KR20170090674A - 아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서 - Google Patents

아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

본 기술은 아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서에 관한 것으로, 아날로그 게인을 증가시킬 때, 램프 신호의 레인지와 클럭 속도를 기존과 동일하게 유지하고 카운팅을 게인 배수만큼 반복하고 오버플로우되는 카운팅 값을 버리는 아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서를 제공한다. 이러한 아날로그-디지털 변환 장치는, 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기; 상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 및 상기 카운터의 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하기 위한 카운팅 제한부를 포함할 수 있다.

Description

아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서{ANALOG-DIGITAL CONVERTING APPARATUS AND METHOD, AND CMOS IMAGE SENSOR THEREOF}
본 발명의 몇몇 실시예들은 씨모스 이미지 센서(CIS : CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) Image Sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아날로그 게인(Analog Gain)을 증가시킬 때, 오버플로우 카운팅(Overflow Counting)을 하여 오버카운팅(Overcounting)되는 부분을 버리는 아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서에 관한 것이다.
종래의 아날로그-디지털 변환 장치(ADC : Analog to Digital Converter)의 경우, 아날로그 게인을 증가시키기 위해서는 아날로그-디지털 변환 장치의 전단에 별도의 증폭기(Amplifier)를 추가시키거나 램프 신호(램프 출력 전압)의 레인지를 감소시켜야 하였다.
이때, 증폭기를 추가하는 방식은 면적과 전력 소모가 증대되는 단점이 있고, 기준 전압의 레인지를 감소시키는 방식은 게인이 증가함에 따라 램프 신호가 감소하고 그에 따라 노이즈에 취약해지는 단점이 있다. 즉, 램프 신호의 레인지를 감소시키는 방식은 노이즈 대비 신호가 감소하여 신호대 잡음비(SNR)가 열화되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 아날로그 게인을 증가시킬 때, 램프 신호(램프 출력 전압)의 레인지와 클럭 속도를 기존과 동일하게 유지하고 게인 배수만큼 반복되는 비교 신호에 따라 카운팅하여 오버플로우(Overflow)되는 카운팅 값을 버리는 아날로그-디지털 변환 장치 및 그 방법과 그에 따른 씨모스 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는, 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기; 상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 및 상기 카운터의 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하기 위한 카운팅 제한부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는, 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기; 상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 및 상기 카운터의 오버플로우를 감지하여 통지하기 위한 오버플로우 통지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 방법은, (a) 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 반복하여 출력되는 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 카운팅되는 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 방법은, (a) 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 반복하여 출력되는 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서의 오버플로우를 감지하여 통지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀; 제어부의 제어에 따라 상기 픽셀을 선택하여 제어하기 위한 로우 디코더; 상기 제어부의 제어에 따라 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치; 상기 램프 신호 발생 장치로부터의 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기; 상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 상기 카운터의 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하기 위한 카운팅 제한부; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 카운터로부터의 카운팅 정보를 저장하기 위한 메모리; 상기 로우 디코더와 상기 램프 신호 발생 장치와 상기 카운터와 상기 메모리와 컬럼 리드아웃 회로의 동작을 제어하기 위한 상기 제어부; 및 상기 메모리의 데이터를 상기 제어부의 제어에 따라 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀; 제어부의 제어에 따라 상기 픽셀을 선택하여 제어하기 위한 로우 디코더; 상기 제어부의 제어에 따라 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치; 상기 램프 신호 발생 장치로부터의 