KR102382835B1 - 다양한 동작 모드를 지원하는 이미지 센서 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 열 방향으로 순차적으로 배열되는 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀 유닛은 복수의 픽셀들로 구성될 수 있다. 제 1 픽셀 유닛 및 제 2 픽셀 유닛을 포함하는 제 1 픽셀 그룹은 제 1 컬럼 라인에 연결되고, 제 3 픽셀 유닛 및 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 제 2 픽셀 그룹은 제 2 컬럼 라인에 연결될 수 있다. 이미지 센서는 제 1 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 1 감지 전압 및 제 2 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 2 감지 전압을 상관 이중 샘플링 신호들로 변환하는 제 1 상관 이중 샘플러 및 제 2 상관 이중 샘플러를 포함할 수 있다. 제 1 감지 전압과 제 2 감지 전압은 제 1 상관 이중 샘플러와 제 2 상관 이중 샘플러 중 서로 다른 상관 이중 샘플러에 의해 상관 이중 샘플링 신호들로 각각 변환될 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 성능을 향상시킬 수 있는 다양한 동작 모드를 지원하는 이미지 센서에 관한 것이다.
최근, 스마트폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라, MP3 플레이어, e-book 등과 같은 모바일 기기의 이용이 폭발적으로 증가하고 있다. 그리고 대부분의 모바일 기기들에는 이미지를 촬영하기 위하여 적어도 하나의 이미지 센서(Image sensor)가 탑재되고 있다. 이미지 센서에는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD)와 CMOS 이미지 센서(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Image Sensor)가 대표적이다.
CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비해 잡음(Noise)이 적고, 화질이 우수하다. 하지만, CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(Scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, CMOS 이미지 센서는 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 용이하고, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가가 낮다. CMOS 이미지 센서는 전력 소모 또한 매우 낮아 모바일 기기에 용이하게 적용할 수 있다.
최근 이미지 센서를 구성하는 픽셀들의 해상도가 증가하고 이미지 센서의 소형화 추세에 따라, 복수의 전송 트랜지스터들이 서로 동일한 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion; FD)을 공유하는 공유 타입의 픽셀 어레이가 사용되고 있다. 이러한 공유 타입의 픽셀 어레이를 사용하는 이미지 센서의 경우, 보통 하나의 열에 연결된 픽셀들로부터 출력되는 감지 전압을 하나의 아날로그 디지털 컨버터가 처리한다. 다만, 플로팅 확산 영역을 공유한다는 구조적인 특성으로 인하여, 이미지 처리 도중 모든 아날로그 디지털 컨버터들을 사용할 수 없는 문제가 발생하기도 한다. 이는 이미지 센서의 동작 속도의 감소를 초래하는 심각한 문제를 초래하기도 한다. 따라서, 복수의 전송 트랜지스터들이 서로 동일한 플로팅 확산 영역을 공유하는, 공유 타입의 픽셀 어레이를 사용하는 이미지 센서의 동작 속도를 향상시키는 방안을 마련하는 것이 중요한 문제로 부각되고 있다.
본 발명의 기술적 사상은 이미지 센서에 구비되는 픽셀들 및 픽셀들에 연결되는 컬럼 라인을 효율적으로 배치하여, 이미지 센서의 동작 속도를 유지하면서 아날로그 디지털 컨버터의 동작 속도를 감소시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 열 방향으로 순차적으로 배열되는 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이로써, 각각의 픽셀 유닛은 복수의 픽셀들로 구성되고, 상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛을 포함하는 제 1 픽셀 그룹은 제 1 컬럼 라인에 연결되고, 상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 제 2 픽셀 그룹은 제 2 컬럼 라인에 연결되는 것, 그리고 상기 제 1 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 1 감지 전압 및 상기 제 2 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 2 감지 전압을 상관 이중 샘플링 신호들로 변환하는 제 1 상관 이중 샘플러 및 제 2 상관 이중 샘플러를 포함하되, 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 상기 제 1 상관 이중 샘플러와 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 서로 다른 상관 이중 샘플러에 의해 상기 상관 이중 샘플링 신호들로 각각 변환될 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는, 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라 상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 행을 선택하는 로우 디코더, 그리고 상기 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라, 상기 제 1 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 어느 하나에 연결시키고, 상기 제 2 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 다른 하나에 연결시키는 멀티플렉서를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는, 상기 제 1 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 1 아날로그-디지털 컨버터, 그리고 상기 제 2 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 2 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛 내지 상기 제 4 픽셀 유닛에 포함된 픽셀들이 모두 구동될 수 있다.
예를 들어, 제 2 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀과 상기 제 2 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 1 컬럼 라인을 통하여 상기 제 1 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 3 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀과 상기 제 4 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 2 컬럼 라인을 통하여 상기 제 2 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동시에 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 액티브 픽셀 센서 어레이는 상기 제 2 컬럼 라인에 연결되는 제 5 픽셀 유닛 및 제 6 픽셀 유닛을 더 포함하고, 제 3 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 상기 제 3 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 상기 제 4 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 및 상기 제 6 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들은 구동되지 않고, 상기 제 2 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압은 상기 제 1 컬럼 라인을 통하여 상기 제 1 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 5 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압은 상기 제 2 컬럼 라인을 통하여 상기 제 2 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동시에 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 액티브 픽셀 센서 어레이는 상기 제 2 컬럼 라인에 연결되는 제 5 픽셀 유닛 및 제 6 픽셀 유닛, 그리고 상기 제 1 컬럼 라인에 연결되는 제 7 픽셀 유닛 내지 제 10 픽셀 유닛을 더 포함하고, 제 4 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 및 상기 제 2 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들은 구동되지 않고, 상기 제 3 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 4 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 5 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 및 상기 제 6 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 2 컬럼 라인을 통하여 상기 제 2 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 7 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 8 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 9 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 및 상기 제 10 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 1 컬럼 라인을 통하여 상기 제 1 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동시에 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 픽셀 유닛들 각각은, 광전 변환 소자들에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역으로 전송하는 복수의 전송 트랜지스터들, 그리고 상기 플로팅 확산 영역이 게이트 단과 연결되는 드라이브 트랜지스터를 포함하되, 상기 복수의 픽셀 유닛들 각각은 상기 플로팅 확산 영역을 공유하지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 액티브 픽셀 센서 어레이는 상기 제 1 픽셀 그룹 및 상기 제 2 픽셀 그룹과 인접하는 열에 열 방향으로 순차적으로 배열되는 제 1' 픽셀 유닛 내지 제 4' 픽셀 유닛을 더 포함하고, 상기 제 1' 픽셀 유닛 및 상기 제 2' 픽셀 유닛을 포함하는 제 3 픽셀 그룹은 제 3 컬럼 라인에 연결되고, 상기 제 3' 픽셀 유닛 내지 상기 제 4' 픽셀 유닛을 포함하는 제 4 픽셀 그룹은 제 4 컬럼 라인에 연결되고, 상기 이미지 센서는 상기 제 3 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 3 감지 전압 및 상기 제 4 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 4 감지 전압을 상관 이중 샘플링 신호들로 변환하는 제 3 상관 이중 샘플러 및 제 4 상관 이중 샘플러를 더 포함하되, 상기 제 3 감지 전압과 상기 제 4 감지 전압은 상기 제 3 상관 이중 샘플러와 상기 제 4 상관 이중 샘플러 중 서로 다른 상관 이중 샘플러에 의해 상기 상관 이중 샘플링 신호들로 각각 변환될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 상관 이중 샘플러는 상기 제 3 상관 이중 샘플러와 제 1 스위치를 통하여 연결되고, 상기 제 2 상관 이중 샘플러는 상기 제 4 상관 이중 샘플러와 제 2 스위치를 통하여 연결되고, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 상기 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라 스위칭-온 되거나 스위칭-오프 될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 열 방향으로 순차적으로 배열되는 제 1 픽셀 유닛 내지 제 10 픽셀 유닛을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이로써, 각각의 픽셀 유닛은 복수의 픽셀들로 구성되고, 상기 제 1 픽셀 유닛, 상기 제 2 픽셀 유닛, 상기 제 7 픽셀 유닛 내지 상기 제 10 픽셀 유닛을 포함하는 제 1 픽셀 그룹은 제 1 컬럼 라인에 연결되고, 상기 제 3 픽셀 유닛 내지 상기 제 6 픽셀 유닛을 포함하는 제 2 픽셀 그룹은 제 2 컬럼 라인에 연결되는 것, 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라 상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 행을 선택하는 로우 디코더, 상기 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라, 상기 제 1 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 어느 하나에 연결시키고, 상기 제 2 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 다른 하나에 연결시키는 멀티플렉서, 그리고 상기 제 1 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 1 감지 전압 및 상기 제 2 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 2 감지 전압을 상관 이중 샘플링 신호들로 변환하는 제 1 상관 이중 샘플러 및 제 2 상관 이중 샘플러를 포함하되, 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 상기 제 1 상관 이중 샘플러와 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 서로 다른 상관 이중 샘플러에 의해 상기 상관 이중 샘플링 신호들로 각각 변환될 수 있다.
예를 들어, 제 1 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛 내지 상기 제 10 픽셀 유닛에 포함된 픽셀들이 모두 구동될 수 있다.
예를 들어, 제 2 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀과 상기 제 2 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 1 컬럼 라인을 통하여 상기 제 1 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 3 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀과 상기 제 4 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 2 컬럼 라인을 통하여 상기 제 2 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동시에 출력될 수 있다.
예를 들어, 제 3 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 상기 제 3 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 상기 제 4 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 및 상기 제 6 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들은 구동되지 않고, 상기 제 2 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압은 상기 제 1 컬럼 라인을 통하여 상기 제 1 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 5 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압은 상기 제 2 컬럼 라인을 통하여 상기 제 2 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동시에 출력될 수 있다.
