 및 제2 스위치(SW2')를 포함할 수 있다. 제2 전류 셀(1312b)은 전류원( 제3 스위치(SW3')를 포함할 수 있다. 제3 전류 셀(1313b)은 전류원( 제7 스위치(SW7') 및 제8 스위치(SW8')를 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 제3 스위치(SW3')에 인가되는 신호는 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN) 및 제1 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_HCG<5:0>)가 AND 게이트에 인가되어 출력된 결과로 나타나는 신호일 수 있다.

일 예시에 따르면, 도 5의 제1 전류 셀(1311b)은 도 4의 제1 전류 셀(1311a)에 대응될 수 있다. 도 5의 제2 전류 셀(1312b)은 도 4의 제2 전류 셀(1312a)에 대응될 수 있다. 도 5의 제3 전류 셀(1313b)은 제2 전류 셀(1312b)이 포함하는 전류원의 개수를 결정하기 위해 참고되는 전류 셀일 수 있다. 제1 전류 셀(1311b)은 카운팅(counting) 구간에서 사용되고, 제2 전류 셀(1312b), 제3 전류 셀(1313b)은 램프 신호의 오토 제로 레벨을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

일 예시에 따르면, 제1 전류 셀(1311b)이 포함하는 전류원의 개수는 A개일 수 있다. 일 예시에 따르면, 제3 전류 셀(1313b)이 포함하는 전류원의 개수는 B개일 수 있다. 일 예시에 따르면, B는 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_HCG<5:0>, OFF_RST_LCG<5:0>)가 인가될 때 램프 신호의 최대 레벨에서 오토 제로 레벨까지 떨어뜨리기 위해 오프 하여야 하는 전류원의 개수일 수 있다. 일 예시에 따르면, 제2 전류 셀(1312b)이 포함하는 전류원의 개수는 개일 수 있다.

즉, 낮은 아날로그 게인에서의 램프의 오토 제로 레벨을 보정하기 위해서는, 개의 전류원이 추가로 필요할 수 있다. 이 때, M은 로우 컨버전 게인에 의한, 낮은 아날로그 게인의 배수이고, N은 하이 컨버전 게인에 의한, 높은 아날로그 게인의 배수일 수 있다. 일 예시에 따르면, A, B, N, M은 자연수일 수 있다. 이 때, 전류 셀이 포함하는 전류원 한 개당 필요한 전류의 량은 제1 전류 셀(1311b), 제2 전류 셀(1312b), 제3 전류 셀(1313b)에서 모두 동일할 수 있다. 램프 신호의 오토 제로 레벨은 아날로그 게인에 따라 달라지지만, 이는 램프가 포함하는 로드 저항의 크기에 따라 달라지는 것이며, 전류원의 개수는 동일하게 유지될 수 있다. 따라서, 해당 개수를 조절하는 신호인 제1 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_HCG<5:0>)는 고정될 수 있다. 일 예시에 따르면, LCG 모드와 HCG 모드에서 오프셋 레벨은 동일하게 가져갈 수 있으므로, 제1 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_HCG<5:0>)와 제2 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_LCG<5:0>)는 동일할 수 있다.

도 4의 실시예에서, 로우 아날로그 게인은 1배의 게인이고, 하이 아날로그 게인은 4배의 게인일 수 있다. 따라서 도 4의 실시예에서는, M이 1, N이 4의 값을 가질 수 있다.

로드 저항(은 하이 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_HCG<7:0>)에 의해 저항값을 조절할 수 있고, LCG 모드에서는 로우 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_LCG<7:0>)를 사용할 수 있다. 도 5의 로드 저항부(1321b)는, 도 4의 로드 저항부(1321a)에 대응할 수 있다.

오프셋 저항(은 아날로그 게인을 이용한 수식으로 표현할 수 있다. 이는 의 수식으로 표현할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 로드 저항(을 구성하는 로드 저항부(1321b)의 크기 대비 오프셋 저항(을 구성하는 오프셋 저항부(1322b)의 크기는 배가 되며, 해당 유닛 개수를 조절하는 신호는 로우 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_LCG<7:0>)의 개수로 조절 가능할 수 있다. 도 5의 오프셋 저항부(1322b)는, 도 4의 오프셋 저항부(1322a)에 대응할 수 있다. 일 예시에 따르면, 제5 스위치(SW5')에 인가되는 신호는 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN) 및 로우 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_LCG<7:0>)가 AND 게이트에 인가되어 출력된 결과로 나타나는 신호일 수 있다.