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기; 상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 상기 카운터의 오버플로우를 감지하여 통지하기 위한 오버플로우 통지부; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 카운터로부터의 카운팅 정보를 저장하기 위한 메모리; 상기 로우 디코더와 상기 램프 신호 발생 장치와 상기 카운터와 상기 메모리와 컬럼 리드아웃 회로의 동작을 제어하기 위한 상기 제어부; 및 상기 메모리의 데이터를 상기 제어부의 제어에 따라 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 아날로그 게인을 증가시킬 때, 램프 신호의 레인지와 클럭 속도를 기존과 동일하게 유지하고 게인 배수만큼 반복되는 비교 신호에 따라 카운팅하여 오버플로우(Overflow)되는 카운팅 값을 버림으로써, 다른 아날로그적인 특성의 열화 없이(오히려 하이 게인에서는 멀티-샘플링(Multi-Sampling) 특성으로 인하여 아날로그적인 특성이 더 좋아짐) 아날로그 게인을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서(CIS)의 구조를 나타내는 회로도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서의 1개 컬럼에 대한 일부 회로도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 게인 증가 방식에 대한 설명도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 게인 증가 방식에 대한 설명도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서(CIS)의 구조를 나타내는 회로도로서, 일반적인 컬럼 패러럴(Column Parallel) 구조의 씨모스 이미지 센서를 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서는, 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀 어레이(10)와, 제어부(80, 예를 들어, 타이밍 제너레이터)의 제어에 따라 픽셀 어레이(10) 내의 픽셀을 로우 라인별로 각각 선택하여 그 동작을 제어하기 위한 로우 디코더(20)와, 제어부(80)의 제어에 따라 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치(30)와, 픽셀 어레이(10)로부터 출력되는 각 픽셀 신호의 값과 램프 신호 발생 장치(30)로부터 인가되는 램프 신호의 값을 비교하기 위한 비교부(40)와, 비교부(40)로부터의 각 출력 신호에 따라 제어부(80)로부터의 클럭을 카운팅하기 위한 카운팅부(50)와, 제어부(80)의 제어에 따라 카운팅부(50)로부터의 카운팅 정보를 각각 저장하기 위한 메모리부(60)와, 로우 디코더(20)와 램프 신호 발생 장치(30)와 카운팅부(50)와 메모리부(60)와 컬럼 리드아웃 회로(70)의 동작을 제어하기 위한 제어부(80), 및 메모리부(60)의 데이터를 제어부(80)의 제어에 따라 순차적으로 픽셀 데이터(PXDATA)로 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로(70)를 포함한다.
이때, 씨모스 이미지 센서에서는 픽셀 자체적으로 가지고 있는 옵셋(Offset) 값을 제거하기 위해 광신호가 입사되기 전과 후의 픽셀 신호(픽셀 출력 전압)를 비교하여 실제로 입사광에 의한 픽셀 신호만을 측정할 수 있도록 하며, 이러한 기법을 상호상관 이중 샘플링(CDS : Correlated Double Sampling)이라고 한다. 이러한 상호상관 이중 샘플링 기능은 비교부(40)에서 수행된다.
이때, 비교부(40)는 복수의 비교기를 포함하고, 카운팅부(50)는 복수의 카운터를 포함하며, 메모리부(60)는 복수의 메모리를 포함한다. 즉, 비교기와 카운터와 메모리가 각 컬럼별로 구비된다.
다음으로, 하나의 비교기와 카운터의 동작(아날로그-디지털 변환 동작)을 예를 들어 살펴보면, 다음과 같다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 씨모스 이미지 센서의 1개 컬럼에 대한 일부 회로도이다.
먼저, 첫 번째의 비교기(41)는 픽셀 어레이(10)의 제 1 컬럼으로부터 출력되는 픽셀 신호(PX)를 일측 단자로 입력받고, 램프 신호 발생 장치(30)로부터 인가되는 램프 신호(VRAMP)를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호(COMP)를 출력한다.
이때, 램프 신호(VRAMP)는 시간이 경과함에 따라 전압 레벨이 감소(또는 증가)하는 신호이기 때문에, 결국 비교기에 입력되는 두 신호의 값이 일치하는 시점이 생기게 된다. 이렇게 일치하는 시점을 지나게 되면서 비교기에서 출력되는 비교 신호의 값에 반전이 일어난다.
그에 따라, 첫 번째의 카운터(51)는 램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 비교기(41)로부터 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 제어부(80)로부터의 클럭(CLK)을 카운팅하여 카운팅 정보(DATA)를 출력한다. 여기서, 카운터(51)는 제어부(80)로부터의 리셋 신호(RST)에 따라 초기화된다.
여기서, 카운터(51)의 구조는 예를 들어 N-비트 카운터(N은 자연수)로서 N-비트 이상 동작할 수 없도록 구현되어 있기 때문에 오버플로우되는 카운팅 값에 대한 특별한 대비가 필요없다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위한 게인 증가 방식에 대한 설명도이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 클럭(201)의 속도를 기존과 동일하게 유지하는 경우 아날로그 게인을 증가시키기 위해서는 램프 신호(램프 출력 전압)의 레인지(202)를 게인 배수만큼 감소시키는 방식을 사용할 수 있다. 즉, 게인 2배(x2)의 경우 램프 신호의 레인지는 게인 1배(x1)의 램프 신호 레인지의 1/2 크기를 가지고, 게인 4배(x4)의 경우 램프 신호의 레인지는 게인 2배(x2)의 램프 신호 레인지의 1/2 크기를 가진다.