예를 들어, 제 4 동작 모드 시, 상기 제 1 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들, 및 상기 제 2 픽셀 유닛의 복수의 픽셀들은 구동되지 않고, 상기 제 3 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 4 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 5 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 및 상기 제 6 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 2 컬럼 라인을 통하여 상기 제 2 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 7 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 8 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 상기 제 9 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀, 및 상기 제 10 픽셀 유닛의 적어도 하나의 픽셀에 의해 감지된 전압들은 상기 제 1 컬럼 라인을 통하여 상기 제 1 감지 전압으로써 출력되고, 그리고 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 동시에 출력될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 열 방향으로 순차적으로 배열되는 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛 픽셀 유닛, 및 상기 제 1 픽셀 유닛 내지 상기 제 4 픽셀 유닛과 인접하는 열에 열 방향으로 순차적으로 배열되는 제 1' 픽셀 유닛 내지 제 4' 픽셀 유닛을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이로써, 각각의 픽셀 유닛은 복수의 픽셀들로 구성되고, 상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛을 포함하는 제 1 픽셀 그룹은 제 1 컬럼 라인에 연결되고, 상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 제 2 픽셀 그룹은 제 2 컬럼 라인에 연결되고, 상기 제 1' 픽셀 유닛 및 상기 제 2' 픽셀 유닛을 포함하는 제 3 픽셀 그룹은 제 3 컬럼 라인에 연결되고, 상기 제 3' 픽셀 유닛 및 상기 제 4' 픽셀 유닛을 포함하는 제 4 픽셀 그룹은 제 4 컬럼 라인에 연결되는 것, 상기 제 1 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 1 감지 전압 및 상기 제 2 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 2 감지 전압을 상관 이중 샘플링 신호들로 변환하는 제 1 상관 이중 샘플러 및 제 2 상관 이중 샘플러, 그리고 상기 제 3 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 3 감지 전압 및 상기 제 4 픽셀 그룹 중 선택된 픽셀에 의해 감지된 제 4 감지 전압을 상관 이중 샘플링 신호들로 변환하는 제 3 상관 이중 샘플러 및 제 4 상관 이중 샘플러를 포함하되, 상기 제 1 감지 전압과 상기 제 2 감지 전압은 상기 제 1 상관 이중 샘플러와 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 서로 다른 상관 이중 샘플러에 의해 각각 변환되고, 상기 제 3 감지 전압과 상기 제 4 감지 전압은 상기 제 3 상관 이중 샘플러와 상기 제 4 상관 이중 샘플러 중 서로 다른 상관 이중 샘플러에 의해 각각 변환될 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는, 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라 상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 어느 하나의 행을 선택하는 로우 디코더, 그리고 상기 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라, 상기 제 1 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 어느 하나에 연결시키고, 상기 제 2 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 다른 하나에 연결시키고, 상기 제 3 컬럼 라인을 상기 제 3 상관 이중 샘플러 및 상기 제 4 상관 이중 샘플러 중 어느 하나에 연결시키고, 상기 제 4 컬럼 라인을 상기 제 3 상관 이중 샘플러 및 상기 제 4 상관 이중 샘플러 중 다른 하나에 연결시키는 멀티플렉서를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는, 상기 제 1 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 1 아날로그-디지털 컨버터, 상기 제 2 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 2 아날로그-디지털 컨버터, 상기 제 3 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 3 아날로그-디지털 컨버터, 그리고 상기 제 4 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시키는 제 4 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 상관 이중 샘플러는 상기 제 3 상관 이중 샘플러와 제 1 스위치를 통하여 연결되고, 상기 제 2 상관 이중 샘플러는 상기 제 4 상관 이중 샘플러와 제 2 스위치를 통하여 연결될 수 있다.
예를 들어, 수평 비닝 모드 시, 상기 타이밍 컨트롤러는 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 중 적어도 하나를 스위칭-온 시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이미지 센서에 구비되는 픽셀들 및 픽셀들에 연결되는 컬럼 라인을 효율적으로 배치하여, 이미지 센서의 동작 속도를 유지하면서 아날로그 디지털 컨버터의 동작 속도를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액티브 픽셀 센서 어레이를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 유닛을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 블록도이다.
도 5 내지 도 12는 도 4에 도시된 실시 예를 H-time 별로 상세하게 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 14 내지 도 17은 도 13에 도시된 실시 예를 H-time 별로 상세하게 보여주는 도면이다.
도 18은 도 13 내지 도 17을 통하여 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 20은 도 19에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 22는 도 20에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 24는 도 23에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 25는 도 2에 도시된 상관 이중 샘플링 회로의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 26은 비닝 모드시의 상관 이중 샘플링 회로의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 27은 도 23, 24에서 설명된 서브 샘플링 모드와 도 26에서 설명된 비닝 모드에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 28은 본 발명이 적용된 모바일 기기를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액티브 픽셀 센서 어레이를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 유닛을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 블록도이다.
도 5 내지 도 12는 도 4에 도시된 실시 예를 H-time 별로 상세하게 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 14 내지 도 17은 도 13에 도시된 실시 예를 H-time 별로 상세하게 보여주는 도면이다.
도 18은 도 13 내지 도 17을 통하여 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 20은 도 19에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 22는 도 20에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다.
도 24는 도 23에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 25는 도 2에 도시된 상관 이중 샘플링 회로의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 26은 비닝 모드시의 상관 이중 샘플링 회로의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 27은 도 23, 24에서 설명된 서브 샘플링 모드와 도 26에서 설명된 비닝 모드에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 28은 본 발명이 적용된 모바일 기기를 보여주는 블록도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
한 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 "연결되는", "결합하는", 또는 "인접하는" 것으로 언급되는 때에는, 다른 요소 또는 층에 직접적으로 연결되거나, 결합 되거나, 또는 인접하는 것일 수 있고, 혹은 그 사이에 끼워지는 요소 또는 층이 존재할 수 있음이 잘 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "및/또는"이라는 용어는 나열된 요소들의 하나 또는 그 이상의 가능한 조합들을 포함할 것이다.
비록 "제 1", "제 2" 등의 용어가 여기서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있다 하더라도, 이들 요소는 이 용어들에 의해 한정되지 않는다. 이 용어들은 단지 다른 것들로부터 하나의 구성요소를 구별하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 제 1 구성요소, 구간, 층과 같은 용어는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 제 2 구성요소, 구간, 층 등으로 사용될 수 있다.
"아래의", "하부의", "위의", "상부의", 및 이와 유사한 용어들은 직접적으로(directly) 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 배치되는 경우를 모두 포함한다. 그리고, 공간적으로 상대적인 이러한 용어들은 도면에 도시된 방향에 더하여 다른 방향을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 만일 장치가 뒤집히면, "아래의"로 설명된 구성요소는 "위의"가 될 것이다.
본 명세서에서 설명되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 사용되며, 그것에 한정되지 않는다. "하나의"와 같은 용어는 달리 명백하게 지칭하지 않으면 복수의 형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "포함하는" 또는 "구성되는"과 같은 용어는 설명된 특징, 단계, 동작, 성분, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하며, 추가적인 하나 또는 그 이상의 특징, 단계, 동작, 성분, 구성요소 및/또는 그들의 그룹의 존재를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서(100)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor; APS) 어레이(110), 로우 디코더(120), 멀티플렉싱 회로(130), 상관 이중 샘플링(Correlate Double Sampling) 회로(140), 아날로그-디지털 컨버팅 회로(150), 출력 버퍼(160), 컬럼 디코더(170), 그리고 타이밍 컨트롤러(180)를 포함할 수 있다.
액티브 픽셀 센서 어레이(110)는 행과 열로 배열된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 액티브 픽셀 센서 어레이(110)는 서로 동일한 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion; FD)을 공유하는 픽셀 유닛으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽셀 유닛은 서로 동일한 플로팅 확산 영역을 공유하는 4개의 픽셀들로 구성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시 예에 따라서 하나의 픽셀 유닛은 서로 동일한 플로팅 확산 영역을 공유하는 8개의 픽셀들로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 하나의 멀티플렉서에 연결된 픽셀 유닛들은 서로 다른 두 개의 컬럼 라인들에 연결되도록 두 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 액티브 픽셀 센서 어레이(110)의 보다 상세한 구조는 도 2에서 설명될 것이다.
액티브 픽셀 센서 어레이(110)를 구성하는 각각의 픽셀들은 광신호를 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 선택 신호(SEL)에 의해 선택된 행에 연결된 픽셀들은 리셋 신호(RS) 및 전송 신호들(TGs)에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 전송 신호들(TGs)은 각각의 픽셀 유닛(PXU)을 구성하는 복수의 픽셀들을 구동하기 위한 복수의 전송 신호들(예를 들어, TG1 내지 TG4)을 포함할 수 있다. 결국, 선택된 행에 연결된 각각의 픽셀들에서 감지된 전기적 신호는 복수의 컬럼 라인들(CL1 내지 CL2n)을 통하여 상관 이중 샘플러(130)로 전송될 수 있다.
로우 디코더(120)는 타이밍 컨트롤러(180)의 제어에 따라 액티브 픽셀 센서 어레이(110)의 어느 하나의 행을 선택할 수 있다. 로우 디코더(120)는 복수의 행들 중 어느 하나의 행을 선택하기 위해서 선택 신호(SEL)를 생성할 수 있다. 그리고 로우 디코더(120)는 선택된 행에 대응하는 픽셀들로 리셋 신호(RS) 및 전송 신호들(TGs)을 전송할 수 있다. 그러면, 선택된 행의 액티브 픽셀 센서들로부터 생성되는 아날로그 형태의 기준 신호와 영상 신호가 상관 이중 샘플러(130)로 전달될 수 있다.