예를 들어 설명하면, 의 1개 유닛의 저항의 크기를 100이라 가정하고, 아날로그 게인 1배의 상태에서, 로우 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_LCG<7:0>)의 세팅이 1개의 유닛의 저항 연결을 의미한다면, 아날로그 게인 1배에서는 100의 로드 저항이 보여진다. 아날로그 게인 4배에서 하이 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_HCG<7:0>)의 세팅은 로드 저항의 유닛 저항이 4개로 병렬로 연결된 것처럼 보여지게 되어, 25의 로드 저항이 보여지게 된다. 아날로그 게인 4배에서, 오프셋 저항을 이용하여 오토 제로 레벨을 맞춘다고 할 때, 오프셋 저항의 유닛 저항의 크기는 로드 저항 유닛의 저항 크기 대비 인 배 수준이 되며, 이는 75이다. 이 때, 로우 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_LCG<7:0>)가 1개 유닛의 저항 연결을 의미하므로, 오프셋 저항은 75일 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 램프 신호 생성기의 구조를 도시한다. 램프 신호 생성기는 픽셀 어레이에서의 하이 컨버전 게인 모드와, 로우 컨버전 게인 모드에 따라 각각 다른 아날로그 게인을 갖는 램프 신호를 생성할 수 있다. 높은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 로드 저항은, 낮은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 로드 저항보다 작으므로, 이를 기울기 변화 없이 보충하는 것이 필요할 수 있다. 오프셋 저항을 낮은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 로드 저항보다 부족한 만큼 추가하여 높은 아날로그 게인을 찾는 램프 신호의 출력을 보정할 수 있다. 이 때, 오프셋 저항에 의해 보정된 값은 낮은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 최대 레벨을 기준으로 보정될 수 있다. 따라서, 오토 제로 레벨을 추가적으로 보정해줄 필요성이 있다. 이를 추가적으로 보정하기 위한 방법으로, 오토 제로 캘리브레이션(AZ Calibration)을 위한 제2 전류 셀을 추가하여 낮은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을 상향할 수 있다. 이를 통해, 서로 다른 두 아날로그 게인의 오토 제로 레벨을 동일하게 세팅할 수 있다. 이에 대해, 도 6a 내지 도 6c의 그래프를 참조하여 부연 설명하도록 한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기에 의해 오토 제로 레벨을 조정하는 구체적인 예시를 설명하기 위한 그래프이다.

도 6a를 참조하면, 제1 게인을 갖는 제1 램프 신호(LS1)와, 제2 게인을 갖는 제2 램프 신호(LS2)가 도시된다. 일 예시에 따르면, 제1 게인을 갖는 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)은 제2 게인을 갖는 제2 램프 신호(LS2)의 오토 제로 레벨(AZ2)보다 높은 값을 가질 수 있다. 일 예시에 따르면, 제1 게인은 제2 게인보다 더 낮은 배수일 수 있다. 일 예시에 따르면, 제1 게인은 게인이 1배이고, 제2 게인은 게인이 4배일 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 이득을 갖는 램프 신호들의 오토 제로 레벨을 동일하도록 맞추는 것이 본 발명의 목적일 수 있다. 도 6a의 그래프들을 참조하면, CMOS 이미지 센서(CIS)의 이득이 증가할수록 램프 전압의 기울기는 줄어들게 되는데 이는 일정한 저항에다 흘리는 전류를 감소시켜 램프 전압을 생성하기 때문이다.