이때, 아날로그 게인이 증가될수록 실제 카운팅되는 비트 수(203)는 게인 배수만큼 증대된다. 즉, 게인 2배(x2)의 경우 실제 카운팅되는 비트 수는 게인 1배(x1)의 실제 카운팅 비트 수의 2배 크기를 가지고, 게인 4배(x4)의 경우 실제 카운팅되는 비트 수는 게인 2배(x2)의 실제 카운팅 비트 수의 2배 크기를 가진다.
그런데, 상기와 같이 램프 신호의 레인지를 감소시키는 방식은 노이즈 대비 신호가 감소하여 신호대 잡음비가 열화되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는 아날로그 게인을 증가시킬 때, 램프 신호(램프 출력 전압)의 레인지와 클럭 속도를 기존과 동일하게 유지하고 게인 배수만큼 반복되는 비교 신호에 따라 카운팅하여 오버플로우(Overflow)되는 카운팅 값을 버림으로써, 다른 아날로그적인 특성의 열화 없이 아날로그 게인을 증가시킬 수 있다. 이를 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 게인 증가 방식에 대한 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 램프 신호의 레인지(302)와 클럭(301)의 속도를 기존과 동일하게 유지하는 경우 아날로그 게인을 증가시키기 위해서는 게인 배수만큼 반복되는 비교 신호에 따라 카운팅하여 오버플로우되는 카운팅 값을 버리는 방식을 사용할 수 있다. 즉, 게인 2배(x2)의 경우에는 게인 1배(x1)의 경우보다 카운팅을 2배만큼 반복한 후에 오버플로우되는 카운팅 값을 버리고, 게인 4배(x4)의 경우에는 게인 2배(x2)의 경우보다 카운팅을 2배만큼 반복한 후에 오버플로우되는 카운팅 값을 버린다.
이때, 버츄얼 카운팅 비트 수(304)는 게인 배수에 따라 증대된다. 여기서, 버츄얼 카운팅 부분은 오버플로우되는 카운팅 값으로서 버려지는 부분이다. 따라서 리얼 카운팅 비트 수(303)는 아날로그 게인의 증가와 관계없이 동일한 값을 가지게 된다.
예를 들어, 일반적으로 최대 카운팅 비트 수(MAX-Count)는 하기의 [수학식 1]과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, N은 카운터의 비트 수를 의미하고, AG는 아날로그 게인의 배수를 의미한다.
상기 [수학식 1]에 따르면, 게인 1배(x1)의 경우 최대 카운팅 비트 수는 2N개이고, 게인 2배(x2)의 경우 최대 카운팅 비트 수는 2N+1개이며, 게인 4배(x4)의 경우 최대 카운팅 비트 수는 2N+2개이다.
그런데, 본 발명의 실시예에 따른 게인 증가 방식에서는 버츄얼 카운팅 부분(오버플로우되는 카운팅 부분)을 버림으로써, 아날로그 게인이 1배에서 2배 또는 4배로 증가하는 것과 관계없이 리얼 카운팅 비트 수(303, 최대 카운팅 비트 수가 됨)는 2N개로 동일한 값을 가진다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 게인 증가 방식에서와 같이 아날로그 게인이 2배 또는 4배로 증가하게 되면, 멀티-샘플링(Multi-Sampling) 특성으로 인하여 아날로그적인 특성이 더 좋아진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도로서, 1개 컬럼에 대한 구성을 나타내고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는, 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기(401), 비교기(401)로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터(402), 및 카운터(402)의 카운팅 비트 수를 리얼 카운팅 비트 수(즉, 최대 카운팅 비트 수)로 제한하기 위한 카운팅 제한부(403)를 포함한다.
이때, 비교기(401)는 픽셀 어레이(10)로부터 출력되는 픽셀 신호(PX)를 일측 단자로 입력받고, 램프 신호 발생 장치(30)로부터 "1 로우 타임 동안 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호(VRAMP)"를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호(COMP)를 게인 배수만큼 반복하여 출력한다.
이때, "1 로우 타임 동안 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호(VRAMP)"는 1 로우 타임 동안 시간이 경과함에 따라 전압 레벨이 감소(또는 증가)하는 신호가 게인 배수만큼 반복되는 신호이기 때문에, 결국 비교기에 입력되는 두 신호의 값이 일치하는 시점이 게인 배수만큼 반복하여 생기게 된다. 이렇게 각각의 일치 시점을 지나게 되면서 비교기에서 출력되는 비교 신호의 값에 반전이 일어난다.
그에 따라, 카운터(402)는 "램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 비교기(401)로부터 게인 배수만큼 반복하여 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 제어부(80)로부터의 클럭(CLK)을 카운팅하는 과정"을 수행하여 카운팅 정보(DATA)와 캐리-아웃(Carry-out) 신호를 출력한다. 여기서, 카운터(402)는 제어부(80)로부터의 리셋 신호(RST)에 따라 초기화된다.