멀티플렉싱 회로(130)는 복수의 컬럼 라인(CL1 내지 CL2n)을 선택할 수 있다. 예를 들어, 멀티플렉싱 회로(130)는 복수의 멀티플렉서들로 구성될 수 있으며, 하나의 멀티플렉서에는 두 개의 컬럼 라인이 연결될 수 있다. 그리고, 각각의 컬럼 라인에는 복수의 픽셀 유닛들이 연결될 수 있다. 멀티플렉싱 회로(130)는 타이밍 컨트롤러(180)로부터 수신된 제어 신호(C_SW)에 따라, 두 개의 컬럼 라인 각각이 서로 다른 상관 이중 샘플러에 연결되도록 제어할 수 있다. 그 결과, 하나의 멀티플렉서에 연결된 두 그룹의 픽셀들에 대해 동시에 샘플링 동작을 수행하는 것이 가능하므로, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 도 4 이후에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
상관 이중 샘플링 회로(140)는 액티브 픽셀 센서 어레이(110)로부터 복수의 컬럼 라인들(CL1 내지 CL2n) 각각으로 제공되는 기준 신호(REF)와 영상 신호(IMG) 세트를 순차적으로 샘플링 및 홀딩(Sampling and Holding)할 수 있다. 즉, 상관 이중 샘플링 회로(130)는 컬럼들 각각에 대응하는 기준 신호(REF)와 영상 신호(IMG)의 레벨을 샘플링하고 유지한다. 그리고 상관 이중 샘플링 회로(130)는 타이밍 컨트롤러(180)의 제어에 따라 샘플링된 컬럼들 각각의 기준 신호(REF)/영상 신호(IMG) 세트를 복수의 컬럼 단위로 아날로그-디지털 컨버팅 회로(150)에 전달할 수 있다. 상관 이중 샘플링 회로(140)는 복수의 상관 이중 샘플러들로 구성될 수 있다. 하나의 멀티플렉서에는 두 개의 상관 이중 샘플러들이 연결될 수 있다.
아날로그-디지털 컨버팅 회로(150)는 상관 이중 샘플링 회로(130)로부터 출력되는 각각의 컬럼들에 대한 상관 이중 샘플링 신호(REF/IMG)를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
출력 버퍼(160)는 아날로그-디지털 컨버팅 회로(150)로부터 제공되는 각각의 컬럼 단위의 영상 데이터를 래치하여 출력할 수 있다. 출력 버퍼(160)는 타이밍 컨트롤러(180)의 제어에 따라 아날로그-디지털 컨버팅 회로(150)에서 출력되는 영상 데이터를 일시 저장하고, 이후 컬럼 디코더(170)에 의해서 순차적으로 래치된 영상 데이터를 출력하게 될 것이다.
컬럼 디코더(170)는 타이밍 컨트롤러(180)의 제어에 따라 출력 버퍼(160)의 컬럼을 선택할 수 있다. 컬럼 디코더(160)에 의해서 출력 버퍼(160)는 칼럼 단위로 저장된 영상 데이터를 순차적으로 출력할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서(100)의 구성이 간략히 설명되었다. 특히, 멀티플렉싱 회로(130)를 구성하는 각각의 멀티플렉서에는 두 개의 컬럼 라인과 두 개의 상관 이중 샘플러들이 연결될 수 있으며, 두 개의 컬럼 라인에는 두 그룹의 픽셀들이 각각 연결될 수 있다. 그리고, 타이밍 컨트롤러(180)는 서로 다른 두 그룹의 픽셀들이 서로 다른 두 개의 상관 이중 샘플러들에 각각 연결되도록 멀티플렉서를 제어할 수 있다. 그 결과, 두 개의 상관 이중 샘플러에 각각 연결된 두 개의 아날로그 디지털 컨버터들이 동시에 병렬적으로 컨버팅 동작을 실행함으로써, 이미지 센서(100)의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 액티브 픽셀 센서 어레이(110)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 액티브 픽셀 센서 어레이(110)는 복수의 행들과 복수의 열들로 배열된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽셀 유닛(PXU)은 4개의 픽셀들로 구성될 수 있다. 본 명세서에서 하나의 픽셀 유닛(PXU)이란 서로 동일한 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion; FD)을 공유하는 픽셀들의 그룹으로 정의될 수 있다. 하나의 픽셀 유닛(PXU)은 두 개의 컬럼 라인(예를 들어, CL1 및 CL2)과 하나의 로우 라인(RL1 내지 RLm 중 어느 하나)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 유닛(PXU)에 연결된 로우 라인(RL1)을 통하여 리셋 신호(RS), 전송 신호들(TGs), 선택 신호(SEL)가 입력될 수 있다. 픽셀 유닛(PXU)의 보다 상세한 구조는 도 3에서 설명될 것이다.
픽셀 유닛(PXU)은 레드 필터(Red filter)를 포함하는 픽셀(R), 그린 필터(Green filter)를 포함하는 픽셀들(Gr 및 Gb), 그리고 블루 필터(Blue filter)를 포함하는 픽셀(B)을 포함할 수 있다. 픽셀(Gr)은 픽셀(R)과 행 방향으로 인접한 픽셀을 의미하며, 픽셀(Gb)은 픽셀(B)와 행 방향으로 인접한 픽셀을 의미한다. 레드 필터(Red filter)는 적색 파장 대역의 빛을 통과시키고, 그린 필터(Green filter)는 녹색 파장 대역의 빛을, 그리고 블루 필터(Blue filter)는 청색 파장 대역의 빛을 통과시킬 수 있다. 그리고, 각각의 픽셀은 복수의 트랜지스터들과 광전 변환 소자를 포함할 수 있다. 각각의 픽셀은 광전 변환 소자를 이용하여 빛을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 컬럼 라인들(CL1 내지 CL2n)을 통하여 출력할 수 있다.
선택 신호(SEL)에 의해 선택된 행으로 리셋 신호(RS)와 전송 신호들(TGs)이 입력되면, 선택된 행의 각 컬럼 라인들(CL1 내지 CL2n)로 리셋 신호(RS)와 전송 신호들(TGs)에 대응하는 감지 전압들(Vout1 내지 Vout 2n)이 출력될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 두 개의 인접한 열에 배치된 픽셀 유닛(PXU)들은 서로 다른 두 개의 컬럼 라인으로 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도면을 참조하면, 가장 좌측에 배치된 픽셀 유닛들(PXU1 내지 PXUm) 중 픽셀 유닛들(PXU1, PXU2, PXU7,... 등)은 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결될 수 있다. 그리고, 픽셀 유닛들(PXU3 내지 PXU6 등)은 제 2 컬럼 라인(CL2)에 연결될 수 있다. 즉, 제 1 로우 라인(RL1) 및 제 2 로우 라인(RL2)에 연결된 픽셀 유닛들(PXU1 및 PXU2)은 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결되고, 이후 4 개의 로우 라인들에 연결된 픽셀 유닛들마다 제 1 컬럼 라인(CL1)과 제 2 컬럼 라인(CL2)에 번갈아 연결될 수 있다. 비록 도면에는 픽셀 유닛(PXUm)이 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 행의 개수에 따라 픽셀 유닛(PXUm)은 제 2 컬럼 라인(CL2)에 연결될 수도 있다.
멀티플렉싱 회로(130)는 복수의 멀티플렉서들(MUX1 내지 MUXn)로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 각각의 멀티플렉서에 두 개의 컬럼 라인들이 연결될 수 있다. 멀티플렉서는 타이밍 컨트롤러(도 1 참조, 180)로부터의 제어 신호(C_MUX)에 따라, 각각의 컬럼 라인으로부터 출력된 감지 전압들(예를 들어, Vout1 및 Vout2)이 서로 다른 상관 이중 샘플러(예를 들어, CDS1 및 CDS2)에 각각 연결되도록 할 수 있다. 그 결과, 서로 다른 컬럼 라인들(예를 들어, CL1 및 CL2)로부터 출력된 감지 전압들(예를 들어, Vout1 및 Vout2)을 동시에 처리하는 것이 가능하다.
이중 상관 샘플링 회로(140)는 복수의 이중 상관 샘플러(CDS1 내지 CDS2n)들로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 하나의 멀티플렉서마다 두 개의 이중 상관 샘플러들이 연결될 수 있다. 각각의 이중 상관 샘플러는 멀티플렉서로부터 제공된 감지 전압들(Vout1 내지 Vout 2n)을 각각 기준 신호(REF) 및 영상 신호(IMG)로 샘플링할 수 있다.
아날로그 디지털 컨버팅 회로(150)는 복수의 아날로그 디지털 컨버터(ADC1 내지 ADC 2n)들로 구성될 수 있다. 복수의 ADC들 각각은 복수의 상관 이중 샘플러들 각각에 대응할 수 있으며, 각각의 ACD는 대응하는 상관 이중 샘플러로부터 수신된 아날로그 신호들(AS1 내지 AS2n)을 디지털 신호들(DS1 내지 DS2n)로 변환시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 유닛(PXU1)을 예시적으로 보여주는 회로도이다. 도 3을 참조하면, 픽셀 유닛(PXU1)은 4 개의 광전 변환 소자(photoelectric conversion device; PSD)들, 4 개의 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4), 리셋 트랜지스터(RT), 드라이브 트랜지스터(DT), 및 선택 트랜지스터(ST)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전송 트랜지스터(T1), 리셋 트랜지스터(RT), 드라이브 트랜지스터(DT), 및 선택 트랜지스터(ST)는 도 2의 픽셀(Gr)을 구성할 수 있다. 전송 트랜지스터(T2), 리셋 트랜지스터(RT), 드라이브 트랜지스터(DT), 및 선택 트랜지스터(ST)는 도 2의 픽셀(B)을 구성할 수 있다. 전송 트랜지스터(T3), 리셋 트랜지스터(RT), 드라이브 트랜지스터(DT), 및 선택 트랜지스터(ST)는 도 2의 픽셀(R)을 구성할 수 있다. 그리고, 전송 트랜지스터(T4), 리셋 트랜지스터(RT), 드라이브 트랜지스터(DT), 및 선택 트랜지스터(ST)는 도 2의 픽셀(Gb)을 구성할 수 있다.
광전 변환 소자(PCD)는 입사광의 광량이나 광의 세기에 따라 전하를 생성 및 축적하는 광감지 소자이다. 광전 변환 소자(PCD)로는 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor), 포토 게이트(Photo Gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode: PPD) 등으로 구현될 수 있다.
전송 트랜지스터들(T1 내지 T4)은 광전 변환 소자(PCD)에서 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있다. 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4)은 도면에 도시된 바와 같이 플로팅 확산 영역(FD)을 공유할 수 있다. 즉, 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4)의 출력은 하나의 노드로 연결될 수 있다. 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4) 각각은 로우 디코더(도 1 참조, 120)로부터 제공되는 전송 신호들(TG1 내지 TG4)에 각각 응답하여 턴-온 되거나 턴-오프 될 수 있다.
