NL1011406C2

NL1011406C2 - CMOS beeldsensor met testschakeling voor het verifiëren van de werking daarvan.

Info

Publication number: NL1011406C2
Application number: NL1011406A
Authority: NL
Inventors: Suk Joong Lee; Woodward Yang; Oh Bong Kwon; Gyu Tae Hwang
Original assignee: Hyundai Electronics Ind
Priority date: 1998-02-28
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-01-07
Also published as: JP4455686B2; NL1011406A1; FR2778049B1; KR19990073016A; US6633335B1; FR2778049A1; KR100324592B1; JPH11331883A; DE19908858B4; GB2334848A; GB2334848B; GB9904591D0; DE19908858A1; TW414922B

Description

Korte aanduiding: CMOS beeldsensor met testschakeling voor het verifiëren van de werking daarvan

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een beeldweergave onder gebruikmaking van CMOS (Complementary 5 Metal Oxide Semiconductor - complementaire metaal oxyde halfgeleider) beeldsensor; en, meer in het bijzonder, op een CMOS beeldsensor met een daarin ingebedde testschakeling en een werkwijze voor het verifiëren van de CMOS beeldsensor onder gebruikmaking van de testschakeling.

10

Beschrijving van de stand van de techniek

In het algemeen is een beeldsensor een inrichting voor het vastleggen van beelden onder gebruikmaking van 15 lichtaftastende halfgeleidermaterialen. Aangezien de helderheid en de golflengte van het licht dat afkomstig is van een voorwerp verschillend van waarde zijn volgens het reflectiegebied, verschillen elektrische signalen van pixels van elkaar. Deze elektrische signalen worden omgezet 20 in digitale signalen, welke in een digitale schakeling verwerkt kunnen worden door een analoog-naar-digitaal omzetter.

Conventionele weergaveinrichtingen welke ladingsgekoppelde inrichtingen (waarnaar hierna wordt 25 verwezen als CCD's) gebruiken, benodigen een relatief hoge spanning, en er zijn vele bewerkingsstappen vereist voor het tot stand brengen van een dergelijke ladingsgekoppelde inrichting. Een beeldsensor die is uitgevoerd op basis van de ladingsgekoppelde inrichtingen dient afzonderlijke 30 logische schakelingen te hebben voor het omzetten van de analoge signalen in digitale signalen. Voorts is het in de conventionele CCD beeldsensor zeer moeilijk de sensoren en de logische schakelingen in een chip te integreren.

1011406 2

Samenvatting van de uitvinding

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding, een CMOS beeldsensor te verschaffen welke in 5 staat is bestuurd te worden met een laag vermogen onder gebruikmaking van CMOS technologie.

Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding, een CMOS beeldsensor te verschaffen waarin sensoren en alle logische schakelingen zijn geïntegreerd in een chip met een 10 snelle gegevensverwerking en een hoge mate van integratie.

Verder is het een ander doel van de onderhavige uitvinding, een CMOS beeldsensor te verschaffen met een logische testschakeling voor het verifiëren van de werking daarvan, en een werkwijze voor het verifiëren van de CMOS 15 beeldsensor.

In overeenstemming met een aspect van de onderhavige uitvinding is een CMOS beeldsensor verschaft, omvattende: besturings- en interfacemiddelen voor het besturen van de CMOS beeldsensor onder gebruikmaking van een 20 toestandsmachine en voor het interfacen van de CMOS beeldsensor met een extern systeem; een pixelmatrix omvattende een aantal pixels voor het aftasten van beelden van een voorwerp en het genereren van analoge signalen in overeenstemming met een hoeveelheid invallend licht; 25 omzettingsmiddelen voor het omzetten van de analoge signalen in in een digitale logische schakeling te verwerken digitale signalen; en een logische schakeling voor het testen van bewerkingen van de omzettingsmiddelen en de besturings- en interfacemiddelen, door het besturen 30 van de omzettingsmiddelen.

In overeenstemming met een ander aspect van de onderhavige uitvinding is in CMOS beeldsensor verschaft met , een pixelmatrix voor het leveren van analoge signalen welke i van een voorwerp zijn afgetast, waarbij de CMOS beeldsensor 35 omvat: een analoog-naar-digitaal omzetter, omvattende: a) een spanningsgenerator voor het genereren van een eerste referentiespanning; b) vergelijkingsmiddelen voor het 1011406 3 vergelijken van de analoge signalen met de referentiespanning; en c) opslagmiddelen voor het opslaan van digitale signalen in reactie op uitgangssignalen van de vergelijkingsmiddelen; en een logische schakeling voor het 5 detecteren of de analoog-naar-digitaal omzetter op foutieve wijze werkt of niet, waarbij de logische schakeling werkt in reactie op testmodusinformatie die is opgeslagen in een modusregister dat de CMOS beeldsensor heeft, de spanningsgenerator bestuurt opdat de vergelijkingsmiddelen 10 een tweede referentiespanning en een testspanning ontvangen, en in de opslagmiddelen digitale signalen opslaat welke zijn geproduceerd in reactie op een stuursignaal van de vergelijkingsmiddelen, en waarbij de opslagmiddelen de opgeslagen digitale signalen afgeven aan 15 een uitgangsklem van de CMOS beeldsensor.

