판독 어드레스 제어 방법, 물리 정보 취득 장치, 및 반도체장치 document_id A220517008564

본 발명은, 전체 내용이 여기에 참조로써 포함되어 있는, 2004년 9월 2일에 출원된 일본 특허출원 제2004-255341호에 대한 우선권을 주장한다. 본 발명은 판독 어드레스를 제어하는 방법, 물리 정보 취득 장치 및 물리량 분포를 검출하는 반도체 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 특히, 외부로부터 입사하는 광 또는 복사와 같은 전자파에 민감한 단위 구성 요소들의 어레이를 포함하며 단위 구성 요소들에 의해 검출되는 물리량 분포를 지시하는 전기 신호를 출력할 수 있는 고체 이미지 센서와 같은, 물리량 분포를 검출하기 위한 반도체 장치에 사용하기에 적합한 단위 구성 요소들로부터 단위-소자 신호들을 판독할 때의 어드레스 값 제어에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이미지 센싱 장치로부터의 신호 판독을 제어하기 위한 타이밍 제너레이터 또는 타이밍 제너레이터와 이미지 센싱 장치를 포함하는 이미지 센싱 장치에서 어드레스 지정을 제어하는 기술에 관한 것이다. 다양한 애플리케이션들에서, 물리량 분포를 검출하는데는, 외부로부터 입사되는 광이나 복사와 같은 전자파 또는 압력과 같은 물리량의 변화에 민감한 단위 구성 요소들(화소들)의 선형 어레이 또는 행렬 어레이를 포함하는 반도체 장치가 널리 사용된다. 예를 들어, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 비디오 장치들에서는, (전자파의 일례인) 광과 같은 물리량에서의 변화를 검출하기 위해, CCD(Charge Coupled Device) 유형, MOS(Metal Oxide Semiconductor) 유형, 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 유형의 이미지 센서 장치(이미지 센싱 장치)를 포함하는 고체 이미지 센서가 사용된다. 컴퓨터 장치들에서는, 지문 인식 장치가, 압력과 관련된 전기 또는 광학 특징 변화에 기초해 지문의 이미지를 검출하는 것에 의해, 지문 정보를 획득하는데 사용된다. 이러한 장치들에서는, 물리량 분포가 단위 구성 요소들(고체 이미지 센서의 경우 화소들)에 의해 전기 신호로 변환되고 얻어진 전기 신호가 판독된다. 일부 고체 이미지 센서들에서는, 증폭을 위한 구동 트랜지스터가, 전하 발생 부분에서 발생된 신호 전하에 대응되는 이미지 신호를 발생시키는 각각의 이미지 신호 발생 부분에 배치되는 APS(active pixel sensor)가 사용된다. 다수의 CMOS 고체 이미지 센서들에서 이러한 구조가 사용된다. 이와 같은 능동 고체 이미지 센싱 장치에서는, 이미지 신호를 판독하기 위해, 어드레스 지정을 제어하는 것에 의해, 화소 어레이 부분에 정렬되어 있는 단위 화소들이 순차적으로 선택되고 개개의 단위 화소들로부터 신호들이 판독된다. 즉, 능동 고체 이미지 센싱 장치는 어드레스 제어 유형의 고체 이미지 센서이다. 예를 들어, 단위 화소들이 행렬 어레이 형태로 정렬되어 있는 X-Y 어드레스 지정 유형의 능동 화소 센서에서는, 각각의 화소가 MOS 구조를 가진 능동 소자(MOS 트랜지스터)를 사용해 증폭 기능을 갖추도록 구성된다. 