아날로그-디지털 변환 장치와 이를 포함하는 이미지 촬상 장치 document_id A220623071206

이미지 촬상 장치(image pick-up device)는 광학 영상(optical image)을 전기적인 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. CMOS 이미지 센서는 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, 상기 CMOS 이미지 센서는 저-전력 저-전압 설계가 가능함에 따라 전력 소비가 적은 이동 전화기(mobile phone), 및 디지털 카메라 등의 휴대용 기기에서 널리 사용되고 있다. 그러나, CMOS 이미지 센서는 상기 CCD를 이용한 이미지 촬상 장치와 달리 빛에 따라 반응하는 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor; APS)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 고해상도의 아날로그-디지털 변환 장치를 필요로 한다. CIS에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 방법으로 하나의 아날로그-디지털 변환기(Analog Digital Converter(ADC))를 사용하는 방법과 컬럼 ADC를 사용하는 방법이 있다. 하나의 ADC를 사용하는 방법은 고속으로 동작하는 하나의 ADC를 사용하여 정해진 시간 내에 모든 컬럼의 APS들로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하므로, ADC의 레이아웃 면적은 줄어드나 상기 ADC가 고속으로 동작해야 하므로, CMOS 이미지 센서의 전력 소모가 크다. 그러나, 컬럼 ADC를 사용하는 방법은 간단한 구조를 갖는 ADC를 각각의 컬럼마다 배치하므로, CMOS 이미지 센서의 전력 소모는 적으나 ADC들이 구현되는 레이아웃 면적이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 반도체 기술의 발달에 따라 이미지 촬상 장치가 점차 고해상도를 갖는 이미지를 디스플레이하기 위해서는, 종래의 ADC보다 더 높은 해상도(resolution)를 갖는 ADC가 사용되어야 하므로 이로 인한 CMOS 이미지 센서에서 구현되는 ADC의 레이아웃 면적이 증가한다. 따라서, 높은 프레임 레이트를 갖으며, 적은 면적에 구현될 수 있는 아날로그-디지털 변환 장치가 절실히 요구된다.