Korte beschrijving van de tekening

De bovengenoemde en andere doelen en kenmerken van de 20 onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen welke zijn gegeven in samenhang met de bijgaande tekeningen, waarin: fig. 1 een blokschema is dat een CMOS beeldsensor 25 volgens de onderhavige uitvinding illustreert; fig. 2 een blokschema is dat een besturings- en systeeminterface-eenheid van fig. 1 illustreert; fig. 3 een schakelschema is dat een CMOS beeldsensorkern volgens de onderhavige uitvinding 30 illustreert; fig. 4 een grafiek is welke een werking van een vergelijkingsorgaan en een dubbel buffer volgens de onderhavige uitvinding illustreert; fig. 5 een tijdkaart is welke de verwijdering van een 35 voorspanning die wordt opgewekt in de CMOS beeldsensor, illustreert; fig. 6 een blokschema is dat een schrijfbewerking in 1011406 4 het dubbele buffer illustreert; fig. 7 een blokschema is dat een houdschakelingscelmatrix van het dubbele buffer illustreert; 5 fig. 8 een geheugenblokschema is dat een testmodusregister volgens de onderhavige uitvinding illustreert; fig. 9 een blokschema is dat het vergelijkingsorgaan in normale en testmodes volgens de onderhavige uitvinding 10 illustreert; fig. 10 een toestandsdiagram is dat een testmodus volgens de onderhavige uitvinding illustreert; en fig. 11 een toestandsdiagram is dat het vergelijkingsorgaan en het dubbele buffer bij een testmodus 15 illustreert.

Gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1011406

Hierna zal de onderhavige uitvinding in detail worden 2 beschreven onder verwijzing naar de bijgaande tekening.

3

Ten eerste omvat, verwijzend naar fig. 1, een CMOS

4 beeldsensor volgens de onderhavige uitvinding een besturings- 5 en interface-eenheid 10, een pixelmatrix 20 met een aantal 6 CMOS beeldaftastelementen, een AD omzetter 30 met enkele 7 helling, en een logische testschakeling 50 voor het 8

verifiëren van een werking van de CMOS beeldsensor. De AD

9 omzetter 30 met enkele helling omvat ook een 10 stijgingsspanningsgenerator 31 voor het opwekken van een 11 referentiespanning en een testspanning, een 12 ! vergelijkingsorgaan (operationele versterker) 32 voor het 13 vergelijken van de stijgingsspanning met een analoog 14 signaal van de pixelmatrix 20, en een dubbel buffer 40.

15

De besturings- en interface-eenheid 10 bestuurt de 16 CMOS beeldsensor in fig. 1 door het besturen van een integratietijd, aftastadressen, werkingsmodes, een rastersnelheid, een bank en een klokverdeling onder 5 gebruikmaking van een FSM (Eng.: Finite State Machine -eindige toestandsmachine) en werkt als een interface met een extern systeem. De besturings- en interface-eenheid 10 zal in detail worden beschreven in de volgende fig. 2.

5 De pixelmatrix 20 die bestaat uit NxM eenheidspixels met een uitstekende lichtgevoeligheid, tast een beeld van een voorwerp af. Elke pixel van de pixelmatrix 20 omvat een overdrachtstransistor, een terugsteltransistor en een keuzetransistor.

10 De AD omzetter 30 met enkele helling zet analoge signalen van de pixelmatrix 20 om in digitale signalen. In de onderhavige uitvinding wordt deze AD omzetting uitgevoerd door het vergelijken van de stijgingsspanning met de analoge signalen. Het vergelijkingsorgaan 32 zoekt 15 naar een punt waarop de analoge signalen hetzelfde zijn als de afnemende stijgingsspanning met een vooraf bepaalde helling. Wanneer de stijgingsspanning wordt opgewekt en dan begint af te nemen, wekt de besturings- en interface-eenheid 10 telsignalen op voor het tellen van de mate van 20 de spanningsval. De stijgingsspanning welke de spanningsval start kan bijvoorbeeld een omgezette digitale waarde van "20" hebben in het geval waarin de analoge signalen hetzelfde zijn als de afnemende stijgingsspanning bij 20 klokperioden van de besturings- en interface-eenheid 10.

25 Deze omgezette digitale waarde wordt opgeslagen in het dubbele buffer 40 als digitale gegevens. Het tot stand brengen van de digitale waarde zal in detail worden beschreven in de volgende fig. 4.

De onderhavige uitvinding omvat binnen de chip de 30 logische testschakeling 50 voor het effeciënt verifiëren van een fout welke kan worden veroorzaakt door deze digitale omzetting.

Er wordt verwezen naar fig. 2 welke de besturings- en systeeminterface-eenheid 10 van fig. 1 illustreert.