이런 구조에서는, 광전 변환 장치(photoelectric conversion device)로 기능 중인 광다이오드에 누적된 신호 전하(광전자들)가 능동 소자에 의해 증폭되며 이미지 정보로서 판독된다. 이러한 유형의 고체 이미지 센싱 장치를 X-Y 어드레스 지정할 경우, 예를 들어, 화소 어레이 부분은 2차원 행렬 어레이 형태로 정렬되어 있는 다수의 화소 트랜지스터들을 사용해 형성된다. 입사광에 대응되는 신호 전하들의 누적은 라인(로우) 단위로 또는 화소 단위로 시작되고, 각 화소에 누적된 신호 전하에 대응되는 전류 또는 전압은 어드레스 지정을 이용해 화소들을 액세스하는 것에 의해 개개 화소들로부터 순차적으로 판독된다. MOS 유형(및 CMOS 유형)의 고체 이미지 센싱 장치들에서, 어드레스 지정은, 예를 들어, 화소들이 라인 단위로 동시에 액세스되고 액세스되는 화소들로부터 화소 신호들이 판독되도록, 수행되는데, 다시 말해, 화소 신호들은 화소 어레이 부분으로부터 라인 단위로 판독된다. 이러한 유형의 일부 고체 이미지 센싱 장치들에서는, 화소 어레이 부분을 라인 단위로 액세스하고 액세스된 라인으로부터 화소 신호들을 판독하는 판독 방식을 수용하기 위해, 아날로그-디지털 컨버터들 및/또는 다른 신호 프로세싱 유닛들이 개개의 수직 컬럼들을 위해 배치된다. 이러한 구성을 컬럼 병렬 구성이라고 한다. 컬럼-병렬 구성을 갖춘 고체 이미지 센싱 장치들 중에서도, 화소 신호들이 순차적으로 판독되고 출력되도록, CDS(Correlated Double Sampling) 프로세서 또는 디지털 컨버터가 각각의 수직 컬럼에 배치되어 있는 고체 이미지 센싱 장치를 컬럼형 고체 이미지 센싱 장치라고 한다. CCD 또는 CMOS 이미지 센서들과 같은 고체 이미지 센싱 장치들의 크기 및 비용 감소에 따라, 스틸 이미지를 촬영하기 위한 디지털 스틸 카메라, 카메라가 장착된 휴대폰, 및 동영상을 촬영하기 위한 비디오 카메라와 같은, 고체 이미지 센싱 장치를 사용하는 다양한 종류의 비디오 장치들이 널리 사용되어 왔다. CMOS 이미지 센서들은 좀더 적은 소비 전력으로 동작할 수 있으며 CCD 이미지 센서들보다 낮은 비용에서 생산될 수 있으므로, CCD 이미지 센서들 대신에, CMOS 이미지 센서들이 널리 사용될 것으로 예상된다. 예를 들어, CMOS 이미지 센서들에서는, 광전 변환의 결과로서 발생된 전자들이 각 화소에 누적되고, 화소 신호들은 SCU(sensor control unit)로부터 출력되는 어드레스 제어 신호들에 의해 특정되는 화소 컬럼들(수직 컬럼들)의 화소들로부터 순차적으로 판독된다. 좀더 구체적으로는, 어드레스 설정 회로가 화소 어레이 부분에 인접하게 위치하는 수직 주사 회로에 배치되고, 어드레스 설정 회로로부터 화소들을 순차적으로 선택하기 위한 어드레스 제어 신호가 공급된다. 어드레스 제어 신호에 따르면, 수직 주사 회로는 구동 버퍼들을 통해 개개 화소들에 (일반적으로 제어 신호들이라고 하는) 다양한 종류의 제어 신호들을 공급함으로써, 특정된 수평 어드레스 위치의 화소 트랜지스터를 온/오프한다. 따라서, 어드레스 디코더는 선택될 화소의 어드레스를 지시하는 데이터를 발생시킨다. X-Y 어드레스 지정 유형의 고체 이미지 센싱 장치는 특정 어드레스의 무작위 화소로부터 신호를 판독할 수 있는데, 다시 말해, 이러한 유형의 고체 이미지 센싱 장치는 임의 접근 능력을 가진다. 시프트 레지스터를 사용해 화소들을 순차적으로 선택하는 동안 화소들로부터 신호 전하들을 판독하는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 달리, X-Y 어드레스 지정 유형의 고체 이미지 센싱 장치는 화소들로부터 신호들을 판독하는 순서를 임의로 설정할 수 있다. 