도 6b를 참조하면, 더 높은 게인을 갖는 제2 램프 신호(LS2)를 더 낮은 게인을 갖는 제1 램프 신호(LS1)의 최대 오프셋 레벨(AZ1_h)에 맞도록 1차 매칭할 수 있다. 이는 도 4 및 도 5의 오프셋 저항(을 가변하는 것을 통해 매칭할 수 있다. 이와 같이 1차 매칭을 수행하면, 제1 램프 신호(LS1)의 최대 레벨과, 1차 매칭된 제2 램프 신호(LS2')의 최대 레벨은 동일한 레벨로 매칭될 수 있다. 그러나, 매칭한 결과에 따른 제2 램프 신호(LS2')의 오토 제로 레벨(AZ2')은 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)과 상이한 값을 가질 수 있다.

도 6c를 참조하면, 제2 램프 신호(LS2')의 오토 제로 레벨(AZ2')과, 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)을 동일한 레벨로 2차 매칭하기 위해, 도 4 및 도 5의 제2 전류 셀(1312a, 1312b)의 전류를 추가할 수 있다. 이를 통해 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)은 제2 램프 신호(LS2')의 오토 제로 레벨(AZ2')과 동일한 값을 가질 수 있다. 본 개시에서의 2차 매칭이란, 낮은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을, 높은 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨에 매칭하는 것을 의미할 수 있다. 2차 매칭을 위해 필요한 제2 전류 셀(1312a, 1312b)의 값을 설명하기 위해 도 7의 도면을 참조한다.

도 7은 램프 신호 생성기에 의해 오토 제로 레벨을 조정하는 것을 설명하기 위한 추가 도면이다.

일 예시에 따르면, 낮은 게인을 갖는 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)을 유지하기 위해 필요한 전류 값은 A일 수 있다. 이는, 도 4 및 도 5의 제1 전류 셀(1311a, 1311b)에 의한 전류일 수 있다. 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)과, 제1 램프 신호(LS1)의 최대 레벨(AZ1_h)을 매칭하기 위한 전류 값은 B일 수 있다. 이는, 도 5의 오프셋을 위한 전류 셀인 제3 전류 셀(1313b)에 의한 전류일 수 있다. 이 때, 제1 램프 신호(LS1)의 오토 제로 레벨(AZ1)과, 제2 램프 신호(LS2')의 오토 제로 레벨(AZ2')과의 차이를 채우기 위한 전류 값은 일 수 있다. 이는 도 5의 제2 전류 셀(1312b)에 의한 전류일 수 있다.

본 발명의 램프 신호 생성기를 통해 아날로그 게인을 변환할 시, 비교기의 샘플링 커패시터(Sampling Cap)를 변경된 DC 레벨로 오토-제로잉(Auto-zeroing) 하는데 필요한 세틀링 타임(Settling Time)이 추가로 필요하지 않게 되며, 램프 신호 생성기 및 비교기를 2개로 배치하지 않고 하나로 구현 가능하게 된다. 이를 통해 하나의 램프 신호 생성기로 1H-시간 내에서 아날로그 게인을 변경하면서 리드아웃이 가능하므로, 빠른 리드아웃 및 단일 램프 사용으로 설계의 효율화를 기대할 수 있다. 또한, 1H-시간 내에 혹은 1H-시간 마다 아날로그 게인의 변환이 필요한 오버랩 스태거드 HDR(Overlapped Staggered HDR) 및 인트라-씬 DCG(Intra-Scene DCG) 등의 리드아웃 모드를 하나의 램프 신호 생성기로 구현 가능하다. 또한, 모든 아날로그 게인의 오토 제로 레벨을 동일하게 가져갈 경우, 램프의 게인 선형성(Gain Linearity) 특성이 개선될 수 있다.

도 8은 도 4에 따른 램프 신호 생성기에 인가되는 신호를 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 8은 도 4의 램프 신호 생성기에서, 1H-시간 내의 타이밍도일 수 있다.