35 Aangezien de besturings- en Systeeminterface-eenheid een aantal configuratieregisters (of voor de gebruiker zichtbare registers) 60 omvat welke door de gebruikers 1011406 6 geprogrammeerd kunnen worden, is het mogelijk verschillende bewerkingen te besturen overeenkomstig het verzoek van de gebruikers. De bewerkingen van de CMSO beeldsensor volgens de onderhavige uitvinding zijn geprogrammeerd door middel 5 van een IIC (Eng.: Inter Integrated Circuit - intergeïntegreerde schakeling) businterface-eenheid.

Wanneer een beeldsensorbesturingsorgaan 70 programmainformatie aan een IIC besturingseenheid 90 zendt via een besturingsinterface-eenheid 80, bijvoorbeeld een 10 FPGA (Eng.: Field Programmable Gate Array - veldprogrammeerbare poortmatrix), ontvangt de IIC besturingseenheid 90, welke wordt gesynchroniseerd met systeemkloksignalen, de programmainformatie via een bus, en interpreteert deze de programmainformatie volgens IIC 15 busprotocollen, waardoor de configuratieregisters 60 worden bestuurd.

Het programmeren tussen het beeldsensorbesturingsorgaan 70 en de CMOS beeldsensor wordt uitgevoerd door de configuratieregisters 60 waarin lees- en 20 schrijfbewerkingen reeds beschikbaar zijn. In de CMOS beeldsensor volgens de onderhavige uitvinding kan de geprogrammeerde informatie worden bijgewerkt in een rasterbasis, en deze bijwerking wordt uitgevoerd door een specifiek register, d.w.z. een schaduwregister 100. Het 25 schaduwregister 100 dupliceert de informatie die is opgeslagen in de configuratieregisters 60, en maakt het mogelijk de configuratieregisters 60 te wijzigen in een scenebasis, slechts dan wanneer een sensorvrijgavesignaal (dat wordt geleverd door een externe schakeling) op een 30 hoog niveau is of als er informatie is welke bijgewerkt dient te worden in de configuratieregisters 60 bij het begin van elk raster. Dit schaduwregister 100 voorkomt dat een beeld wordt gebroken of verstoord door onderbreking van gebruikersinstructies.

35 Teneinde de CMOS beeldsensor te besturen, omvat het

schaduwregister 100 een basisinformatieregister voor het opslaan van de afmetingen en versie van de CMOS

1011406 7 beeldsensor, een werkingsmodusregister voor het opslaan van werkingsmodes, een vensterbesturingsregister voor het opslaan van informatie welke behoort bij rij - en kolomstartadressen en de afmetingen en het oppervlak van 5 het venster, een rastersnelheidaanpassingsregister voor het aanpassen van de termen van HSYNC (Eng.: Horizontal Synchronization Signal - horizontaal synchronisatiesignaal) en VSYNC (Eng.: Vertical Synchronization Signal - verticaal synchronisatiesignaal) en een snelheid van klokverdeling en 10 een aanpassingsregister voor het aanpassen van een terugstelniveau en kleurversterking (rood, groen en blauw).

Een hoofdbesturingsorgaan 110 bestuurt elk element van de CMOS beeldsensor overeenkomstig de informatie die is opgeslagen in het schaduwregister 100, en een 15 adresgenerator 120 stelt de adressen samen voor de pixelmatrix 20 en het dubbele buffer 40.

Er wordt verwezen naar fig. 3. Een CMOS beeldsensorkern volgens de onderhavige uitvinding omvat een eenheidspixel 200, een vergelijkingsorgaan 320 en 20 eenheidshoudschakeling 400. De eenheidspixel 200 omvat een fotodiode 21 welke elektron-gat paren genereert en vier NMOS transistoren Ml tot en met M4. De ladingen die worden gegenereerd in de fotodiode 21 worden overgedragen aan een drijvende junctie (FD) wanneer de overdrachtstransistor Ml 25 is ingeschakeld, en een spanningsverandering treedt op bij de drijvende junctie als een functie van opgewekte ladingen op basis van de vergelijking V=Q/C. De tijd gedurende welke de overdrachtstransistor Ml is uitgeschakeld, is een integratietijd die overeenkomt met de belichtingstijd in 30 een optisch instrument.

De terugsteltransistor M2 heeft betrekking op gecorrelleerde dubbele bemonstering (waarnaar hierna wordt verwezen als een CDS). Wanneer de terugsteltransistor M2 wordt ingeschakeld en de overdrachtstransistor Ml wordt 35 uitgeschakeld, kan de drijvende junctie worden geladen tot een rustspanning. Dienovereenkomstig kan de spanning die overeenkomt met het terugstelniveau, worden verkregen door 1OH4O0 8 het detecteren van de spanning op de drijvende junctie onder de bovengenoemde omstandigheden. Wanneer de terugsteltransistor M2 wordt uitgeschakeld en de overdrachtstransistor Ml wordt ingeschakeld, worden de 5 ladingen die worden gegenereerd in de fotodiode 21, overgedragen aan de drijvende junctie, en vervolgens is de spanning op de drijvende junctie een gegevensniveau. Een voorspanning, welke wordt veroorzaakt door de eenheidspixel 200 en het vergelijkingsorgaan 32, kan weggenomen worden 10 door het aftrekken van het gegevensniveau van het terugstelniveau. Deze verwijdering van de voorspanning is essentieel voor de CDS. Dit wil zeggen, dat het door het verwijderen van een onverwachte spanning in de eenheidspixel 200 mogelijk is een netto beeldgegevenswaarde 15 te verkrijgen.