여기서, 카운터(402)는 카운터 구조 전체를 오버플로우되지 않는 구성으로 변경하여 구현할 수 있으며, 예를 들어 N-비트 난-오버플로우 카운터(N-bit Non-Overflow Counter)로 구현할 수 있다.
그리고 카운팅 제한부(403)는 카운팅을 완료하기 전에 카운터(402)가 리얼 카운팅 비트 수(즉, 최대 카운팅 비트 수)를 카운팅하면 카운터(402)를 디스에이블시켜 카운팅을 중지시킨다. 그에 따라, 카운터(402)는 카운팅을 중지하고 현재의 리얼 카운팅 비트 수(즉, 최대 카운팅 비트 수)를 유지하였다가 카운팅 정보(DATA)를 리드아웃 회로를 통하여 디지털 블럭으로 출력하며, 다음 로우 타임의 시작에 따라 카운터 인에이블 신호가 인가되면 다시 카운팅을 수행한다.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 카운팅 제한부(403)는 카운터(402)로부터 마지막 비트의 캐리-아웃 신호(즉, N-비트 카운터의 경우 N번째 캐리-아웃 비트)를 입력받아 카운터 디스에이블 신호를 카운터(402)로 인가하여 카운터(402)를 디스에이블시킨다. 이때, 카운팅 제한부(403)는 비교기(Comparator)를 이용하여 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치의 구성도로서, 1개 컬럼에 대한 구성을 나타내고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그-디지털 변환 장치는, 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기(501), 비교기(501)로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터(502), 및 카운터(502)의 오버플로우를 감지하여 통지(Notify)하기 위한 오버플로우 통지부(503)를 포함한다.
이때, 비교기(501)와 카운터(502)의 구성 및 동작은 도 4에서 전술한 비교기(401)와 카운터(402)의 구성 및 동작과 거의 유사하므로, 여기서는 더 이상 설명하지 않기로 한다. 다만, 카운터(502)는 예를 들어 N-비트 난-오버플로우 카운터가 아닌 리플 카운터(Ripple Counter)로 구현한다.
그리고 오버플로우 통지부(503)는 카운터(502)로부터 입력되는 마지막 비트의 캐리-아웃 신호(즉, N-비트 카운터의 경우 N번째 캐리-아웃 비트)에 따라 오버플로우를 감지하여 오버플로우 신호를 리드아웃 회로를 통하여 디지털 블럭으로 출력한다. 그러면, 디지털 블럭은 오버플로우 신호를 전달받아 상응하는 카운팅 정보에 대해서 무조건 리얼 카운팅 비트 수(즉, 최대 카운팅 비트 수)로 제한하여 처리(즉, 최대 카운팅 비트 수 이후의 카운팅 정보는 버림)한다. 이때, 오버플로우 통지부(503)는 비교기(Comparator)를 이용하여 구현할 수 있다.
그리고 리플 카운터의 구조에서는 마지막 비트가 로우-하이-로우(Low-High-Low)로 변하므로, 오버플로우 통지부(503)에서는 이 값을 감지하여 오버플로우를 인지할 수 있으며, 1비트 신호만을 오버플로우 신호로 라우팅(Routing)하면 되기 때문에 효율적으로 구현할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에서 전술한 아날로그-디지털 변환 장치는 도 1에서 전술한 씨모스 이미지 센서(CIS)에 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
401 : 비교기 402 : 카운터
403 : 카운팅 제한부

Claims (20)

  1. 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기;
    상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 및
    상기 카운터의 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하기 위한 카운팅 제한부
    를 포함하는 아날로그-디지털 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비교기는,
    픽셀 신호를 일측 단자로 입력받고, "1 로우 타임 동안 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호"를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카운터는,
    "램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 상기 비교기로부터 게인 배수만큼 반복하여 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 제어부로부터의 클럭을 카운팅하는 과정"을 수행하여 카운팅 정보와 캐리-아웃 신호를 출력하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 카운터는,
    난-오버플로우 카운터(Non-Overflow Counter)인, 아날로그-디지털 변환 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 카운팅 제한부는,
    카운팅을 완료하기 전에 상기 카운터가 최대 카운팅 비트 수를 카운팅하면 상기 카운터를 디스에이블시켜 카운팅을 중지시키는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 카운팅 제한부는,
    상기 카운터로부터 마지막 비트의 캐리-아웃 신호를 입력받아 카운터 디스에이블 신호를 상기 카운터로 인가하여 상기 카운터를 디스에이블시키는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  7. 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기;
    상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터; 및
    상기 카운터의 오버플로우를 감지하여 통지하기 위한 오버플로우 통지부
    를 포함하는 아날로그-디지털 변환 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 비교기는,
    픽셀 신호를 일측 단자로 입력받고, "1 로우 타임 동안 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호"를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 카운터는,
    "램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 상기 비교기로부터 게인 배수만큼 반복하여 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 제어부로부터의 클럭을 카운팅하는 과정"을 수행하여 카운팅 정보와 캐리-아웃 신호를 출력하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 오버플로우 통지부는,
    상기 카운터로부터 입력되는 마지막 비트의 캐리-아웃 신호에 따라 오버플로우를 감지하여 오버플로우 신호를 출력하는, 아날로그-디지털 변환 장치.