플로팅 확산 영역(Floating Diffusion; FD)은 입사된 광량에 대응하는 전하를 검출하는 기능을 갖는다. 플로팅 확산 영역(FD)에는 광전 변환 소자(PCD)로부터 제공되는 전하가 전송 신호들(TG1 내지 TG4)이 활성화되는 시간 동안 축적될 수 있다. 예를 들어, 전송 신호들(TG1 내지 TG4)은 각각 순차적으로 활성화될 수 있으며, 그 결과, 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4)로 순차적으로 턴-온 될 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 소스 팔로워(Source follower) 증폭기로 구동되는 드라이브 트랜지스터(DT)의 게이트 단과 연결될 수 있다. 플로팅 확산 영역(FD)은 리셋 트랜지스터(RT)에 의해서 전원 전압(Vdd)을 제공받을 수 있다.
리셋 트랜지스터(RT)는 리셋 신호(RS1)에 응답하여 플로팅 확산 영역(FD)을 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RT)의 소스 단자는 플로팅 확산 영역(FD)과 연결될 수 있으며, 드레인 단자는 전원 전압(Vdd) 단에 연결될 수 있다. 리셋 신호(RS1)에 의해 제공되는 바이어스에 의해, 리셋 트랜지스터(RT)가 턴-온 되면, 리셋 트랜지스터(RT)의 드레인 단자와 연결된 전원 전압(Vdd)이 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달될 수 있다. 그리고 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하는 전원 전압(Vdd) 단으로 이동하고, 플로팅 확산 영역(FD)의 전압은 리셋된다.
드라이브 트랜지스터(DT)는 소스 팔로워 증폭기(Source Follower Amplifier) 역할을 하며, 플로팅 확산 영역(FD)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고, 이를 컬럼 라인(CL1)을 통해서 감지 전압(Vout1)으로 출력할 수 있다. 픽셀 유닛(PXU1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결된 것으로 도시되었다. 물론, 픽셀 유닛들(PXU3 내지 PXU6 등)은 제 2 컬럼 라인(CL2)에 연결될 것이다.
선택 트랜지스터(ST)는 행 단위로 읽어낼 픽셀을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(ST)는 행 단위로 제공되는 선택 신호(SEL1)에 의해 구동될 수 있다. 선택 트랜지스터(ST)가 턴-온 되면, 드라이브 트랜지스터(DT)를 통해서 플로팅 확산 영역(FD)의 포텐셜이 선택 트랜지스터(ST)의 드레인 단자로 증폭되어 전달될 것이다.
이상 설명된 실시 예에 의하면, 하나의 픽셀 유닛은 4 개의 광전 변환 소자를 포함하는 (즉, 4 개의 픽셀들을 포함하는) 것으로 설명되었으나, 실시 예에 따라서, 8개의 픽셀들을 포함할 수도 있다. 이 경우, 8개의 전송 트랜지스터들이 하나의 플로팅 확산 영역을 공유한다는 점을 제외하고는 앞서 설명된 것과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 블록도이다. 본 도면에서는 풀-모드(full mode)에 대해 설명될 것이다. 풀-모드란 액티브 픽셀 센서 어레이(도 2 참조, 110)를 구성하는 모든 픽셀들에 의해 감지된 전압에 대해 샘플링 및 홀딩(Sampling and Holding), 그리고 아날로그-디지털 컨버팅 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로, 도 2의 MUX1에 연결된 픽셀 유닛들(PXU1 내지 PXUm)을 예로 들어 설명하기로 한다.
앞서 설명된 바와 같이, 제 1 로우 라인에 연결된 제 1 픽셀 유닛(PXU1) 및 제 2 로우 라인에 연결된 제 2 픽셀 유닛(PXU2)은 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결된다. 이후, 4 개의 픽셀 유닛들마다 서로 다른 컬럼 라인에 번갈아 연결된다. 즉, 제 3 로우 라인에 연결된 제 3 픽셀 유닛(PXU3) 내지 제 6 로우 라인에 연결된 제 6 픽셀 유닛(PXU6)은 제 2 컬럼 라인(CL2)에 연결되고, 제 7 로우 라인에 연결된 제 7 픽셀 유닛(PXU7) 내지 제 10 로우 라인(미도시)에 연결된 제 10 픽셀 유닛(PXU10, 미도시)은 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결된다.
우선, 1~8 H-time (Horizontal time) 동안, 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결된 제 1 픽셀 유닛(PXU1) 및 제 2 픽셀 유닛(PXU2)에 의한 감지 동작과, 제 2 컬럼 라인(CL2)에 연결된 제 3 픽셀 유닛(PXU3) 및 제 4 픽셀 유닛(PXU4)에 의한 감지 동작은 동일한 타이밍에 실행된다. 즉, 제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(Gr)에서의 감지 동작과, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(Gr)에서의 감지 동작은 동일한 타이밍에 발생한다.
좀 더 상세하게 설명하면, 제 1 픽셀 유닛(PXU1)을 선택하기 위해 선택 신호(SEL1)가 인가될 때, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)을 선택하기 위한 선택 신호(SEL3)가 인가된다. 제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 리셋 트랜지스터(도 2 참조, RT)를 구동하기 위해 리셋 신호(RS1)가 인가될 때, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 리셋 트랜지스터를 구동하기 위해 리셋 신호(RS3)가 인가된다. 그리고, 제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4)을 구동하기 위한 전송 신호들(TGs)이 인가될 때, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 전송 트랜지스터들(T1 내지 T4)을 구동하기 위한 전송 신호들(TGs)이 인가된다. 도면에 도시된, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)으로 인가되는 신호들의 앞에 부가된 "S"는 "동시에 실행된다"라는 의미를 부여하기 위한 것이다.
이와 같은 동시 읽기 동작에 따라, 제 1 픽셀 유닛(PXU1) 내지 제 4 픽셀 유닛(PXU4)에 의한 감지 동작이 완료되면, 9~16 H-time (Horizontal time) 동안, 제 5 픽셀 유닛(PXU5) 내지 제 8 픽셀 유닛(PXU8)에 의한 감지 동작이 실행될 것이다. 각각의 H-time 동안 픽셀들에 입력되는 보다 구체적인 제어 신호들은 도 5 내지 도 12에 도시되었다.
우선, 도 5를 참조하면, 1 H-time에 제 1 픽셀 유닛(PXU1)으로 선택 신호(SEL1), 리셋 신호(RS1) 및 제 1 전송 신호(TG1)가 인가될 것이다. 제 1 전송 신호(TG1)는 제 1 픽셀 유닛(PXU1)을 구성하는 픽셀(Gr)(예를 들어, 도 2의 제 1 전송 트랜지스터(T1))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)으로 선택 신호(S_SEL3), 리셋 신호(S_RS3) 및 제 1 전송 신호(S_TG1)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 1 전송 신호(S_TG1)는 제 3 픽셀 유닛(PXU3)을 구성하는 픽셀(Gr)(예를 들어, 도 2의 제 1 전송 트랜지스터(T1))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다. 이와 같이, 서로 다른 컬럼 라인들(CL1 및 CL2)에 각각 연결된 픽셀 유닛들(PXU1 및 PXU2)에 의해 동시에 감지 전압들(Vout1 및 Vout2)이 출력되므로, 감지 전압들(Vout1 및 Vout2)은 상관 이중 샘플러들(도 2 참조, CDS1 및 CDS2)에 의해 각각 동시에 처리될 수 있다.
도 6을 참조하면, 2 H-time에 제 1 픽셀 유닛(PXU1)으로 선택 신호(SEL1), 리셋 신호(RS1) 및 제 2 전송 신호(T2)가 인가될 것이다. 제 2 전송 신호(TG2)는 제 1 픽셀 유닛(PXU1)을 구성하는 픽셀(B)(예를 들어, 도 2의 제 2 전송 트랜지스터(T2))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)으로 선택 신호(S_SEL3), 리셋 신호(S_RS3) 및 제 2 전송 신호(S_TG2)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 2 전송 신호(S_TG2)는 제 3 픽셀 유닛(PXU3)을 구성하는 픽셀(B)(예를 들어, 도 2의 제 2 전송 트랜지스터(T2))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(B)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(B)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
도 7을 참조하면, 3 H-time에 제 2 픽셀 유닛(PXU2)으로 선택 신호(SEL2), 리셋 신호(RS2) 및 제 1 전송 신호(TG1)가 인가될 것이다. 제 1 전송 신호(TG1)는 제 2 픽셀 유닛(PXU2)을 구성하는 픽셀(Gr)(예를 들어, 도 2의 제 1 전송 트랜지스터(T1))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)으로 선택 신호(S_SEL4), 리셋 신호(S_RS4) 및 제 1 전송 신호(S_TG1)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 1 전송 신호(S_TG1)는 제 4 픽셀 유닛(PXU4)을 구성하는 픽셀(Gr)(예를 들어, 도 2의 제 1 전송 트랜지스터(T1))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 2 픽셀 유닛(PXU2)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
도 8을 참조하면, 4 H-time에 제 2 픽셀 유닛(PXU2)으로 선택 신호(SEL2), 리셋 신호(RS2) 및 제 2 전송 신호(TG2)가 인가될 것이다. 제 2 전송 신호(TG2)는 제 2 픽셀 유닛(PXU2)을 구성하는 픽셀(B)(예를 들어, 도 2의 제 2 전송 트랜지스터(T2))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)으로 선택 신호(S_SEL4), 리셋 신호(S_RS4) 및 제 2 전송 신호(S_TG2)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 2 전송 신호(S_TG2)는 제 4 픽셀 유닛(PXU4)을 구성하는 픽셀(B)(예를 들어, 도 2의 제 2 전송 트랜지스터(T2))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 2 픽셀 유닛(PXU2)의 픽셀(B)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(B)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
도 9를 참조하면, 5 H-time에 제 1 픽셀 유닛(PXU1)으로 선택 신호(SEL1), 리셋 신호(RS1) 및 제 3 전송 신호(TG3)가 인가될 것이다. 제 3 전송 신호(TG3)는 제 1 픽셀 유닛(PXU1)을 구성하는 픽셀(R)(예를 들어, 도 2의 제 3 전송 트랜지스터(T3))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)으로 선택 신호(S_SEL4), 리셋 신호(S_RS4) 및 제 3 전송 신호(S_TG3)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 3 전송 신호(S_TG3)는 제 3 픽셀 유닛(PXU3)을 구성하는 픽셀(R)(예를 들어, 도 2의 제 3 전송 트랜지스터(T3))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(R)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(B)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
도 10을 참조하면, 6 H-time에 제 1 픽셀 유닛(PXU1)으로 선택 신호(SEL1), 리셋 신호(RS1) 및 제 4 전송 신호(TG4)가 인가될 것이다. 제 4 전송 신호(TG4)는 제 1 픽셀 유닛(PXU1)을 구성하는 픽셀(Gb)(예를 들어, 도 2의 제 4 전송 트랜지스터(T4))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)으로 선택 신호(S_SEL4), 리셋 신호(S_RS4) 및 제 4 전송 신호(S_TG4)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 4 전송 신호(S_TG4)는 제 3 픽셀 유닛(PXU3)을 구성하는 픽셀(Gb)(예를 들어, 도 2의 제 4 전송 트랜지스터(T4))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(Gb)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(Gb)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
도 11을 참조하면, 7 H-time에 제 2 픽셀 유닛(PXU2)으로 선택 신호(SEL2), 리셋 신호(RS2) 및 제 3 전송 신호(TG3)가 인가될 것이다. 제 3 전송 신호(TG3)는 제 2 픽셀 유닛(PXU2)을 구성하는 픽셀(R)(예를 들어, 도 2의 제 3 전송 트랜지스터(T3))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)으로 선택 신호(S_SEL4), 리셋 신호(S_RS4) 및 제 3 전송 신호(S_TG3)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 3 전송 신호(S_TG3)는 제 4 픽셀 유닛(PXU4)을 구성하는 픽셀(R)(예를 들어, 도 2의 제 3 전송 트랜지스터(T3))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 2 픽셀 유닛(PXU2)의 픽셀(R)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(R)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
마지막으로, 도 12를 참조하면, 8 H-time에 제 2 픽셀 유닛(PXU2)으로 선택 신호(SEL2), 리셋 신호(RS2) 및 제 4 전송 신호(TG4)가 인가될 것이다. 제 4 전송 신호(TG4)는 제 2 픽셀 유닛(PXU2)을 구성하는 픽셀(Gb)(예를 들어, 도 2의 제 4 전송 트랜지스터(T4))를 구동하기 위한 신호일 수 있다. 이와 동시에, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)으로 선택 신호(S_SEL4), 리셋 신호(S_RS4) 및 제 4 전송 신호(S_TG4)가 인가될 수 있다. 여기서, 제 4 전송 신호(S_TG4)는 제 4 픽셀 유닛(PXU4)을 구성하는 픽셀(Gb)(예를 들어, 도 2의 제 4 전송 트랜지스터(T4))를 구동하기 위한 신호일 수 있다.