Er wordt verwezen naar fig. 4. De digitale waarde wordt verkregen door het vergelijken van de stijgingsspanning die afkomstig van de stijgingsspanningsgenerator 31, met het analoge signaal dat 20 afkomstig is van de pixel. Het is algemeen bekend voor de deskundige dat er verscheidene werkwijzen zijn in de analoog-naar-digitaal omzettingen. In de onderhavige uitvinding wordt een AD omzetting met enkele helling gebruikt, en de uiteindelijke digitale waarden worden ; 25 geproduceerd door het vergelijkingsorgaan 32 en het dubbele . buffer 40. De stijgingsspanningsgenerator 31 genereert een spanning waarvan een hoeveelheid wordt verminderd met een vooraf bepaalde helling gedurende elke klokcyclus, en deze afnemende stijgingsspanning wordt als een 30 referentiespanning vergeleken met het analoge signaal (of pixelspanning) van de pixel. De beginwaarde van de stijgingsspanning kan worden ingesteld op een geschikt niveau dat hoger is dan het verwachte maximale analoge signaal, of door gebruikers. De besturings- en interface-35 eenheid 10 telt met de kloksynchronisatie totdat de analoge signalen gelijk zijn aan de afnemende stijgingsspanning. Indien een dergelijk pixelspanningsaftastingspunt wordt 1011408 9 gedetecteerd, schrijft de besturings- en interface-eenheid 10 een bijbehorend telsignaal (digitale waarde) in het dubbele buffer 40.

Er wordt opnieuw verwezen naar fig. 3. De 5 eenheidshoudschakeling 400 omvat vier NMOS transistoren M5 tot en met M8. De transistor M5 wordt ingeschakeld in reactie op het uitgangssignaal van het vergelijkingsorgaan 32 (derhalve wordt het uitgangssignaal van het vergelijkingsorgaan 32 een "schrijfvrijgavesignaal" 10 genoemd), en de transistor M6 wordt ingeschakeld in reactie op een bankkeuzesignaal dat één van de buffergroepen binnen het dubbele buffer 40 in fig. 7 selecteert. Wanneer de bijbehorende buffergroep wordt geselecteerd en vervolgens de transistor M6 wordt ingeschakeld, wordt de transistor M5 15 ingeschakeld indien de referentiespanning hoger is dan de pixelspanning. Wanneer de transistoren M5 en M6 worden ingeschakeld, wordt het telsignaal toegevoerd aan een poort van de capacitieve transistor M7 voor het opslaan van gegevens. Indien de transistor M8 wordt ingeschakeld in 20 reactie op een kolomkeuzesignaal van de besturings- en interface-eenheid 10, worden de gegevens (telsignaal) welke zijn opgeslagen in de capacitieve transistor M7 uitgelezen via een bitlijn met een enkel einde met een voorladingsmiddel.

25 Indien anderzijds de referentiespanning lager is dan de pixelspanning, kan het telsignaal niet worden opgeslagen in de eenheidshoudschakeling 400, omdat de transistor M5 wordt uitgeschakeld, waardoor het uiteindelijke telsignaal wordt opgeslagen als een digitale waarde. De teller bevindt 30 zich in de besturings- en interface-eenheid 10, en het telsignaal bestaat uit digitale gegevens van een codeomzetter, zoals een graycode-omzetter.

Er wordt verwezen naar fig. 5. Een voorspanning die wordt opgewekt in de CMOS beeldsensor, wordt verwijderd. In 35 fig. 5 wordt de eerste helling gebruikt voor het uitlezen van een spanning (waarnaar wordt verwezen als terugstelspanning) welke wordt opgewekt wanneer de 1011406 10 terugsteltransistor M2 in de eenheidspixel 200 wordt ingeschakeld. Tevens wordt de tweede helling gebruikt voor het uitlezen van een spanning (waarnaar wordt verwezen als een gegevensspanning) wanneer een analoog signaal door de 5 pixel wordt geleverd. Aldus omvat het dubbele buffer 40 volgens de onderhavige uitvinding twee buffers, die elk twee geheugenbanken (of groepen) hebben. Een eerste geheugenbank wordt gebruikt voor het opslaan van de voorspanningen en een tweede geheugenbank voor het opslaan 10 van de digitale waarden. Wanneer de terugstelspanning bijvoorbeeld wordt geteld als een digitale waarde 110 en de gegevensspanning wordt geteld als een digitale waarde 440, dan is de netto digitale waarde die wordt veroorzaakt door een beeld 330 (440-110). Fig. 6 toont een structuur van een 15 dergelijk dubbel buffer. In de conventionele CDS werkwijzen is het noodzakelijk dat additionele schakelingen worden toegevoegd aan de beeldsensoren. Aangezien een dergelijke additionele schakeling echter ook een nieuwe voorspanning veroorzaakt, is het zeer moeilijk schakelingen te ontwerpen 20 die de voorspanning geheel verwijderen. In de onderhavige uitvinding kan het schakelingontwerp voor CDS gemakkelijk worden verricht, aangezien de netto digitale waarde die wordt veroorzaakt door een beeld, wordt verkregen nadat de terugstelspanning is omgezet in een digitale waarde, zoals 25 is getoond in fig. 5.