화소 신호들이 모든 화소들로부터 판독될 경우에는, (이하, 어드레스 카운터들이라고도 하는) 카운터 회로들을 사용해 어드레스 설정 회로가 형성될 수 있다. 이 경우, 수직 어드레스 카운터 및 수평 어드레스 카운터는 모든 화소들을 주사하기 위해 "1"만큼씩 순차적으로 증가된다. 그러나, 일부 경우들에서는, 모든 화소들로부터의 화소 신호들을 출력할 필요가 없다. 예를 들어, 디지털 스틸 카메라 등을 사용해 스틸 이미지를 촬영하는 기술에서는, 대다수 화소들을 갖춘 CMOS-유형의 고체 이미지 센싱 장치를 사용해 고해상도 스틸 이미지를 획득하는 기술이 알려져 있다. 고해상도 스틸 이미지를 획득하기 위한 모드인 "모든-화소 판독 모드"에서, 화소 정보는 모든 화소들로부터 독립적으로 판독된다. 그러나, 대다수 화소들이 존재할 경우, 화소 정보가 모든 화소들로부터 판독된다면, 모니터 스크린에 동영상을 디스플레이할 때 충분히 높은 프레임 속도를 실현하기가 어렵다. 상기 문제점을 방지하기 위해, "모든-화소 판독 모드" 이외에 다른 모드들을 제공하는 것이 알려져 있다. 좀더 구체적으로, "데시메이션 판독 모드"에서는, 특정 갯수의 로우들 또는 컬럼들을 건너 뛰면서 화소 정보가 판독된다. "가산 판독 모드"에서는, (화소들이 반드시 인접해야 하는 것은 아닌) 특정 갯수의 로우들 또는 컬럼들이 선택되고, 화소 정보의 합이 출력된다. 이러한 모드들에서는, 데시메이션 또는 가산의 결과로서, 출력 화소들의 수가 감소되고, 그에 따라, 프레임 속도를 증가시킬 수 있다. 데시메이션 판독 모드는 주체(subject)의 이미지를 점검하기 위해 액정 모니터상에 (액정 모니터의 번호에 대응되는) 저해상도로써 주체의 이미지를 디스플레이하는데 사용된다. 또한, 데시메이션 판독 모드는, 화소 정보를 데시메이션하는 것에 의해 동영상 이미지의 데이터 크기가 감소되고 그에 따른 동영상 데이터가 전송될 때에도 사용된다. 가산 판독 모드는 출력 이미지의 화소 수를 감소시키는 것에 의해 프레임 속도를 증가시키는 경우 뿐만 아니라 복수개 로우들(예를 들어, 2개 로우들)의 화소 신호들을 가산하는 것에 의해 동적 범위를 확장시키는 경우에도 사용된다. CCD-유형의 이미지 센서들에서도, 데시메이션 판독 모드 또는 가산 판독 모드를 제공할 수 있다. 그러나, 그것의 구조로 인해, CCD-유형의 이미지 센서는, 시프트 레지스터를 사용해 화소들을 순차적으로 선택하는 동안에만 화소들로부터 신호 전하들을 판독할 수 있다. 따라서, 화소 정보는 먼저 모든 화소들로부터 판독된 다음, 외부의 신호 프로세싱 회로에 의해 화소 정보가 데시메이션 또는 가산된다. 그에 비해, X-Y 어드레스 지정 이미지 센서들에서는, 이미지 정보의 데시메이션 및 가산이 이미지 센싱부에서 수행될 수 있으며, 이러한 목적을 위한 외부의 신호 프로세싱 회로는 불필요하다. 화소들로부터 화소 정보를 판독하는 순서를 자유롭게 선택하기 위해, 어드레스들을 특정하기 위한 소정 제어 메커니즘이 각각의 모드에 따라 필요하다. 예를 들어, 이미지 정보를 수직 및 수평 방향들 모두에서 2의 팩터만큼 데시메이션하기 위해, 어드레스 카운터는 2의 스텝들(steps)로 증가된다. 즉, 모드에 따라, 어드레스 카운터를 증가시키기 위한 스텝들을 변경해야 한다. 통상적으로, 어드레스 값들은 바이너리 코드 또는 그레이 코드를 사용해 표현된다. 