노이즈를 제거할 수 있는 아날로그 디지털 변환 장치,이미지 촬상 장치, 및 이미지 촬상 장치의 신호 처리 방법 document_id A220623058097

이미지 촬상 장치(image pick-up device)는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 주로 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD)를 이용한 이미지 촬상 장치와 CMOS 공정을 이용한 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)가 널리 사용되고 있다. CIS는 CCD를 이용한 이미지 촬상 장치에 비해 일반적인 CMOS 공정을 사용하여 제작할 수 있으므로 경제적이며, 아날로그-디지털 변환 장치를 함께 하나의 칩 (chip)에 집적할 수 있으므로 집적화에 유리하다. 또한, CIS는 저-전력 저-전압 설계가 가능함에 따라, 전력 소비가 적은 이동 전화기(mobile phone), 및 디지털 카메라 등의 휴대용 기기에서 널리 사용되고 있다. CIS는 CCD와 달리 APS 어레이(Active Pixel Sensor Array)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환 동작이 필요한데, 이러한 변환 동작을 위해서 CIS 내부에 고-해상도의 ADC(Analog to Digital Converter)를 사용한다. CIS는 ADC의 구현 방식에 따라 싱글(Single) ADC 방식과 칼럼(Column) ADC 방식으로 분류된다. 싱글 ADC 방식은 고속으로 동작하는 하나의 ADC를 사용하여 소정의 정해진 시간 내에 모든 칼럼들로부터 출력된 APS 아날로그 출력 신호들을 디지털 신호들로 변환하는 방식으로, CIS 칩 면적을 줄일 수 있는 장점이 있지만, 고속으로 동작하여야 하므로 전력 소모가 큰 단점이 있다. 이에 반해 칼럼 ADC방식은 간단한 구조의 ADC회로를 칼럼마다 배치하여 구현되는 방식으로, CIS 칩 면적은 크지만, 전력 소모가 작은 장점이 있다. 칼럼 ADC방식은 픽셀 출력 신호인 아날로그 출력 전압에 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling(CDS))을 수행하고 수행 결과에 해당하는 전압을 저장하며, 또한 램프 신호 발생기에서 생성된 램프 신호에 응답해서 CDS 동작에서 생성된 전압을 소정의 기준 전압과 비교함으로써 디지털 코드 생성을 위한 비교 신호를 제공한다. 최근 고해상도 화상에 대한 요구가 커짐에 따라, 많은 회사에서 고해상도 CIS를 개발 중인데, 고해상도 CIS의 경우, 면적 축소를 통한 양산성을 높이기 위해 보다 작은 사이즈의 픽셀이 사용된다. 이 경우, 픽셀로부터 출력된 공급 전원 노이즈에 따른 화질 열화가 큰 이슈(issue)로 부각되고 있으며, 이러한 화질 열화를 제거하는 기술이 절실히 요구된다. 기존의 칼럼 ADC방식에 사용되는 CDS 회로의 차동 형(Differential Type) 비교기(Comparator)는 CDS 블록(Block) 자체에서 생성되는 공급 전원 노이즈 및 스위칭에 의한 커플링 노이즈(Coupling noise)에 대해서는 좋은 노이즈 특성을 갖지만, CDS 블록 외부의 픽셀로부터 생성된 공급 전원 노이즈에 대해서는 효율적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다.