Zoals is getoond in fig. 7, omvat het dubbele buffer 40 volgens de onderhavige uitvinding twee buffers, die elk twee geheugenbanken hebben voor het tot stand brengen van een pijplijnstructuur waarin de schrijf- en leesbewerkingen 30 gelijktijdig worden uitgevoerd. De schrijfbewerking kan worden uitgevoerd in het eerste buffer tijdens de leesbewerking bij het tweede buffer. Cellen in de buffers hebben 8 eenheidshoudschakelingen (in het geval van een 8 bits gegevensverwerkende beeldsensor met NxM pixels).

35 Dienovereenkomstig is het totale aantal cellen Nx8x4.

Het gepijplijnde dubbele buffer maakt het mogelijk j gegevens asynchroon uit te lezen, wat verbeteringen van een

J

1011408 i 11 interface en een overdrachtssnelheid verschaft. In het bijzonder is de asynchrone interface een eerste vereiste voor de hoge overdrachtssnelheid. Door het dubbele buffer in de CMOS beeldsensor te gebruiken, kunnen verscheidene 5 subbemonsteringen gemakkelijk worden bereikt door het afwisselend kiezen van even of oneven cellen door het kiezen van één van drie of vier cellen. Verder is bij een toename van het aantal lijnbuffers mogelijk een tweedimensionaal beeldgegevensblok toe te passen bij de 10 CMOS beeldsensor zonder additionele buffers. In het geval van parallelle AD omzetters kan het dubbele buffer volgens de onderhavige uitvinding essentieel nodig zijn.

De logische testschakeling 50 wordt toegepast voor het verhogen van de verificatie door het gemakkelijk 15 aftasten van een onjuist functioneren van de CMOS

beeldsensor, hoewel deze geen essentieel element is bij de opbouw van de beeldsensor.

De configuratieregisters 60 van de besturings- en interface-eenheid 10 omvat een modusinstelregister dat 20 wordt bestuurd door een programmeerinterface, en er wordt een testmodus volgens de onderhavige uitvinding ingesteld door middel van een dergelijk modusinstelregister. In het geval van een moduswijziging werkt de logische testschakeling 50 op basis van de gewijzigde modus.

25 Er wordt verwezen naar fig. 8. Het modusinstelregister initialiseert de CMOS beeldsensor in een normale modus, en deze is programmeerbaar om te worden gewijzigd naar drie testmodes volgens soorten testen. Drie testmodes volgens de onderhavige uitvinding zijn als volgt: 30 1) Test_A Modus die wordt gebruikt bij het bewaken van de werkingstoestand van FSM van de besturings- en interface-eenheid, en wordt gebruikt bij het aftasten van een onjuist functioneren van de'logische besturingsschakelingen en de programmeerinterface; 2) Test_B Modus die wordt gebruikt 35 bij het detecteren van fouten die door het vergelijkingsorgaan worden opgewekt, maar gebruik makend van de stijgingsspanningsgenerator; en 3) Test_C Modus die 1011406 12 wordt gebruikt bij het detecteren van vast-bij-fouten voor houdschakelingscellen in het dubbele buffer 40, door het herhaald schrijven en lezen van vooraf bepaalde digitale gegevenspatronen.

5 De testresultaten worden afgegeven via de databus (DATA[7:0]) van fig. 1. Alle digitale gegevens die worden uitgelezen van de aftastpixels worden aan dezelfde databus in de normale modus geleverd, maar het is niet nodig een additionele pen toe te voegen voor het uitlezen van de 10 testresultaten van de testmodes, aangezien de resultaten van de testmodes en de gegevens van de pixels selectief afgegeven kunnen worden door een multiplexer.

De Test_A Modus is voor het testen van het onjuist functioneren van de besturings- en interface-eenheid en 15 levert de waarden van FSM welke een sleutelrol in de besturingsorganen daarin speelt, in plaats van het afgeven van de digitale waarden van de pixels via de databus. De waarden van FSM worden op verschillende wijzen veranderd overeenkomstig de toestanden van een interne logische 20 besturingsketen en die van een externe besturingspen.

Dienovereenkomstig is het mogelijk het onjuist functioneren van de besturings- en interface-eenheid te testen door het uitsluitend bewaken van de veranderingen van waarden van FSM.

25 Test_B is hoofdzakelijk voor het testen van het spanningsvergelijkingsorgaan. Zoals in fig. 9 is getoond, j is het vergelijkingsorgaan een gedeelte dat een significante rol speelt van het omzetten van analoge signalen die worden afgetast door de pixels in digitale 30 signalen.