  11. (a) 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 반복하여 출력되는 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서 카운팅되는 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하는 단계
    를 포함하는 아날로그-디지털 변환 방법.
  12. (a) 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 반복하여 출력되는 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서의 오버플로우를 감지하여 통지하는 단계
    를 포함하는 아날로그-디지털 변환 방법.
  13. 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀;
    제어부의 제어에 따라 상기 픽셀을 선택하여 제어하기 위한 로우 디코더;
    상기 제어부의 제어에 따라 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치;
    상기 램프 신호 발생 장치로부터의 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기;
    상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터;
    상기 카운터의 카운팅 비트 수를 최대 카운팅 비트 수로 제한하기 위한 카운팅 제한부;
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 카운터로부터의 카운팅 정보를 저장하기 위한 메모리;
    상기 로우 디코더와 상기 램프 신호 발생 장치와 상기 카운터와 상기 메모리와 컬럼 리드아웃 회로의 동작을 제어하기 위한 상기 제어부; 및
    상기 메모리의 데이터를 상기 제어부의 제어에 따라 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 픽셀로부터의 픽셀 신호를 일측 단자로 입력받고, 상기 램프 신호 발생 장치로부터의 "1 로우 타임 동안 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호"를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는, 씨모스 이미지 센서.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 카운터는,
    "램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 상기 비교기로부터 게인 배수만큼 반복하여 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 상기 제어부로부터의 클럭을 카운팅하는 과정"을 수행하여 카운팅 정보와 캐리-아웃 신호를 출력하는, 씨모스 이미지 센서.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 카운팅 제한부는,
    카운팅을 완료하기 전에 상기 카운터가 최대 카운팅 비트 수를 카운팅하면 상기 카운터를 디스에이블시켜 카운팅을 중지시키는, 씨모스 이미지 센서.
  17. 입사광에 상응하는 픽셀 신호를 출력하기 위한 픽셀;
    제어부의 제어에 따라 상기 픽셀을 선택하여 제어하기 위한 로우 디코더;
    상기 제어부의 제어에 따라 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호를 발생하기 위한 램프 신호 발생 장치;
    상기 램프 신호 발생 장치로부터의 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호에 따라 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하기 위한 비교기;
    상기 비교기로부터의 비교 신호에 따라 카운팅 동작을 수행하기 위한 카운터;
    상기 카운터의 오버플로우를 감지하여 통지하기 위한 오버플로우 통지부;
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 카운터로부터의 카운팅 정보를 저장하기 위한 메모리;
    상기 로우 디코더와 상기 램프 신호 발생 장치와 상기 카운터와 상기 메모리와 컬럼 리드아웃 회로의 동작을 제어하기 위한 상기 제어부; 및
    상기 메모리의 데이터를 상기 제어부의 제어에 따라 출력하기 위한 컬럼 리드아웃 회로
    를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 픽셀로부터의 픽셀 신호를 일측 단자로 입력받고, 상기 램프 신호 발생 장치로부터의 "1 로우 타임 동안 게인 배수만큼 반복되는 램프 신호"를 타측 단자로 입력받아 두 신호의 값을 비교하여 비교 신호를 게인 배수만큼 반복하여 출력하는, 씨모스 이미지 센서.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 카운터는,
    "램프 신호가 하강(또는 상승)하는 시점부터 상기 비교기로부터 게인 배수만큼 반복하여 출력되는 비교 신호가 반전되는 순간까지 상기 제어부로부터의 클럭을 카운팅하는 과정"을 수행하여 카운팅 정보와 캐리-아웃 신호를 출력하는, 씨모스 이미지 센서.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 오버플로우 통지부는,
    상기 카운터로부터 입력되는 마지막 비트의 캐리-아웃 신호에 따라 오버플로우를 감지하여 오버플로우 신호를 출력하는, 씨모스 이미지 센서.
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