제 2 픽셀 유닛(PXU2)의 픽셀(Gb)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력되고, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(Gb)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력된다.
이상 도 5 내지 도 12에서 설명된 바와 같이 서로 다른 컬럼 라인들에 연결된 픽셀 유닛(PXU)들에 대해 감지 동작을 실행함으로써, 상관 이중 샘플링 회로(도 2 참조, 140) 및 아날로그 디지털 컨버팅 회로(150)에 의한 처리 시간을 감소시킬 수 있다. 물론 이 과정에서 멀티플렉싱 회로(도 2 참조, 130)는 감지 전압들(Vou1 내지 Vout2n)이 각각 서로 다른 상관 이중 샘플러 (그리고 서로 다른 아날로그 디지털 컨버터)에 의해 처리되도록 할 것이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다. 도 14 내지 도 17은 도 13에 도시된 실시 예를 H-time 별로 상세하게 보여주는 도면이다.
본 실시 예에서는 비닝 모드(binning mode)에 대해 설명될 것이다. 비닝 모드는, 앞서 설명된 풀-모드와는 달리, 동일한 타입의 픽셀들의 출력 값들을 합산한 값 (또는 평균값)을 감지 전압으로 출력하는 모드를 의미할 수 있다. 본 실시 예에서는, 두 개의 같은 타입의 픽셀들의 출력을 합산한 값 (또는 평균값)을 감지 전압으로 출력하는 2-비닝 모드가 설명될 것이다. 예시적으로, 도 2의 MUX1에 연결된 픽셀 유닛들(PXU1 내지 PXUm)을 예로 들어 설명하기로 한다. 도면에 도시된 전송 신호들(TGs)은 하나의 픽셀 유닛(PXU)에 포함된 네 개의 픽셀들을 구동하기 위한 전송 신호들(TG1 내지 TG4)를 포함할 수 있다.
우선, 도 13과 함께 도 14를 참조하면, 1 H-time에 제 1 픽셀 유닛(PXU1) 내지 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다.
제 1 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작을 실행하기 위해, 제 1 픽셀 유닛(PXU1)으로 리셋 신호(RS1), 선택 신호(SEL1) 및 전송 신호(TG1)가 입력될 수 있다. 이와 동시에, 제 2 픽셀 유닛(PXU1)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작을 실행하기 위해, 제 2 픽셀 유닛(PXU2)으로 리셋 신호(B_RS2), 선택 신호(B_SEL2) 및 전송 신호(B_TG1)가 입력될 수 있다. 제 1 픽셀 유닛(PXU1) 및 제 2 픽셀 유닛(PXU2)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)으로 동시에 출력된다.
그리고, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작을 실행하기 위해, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)으로 리셋 신호(S_RS3), 선택 신호(S_SEL3) 및 전송 신호(S_TG1)가 입력될 수 있다. 이와 동시에, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작을 실행하기 위해, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)으로 리셋 신호(S_RS3), 선택 신호(S_SEL3) 및 전송 신호(S_TG1)가 입력될 수 있다. 제 3 픽셀 유닛(PXU3) 및 제 4 픽셀 유닛(PXU4)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 1 컬럼 라인(CL2)으로 동시에 출력된다.
즉, 제 1 픽셀 유닛(PXU1)과 제 2 픽셀 유닛(PXU2)에 의해 감지된 전압을 합산한 값 (또는 평균값)을 출력하는 비닝 동작이 실행되며, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)과 제 4 픽셀 유닛(PXU4)에 의해 감지된 전압을 합산한 값 (또는 평균값)을 출력하는 비닝 동작이 실행된다. 그리고, 제 1, 2 픽셀 유닛(PXU1 및 PXU2)과 제 3, 4 픽셀 유닛(PXU3 및 PXU4)에 의한 동시 감지 동작이 실행된다.
이후, 2 H-time 내지 4 H-time에서, 제 1 픽셀 유닛(PXU1) 내지 제 4 픽셀 유닛(PX4)의 다른 픽셀들(B, R, Gb)에 대해서도 유사한 감지 동작이 실행될 것이다. 2 H-time 내지 4 H-time에서 동작은 도 15 내지 도 17에 상세하게 도시되었으며, 이는 앞서 1 H-time에서의 감지 동작과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 도면에 도시된 실시 예에 의하면, 서로 다른 2 개의 컬럼 라인들에 연결된 픽셀 그룹들에 의하여 동시에 감지 동작이 실행될 수 있다. 그 결과, 상관 이중 샘플링 회로(도 2 참조, 140) 및 아날로그 디지털 컨버팅 회로(150)에 의한 처리 시간을 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 비닝 동작을 통하여 복수의 픽셀들에 의해 감지된 전압들의 합산 값 (또는 평균값)이 출력되므로, 상관 이중 샘플러 및 아날로그 디지털 컨버터가 감지 전압을 처리하는 횟수를 줄일 수 있다. 그 결과, 이미지 센서의 소모 전력도 감소시킬 수 있다.
도 18은 도 13 내지 도 17을 통하여 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다. 4개 단위로 서로 붙어 있는 픽셀들은 하나의 픽셀 유닛(PXU)을 구성한다. 그리고 하나의 픽셀 유닛의 중앙에 표시된 숫자는 픽셀에 의해 감지된 전압이 출력되는 컬럼 라인의 번호를 나타낸다.
1 H-time에서, 각각의 행들(R1 내지 R10)에 연결된 픽셀 유닛들의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 동작에 따라, R2 행에 연결된 픽셀들에 의한 감지와 R4 행에 연결된 픽셀들에 의한 감지는 동시에 일어날 수 있다. 그리고, 도면에 표시된 바와 같이, R2 행과 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압은 제 1 컬럼 라인(①)을 통하여 출력되고, R4 행과 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압은 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 출력될 것이다. 제 1 컬럼 라인(①)과 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 출력된 감지 전압은 서로 다른 두 개의 상관 이중 샘플러들 (그리고, 서로 다른 두 개의 아날로그 디지털 컨버터들)에 의해 각각 처리될 것이다.
그리고, 인접한 두 개의 행들(예를 들어, R1 및 R2)에 연결된 픽셀들에 대해 비닝 동작(vertical binning)이 실행될 수 있다. 이는 도면에 음영 처리 및 화살표로 도시되었다. 예를 들어, R1 행 및 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)과, R2 행 및 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압을 합산한 값 (또는 그 평균값)은 제 1 컬럼 라인(도 2 참조, CL1)을 통하여 출력될 것이다.
2 H-time 내지 4 H-time에서도, 1 H-time에서와 유사한 동작이 실행된다. 즉, R2 행에 연결된 픽셀 유닛에 의해 감지된 전압과, R4 행에 연결된 픽셀 유닛에 의해 감지된 전압은 각각 제 1 컬럼 라인(①)과 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 출력될 것이다. C3 열 내지 C8 열에 연결된 픽셀 유닛들에 대해서도 이와 유사한 동작들이 실행될 것이다. 이와 같은 동작 방법에 따라 서로 다른 2 개의 컬럼 라인들에 연결된 픽셀 그룹들에 의하여 동시에 감지 동작을 실행함으로써, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다. 본 실시 예에서는, 서브 샘플링 모드(sub-sampling mode)가 설명될 것이다. 서브 샘플링 모드란, 액티브 픽셀 센서 어레이의 모든 픽셀들에 의해 감지 동작을 수행하는 것이 아니라, 이들 중 일부 픽셀들을 통하여 감지 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다.