Deze uitvinding, zoals is getoond in fig. 9, werkt vanuit de stijgingsspanningsgenerator twee gegeven ingangsspanningen op welke het vergelijkingsorgaan in de Test_B Modus ingaan, in plaats van een onbekende spanning 35 van de pixel. Op dit punt is de referentiespanning een stijgingsspanning welke lineair afneemt volgens dezelfde klok als de normale modus, en de testspanning is een 1011406 13 opzettelijke en te verwachten vaste spanning voor het testen van de functie van het vergelijkingsorgaan.

Er wordt verwezen naar fig. 10 welke de FSM voor de Test_B Modus en de Test_C Modus illustreert. De toestanden 5 zijn als volgt:

- IDLE: Toestand waarin de Test_B Modus en de Test_C

Modus niet zijn ingesteld; - READY: Toestand waarin de testspanning is ingesteld en het aantal tests wordt geleverd via de uitgangspen 10 (DATA[7:0]), voor het voorbereiden van elke test in de

Test_B Modus en de Test_C Modus; - COMP: Toestand waarin de testspanning die is voorbereid in de READY toestand wordt vergeleken met de referentiespanning waarbij de vergeleken resultaten in de 15 houdschakelingscellen van het dubbele buffer worden geschreven, en digitale waarden die zijn opgeslagen in de houdschakelingscel aan de uitgangspen (DATA[7;0]),- - WAIT1: Toestand waarin "00H" voor het aanduiden van de vergelijking van de teruggestelde houdschakelingscellen 20 wordt geleverd, voorbereiden voor het uitlezen van gegevens in de teruggestelde houdschakelingscellenmatrix voor het ondersteunen van de CDS; - TEST1: Toestand voor het leveren van de digitale waarden die zijn opgeslagen in de teruggestelde 25 houdschakelingscellen via de uitgangspen (DATA[7:0]), welke hetzelfde dienen te zijn als die welke zijn geleverd bij de COMP toestand; - WAIT2: Toestand waarin "ffH" welke aanduidt dat de digitale waarden die overeenkomen met de 30 gegevenshoudschakelingscellen vervolgens worden geleverd via de uitgangspen; - TEST2: Toestand voor het leveren van de digitale waarden welke overeenkomen met de gegevenshoudschakelingscellen, welke hetzelfde dienen te 35 zijn, als die welke bij de COMP toestand zijn geleverd; - LOOPB: Toestand omvattende de stappen: herhaald uitvoeren van de bovengenoemde toestanden voor een ander 1011406 14 buffer; wijzigen van de testspanning na het beëindigen van een test voor twee buffers; en overgaan naar de READY toestand en het herhaald uitvoeren van de test; en - LOOPC: Toestand voor de Test_C Modus. Gelijksoortig 5 aan de Test_C Modus, beëindigt de Test_C Modus de test voor twee buffers, en verandert deze de vooraf bepaalde digitale gegevenspatronen zoals hierna is toegelicht.

De testspanning is voor het testen van de functie van 10 het vergelijkingsorgaan. De testspanning heeft een verschil van een vierde in plaats van de resolutie van het vergelijkingsorgaan; dit wil zeggen, een zesbits resolutie, onder inachtname van de complexiteit en karakteristiek van schakelingen daarvoor, is effectiever.

15 De Test_C Modus is hoofdzakelijk voor het onderzoeken van houdschakelingscellen in het dubbele buffer. Zoals in fig. 7 is getoond, omvat het dubbele buffer, in het geval waarin een bufferlijn is samengesteld N houdschakelingscellen per één lijn, 8x2x2xN 20 houdschakelingscellen omdat het een 8 bits waarde heeft, en hoe meer N waarden toenemen, hoe hoger de kans op het opwekken van fouten kan zijn.

In de normale modus, zoals is getoond in fig. 4, worden de tellerwaarden van het resultaat van het 25 vergelijken van het analoge signaal met het referentiesignaal in het vergelijkingsorgaan, opgeslagen in dubbele buffer. Aldus kunnen, in het geval waarin een I willekeurige fout optreedt in het dubbele buffer, ' buitengewone resultaten worden verkregen, zelfs indien de i 1 30 pixels, het vergelijkingsorgaan en de teller goed functioneren.

De Test_C Modus, die verschilt van de Test_B Modus, dient voor het zoeken van fouten welke in de houdschakelingscellen opgewekt kunnen worden. Derhalve kan 35 een lees/schrijfinterface uitsluitend voor het testen van het dubbele buffer veel kosten veroorzaken. Aldus wordt in de onderhavige uitvinding de Test_C Modus uitgevoerd onder 101140 6 15 gebruikmaking van de normale .modus of de Test_B Modus zelf.

Zoals in fig. 11 is getoond, wordt een willekeurige spanning welke hoger is dan het laagste punt van en lager is dan het hoogste punt van een 5 referentiestijgingsspanning, tot stand gebracht als een testspanning, zodat deze het schrijfvrijgavesignaal voor het dubbele buffer verschaft. Het schrijfvrijgavesignaal wordt geleverd wanneer de testspanning hoger is dan de referentiespanning.

