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저전압 CMOS 이미지 센서에서 Dynamic range 개선에 관한 연구 원문보기
(A) Study on the Improvement of Dynamic Range in Low-Voltage CMOS Image Sensor

  • 저자

    유성한

  • 학위수여기관

    昌原大學校 大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    전자공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2003

  • 총페이지

    xii, 89p.

  • 키워드

    저전압 CMOS 이미지 센서 Dynamic range 리셋 전압 발생기 A/D 변환기;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T9469669&outLink=K  

  • 초록

    본 논문에서는 CMOS 이미지 센서의 픽셀이 리셋 되었을 때 리셋 트랜지스터(reset transistor)의 게이트 전압을 기존에 사용하던 공급 전압(VDD) 대신 VDD보다 높은 승압된 전압(VRST)을 사용하여 리셋전압을 높여 리셋 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage) 손실을 제거하므로 저전압(VDD)에서의 Dynamic Range의 특성을 개선하였다. 이를 위한 승압된 전압을 만들기 위하여 기존의 사용되던 VPP(boosted voltage) 전하펌프(charge pump)를 개선하여 새롭게 제안된 VPP 전하펌프를 사용하였다. 제안된 VPP 전하펌프를 검증하기 위하여 테스트 칩을 제작하였고 모의실험 결과와 측정결과를 비교하여 저전압에서 사용가능한 것을 확인하였다. 그리고 바이어스 발생기(bias generator)에서 공정(process), 공급전압(voltage), 온도(temperature)에 일정한 기준전압 및 기준전류를 만들기 위하여 밴드갭 기준전압 발생기(bandgap reference voltage generator)를 사용하여 아날로그 블록에 바이어스 전압을 공급하였다. 이 때 기존의 사용되던 회로의 문제점을 개선하여 새로운 밴드갭 기준전압 발생기를 제안하였으며, 이에 대한 테스트 칩을 제작하고 측정결과를 첨부하였다. 또한 VPP 전압을 일정한 범위에서 변동(fluctuation)시키기 위하여 새롭게 제안된 VPP 레벨 검출기(VPP level detector)를 사용하였다. 공급전압의 변화에 따라 리셋전압을 변화시키기 위하여 기준 리셋전압 발생기(VRST_REF generator)를 사용하였다. 또한 전압 조절기(voltage regulator)를 사용하여 VPP의 변동전압(fluctuation voltage)을 줄임으로써 ±1mV의 리플(ripple)을 가지는 리셋전압(VRST)을 생성하였다. 모의실험을 통해 공급전압의 변화에 따라 일정한 VDD+1.0V의 VPP 전압과 VDD+0.7V의 VRST 전압의 생성을 확인할 수 있었다. 또한 CMOS 이미지 센서에서 아날로그 신호를 디지털 신호로의 변화하는 과정을 검증하기 위하여 MOSIS 0.5㎛ 공정으로 800㎛×1500㎛의 면적을 가지며 5MSample/s의 속도에 10-bit의 해상도를 가지는 파이프라인 A/D 변환기에 대한 설계 및 칩을 제작 중에 있으며 차후 테스트할 예정이다.


    In this paper, the characteristic of Dynamic Range is improved by removing the loss of the threshold voltage with use of the boosted VRST voltage higher than the supply voltage(VDD) at low VDD when CMOS Image Sensor pixel is reset. Newly proposed VPP charge pump is used for the boosted VRST generating instead of the conventional VPP charge pump for these. The proposed circuit was made the chip for verification and has been verified by comparing the simulation result and the measured result at the low voltage. Then, an analog block is supplied with bias voltage which is generated by the bandgap reference voltage generator. Because it can generate the constant reference voltage about the process, the supply voltage, and the temperature. New bandgap reference voltage generator is proposed for modifying the problem of conventional circuit and it was made the test chip and its the test result is attached. Moreover, Newly proposed VPP level detector is used for the fluctuation of the VPP voltage within the constant level. VRST_REF voltage generator is used for changing the reset voltage depend on the variation of a supply voltage. Besides, VRST voltage, which has ±1mV ripples, is generated by reducing fluctuation of VPP voltage by means of a voltage regulator. Steady VDD+1.0V of VPP voltage generating and steady VDD+0.7V of VRST voltage generating are confirmed by simulation under the variation of a supply voltage. Besides, pipelined A/D converter, which has 800㎛×1500㎛ area, 5MSamples/s speed, and 10-bit resolution, is designed and making the chip for verification of the analog signal to the digital signal processing in the CMOS Image Sensor under the MOSIS 0.5㎛ process and will be tested.


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