도 19를 참조하면, 픽셀 유닛들(PXU1 내지 PXUm)에 컬럼 라인들(CL1 및 CL2)이 연결되는 방법은 앞서 설명된 것과 동일하다. 즉, 픽셀 유닛들(PXU1 및 PXU2)은 제 1 컬럼 라인(CL1)에 연결되고, 이후 4 개의 픽셀 유닛들마다 서로 다른 컬럼 라인에 번갈아 연결된다. 그리고, 도면에서 음영처리된 부분은 감지 동작이 수행되지 않은 픽셀 유닛을 나타낸다. 그리고, 픽셀 유닛(PXU)으로 입력되는 전송 신호들(TGs)은 픽셀 유닛(PXU)을 구성하는 각각의 픽셀들을 구동하기 위한 전송 신호들(도 3 참조, TG1 내지 TG4)를 포함할 수 있다.
1 H-time에서, 제 2 픽셀 유닛(PXU2)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(도 1 참조, 120)로부터 수신된 선택 신호(SEL2), 리셋 신호(RS2) 및 전송 신호(TG1)에 따라, 감지 동작이 실행된다. 제 2 픽셀 유닛(PXU2)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력될 수 있다.
이와 동시에, 제 5 픽셀 유닛(PXU5)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(120)로부터 수신된 선택 신호(SEL5), 리셋 신호(RS5) 및 전송 신호(TG1)에 따라, 감지 동작이 실행된다. 제 5 픽셀 유닛(PXU5)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력될 수 있다.
이후, 2 H-time 내지 4 H-time에서도, 그리고 5 H-time 내지 8 H-time에서도 위와 유사한 동작이 실행될 것이다. 서로 다른 컬럼 라인들에 각각 연결된 두 개의 픽셀 유닛들에 의해 동시에 감지 동작이 실행된다는 점은 앞서 설명된 실시 예들과 유사하다. 다만, 본 실시 예에서 설명된 서브 샘플링 모드는, 더욱 빠른 감지 속도를 필요로 하거나 또는 이미지 센서에 의한 전력 소모를 더욱 감소시킬 필요가 있는 환경에서 활용될 수 있을 것이다.
도 20은 도 19에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다. 4개 단위로 서로 붙어 있는 픽셀들은 하나의 픽셀 유닛을 구성할 수 있다. 하나의 픽셀 유닛의 중앙에 표시된 숫자는 픽셀에 의해 감지된 전압이 출력되는 컬럼 라인의 번호를 나타낸다. 그리고, 도면에서 음영처리된 부분(skip)은 감지 동작이 수행되지 않은 픽셀 유닛을 나타낸다.
1 H-time에서, R2 행 및 R5 행에 연결된 픽셀 유닛들의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 동작에 따라, R2 행에 연결된 픽셀들에 의한 감지와 R5 행에 연결된 픽셀들에 의한 감지는 동시에 일어날 수 있다. 그리고, 도면에 표시된 바와 같이, R2 행과 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압은 제 1 컬럼 라인(①)을 통하여 출력되고, R5 행과 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압은 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 출력될 것이다. 제 1 컬럼 라인(①)과 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 출력된 감지 전압은 서로 다른 두 개의 상관 이중 샘플러들 (그리고, 서로 다른 두 개의 아날로그 디지털 컨버터들)에 의해 각각 처리될 것이다.
2 H-time 내지 4 H-time에서도, 1 H-time에서와 유사한 동작이 실행된다. 즉, R2 행에 연결된 픽셀 유닛에 의해 감지된 전압과, R5 행에 연결된 픽셀 유닛에 의해 감지된 전압은 각각 제 1 컬럼 라인(①)과 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 출력될 것이다. C3 열 내지 C8 열에 연결된 픽셀 유닛들에 대해서도 이와 유사한 동작들이 실행될 것이다. 이와 같은 동작 방법에 따라 서로 다른 2 개의 컬럼 라인들에 연결된 픽셀 그룹들에 의하여 동시에 감지 동작을 실행함으로써, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다. 본 실시 예에서는, 네 개의 같은 타입의 픽셀들의 출력을 합산한 값 (또는 평균값)을 감지 전압으로 출력하는 4-비닝 모드가 설명될 것이다. 예시적으로, 도 2의 MUX1에 연결된 픽셀 유닛들(PXU1 내지 PXUm)을 예로 들어 설명하기로 한다. 도면에 도시된 전송 신호들(TGs)은 하나의 픽셀 유닛(PXU)에 포함된 네 개의 픽셀들을 구동하기 위한 전송 신호들(TG1 내지 TG4)를 포함할 수 있다.
1 H-time에서, 제 3 픽셀 유닛(PXU3) 내지 제 10 픽셀 유닛(PXU10)의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(도 1 참조, 120)로부터 수신된 선택 신호들(SEL3, B_SEL4, B_SEL5, B_SEL6) 리셋 신호들(RS3, B_RS4, B_RS5, B_RS6), 전송 신호들(TG1)에 따라, 제 3 픽셀 유닛(PXU3) 내지 제 6 픽셀 유닛(PXU6)의 픽셀(Gr)들 각각에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 제 3 픽셀 유닛(PXU3) 내지 제 6 픽셀 유닛(PXU6)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력될 수 있다.
이와 동시에, 로우 디코더(120)로부터 수신된 선택 신호들(S_SEL7, SB_SEL8, SB_SEL9, SB_SEL10) 리셋 신호들(S_RS7, SB_RS8, SB_RS9, SB_RS10), 전송 신호들(TG1)에 따라, 제 7 픽셀 유닛(PXU7) 내지 제 10 픽셀 유닛(PXU10)의 픽셀(Gr)들 각각에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 제 7 픽셀 유닛(PXU7) 내지 제 10 픽셀 유닛(PXU10)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력될 수 있다.
2 H-time 내지 4 H-time에서 실행되는 동작도 1 H-time에서와 실행되는 동작과 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시 예에서는, 앞서 도 13에서 설명된 실시 예와는 달리, 4 개의 픽셀들에 대해 비닝 동작이 실행되는 것이 설명되었다. 다만, 본 실시 예에서 설명된 4-비닝 모드는 더욱 빠른 감지 속도를 필요로 하거나 또는 이미지 센서에 의한 전력 소모를 더욱 감소시킬 필요가 있는 환경에서 활용될 수 있을 것이다.
도 22는 도 20에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다. 4개 단위로 서로 붙어 있는 픽셀들은 하나의 픽셀 유닛을 구성할 수 있다. 하나의 픽셀 유닛의 중앙에 표시된 숫자는 픽셀에 의해 감지된 전압이 출력되는 컬럼 라인의 번호를 나타낸다. 도면에서 상대적으로 짙게 음영처리된 부분(skip)은 감지 동작이 수행되지 않은 픽셀 유닛을 나타낸다. 그리고, 도면에서 상대적으로 옅게 음영 처리된 부분과 화살표는 서로 인접한 4 개의 행들(예를 들어, R3 내지 R6)에 연결된 픽셀들에 대해 비닝 동작(vertical binning)이 실행되는 것을 나타낸다.
1 H-time에서, R3 행 내지 R10 행에 연결된 픽셀 유닛들의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 것이다. R3 행과 C1 열에 연결된 픽셀 유닛 내지 R6 행과 C1 열에 연결된 픽셀 유닛의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압은(Vout2) 제 2 컬럼 라인(②)을 통해 출력되고, R7 행과 C1 열에 연결된 픽셀 유닛 내지 R10 행과 C1 열에 연결된 픽셀 유닛의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(①)을 통해 출력될 것이다. 동시에 출력된 감지 전압들(Vout1 및 Vout2)은 서로 다른 두 개의 상관 이중 샘플러들 (그리고, 서로 다른 두 개의 아날로그 디지털 컨버터들)에 의해 각각 처리될 것이다.
2 H-time 내지 4 H-time에서도, 1 H-time에서와 유사한 동작이 실행된다. 즉, R3 행 내지 R6 행에 연결된 픽셀 유닛들에 의해 감지된 전압과, R7 행 내지 R10 행에 연결된 픽셀 유닛들에 의해 감지된 전압은 각각 제 2 컬럼 라인(②)과 제 1 컬럼 라인(①)을 통하여 출력될 것이다. C3 열 내지 C8 열에 연결된 픽셀 유닛들에 대해서도 이와 유사한 동작들이 실행될 것이다. 이와 같은 동작 방법에 따라 서로 다른 2 개의 컬럼 라인들에 연결된 픽셀 그룹들에 의하여 동시에 감지 동작을 실행함으로써, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 보여주는 도면이다. 본 실시 예에서는, 서브 샘플링 모드(sub-sampling mode)가 설명될 것이다. 다만, 도 19에서 설명된 서브 샘플링 모드와는 달리, 6개의 픽셀 유닛들 마다 2 개의 픽셀 유닛들에 의해 감지 동작이 실행되고, 감지 결과의 합산 값이 동시에 출력되는 비닝 동작이 실행되는 6-서브 샘플링 모드가 설명될 것이다. 도면에서 음영처리된 부분은 감지 동작이 수행되지 않은 픽셀 유닛을 나타낸다.
1 H-time에서, 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(도 1 참조, 120)로부터 수신된 선택 신호(SEL3), 리셋 신호(RS3) 및 전송 신호(TG1)에 따라, 감지 동작이 실행된다. 그리고, 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(120)로부터 수신된 선택 신호(SEL4), 리셋 신호(RS4) 및 전송 신호(TG1)에 따라, 감지 동작이 실행된다. 제 3 픽셀 유닛(PXU3)의 픽셀(Gr)과 제 4 픽셀 유닛(PXU4)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(CL2)을 통하여 출력될 수 있다.
이와 동시에, 제 9 픽셀 유닛(PXU9)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(120)로부터 수신된 선택 신호(SEL9), 리셋 신호(RS9) 및 전송 신호(TG1)에 따라, 감지 동작이 실행된다. 그리고, 제 10 픽셀 유닛(PXU10)의 픽셀(Gr)에 의한 감지 동작이 실행될 수 있다. 로우 디코더(120)로부터 수신된 선택 신호(SEL10), 리셋 신호(RS10) 및 전송 신호(TG1)에 따라, 감지 동작이 실행된다. 제 9 픽셀 유닛(PXU9)의 픽셀(Gr)과 제 10 픽셀 유닛(PXU10)의 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(CL1)을 통하여 출력될 수 있다.