카운트 신호(CNT_EN)은 램프 신호의 시작을 결정하는 신호일 수 있다. 카운트 신호(CNT_EN) 신호가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이될 때, 일정 기울기를 갖는 램프 신호가 인가될 수 있다. 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_ENB)는 램프 신호에서의 오토 제로 레벨을 조절하기 위한 신호일 수 있다. 일 예시에 따르면, 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_ENB) 신호는 최대 레벨(max level) 기준으로, 오토 제로 레벨까지 떨어트리기 위해 필요한 만큼의 전류 셀을 오프하기 위한 신호일 수 있다. 램프 리셋 신호(RMP_RST)은 램프가 최대 레벨로 가기 위한 신호일 수 있다. 일 예시에 따르면, 램프 리셋 신호(RMP_RST)은 모든 전류 셀이 온 되는 신호일 수 있다. 램프 리셋 신호(RMP_RST) 신호는 가장 우선되는 신호일 수 있다. 램프 리셋 신호(RMP_RST) 신호가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이될 때, 램프 신호는 각 게인에서의 최대 레벨로 천이될 수 있다. 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)는 도 4의 제5 스위치(SW5)에 인가되는 신호일 수 있다. 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)는 도 4의 제3 스위치(SW3)에 인가되는 신호일 수 있다. 게인 제어 신호(GAIN<7:0>)는 도 4의 제4 스위치(SW4)에 인가되는 신호일 수 있다. 하부에 도시된 그래프는, 각각의 타이밍에서의 VRAMP 신호의 파형이 도시되어 있으며, 참고를 위한 VRAMP agxN 신호와, VRAMP agx4N 신호의 파형이 각각 도시되어 있다. VRAMP agxN 신호는 게인이 1배일 때의 신호를 의미할 수 있다. VRAMP agx4N 신호는 게인이 4배일 때의 신호를 의미할 수 있다.

도 8을 참조하면, t1에서, 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_ENB)는 제2 레벨을 유지하고, 램프 리셋 신호(RMP_RST)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다. t1에서, 램프 신호(VRAMP)는 최대 레벨로 천이할 수 있다. 이 때, 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)가 턴 온 되고, 이를 통해 도 4의 제3 스위치(SW3)가 턴-온 될 수 있다. 이를 통해, AZ 캘리브레이션을 위해 제2 전류 셀(1312a)이 연결되어 1배의 오토 제로 레벨을 맞추게 되며, 오프셋 저항은 이 때 사용되지 아니할 수 있다.

t2에서 LCG 리셋 레벨을 카운팅하기 위한 아날로그 게인 1배 램핑(Ramping) 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 카운트 신호(CNT_EN)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이될 수 있다. 이에 의해 램프 신호는 시작될 수 있다.

다음으로, t3에서 카운트 신호(CNT_EN)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있고, 램프 리셋 신호(RMP_RST)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다. 이에 의해 램프 신호는 중지되며, 오토 제로 레벨의 리셋이 시작될 수 있다. 이 때, 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)가 턴 오프 되고, 이를 통해 제3 스위치(SW3)가 턴-오프 될 수 있다. 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)는 턴 온 되고, 이를 통해 제5 스위치(SW5)가 턴-온 될 수 있다. 이를 통해, 아날로그 게인 4배의 신호가 인가되는 구간(t3-t5)에서 오토 제로 레벨을 1차 매칭할 수 있다.

t4에서는 카운트 신호(CNT_EN)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하여, 램프 신호가 인가될 수 있다. 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)는 턴 오프 되고, 오토 제로 캘리브레이션을 위해 추가된 제2 전류 셀은 오프되어, 기존 램프의 전류 수준으로 전환될 수 있다. 또한, 오프셋 저항의 사용을 위한 신호인 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)가 온 되고, 아날로그 게인 1배의 로드 저항 대비 부족한 저항 수준을 오프셋 저항으로 보충하게 되어, 아날로그 게인이 1배/4배인 램프 출력의 오토 제로 레벨을 동일하게 맞출 수 있다.

다음으로, t5에서, 카운트 신호(CNT_EN)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있고, 램프 리셋 신호(RMP_RST)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다. 이 때, 아날로그 게인 1배의 신호가 인가되는 구간, 즉 t5 내지 t7의 구간에서, t1 내지 t3의 구간과 동일하게 신호가 제어될 수 있다.

이후에서도, t7 내지 t9의 구간은 t3 내지 t5의 구간과 동일하게 제어될 수 있으며, t9 내지 t11의 구간은 t1 내지 t3의 구간과 동일하게 신호가 제어될 수 있다. HCG와 LCG의 신호 레벨을 카운팅하기 위한 아날로그 게인의 변환은 앞선 리셋 레벨의 카운팅 방식과 동일한 방식으로 변경되며, 이를 통하여 1H-시간 내에서 자유롭게 아날로그 게인을 바꾸는 리드아웃 모드를 하나의 램프로 구현할 수 있다.