10 De telwaarden worden opgeslagen in de normale modus en de Test_B Modus, waarbij zij gesynchroniseerd zijn met de stijgingsspanning. In de Test_C Modus worden echter vooraf bepaalde digitale gegevenspatronen in plaats van tellerwaarden herhaald gebruikt totdat het 15 schrijfvrijgavesignaal UIT is, om gemakkelijk vast-bij-fout te vinden. De vooraf bepaalde digitale gegevenspatronen volgens de onderhavige uitvinding zijn als volgt: 11111111 20 00000000 10101010 01010101

De bovengenoemde patronen worden in deze volgorde 25 gewijzigd wanneer FSM van fig. 10 de "LOOPC" toestand voor de twee buffers beëindigd.

Zoals duidelijk is uit het bovenstaande, wordt de CMOS beeldsensor volgens de onderhavige uitvinding effectief tot stand gebracht op één chip waarop alle 30 noodzakelijke ketens zijn gevormd met een lage vermogensopname en waarbij de functie van elke schakeling eenvoudig kan worden getest.

Hoewel de onderhavige uitvinding uitsluitend met betrekking tot bepaalde voorkeursuitvoeringsvormen is 35 beschreven, kunnen andere wijzigingen en variaties worden gemaakt zonder de geest en het kader van de onderhavige uitvinding zoals deze is weergegeven in de volgende 1011406 16 conclusies, te verlaten.

1011406

Claims

1. CMOS beeldsensor, omvattende: besturings- en interfacemiddelen voor het besturen van de CMOS beeldsensor onder gebruikmaking van een toestandsmachine en voor het interfacen van de CMOS 5 beeldsensor met een extern systeem; een pixelmatrix omvattende een aantal pixels voor het aftasten van beelden van een voorwerp en het genereren van analoge signalen in overeenstemming met een hoeveelheid invallend licht; 10 omzettingsmiddelen voor het omzetten van de analoge signalen in in een digitale logische schakeling te verwerken digitale signalen; en een logische schakeling voor het testen van bewerkingen van de omzettingsmiddelen en de besturings- en 15 interfacemiddelen, door het besturen van de omzettingsmiddelen.

2. CMOS beeldsensor volgens conclusie 1, waarbij de besturings- en interfacemiddelen een voor een gebruiker 20 onzichtbaar register omvatten.

3. CMOS beeldsensor volgens conclusie 2, waarbij de besturings- en interfacemiddelen een aantal configuratieregisters omvatten welke voor de gebruiker 25 zichtbare registers zijn, en waarbij de configuratieregisters een testmodusregister omvatten.

4. CMOS beeldsensor volgens conclusie 3, waarbij de omzettingsmiddelen omvatten: 30 een spanningsgenerator voor het genereren van eerste en tweede referentiespanningen en voor het genereren van de testspanning in reactie op een stuursignaal afkomstig van de logische schakeling; vergelijkingsmiddelen voor het vergelijken van de 35 analoge signalen met de eerste referentiespanning in een 1011406 normale modus en voor het vergelijken van de tweede referentiespanning met de testspanning in een testmodus, waarbij de normale modus en de testmodus worden bepaald door het testmodusregister van de configuratieregisters; en 5 opslagmiddelen voor het opslaan van telsignalen afkomstig van de besturings- en interfacemiddelen in reactie op uitgangssignalen van de vergelijkingsmiddelen.

5. CMOS beeldsensor volgens conclusie 4, waarbij de 10 opslagmiddelen een pijplijnstructuur hebben, omvattende eerste en tweede buffers, elk waarvan eerste en tweede geheugenbanken heeft, waarbij de eerste geheugenbank voorspanningswaarden bewaart die zijn opgewekt in de CMOS beeldsensor en het tweede geheugen gegevenswaarden bewaart 15 van de pixelmatrix.

6. CMOS beeldsensor volgens conclusie 4, waarbij de logische schakeling de spanningsgenerator bestuurt voor het aan de vergelijkingsmiddelen verschaffen van de eerste 20 referentiespanning in de normale modus en voor het aan de vergelijkingsmiddelen verschaffen van de testspanning en de tweede referentiespanning in de testmodus.

7. CMOS beeldsensor volgens conclusie 4, waarbij het 25 testmodusregister eerste informatie bewaart voor het testen van de toestandsmachine van de besturings- en interfacemiddelen, tweede informatie voor het testen van de vergelijkingsmiddelen, en derde informatie voor het testen van de opslagmiddelen. 30

8. CMOS beeldsensor volgens conclusie 4, waarbij de telsignalen digitale signalen zijn welke zijn opgewekt in een codeomzetter. I 35 9. CMOS beeldsensor volgens conclusie 4, waarbij de opslagmiddelen asynchroon zijn geinterfaced met de besturings- en interfacemiddelen. 1011406

10. CMOS beeldsensor volgens conclusie 5, waarbij de opslagmiddelen een aantal houdschakelingen omvatten, welke houdschakeling omvat: een eerste transistor welke de telsignalen ontvangt 5 in reactie op een stuursignaal van de vergelijkingsmiddelen; een tweede transistor voor het overdragen van een uitgangssignaal van de eerste transistor in reactie op een bankkeuzesignaal dat één bank van de eerste en tweede 10 geheugenbanken kiest; een derde transistor voor het opslaan van de telsignalen in reactie op een uitgangssignaal van de tweede transistor; en een vierde transistor voor het overdragen van het in 15 de derde transistor opgeslagene aan een bitlijn in reactie op een kolomsignaal van de besturings- en interfacemiddelen.