이후, 2 H-time 내지 4 H-time에서도, 1 H-time에서의 동작과 유사한 동작이 실행될 것이다. 서로 다른 컬럼 라인들에 각각 연결된 두 그룹의 픽셀 유닛들에 의해 동시에 감지 동작이 실행된다는 점은 도 19에서 설명된 실시 예들과 유사하다. 다만, 본 실시 예에서는 서브 샘플링뿐만 아니라 비닝 동작도 실행되므로, 더욱 빠른 감지 속도를 필요로 하거나 또는 이미지 센서에 의한 전력 소모를 더욱 감소시킬 필요가 있는 환경에서 활용될 수 있을 것이다.
도 24는 도 23에서 설명된 실시 예에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다. 4개 단위로 서로 붙어 있는 픽셀들은 하나의 픽셀 유닛을 구성할 수 있다. 하나의 픽셀 유닛의 중앙에 표시된 숫자는 픽셀에 의해 감지된 전압이 출력되는 컬럼 라인의 번호를 나타낸다. 도면에서 상대적으로 짙게 음영처리된 부분(skip)은 감지 동작이 수행되지 않은 픽셀 유닛을 나타낸다. 그리고, 도면에서 상대적으로 옅게 음영 처리된 부분과 화살표는 서로 인접한 2 개의 행들(예를 들어, R3 및 R4)에 연결된 픽셀들에 대해 비닝 동작(vertical binning)이 실행되는 것을 나타낸다.
1 H-time에서, R3 행 및 R4 행에 연결된 픽셀 유닛들의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 것이다. R3 행 및 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)과, R4 행 및 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout2)은 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 동시에 출력될 것이다. 즉, R3 행에 연결된 픽셀 유닛들과, R4 행에 연결된 픽셀 유닛들에 대해 비닝 동작이 실행된다.
이와 동시에, R9 행 및 R10 행에 연결된 픽셀 유닛들의 픽셀(Gr)들에 의한 감지 동작이 실행될 것이다. R9 행 및 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)과, R10 행 및 C1 열에 연결된 픽셀(Gr)에 의해 감지된 전압(Vout1)은 제 1 컬럼 라인(①)을 통하여 동시에 출력될 것이다. 즉, R9 행에 연결된 픽셀 유닛들과, R10 행에 연결된 픽셀 유닛들에 대해 비닝 동작이 실행된다.
제 1 컬럼 라인(①)과 제 2 컬럼 라인(②)을 통하여 각각 출력된 감지 전압들(Vout1 및 Vout2)은 서로 다른 두 개의 상관 이중 샘플러들 (그리고, 서로 다른 두 개의 아날로그 디지털 컨버터들)에 의해 각각 처리될 것이다. 이후 2 H-time 내지 4 H-time에서도, 1 H-time에서와 유사한 동작이 실행된다. 이와 같이, 서로 다른 2 개의 컬럼 라인들에 연결된 픽셀 그룹들에 의하여 동시에 감지 동작 및 비닝 동작을 실행함으로써, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.
도 25는 도 2에 도시된 상관 이중 샘플링 회로(140)의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다. 본 실시 예에서 설명되는 구성은, 앞서 설명된 컬럼 방향의 비닝(Vertical -binning)과는 달리 로우 방향의 비닝(Horizontal binning)을 위한 예시적인 구성이다.
도 25를 참조하면, 상관 이중 샘플링 회로(140)는 복수의 상관 이중 샘플러들(140_1 내지 140_2n)을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들(140_1 내지 140_2n) 각각은 앰프들(142_1 내지 142_2n) 각각을 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 상관 이중 샘플러는 다른 상관 이중 샘플러와 스위치를 통하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 상관 이중 샘플러(140_1)는 스위치(SW1)를 통하여 제 3 상관 이중 샘플러(140_3)와 연결될 수 있다. 스위치들(SW1, SW2, SW3... 등)은 타이밍 컨트롤러(도 1 참조, 180)로부터 수신되는 제어 신호(C_SW)에 따라 스위칭-온 되거나 스위칭-오프 될 수 있다.
본 실시 예에서 설명되는 상관 이중 샘플러들 간의 연결 관계는 행 방향으로 서로 인접하는 두 픽셀 유닛들에 대해 비닝 동작을 실행하기 위한 것이다. 따라서, 행 방향으로 서로 인접하는 네 픽셀 유닛들에 대해 비닝 동작을 실행하는 경우, 제 1 상관 이중 샘플러(140_1)는 제 3 상관 이중 샘플러(140_3)와 연결되지 않을 수 있다.
앞서 도 4에서 설명된 풀-모드로 동작하는 경우, 스위치들(SW1, SW2, SW3... 등)은 스위칭-오프될 것이다. 그 결과, 각각의 컬럼 라인들(도 2 참조, CL1 내지 CL2n)을 통하여 출력된 감지 전압들(도 2 참조, Vout1 내지 Vout 2n) 각각은 멀티플렉싱 회로(130)를 통하여 상관 이중 샘플러들(140_1 내지 140_2n) 각각으로 입력될 것이다. 그리고, 상관 이중 샘플러들(140_1 내지 140_2n) 각각은 아날로그 신호들(AS1 내지 AS2n) 각각을 출력할 것이다.
도 26은 비닝 모드(H-binning) 시의 상관 이중 샘플링 회로(140)의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다. 타이밍 컨트롤러(도 2 참조, 180)로부터의 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치(SW1)가 스위칭-온 되면, 제 1 멀티플렉서(MUX1)로부터 제 1 상관 이중 샘플러(140_1)로 입력된 감지 전압과 제 2 멀티플렉서(MUX2)로부터 제 1 상관 이중 샘플러(140_1)로 입력된 감지 전압은 앰프(142_1)를 거쳐 출력된다. 즉, 앰프(142_1)로부터 출력된 아날로그 신호(B_AS1)는 비닝 동작을 통하여 출력된 신호일 수 있다. 이때, 앰프들(142_1 및 142_3)을 제외한 다른 앰프들은 턴-오프 될 수 있다.
출력된 아날로그 신호(B_AS1)는 제 1 인버터(도 2 참조, ADC1)로 입력되어 디지털 신호로 변환될 수 있다. 이러한 비닝 동작을 통하여, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시키고 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
도 27은 도 23, 24에서 설명된 서브 샘플링 모드와 도 26에서 설명된 비닝 모드에 따라 구동되는 액티브 픽셀 센서 어레이를 개략적으로 보여주는 도면이다. 4개 단위로 서로 붙어 있는 픽셀들은 하나의 픽셀 유닛을 구성할 수 있다. 하나의 픽셀 유닛의 중앙에 표시된 숫자는 픽셀에 의해 감지된 전압이 출력되는 컬럼 라인의 번호를 나타낸다. 도면에서 상대적으로 짙게 음영처리된 부분(skip)은 감지 동작이 수행되지 않은 픽셀 유닛을 나타낸다. 그리고, 도면에서 상대적으로 옅게 음영 처리된 부분과 화살표는 서로 인접한 픽셀 유닛들 대해 비닝 동작(vertical binning 및 Horizontal binning)이 실행되는 것을 나타낸다.
기본적인 동작 방법은 도 24에서 설명된 서브 샘플링 모드와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 실시 예에서는 행 방향으로의 비닝 동작(H-binning)이 더 실행된다. 도 26에서 설명된 바와 같이, 타이밍 컨트롤러(도 2 참조, 180)로부터의 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치(SW1)이 스위칭-온 되면, C3 행과 C4 행에 연결된 픽셀 유닛들로부터 감지된 전압들은 제 1 상관 이중 샘플러(142_1)로 입력된다. 제 1 상관 이중 샘플러(도 26 참조, 142_1)는 C1 행과 C2 행에 연결된 픽셀 유닛들로부터 감지된 전압뿐만 아니라, C3 행과 C4 행에 연결된 픽셀 유닛들로부터 감지된 전압에 대해 샘플링 및 홀딩 동작을 실행한다. 그리고, 제 1 상관 이중 샘플러(140_1)에 의해 처리된 아날로그 신호(도 26 참조, B_AS1)는 제 1 아날로그 디지털 컨버터(ADC1)에 의해 디지털 신호로 변환될 것이다.
이상 설명된 실시 예들에 의하면, 서로 다른 두 개의 컬럼 라인들에 각각 연결된 서로 다른 두 그룹의 픽셀 유닛들에 의해 동시에 감지 동작이 실행될 수 있다. 서로 다른 두 그룹의 픽셀 유닛들에 의해 감지된 전압들은 서로 다른 상관 이중 샘플러들 (그리고, 서로 다른 아날로그 디지털 컨버터들)에 의해 각각 처리된다. 그 결과, 이미지 센서의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명된 다양한 동작 모드에 따라, 이미지 센서의 소모 전력을 감소시킬 수도 있다.
도 28은 본 발명이 적용된 모바일 기기를 보여주는 블록도이다. 도 28을 참조하면, 모바일 기기(1000)는 MIPI(mobile industry processor interface) 표준 또는 eDP(Embedded DisplayPort) 표준을 지원할 수 있도록 구성될 수 있다. 모바일 기기(1000)는 애플리케이션 프로세서(1100), 디스플레이부(1200), 이미지 처리부(1300), 데이터 스토리지(1400), 무선 송수신부(1500), 및 유저 인터페이스(1600)를 포함할 수 있다.
애플리케이션 프로세서(1100)는 모바일 기기(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1100)는 디스플레이부(1200)와 인터페이싱을 수행하는 DSI 호스트 및 이미지 처리부(1300)와 인터페이싱을 수행하는 CSI 호스트를 포함할 수 있다.
디스플레이부(1200)는 디스플레이 패널(1210) 및 DSI (display serial interface) 주변 회로(1220)를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(1210)은 영상 데이터를 디스플레이할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1100)에 내장된 DSI 호스트는 DSI를 통하여 디스플레이 패널(1210)과 시리얼 통신을 수행할 수 있다. DSI 주변 회로(1220)는 디스플레이 패널(1210)을 구동하는데 필요한 타이밍 컨트롤러, 소스 드라이버 등을 포함할 수 있다.