도 8을 참조하면, 아날로그 게인이 1배인 구간(agxN) 및 아날로그 게인이 4배인 구간(agx4N) 각각에서 모두 오토 제로 레벨이 동일하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 도 5에 따른 램프 신호 생성기에 인가되는 신호를 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 9의 실시예에서, 도 8에서 설명된 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

일 예시에 따르면, LCG 모드에 대응하는 낮은 게인을 갖는 VRAMP 신호(VRAMP(LCG))와, HCG 모드에 대응하는 높은 게인을 갖는 VRAMP 신호(VRAMP(HCG))가 각각 도시되어 있다.

저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)와 로우 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_LCG<7:0>)는 제5 스위치(SW5')에 인가되는 신호일 수 있다. 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)와 제1 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_HCG<5:0>)은 제3 스위치(SW3')에 인가되는 신호일 수 있다. 하이 컨버전 게인 제어 신호(GAIN_HCG<7:0>)은 제4 스위치(SW4')에 인가되는 신호일 수 있으며, 게인 값을 조절할 수 있다. 도 9에서, N은 높은 게인 배수를 의미하며, M은 낮은 게인 배수를 의미할 수 있다.

t1'에서, 오프셋 리셋 신호(OFF_RST_ENB)는 제2 레벨을 유지하고, 램프 리셋 신호(RMP_RST)는 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이 될 수 있다. 이 때 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)와 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)는 모두 오프될 수 있다.

t2'에서, 카운트 신호(CNT_EN)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이되며, 램프 리셋 신호(RMP_RST)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이될 수 있다. 이 때, 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)는 턴 온 될 수 있고, 이에 의해 제5 스위치(SW5')가 턴온 될 수 있다. T3'에서 램프 리셋 신호(RMP_RST)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이되는 것을 통해 HCG 모드의 VRAMP 신호(VRAMP(HCG))가 LCG 모드의 VRAMP 신호(VRAMP(LCG))의 최대 레벨에 1차 매칭될 수 있다.

t4'에서, 카운트 신호(CNT_EN)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하여, 램프 신호가 시작될 수 있다. t5'에서, 카운트 신호(CNT_EN)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이하고, 램프 리셋 신호(RMP_RST)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다. 이 때, 저항 오프셋 신호(VRAMP_OFFSET_EN)가 오프될 수 있고, 오토 제로 캘리브레이션 신호(AZ_CALIBRATION_EN)는 턴 온 될 수 있다. 이를 통해, (1-M/N)*B 만큼의 전류 값을 추가로 인가할 수 있으며, 이를 통해 M배의 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨을 2차 매칭할 수 있다. 나머지 구간들에서는, 이와 같은 오토 제로 레벨 매칭이 반복될 수 있다.

2PD 인트라-씬 DCG와 DSG(Dual Slope Gain)를 결합하는 구조 적용 시, HCG에 아날로그 게인 4배, LCG에 아날로그 게인 1배를 적용하게 되는데, 이 때 LCG AF의 조기 포화 방지를 위해 좌측의 HCG에는 아날로그 게인 1배가 필요하게 된다. 하지만, 아날로그 게인 4배 램핑 후 아날로그 게인 1배로 전환되는 경우, 받아들인 빛의 풀 레인지를 커버하지 못하게 되는 문제가 발생하여, 모든 게인에서 동일한 오토 제로 레벨을 갖는 램프 신호 생성기가 필요하게 된다. 본 개시의 일 예시와 같이, 동일한 오토 제로 레벨을 맞추기 위한 오프셋 저항과 전류 셀 유닛을 구성한다면, 듀얼 램프로 DSG를 적용한 2PD 인트라-씬 DCG 모드 구현으로의 발명 시스템 확장이 가능할 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 램프 신호 생성기에 의해 오토 제로 레벨을 조정하는 예시를 설명하기 위한 그래프이다. 도 10a 내지 도 10c에서, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 중복되는 기재에 대해서는 설명을 생략한다.

