• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권2호
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• pp.20-27
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• 2011

모바일 기기에 장착되는 CMOS 이미지 센서(CIS) 칩은 배터리 용량의 한계로 인해 저전력 소모를 요구한다. 본 논문에서는 전력소모를 줄일 수 있는 데이터 플립플롭 회로와 새로운 저전력 구조의 Single-Slope A/D Converter(SS-ADC)를 사용한 이미지 센서를 설계하여 모바일 기기에 사용되는 CIS 칩의 전력 소모를 감소시켰다. 제안하는 CIS는 $2.25um{\times}2.25um$ 면적을 갖는 4-Tr Active Pixel Sensor 구조를 사용하여 QVGA($320{\times}240$)급 해상도를 갖도록 설계되었으며 0.13um CMOS 공정에서 설계되었다. 실험 결과, CIS 칩 내부의 SS-ADC 는 10-b 해상도를 가지며, 동작속도는 16 frame/s 를 만족하였고, 전원 전압 3.3V(아날로그)/1.8V(Digital)에서 25mW의 전력 소모를 보였다. 측정결과로부터 제안된 CIS 칩은 기존 CIS 칩에 비해 대기시간동안 약 22%, 동작시간동안 약 20%의 전력이 감소되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권1호
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• pp.59-64
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• 2006

단일 기울기 ADC에 사용되는 램프 신호의 기울기는 공정과 주파수 변화에 민감하다. 이러한 변화는 ADC 이득 변화와 이미지 신호 프로세싱의 성능까지 영향을 준다. 본 논문에서는 자동 교정된 램프 신호를 이용한 단일 기울기 ADC를 이용하여 공정과 주파수 변화에 영향을 받지 않은 CMOS 이미지 센서를 제안하다. 본 논문에서 제안된 built-in-self-calibration (BISC) 구조는 공정과 주파수 변화에 상관없이 입력 조도별로 일정한 출력 값을 갖는 단일 기울기 ADC 동작을 가능하게 한다. 제안된 BISC를 탑재한 CMOS 이미지 센서는 $0.35{\mu}m$ 공정을 이용하여 제작하였다. 측정 결과는 제안된 구조가 공정이나 클럭 주파수의 변화에 따라 효과적으로 램프 기울기를 교정한다는 것을 보여준다. 칩 면적의 증가 정도는 $0.7\%$ 미미하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권1호
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• pp.65-70
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• 2006

인간의 눈은 넓은 영역의 빛의 밝기를 받아들이기 위해 log 응답 특성을 갖는 반면 이미지 센서는 제한된 dynamic range를 갖는다. 선형 ADC(analog-to-digital converter)를 적용한 일반적인 CMOS 이미지 센서는 이미지의 어두운 부분을 확실하게 나타나게 하기 위하여 이득을 높이며 일부 밝은 부분의 포화 현상을 막을 수는 없다. 감마 보정은 인간의 눈의 반응에 맞추는 본질적인 방법이다. 그러나 디지털 감마 보정은 ADC 해상도와 센서 자체의 dynamic range의 한계 때문에 이미지의 질을 떨어뜨린다. 본 논문은 아날로그 감마 보정을 수행하는 비선형 ADC를 사용한 CMOS 이미지 센서를 제안한다. 제안된 비선형 ADC를 적용한 CMOS 이미지 센서는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하였다. 제안된 비선형 ADC CIS를 적용한 아날로그 감마 보정이 기존의 디지털 감마 보정 방법에 비해 질적으로 향상된 이미지를 보였는데 수치적으로 200mV 미만 픽셀 출력으로 이루어진 저조도 이미지에서의 peak-signal-to-noise ratio (PSNR)는 제안된 아날로그 감마 보정이 27.8dB, 디지털 감마 보정이 25.6dB로 측정되어 아날로그 감마 보정이 디지털 감마 보정에 비해 저조도 양자화 잡음을 $28.8\%$ 개선되었음을 확인하였다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제11권2호
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• pp.104-110
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• 2011

A CMOS Image Sensor (CIS) mounted on mobile appliances requires low power consumption due to limitations of the battery life cycle. In order to reduce the power consumption of CIS, we propose novel power reduction techniques such as a data flip-flop circuit with leakage current elimination and a low power single slope analog-to-digital (A/D) converter with a sleep-mode comparator. Based on 0.13 ${\mu}m$ CMOS process, the chip satisfies QVGA resolution (320 ${\times}$ 240 pixels) that the cell pitch is 2.25 um and the structure is a 4-Tr active pixel sensor. From the experimental results, the performance of the CIS has a 10-b resolution, the operating speed of the CIS is 16 frame/s, and the power dissipation is 25 mW at a 3.3 V(analog)/1.8 V(digital) power supply. When we compare the proposed CIS with conventional ones, the power consumption was reduced by approximately 22% in the sleep mode, and 20% in the active mode.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제15권1호
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• pp.22-28
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• 2015

This paper proposes column-parallel three step Single Slope Analog-to-Digital Converter (SS-ADC) for high frame rate VGA CMOS Image Sensors (CISs). The proposed three step SS-ADC improves the sampling rate while maintaining the architecture of the conventional SS-ADC for high frame rate CIS. The sampling rate of the three-step ADC is increased by a factor of 39 compared with the conventional SS-ADC. The proposed three-step SS-ADC has a 12-bit resolution and 200 kS/s at 25 MHz clock frequency. The VGA CIS using three step SS-ADC has the maximum frame rate of 200 frames/s. The total power consumption is 76 mW with 3.3 V supply voltage without ramp generator buffer. A prototype chip was fabricated in a $0.13{\mu}m$ CMOS process.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제17권1호
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• pp.110-119
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• 2017

This paper describes a CMOS image sensor (CIS) with dual correlated double sampling (CDS) and column-parallel analog-to-digital converter (ADC) and its measurement method using a field-programmable gate array (FPGA) integrated module. The CIS is composed of a $320{\times}240$ pixel array with $3.2{\mu}m{\times}3.2{\mu}m$ pixels and column-parallel 10-bit single-slope ADCs. It is fabricated in a $0.11-{\mu}m$ CIS process, and consumes 49.2 mW from 1.5 V and 3.3 V power supplies while operating at 6.25 MHz. The measured dynamic range is 53.72 dB, and the total and column fixed pattern noise in a dark condition are 0.10% and 0.029%. The maximum integral nonlinearity and the differential nonlinearity of the ADC are +1.15 / -1.74 LSB and +0.63 / -0.56 LSB, respectively.