• 대한전자공학회논문지SP
• /
• 제44권5호
• /
• pp.103-111
• /
• 2007

본 논문에서는 single-chip CMOS Image Sensor(CIS)용 고화질 image signal processor(ISP)에 최적화된 하드웨어 구조를 제안한다. Single-chip CIS는 CIS와 ISP가 하나의 칩으로 구현된 것으로, 다양한 휴대기기에 사용된다. 휴대기기의 특성상, single-chip CIS용 ISP는 고화질이면서도 저전력을 위해 하드웨어 복잡도를 최소화해야 한다. 영상의 품질 향상을 위해서 다양한 영상 처리 블록들이 ISP에 적용되지만, 그 중에 핵심이면서 하드웨어 복잡도가 가장 큰 블록은 컬러 영상을 만들기 위한 색 보간 블록과 영상을 선명하게 하기 위한 화질 개선 필터 블록이다. 이들 블록은 데이터 처리를 위한 로직 외에도 라인 메모리를 필요로 하기 때문에 ISP의 하드웨어 복잡도의 대부분을 차지한다. 기존 ISP에서는 색 보간과 화질 개선 필터를 독립적으로 수행하였기 때문에 많은 수의 라인 메모리가 필요하였다. 따라서 하드웨어 복잡도를 낮추기 위해서는 낮은 성능의 색보간 알고리즘을 적용하거나, 화질 개선 필터를 사용하지 않아야 했다. 본 논문에서는 화질 개선을 위해 경계 적응적이면서 채널간 상관관계를 고려하는 고화질 색 보간 알고리즘을 적용하였다. 또한 채널 간 상관관계를 고려하는 색 보간 알고리즘의 특성을 이용하여 색 보간 블록과 화질 개선 필터 블록이 라인 메모리를 공유하도록 설계함으로써, 전체 라인 메모리 수를 최소화하는 새로운 구조를 제안한다. 제안된 방법을 적용하면 화질 개선 필터 블록을 위한 추가적인 라인 메모리가 불필요하기 때문에, 고화질과 낮은 복잡도 모두를 만족시킬 수 있다. 제안 방식과 기존 방식의 MSE(Mean Square Error)는 0.37로, 메모리 공유로 인한 화질의 저하는 거의 없었고, 고화질 색 보간 알고리즘을 적용했기 때문에 전체적인 화질은 향상되었다. 제안된 ISP 구조는 Verilog HDL 및 FPGA를 이용하여 실시간으로 구현 검증되었다. 0.25um CMOS 표준 셀 라이브러리를 이용하여 합성하였을 때, 총 게이트 수는 37K개였으며 7.5개의 라인 메모리가 사용되었다.

• 전자공학회논문지
• /
• 제50권11호
• /
• pp.64-69
• /
• 2013

본 논문에서는 10-bit 해상도의 Two-Step Single-Slope A/D 변환기를 이용한 고속 CMOS Image Sensor(CIS)를 제안하였다. 제안하는 A/D 변환기는 5-bit coarse ADC 와 6-bit fine ADC 로 구성되어 있으며, 기존의 Single-Slope A/D 변환기보다 10배 이상의 변환속도를 나타내었다. 또한 고속 동작에서 적은 노이즈 특성을 갖기 위해 Digital Correlated Double Sampling(D-CDS) 회로를 제안하였다. 설계된 A/D 변환기는 0.13um 1-poly 4-metal CIS 공정으로 제작되었으며 QVGA($320{\times}240$)급 해상도를 갖는다. 제작된 칩의 유효면적은 $5mm{\times}3mm$ 이며 3.3V 전원전압에서 약 35mW의 전력소모를 나타내었다. 변환속도는 10us 이었으며, 프레임율은 220 frames/s으로 측정되었다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제33권10호
• /
• pp.93-97
• /
• 2005

본 논문은 과학기술위성2호 핵심우주기술시험용 탑재체인 고 정밀 디지털 태양센서의 개발에 관한 것이다. 고 정밀 디지털 태양센서는 국내 최초의 디지털 태양센서로서 CMOS image sensor를 이용한다. FDSS는 광학부, FPGA(Field Programable Gate Array)부 및 MCU(Micro controller unit)부로 구성되어있다. 본 논문에서는 구경(Aperture)의 설계와 관련된 광학부의 광학특성 분석에 중점을 두어 기술하고자 한다. 또한 CMOS image sensor(CIS) 화소 면에 투사되는 태양광의 광학적 특성도 분석한다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
• /
• 제11권2호
• /
• pp.104-110
• /
• 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
• /
• 제17권1호
• /
• pp.110-119
• /
• 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.