도 10a를 참조하면, 다양한 게인 값에 따른 램프 신호들이 개시되어 있다. 도 10a를 참조하면, 1배의 게인에 따른 램프 신호(X1), 2배의 게인에 따른 램프 신호(X2), 4배의 게인에 따른 램프 신호(X4), 8배의 게인에 따른 램프 신호(X8), 16배의 게인에 따른 램프 신호(X16)가 개시되어 있다.

도 10b 및 도 10c를 참조하면, 복수의 아날로그 게인이 4배가 차이 나는 모든 경우의 수에서 오토 제로 레벨을 동일하게 맞출 수 있음을 나타낸다. 먼저, 높은 아날로그 게인의 램프 신호 출력은 오프셋 저항을 이용하여 낮은 아날로그 게인의 최대 레벨에 맞추게 되는 예시가 도 10b에 도시된다. 이후 낮은 아날로그 게인의 램프 신호의 출력의 오토 제로 레벨이 부족한 만큼 오토 제로 캘리브레이션용 추가 전류 셀을 동작시켜 오프셋 저항으로 보정된 높은 아날로그 게인의 오토 제로 레벨과 동일하게 맞추게 된다. 이는 2배, 4배, 8배, 16배 차이가 나는 아날로그 게인에 모두 본 발명의 구조를 같은 방식으로 적용하여, 오토 제로 레벨을 모든 아날로그 게인 조건에서 동일하게 맞출 수 있다.

도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 오토 제로 레벨을 조정하는 순서도이다.

도 11을 참조하면, 픽셀 어레이가 포함한 픽셀의 컨버전 게인이 하이 컨버전 게인보다 같거나 큰지 여부를 확인하여 결정할 수 있다(S1110). 픽셀의 컨버전 게인이 설정한 하이 컨버전 게인보다 같거나 크다면(yes), 하이 컨버전 게인 모드일 수 있고, 이와 같은 경우 램프 신호 생성기의 아날로그 게인을 높게 설정할 수 있다(S1120).

램프 신호 생성기의 아날로그 게인이 높게 설정되는 경우(S1120), 오프셋 저항과 연결된 스위치는 턴-온 시키고(S1121), 제2 전류원과 연결된 스위치는 턴-오프할 수 있다(S1122). 이는 높은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 레벨을 낮은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 레벨에 매칭하기 위한 것일 수 있다.

픽셀의 컨버전 게인이 설정한 하이 컨버전 게인보다 낮다면, 로우 컨버전 게인 모드일 수 있고, 이와 같은 경우 램프 신호 생성기의 게인을 낮게 설정할 수 있다(S1130).

램프 신호 생성기의 게인이 낮게 설정되는 경우(S1130), 오프셋 저항과 연결된 스위치는 턴-오프 시키고(S1131), 제2 전류원과 연결된 스위치는 턴-온 할 수 있다(S1132). 이는 낮은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 레벨을 높은 아날로그 게인을 갖는 램프 신호의 레벨에 매칭하기 위한 것일 수 있다.

이를 통해, 램프 신호 생성기에서 출력된 서로 다른 게인을 갖는 램프 신호의 오토 제로 레벨들은 모두 동일한 오토 제로 레벨로 세팅될 수 있다(S1140).

고성능 이미지 센서 설계를 위한 빠른 리드아웃 및 HDR 기능 등의 지원을 위하여, 복수의 램프를 동시에 사용하는 모드가 점차 증가할 것으로 예상된다. 현재는 2개의 램프로 서로 다른 하나의 아날로그 게인을 가지는 리드아웃 모드를 구현하고 있지만, 보다 정밀한 HDR 특성을 빠른 리드아웃으로 지원하기 위하여, 1배, 2배, 4배, 8배, 16배 등 복수의 아날로그 게인을 하나의 1H-시간 내 또는 1 프레임 내에 적은 수의 램프로 구현 가능할 수 있다.