이미지 처리부(1300)는 카메라 모듈(1310) 및 CSI (camera serial interface) 주변 회로(1320)를 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1310) 및 CSI 주변 회로(1320)는 렌즈, 이미지 센서 등을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1310)에서 생성된 이미지 데이터는 이미지 프로세서에서 처리될 수 있으며, 처리된 이미지는 CSI를 통하여 애플리케이션 프로세서(1100)로 전달될 수 있다. 이미지 센서는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 동작 모드를 지원할 수 있다. 특히, 서로 다른 컬럼 라인에 각각 연결된 두 픽셀 그룹에 의해 동시에 감지 동작이 실행됨으로써, 향상된 속도를 가질 수 있다.
데이터 스토리지(1400)는 임베디드 UFS 스토리지(1410) 및 탈착형 UFS 카드(1420)를 포함할 수 있다. 임베디드 UFS 스토리지(1410) 및 탈착형 UFS 카드(1420)는 M-PHY 계층을 통하여 애플리케이션 프로세서(1100)와 통신을 수행할 수 있다. 한편, 호스트(애플리케이션 프로세서, 1100)는 탈착형 UFS 카드(1420)와 UFS 프로토콜이 아닌 다른 프로토콜에 의해 통신하도록 브릿지(bridge)를 구비할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1100)와 탈착형 UFS 카드(1420)는 다양한 카드 프로토콜(예를 들어, UFDs, MMC, eMMC SD(secure digital), mini SD, Micro SD 등)에 의해 통신할 수 있다. 베디드 UFS 스토리지(1410) 및 탈착형 UFS 카드(1420)는 메모리 셀이 연결되는 셀 스트링이 기판과 수직으로 형성되는 3차원 불휘발성 메모리 장치로 구성될 수 있다.
무선 송수신부(1500)는 안테나(1510), RF 부(1520), 및 모뎀(1530)을 포함할 수 있다. 모뎀(1530)은 M-PHY 계층을 통하여 애플리케이션 프로세서(1100)와 통신하는 것으로 도시되었다. 그러나, 실시 예에 따라서, 모뎀(1530)은 애플리케이션 프로세서(1100)에 내장될 수 있다.
본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.
100: 이미지 센서
110: 액티브 픽셀 센서 어레이
120: 로우 디코더
130: 멀티플렉싱 회로
140: 상관 이중 샘플링 회로
150: 아날로그 디지털 컨버팅 회로
160: 출력 버퍼
170: 컬럼 디코더
180: 타이밍 컨트롤러
110: 액티브 픽셀 센서 어레이
120: 로우 디코더
130: 멀티플렉싱 회로
140: 상관 이중 샘플링 회로
150: 아날로그 디지털 컨버팅 회로
160: 출력 버퍼
170: 컬럼 디코더
180: 타이밍 컨트롤러
Claims (20)
- 컬럼 방향으로 배치되는 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이;
타이밍 컨트롤러;
상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 행을 선택하는 로우 디코더;
상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛을 포함하는 제 1 픽셀 그룹의 선택된 픽셀로부터 감지된 제 1 감지 전압을, 제 1 상관 이중 샘플링 신호로 변환하는 제 1 상관 이중 샘플러; 그리고
상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 제 2 픽셀 그룹의 선택된 픽셀로부터 감지된 제 2 감지 전압을, 제 2 상관 이중 샘플링 신호로 변환하는 제 2 상관 이중 샘플러를 포함하되,
상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛은 제 1 컬럼 라인에 연결되고,
상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛은 제 2 컬럼 라인에 연결되고,
상기 제 1 픽셀 유닛 내지 상기 제 4 픽셀 유닛의 각각은 제 1 픽셀 내지 제 4 픽셀을 포함하고,
상기 제 2 픽셀은 제 1 방향으로 상기 제 1 픽셀에 인접하고,
상기 제 3 픽셀은 제 2 방향으로 상기 제 1 픽셀에 인접하고,
상기 제 4 픽셀은 상기 제 2 픽셀 및 상기 제 3 픽셀에 인접하고,
상기 제 1 픽셀 내지 상기 제 4 픽셀은 각각 제 1 전송 트랜지스터 내지 제 4 전송 트랜지스터를 포함하고,
각 전송 트랜지스터의 제 1 단자들은 제 1 광전 변환 소자 내지 제 4 광전 변환 소자에 각각 연결되고,
상기 각 전송 트랜지스터의 제 2 단자들은 플로팅 확산 영역에 공통으로 연결되고;
상기 타이밍 컨트롤러는,
제 1 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
제 2 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
제 3 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
제 4 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하고,
상기 제 1 픽셀 그룹의 상기 선택된 픽셀은 상기 선택된 행에 연결되고,
상기 제 2 픽셀 그룹의 상기 선택된 픽셀은 상기 선택된 행에 연결되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
제 5 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
제 6 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
제 7 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
제 8 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 제 1 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 2 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 3 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 4 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 제 5 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 6 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 7 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 8 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 제 1 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 2 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 3 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 4 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 제 1 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 2 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 3 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 4 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 제 1 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 2 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 3 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 4 구간 동안 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터를 턴-온 시키기 위해 상기 제 4 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상기 제 1 상관 이중 샘플링 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 제 1 아날로그 디지털 컨버터; 그리고
상기 제 2 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상기 제 2 상관 이중 샘플링 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 제 2 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 컬럼 라인을, 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 하나에 연결하고, 상기 제 2 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 다른 하나에 연결하는 멀티플렉서를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛의 각각은:
제 1 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되고, 제 2 단자가 전원 전압에 연결되고, 제 3 단자가 리셋 전압을 수신하는 리셋 트랜지스터; 그리고
제 1 단자가 선택 트랜지스터를 통하여 상기 제 1 컬럼 라인에 연결되고, 제 2 단자가 상기 전원 전압에 연결되고, 제 3 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되는 드라이브 트랜지스터를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛의 각각은:
제 1 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되고, 제 2 단자가 상기 전원 전압에 연결되고, 제 3 단자가 리셋 전압을 수신하는 리셋 트랜지스터; 그리고
제 1 단자가 선택 트랜지스터를 통하여 상기 제 2 컬럼 라인에 연결되고, 제 2 단자가 상기 전원 전압에 연결되고, 제 3 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되는 드라이브 트랜지스터를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 11 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
대응하는 선택 트랜지스터를 선택하기 위해, 선택 신호를 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛의 각각의 상기 선택 트랜지스터로 전송하고,
대응하는 리셋 트랜지스터를 리셋시키기 위해, 리셋 신호를 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛의 각각의 상기 리셋 트랜지스터로 전송하는 이미지 센서. - 컬럼 방향으로 배치되는 제 1 픽셀 유닛 내지 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이;
타이밍 컨트롤러;
상기 액티브 픽셀 센서 어레이의 행을 선택하는 로우 디코더;
상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛을 포함하는 제 1 픽셀 그룹의 선택된 픽셀로부터 감지된 제 1 감지 전압을, 제 1 상관 이중 샘플링 신호로 변환하는 제 1 상관 이중 샘플러; 그리고
상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛을 포함하는 제 2 픽셀 그룹의 선택된 픽셀로부터 감지된 제 2 감지 전압을, 제 2 상관 이중 샘플링 신호로 변환하는 제 2 상관 이중 샘플러를 포함하되,
상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛은 제 1 컬럼 라인에 연결되고,
상기 제 3 픽셀 유닛 및 상기 제 4 픽셀 유닛은 제 2 컬럼 라인에 연결되고,
상기 제 1 픽셀 유닛 내지 상기 제 4 픽셀 유닛의 각각은 제 1 픽셀 내지 제 4 픽셀을 포함하고,
상기 제 2 픽셀은 제 1 방향으로 상기 제 1 픽셀에 인접하고,
상기 제 3 픽셀은 제 2 방향으로 상기 제 1 픽셀에 인접하고,
상기 제 4 픽셀은 상기 제 2 픽셀 및 상기 제 3 픽셀에 인접하고,
상기 제 1 픽셀 내지 상기 제 4 픽셀은 각각 제 1 전송 트랜지스터 내지 제 4 전송 트랜지스터를 포함하고,
각 전송 트랜지스터의 제 1 단자들은 제 1 광전 변환 소자 내지 제 4 광전 변환 소자에 각각 연결되고,
상기 각 전송 트랜지스터의 제 2 단자들은 플로팅 확산 영역에 공통으로 연결되고;
상기 타이밍 컨트롤러는,
제 1 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
제 2 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
제 3 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
제 4 구간 동안 상기 제 1 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하고,
상기 제 1 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 2 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 3 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 4 구간 동안 상기 제 3 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하고,
상기 제 1 픽셀 그룹의 상기 선택된 픽셀은 상기 선택된 행에 연결되고,
상기 제 2 픽셀 그룹의 상기 선택된 픽셀은 상기 선택된 행에 연결되는 이미지 센서. - 제 14 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
제 5 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
제 6 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
제 7 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
제 8 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 제 14 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는,
상기 제 1 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 1 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 1 전송 신호를 전송하고,
상기 제 2 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 2 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 2 전송 신호를 전송하고,
상기 제 3 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 3 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 3 전송 신호를 전송하고,
상기 제 4 구간 동안 상기 제 2 픽셀 유닛의 상기 제 4 전송 트랜지스터의 제 3 단자로 제 4 전송 신호를 전송하는 이미지 센서. - 삭제
- 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상기 제 1 상관 이중 샘플링 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 제 1 아날로그 디지털 컨버터; 그리고
상기 제 2 상관 이중 샘플러로부터 출력된 상기 제 2 상관 이중 샘플링 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 제 2 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 컬럼 라인을, 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 하나에 연결하고, 상기 제 2 컬럼 라인을 상기 제 1 상관 이중 샘플러 및 상기 제 2 상관 이중 샘플러 중 다른 하나에 연결하는 멀티플렉서를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 픽셀 유닛 및 상기 제 2 픽셀 유닛의 각각은:
제 1 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되고, 제 2 단자가 전원 전압에 연결되고, 제 3 단자가 리셋 전압을 수신하는 리셋 트랜지스터; 그리고
제 1 단자가 선택 트랜지스터를 통하여 상기 제 1 컬럼 라인에 연결되고, 제 2 단자가 상기 전원 전압에 연결되고, 제 3 단자가 상기 플로팅 확산 영역에 연결되는 드라이브 트랜지스터를 더 포함하는 이미지 센서.
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