complemental signal path
Jinwoo Jung, Bomin Kwon, Jiman Kim * , Juhong Park, Yongsu Park ** , Jewon Lee, and Hanjung Song †
Abstract
In this paper, an analysis of the complementary CMOS active pixel and readout circuit is carried out. Complementary pixel structure which is different from conventional 3TR APS structure consists of photo diode, reset PMOS, several NMOSs and PMOSs sets for complementary signals. Proposed CMOS image sensors pixel has been fabricated using 0.5 standard CMOS process. Measured results show that the output signal range is from 0.8 V to 3.8 V. This output signal range increased 125 % compared to conventional 3TR pixel in the condition of 5 V power supply.
Key Words : CMOS, complementary pixel, photo diode, readout circuit, PMOS reset
1. 서 론
이미지 센서는 휴대전화 카메라나 DSC(digital still
camera) 등에서 영상을 생성해 내는 영상 촬영 소자 부
품을 일컫는 것으로 , CMOS 공정은 이미 1970 년대 후
반부터 우수한 집적도 경쟁력과 경제성 때문에 일반적
인 반도체 칩 제조 공정으로 널리 자리 잡고 있었다 [1,2] .
이러한 기반 하에 제조공정의 경제성과 주변 칩들과의
연결상의 용이성 때문에 CMOS 공정을 활용한 이미지
센서가 탄생하게 되었다 . CMOS 이미지 센서에서
CMOS 란 complementary metal oxide semiconductor 의
약어로 , 현재 메모리와 컴퓨터 CPU 등 반도체 칩의 구 현에 사용되며 , 전 반도체 칩 구현 방식 중 가장 많이 사용되는 방식이다 . CMOS 는 PMOS 와 NMOS 트랜지
스터를 가지고 구현하며 , 이를 통해 저 전력을 실현할 수 있다 [3] . CMOS 이미지센서는 이러한 CMOS 기술
을 이용한 화상 정보 감지기이다 . 각 수광소자에
CMOS 트랜지스터가 집적되어 있어 , 각 수광소자가
받는 빛의 양을 직접 전하로 변환 시켜주며 , 각 수광소
자에 저장된 전하를 판별기에 의해 직접 그 양을 측정
한다 . CMOS 이미지 센서에는 능동형과 수동형 두 가
지 타입이 있으며 , 수동 픽셀 센서는 1960 년대 사용된
최초의 이미지 센서로 , 감광소자는 광자를 전하로 변환 시킨다 [4] . 이 전하는 센서로 전달되어 증폭되어 진다 .
이 센서의 문제점은 이미지의 배경 패턴에 따라 나타 나는 노이즈가 크다는 점이다 . 이 노이즈를 제거하기 위해서는 추가적인 기술들이 요구된다 . 반면 능동 픽셀
센서는 수동 픽셀 센서가 가지고 있는 노이즈 문제를 상당히 줄여주는 방식으로 , 각 픽셀에 있는 회로는 노 이즈 레벨의 수준을 결정하고 , 노이즈를 제거한다 . 이
기술의 성능은 또 다른 이미지 센서인 CCD 방식에 비
견될 만하고 , 더 높은 화질과 더 큰 이미지 배열을 가 능하게 해 준다 . 이미지 센서의 종류를 살펴보면 크게
CCD 와 CMOS 방식으로 분류 될수 있으며 , 그 종류로
는 CCD 와 CMOS 방식이 있다 . CCD 방식과 CMOS
방식의 대표적인 차이로는 화질 , 가격 , 전력소모를 들
수 있다 [5] . CCD 방식은 CCD 용 반도체에 특화된 공 정을 사용하므로 규모의 경제를 실현할 수 없는 반면 ,
인제대학교나노공학부
(Nano Systems Engineering, Center for Nano Manufacturing, Inje University School of Nano Engineering, Inje University)
충청대학교전기전자학부
(Department of Electronics, Chung cheong University)
†