• 센서학회지
• /
• 제26권4호
• /
• pp.223-227
• /
• 2017

Conventional CMOS image sensors (CISs) have a trade-off relationship between dynamic range and sensitivity. In addition, their sensitivity is determined by the photodiode capacitance. In this paper, CISs that consist of dual-sensitivity photodiodes in a unit pixel are proposed for achieving wide dynamic ranges. In the proposed CIS, signal charges are generated in the dual photodiodes during integration, and these generated signal charges are accumulated in the floating-diffusion node. The signal charges generated in the high-sensitivity photodiodes are transferred to the input of the comparator through an additional source follower, and the signal voltages converted by the source follower are compared with a reference voltage in the comparator. The output voltage of the comparator determines which photodiode is selected. Therefore, the proposed CIS composed of dual-sensitivity photodiodes extends the dynamic range according to the intensity of light. A $94{\times}150$ pixel array image sensor was designed using a conventional $0.18{\mu}m$ CMOS process and its performance was simulated.

• 센서학회지
• /
• 제28권2호
• /
• pp.71-75
• /
• 2019

This paper proposes the extension of the dynamic range in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensors (CIS) using switching operation of in-pixel inverter. A CMOS inverter is integrated in each unit pixel of the proposed CIS for switching operations. The n+/p-substrate photodiode junction capacitances are added to each unit pixel. When the output voltage of the photodiode is less than half of the power supply voltage of the CMOS inverter, the output voltage of the CMOS inverter changes from 0 V to the power supply voltage. Hence, the output voltage of the CMOS inverter is adjusted by changing the supply voltage of the CMOS inverter. Thus, the switching point is adjusted according to light intensity when the supply voltage of the CMOS inverter changes. Switching operations are then performed because the CMOS inverter is integrated with in each unit pixel. The proposed CIS is composed of a pixel array, multiplexers, shift registers, and biasing circuits. The size of the proposed pixel is $10{\mu}m{\times}10{\mu}m$. The number of pixels is $150(H){\times}220(V)$. The proposed CIS was fabricated using a $0.18{\mu}m$ 1-poly 6-metal CMOS standard process and its characteristics were experimentally analyzed.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
• /
• 제14권2호
• /
• pp.246-251
• /
• 2014

In this paper, a high-speed CMOS Image Sensor (CIS) based on a 10-bit two step Single Slope A/D Converter (SS-ADC) is proposed. The A/D converter is composed of both 5-bit coarse ADC and a 6-bit fine ADC, and the conversion speed is 10 times faster than that of the single-slope A/D convertor. In order to reduce the pixel noise, further, a Hybrid Correlated Double Sampling (H-CDS) is also discussed. The proposed A/D converter has been fabricated with 0.13um 1-poly 4-metal CIS process, and it has a QVGA ($320{\times}240$) resolution. The fabricated chip size is $5mm{\times}3mm$, and the power consumption is about 35 mW at 3.3 V supply voltage. The measured conversion speed is 10 us, and the frame rate is 220 frames/s.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
• /
• 제16권6호
• /
• pp.465-471
• /
• 2023

본 논문은 CMOS Image Sensor(CIS)에 사용되는 single-slope ADC(SS-ADC)의 노이즈와 출력의 지연을 개선한 비교기 구조를 제안한다. 노이즈와 출력의 지연 특성을 개선하기 위해 비교기의 첫 번째 단의 출력 노드와 두 번째 단의 출력 노드 사이에 커패시터를 삽입하여 miller effect를 이용한 비교기 구조를 설계하였다. 제안하는 비교기 구조는 작은 capacitor를 이용하여 노이즈와 출력의 지연 및 layout 면적을 개선하였다. Single slop ADC에서 사용되는 CDS 카운터는 T-filp flop과 bitwise inversion 회로를 사용하여 설계하였고 전력 소모와 속도가 개선되었다. 또한 single slop ADC는 analog correlated double sampling(CDS)와 digital CDS를 함께 동작하는 dual CDS를 수행한다. Dual CDS를 수행함으로써 fixed pattern noise(FPN), reset noise, ADC error를 줄여 이미지 품질이 향상된다. 제안하는 comparator 구조가 사용된 single-slope ADC는 0.18㎛ CMOS 공정으로 설계되었다.

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