본 개시의 예시적인 램프 신호 생성기에 의하면, 별도의 CDS OTA의 오토-제로잉 세틀링 타임(Auto-zeroing settling time) 필요 없이, 1H-시간 또는 1 프레임 내에서 아날로그 게인의 세팅을 변경 가능하다. 또한, 2PD 인트라-씬 DCG 및 DSG을 통한 14-비트의 지원 역시 가능할 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

전류 신호를 생성하는 복수의 전류원들을 포함하는 전류 셀 유닛;
상기 전류 셀 유닛의 출력단과 연결되는 저항 유닛;을 포함하고,
상기 저항 유닛은,
로드 저항; 및
상기 로드 저항과 직렬로 연결되며, 아날로그 게인에 따라 가변되는 값을 가지는 오프셋 저항;을 포함하는 램프 신호 생성기.
제1항에 있어서,
상기 전류 셀 유닛은,
제1 전류 셀;
상기 제1 전류 셀과 병렬로 연결되는 제2 전류 셀; 및
상기 제2 전류 셀에 포함된 복수의 전류원과, 상기 출력단 사이에 연결되는 제1 스위치;를 더 포함하는 램프 신호 생성기.
제2항에 있어서,
상기 제1 전류 셀은, A개의 전류원들을 포함하고,
상기 제2 전류 셀은, (1-M/N)*B개의 전류원들을 포함하며,
상기 A는 상기 램프 신호의 카운팅을 위한 전류원의 개수이며,
상기 B는 상기 램프 신호의 최대 레벨에서, 상기 램프 신호의 오토 제로 레벨과의 차이를 매칭하기 위한 전류원의 개수이며,
상기 M은 상기 게인 중 낮은 게인의 배수이며,
상기 N은 상기 게인 중 높은 게인의 배수인 램프 신호 생성기.
제3항에 있어서,
상기 오프셋 저항은 (1/M-1/N)에 상기 로드 저항 값을 곱한 값을 가지도록 가변되는 램프 신호 생성기.
제4항에 있어서,
상기 저항 유닛은,
접지 단과 상기 오프셋 저항 사이에 연결되는 제2 스위치;를 더 포함하는 램프 신호 생성기.
제5항에 있어서,
상기 N 배수의 게인에 의한 램프 신호의 오토 제로 레벨을 상기 M 배수의 게인에 의한 램프 신호의 오토 제로 레벨과 매칭하기 위해, 상기 제2 스위치를 턴-온하고, 상기 제1 스위치를 턴-오프하도록 제어되는 램프 신호 생성기.
제5항에 있어서,
상기 M 배수의 게인에 의한 램프 신호의 오토 제로 레벨을 상기 N 배수의 게인에 의한 램프 신호의 오토 제로 레벨과 매칭하기 위해, 상기 제1 스위치를 턴-온하고, 상기 제2 스위치를 턴-오프하도록 제어되는 램프 신호 생성기.
복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
상기 픽셀 어레이에서의 컨버전 게인 모드에 따라 서로 다른 오토 제로 레벨을 갖는 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성기; 및
상기 램프 신호와 상기 픽셀 어레이의 출력 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 상관 이중 샘플러; 를 포함하고,
상기 램프 신호 생성기는,
제1 오토 제로 레벨을 가지며, 제1 게인을 갖는 제1 램프 신호; 및
제2 오토 제로 레벨을 가지며, 제2 게인을 갖는 제2 램프 신호;를 생성하며,
상기 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨과 상기 제2 램프 신호의 오토 제로 레벨이 동일하도록 제어하는 이미지 센서.
제8항에 있어서,
상기 램프 신호 생성기는,
상기 제1 램프 신호의 최대 레벨을 상기 제2 램프 신호의 최대 레벨에 1차 매칭하는 이미지 센서.
제9항에 있어서,
상기 램프 신호 생성기는,
상기 제2 램프 신호의 제2 오토 제로 레벨을, 상기 1차 매칭한 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨에 2차 매칭하는 이미지 센서.
제9항에 있어서,
상기 램프 신호 생성기는,
전류 신호를 생성하는 복수의 전류원들을 포함하는 전류 셀 유닛;
상기 전류 셀 유닛의 출력단과 연결되는 저항 유닛;을 포함하고,
상기 저항 유닛은,
로드 저항; 및