어드레스 값들이 바이너리 코드로 표현될 경우, 어드레스 값을 임의의 값과 가산하기 위한 회로를 쉽게 구현할 수 있으므로, 어드레스 값을 증가시키기 위한 스텝들을 쉽게 변경할 수 있다. 그러나, 데이터 값이 변환될 때 잡음이 생성되며, 이 잡음이 전력선 또는 공간을 통해 전파될 수 있다는 것이 알려져 있다. 즉, 어드레스 카운터는, 상태가 무작위로 변하는 잡음의 소스일 수 있는데, (이하, 토글 비트들의 수라고 하는) 데이터의 반전 비트들의 수가 무작위로 변하기 때문이다. 잡음이 일정한 상태에서 발생되면, 발생된 잡음을 처리할 수 있을 수도 있다. 그러나, 토글 비트들의 수가 무작위로 변할 때는, 잡음을 처리하기가 어렵다. 값이 "0"에서 "1"로 변한다면, 하나의 비트만이 토글된다. 이것이, 토글 비트들의 수라는 관점에서 최소의 경우이다. 한편, 최하위 비트에서 최상위 비트로 캐리가 발생하면, 모든 비트들이 토글된다. 이것이, 토글 비트들의 수라는 관점에서 최대의 경우이다. 어드레스 카운터의 전원 잡음은, 상술된 바와 같이, 무작위로 달라지는 토글 비트들의 수에 따라 변하기 때문에, 전원 잡음은 이미지에 나쁜 영향을 미친다. 도 23 및 도 24는, 바이너리 코드 또는 그레이 코드가 사용되는 경우에 대한, 액세스되는 화소들, 어드레스 값, 그리고 토글 비트들의 수 사이의 관계들에 대한 예들을 나타낸다. 좀더 구체적으로, 도 23은, 어드레스 값이 3의 스텝들로 증가되는 방식의 일례를 나타내고, 도 24는, 어드레스 값이 5의 스텝들로 증가되는 방식의 일례를 나타낸다. 도 23 및 도 24에 나타낸 양자의 예들에서, 바이너리 코드의 토글 비트들의 수는 2 내지 4의 범위내에서 변한다. 토글 비트들의 수를 감소시키는 일 기술이 그레이 코드를 사용하는 것이다. 그레이 코드에서는, 어드레스 값이 1의 스텝들로 증가될 때, 하나의 비트에서만 변화가 발생한다. 즉, 그레이 코드는 최소의 토글 비트 수를 제공하고, 그에 따라 최소 잡음을 제공한다. 그러나, 어드레스 값을 표현하는데 그레이 코드가 사용되는 경우라 하더라도, 어드레스 값이, 도 23 및 도 24에 나타낸 예들에서와 같이, "1"이 아닌 스텝들로 증가된다면, 토글 비트들의 수 또한 1 내지 3의 범위내에서 달라진다. 그레이 코드에서의 또 다른 문제점은, 바이너리 코드와 달리, 어드레스 값을 특정된 다양한 스텝들로 증가시킬 수 있는 간단한 회로를 실현하기가 어렵고, 복잡한 회로가 필요하다는 것이다. 복잡한 회로는 잡음을 증가시킨다. 상술된 바와 같이, 바이너리 코드 또는 그레이 코드에 기초한 카운터를 사용해 어드레스 값을 증가시키는 기술로는, 토글 비트들의 수 변화로부터 발생하는 잡음 관련 문제점의 핸들링을 용이하게 할, 토글 비트들의 수 변화를 작은 범위내로 유지하면서, 예를 들어, 데시메이션에서의 필요한 다양한 모드들로 어드레스 지정을 수행하기가 어렵다. 상술된 문제점은 이미지 센싱 장치를 사용하는 시스템들에서 뿐만 아니라, 판독 동작시의 어드레스 지정 방식이 소정 한도까지 변경될 수 있는 어드레스 지정 방식의 반도체 메모리와 같은, 반도체 장치를 사용하는 반도체 시스템들에서도 발생할 수 있다. 상기한 관점에서, 본 발명의 목적은, 어드레스 지정을 위해 복잡한 회로를 필요로 하지 않으면서, 토글 비트들의 수 변화를 작은 범위내로 유지하는 동시에, 판독 모드에 따른 필요에 따라 어드레스 지정 방식을 전환하는 기술을 제공하는 것이다.