11. CMOS beeldsensor volgens conclusie 6, waarbij de CMOS 20 beeldsensor verder een multiplexer omvat voor het kiezen van uitgangen van de opslagmiddelen in de normale modus of de testmodus.

12. CMOS beeldsensor volgens conclusie 10, waarbij de 25 pixelmatrix NxM pixels heeft, waarbij de vergelijkingsmiddelen N operationele versterkers hebben en waarbij de opslagmiddelen 4x(het aantal te verwerken bits)xN houdschakelingen hebben.

13. CMOS beeldsensor volgens conclusie 3, waarbij het voor de gebruiker onzichtbare register de inhoud van het configuratieregister welke wordt verwerkt, bewaart. 1 2 3 4 1011406 CMOS beeldsensor met een pixelmatrix voor het leveren 2 35 van analoge signalen welke van een voorwerp worden 3 afgetast, waarbij de CMOS beeldsensor omvat: 4 een analoog-naar-digitaal omzetter, omvattende: a) een spanningsgenerator voor het genereren van een eerste referentiespanning; b) vergelijkingsmiddelen voor het vergelijken van de analoge signalen met de referentiespanning; en 5 c) opslagmiddelen voor het opslaan van digitale signalen in reactie op uitgangssignalen van de vergelijkingsmiddelen; en een logische schakeling voor het detecteren of de analoog-naar-digitaal omzetter op foutieve wijze werkt of 10 niet, waarbij de logische schakeling werkt in reactie op testmodusinformatie die is opgeslagen in een modusregister dat de CMOS beeldsensor heeft, de spanningsgenerator bestuurt opdat de vergelijkingsmiddelen een tweede referentiespanning en een testspanning ontvangen, en in de 15 opslagmiddelen digitale signalen opslaat welke zijn geproduceerd in reactie op een stuursignaal van de vergelijkingsmiddelen, en waarbij de opslagmiddelen de opgeslagen digitale signalen afgeven aan een uitgangsklem van de CMOS beeldsensor.

15. CMOS beeldsensor volgens conclusie 14, waarbij de CMOS beeldsensor een voor een gebruiker onzichtbaar register omvat.

16. CMOS beeldsensor volgens conclusie 15, waarbij de CMOS beeldsensor een aantal configuratieregisters omvat welke voor de gebruiker zichtbare registers zijn, en waarbij de configuratieregisters een testmodusregister omvatten. ί 30

17. CMOS beeldsensor volgens conclusie 16, waarbij het voor de gebruiker onzichtbare register de inhoud van het configuratieregister dat wordt verwerkt, bewaart. 1 1011406

18. CMOS beeldsensor volgens conclusie 14, waarbij de CMOS beeldsensor verder een multiplexer omvat voor het kiezen van uitgangen van de opslagmiddelen in een normale modus of een testmodus.

19. CMOS beeldsensor volgens conclusie 14, waarbij de opslagmiddelen een pijplijnstructuur hebben, waarbij de 5 opslagmiddelen eerste en tweede buffers omvatten, die elk eerste en tweede geheugenbanken hebben, waarbij de eerste geheugenbank voorspanningswaarden bewaart die zijn opgewekt in de CMOS beeldsensor, en de tweede geheugenbank gegevenswaarden afkomstig van de pixelmatrix bewaart. 10

20. CMOS beeldsensor volgens conclusie 14, waarbij de digitale signalen telsignalen zijn welke zijn geproduceerd door een codeomzetter.

21. CMOS beeldsensor volgens conclusie 19, waarbij de opslagmiddelen een aantal houdschakelingen omvatten, waarbij de houdschakeling omvat: een eerste transistor welke de telsignalen ontvangt in reactie op een stuursignaal van de 20 vergelijkingsmiddelen; een tweede transistor voor het overdragen van een uitgangssignaal van de eerste transistor in reactie op een bankkeuzesignaal dat één bank van de eerste en tweede geheugenbanken kiest; 25 een derde transistor voor het opslaan van de telsignalen in reactie op een uitgangssignaal van de tweede transistor; en een vierde transistor voor het overdragen van het in de derde transistor opgeslagene aan een bitlijn in reactie 30 op een kolomsignaal. 1 101140 6 CMOS beeldsensor volgens conclusie 14, waarbij de pixelmatrix NxM pixels heeft, waarbij de vergelijkingsmiddelen N operationele versterkers hebben, en 35 waarbij de opslagmiddelen 4x(het aantal te verwerken bits)xN houdschakelingen hebben.

23. CMOS beeldsensor volgens conclusie 14, waarbij de opslagmiddelen asynchroon zijn geïnterfaced met zich daarbuiten bevindende externe schakelingen. ! 1011406