상기 로드 저항의 출력단에 연결되며, 아날로그 게인에 따라 가변되는 값을 가지는 오프셋 저항;
접지 단과 상기 오프셋 저항 사이에 연결되는 제2 스위치;를 포함하며,
상기 1차 매칭은 상기 오프셋 저항의 값을 가변하고, 상기 제2 스위치를 턴-온 하는 것을 통해 매칭하는 이미지 센서.
제10항에 있어서,
상기 램프 신호 생성기는,
전류 신호를 생성하는 복수의 전류원들을 포함하며, 제1 전류 셀; 상기 제1 전류 셀과 병렬로 연결되는 제2 전류 셀; 및 상기 제2 전류 셀에 포함된 복수의 전류원과, 상기 제2 전류 셀의 출력단 에 연결되는 제1 스위치;를 포함하는 전류 셀 유닛;
상기 전류 셀 유닛의 출력단과 연결되는 저항 유닛;을 포함하고,
상기 저항 유닛은,
로드 저항; 및
상기 로드 저항의 출력단에 연결되며, 아날로그 게인에 따라 가변되는 값을 가지는 오프셋 저항;을 포함하며,
상기 2차 매칭은, 상기 제1 스위치를 턴-온하는 것을 통해 매칭하는 이미지 센서.
제10항에 있어서,
상기 램프 신호 생성기 및 상기 픽셀 어레이에 인가되는 신호의 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러;를 더 포함하는 이미지 센서.
제13항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는, 상기 1차 매칭을 위한 상기 램프 신호 생성기 내의 오프셋 저항의 가변을 위한 신호 및 상기 오프셋 저항과 연결된 제2 스위치에 인가되는 신호를 제어하고,
상기 2차 매칭을 위한 상기 램프 신호 생성기 내의 전류원과 연결된 제1 스위치에 인가되는 신호를 제어하는 이미지 센서.
제14항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 1차 매칭을 수행할 때 상기 제2 스위치에 인가되는 신호를 턴-온 하도록 제어하고, 상기 제1 스위치를 턴-오프하도록 제어하며,
상기 2차 매칭을 수행할 때 상기 제2 스위치에 인가되는 신호를 턴-오프 하도록 제어하고, 상기 제1 스위치를 턴-온 하도록 제어하는 이미지 센서.
제1 게인에 의한 제1 오토 제로 레벨을 갖는 제1 램프 신호와, 상기 제1 게인보다 낮은 제2 게인에 의한 제2 오토 제로 레벨을 갖는 제2 램프 신호의 오토 제로 레벨을 동일하게 제어하는 방법에 있어서,
상기 제1 램프 신호의 레벨을 상기 제2 램프 신호의 최대 레벨에 1차 매칭하는 단계; 및
상기 제2 램프 신호의 상기 제2 오토 제로 레벨을 상기 1차 매칭된 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨에 2차 매칭하는 단계;를 포함하는 오토 제로 레벨 제어 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1 램프 신호를 상기 제2 램프 신호에 1차 매칭하는 단계;는,
상기 제2 게인에 의한 전체 로드 저항과, 상기 제1 게인에 의한 전체 로드 저항의 차이에 대응하는 만큼 오프셋 저항을 가변하는 단계;를 포함하는 오토 제로 레벨 제어 방법.
제17항에 있어서,
상기 제1 램프 신호를 상기 제2 램프 신호에 1차 매칭하는 단계;는,
상기 오프셋 저항과 연결된 스위치를 턴-온 하는 단계;를 포함하는 오토 제로 레벨 제어 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2 램프 신호의 상기 제2 오토 제로 레벨을 상기 1차 매칭된 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨에 2차 매칭하는 단계;는,
상기 제2 램프 신호의 오토 제로 레벨과, 상기 제2 램프 신호의 최대 레벨의 차이값에서, 상기 제2 게인을 상기 제1 게인으로 나눈 값을 반영한 전류원을 추가하는 단계;를 포함하는 오토 제로 레벨 제어 방법.
제19항에 있어서,
상기 제2 램프 신호의 상기 제2 오토 제로 레벨을 상기 1차 매칭된 제1 램프 신호의 오토 제로 레벨에 2차 매칭하는 단계;는,
상기 전류원과 연결된 스위치를 턴-온 하는 단계;를 포함하는 오토 제로 레벨 제어 방법.