증폭기(AMPLIFIER)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2013년06월13일
(11) 등록번호 10-1273119
(24) 등록일자 2013년06월03일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
H03F 1/22 (2006.01) H03F 1/30 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2011-0034468
(22) 출원일자 2011년04월13일
심사청구일자 2011년04월13일
(65) 공개번호 10-2012-0116811
(43) 공개일자 2012년10월23일
(56) 선행기술조사문헌
JP2007320271 A*
US20100207703 A1
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
엘지이노텍 주식회사
서울특별시 중구 한강대로 416 (남대문로5가, 서
울스퀘어)
(72) 발명자
하시모토 마사시
서울특별시 중구 한강대로 416 (남대문로5가, 서
울스퀘어)
(74) 대리인
서교준
전체 청구항 수 : 총 7 항 심사관 : 강현일
(54) 발명의 명칭 증폭기
(57) 요 약
본 발명은, 소스 팔로워로 구성된 증폭기에 관한 것으로서, 기준 전위 발생 장치; 제1의 기준 전위점에 접속되는
제1 배선; 제1의 기준 전위와 대응되는 전위를 가진 제3 기준 전위점에 접속되는 제2 배선; 및 복수의 전류 공급
장치를 포함하고, 상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급
장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 의해 접지되고, 상기 각 전류 공급 장치에
포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는 제2 배선에 의해 접지됨으로써, 복수의 전류 공급 장치 간 출력의 불
균일을 해소할 수 있다.
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1273119
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특허청구의 범위
청구항 1
제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를 발생시키는 제1의 기준 전위 발생
장치;
제1의 기준 전위점에 접속되는 제1 배선;
제1의 기준 전위와 대응되는 전위를 가진 제3 기준 전위점에 접속되는 제2 배선; 및
복수의 전류 공급 장치를 포함하고,
상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서
브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 연결되고,
상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는 제2 배선에 연결되며, 상기 제1 배선과
제2 배선은 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 증폭기.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들로부터 출력되는 전류의 합은, 각 전류 공급 장치마다
동일하거나 소정 범위 이내가 되도록 설정되는 증폭기.
청구항 3
제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를 발생시키는 제1의 기준 전위 발생
장치;
제1의 기준 전위와 같은 제3 기준 전위점에 접속되고, 제3 기준 전위를 기준으로 제4 기준 전위를 발생시키는
제2 기준 전위 발생 장치;
제1의 기준 전위점에 접속되는 제1의 배선;
제3의 기준 전위점에 접속되는 제2의 배선; 및
복수의 전류 공급 장치를 포함하고,
상기 복수의 전류 공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고,
각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 적어도 하나는 제1 배선에 연결되고 상기 제2 기준 전위
를 공급받으며,
각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중 나머지는, 제2 배선에 연결되고 상기 제4 기준 전위를
공급받는 것을 특징으로 하는 증폭기.
청구항 4
제3항에 있어서,
상기 제2 기준 전위 및 상기 제4 기준 전위는 동일하거나 소정 범위 이내인 증폭기.
청구항 5
상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서브 전류 공급 장치는 소스 팔로워(source follower)로 구성된 증폭기.
청구항 6
등록특허 10-1273119
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제1항에 있어서,
상기 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치는 각각 모스 트랜지스터로 구성되고,
상기 모스 트랜지스터 중 적어도 하나는 소스 단이 상기 제1 배선과 연결되며,
상기 모스 트랜지스터 중 나머지는 소스 단이 상기 제2 배선과 연결되는 증폭기.
청구항 7
제6항에 있어서,
상기 모스 트랜지스터 중 적어도 하나는 드레인 단이 상기 제1의 기준 전위 발생 장치와 연결되고,
상기 모스 트랜지스터 중 나머지는 드레인 단이 상기 제2의 기준 전위 발생 장치와 연결되는 증폭기.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 증폭기에 관한 것으로서, 특히, 복수의 소스 팔로워로 구성된 증폭기의 성능 불균일을 해소할 수 있[0001]
도록, 레퍼런스 전류를 분배하여 공급함으로써, 복수의 소스 팔로워의 이득이 균일하게 동작될 수 있도록 구성
된 증폭기에 관한 것이다.
배 경 기 술
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 씨모스(CMOS) 기술을 이용하여 화소 수만[0002]
큼 모스 트랜지스터를 만들고 이를 이용하여 차례로 출력을 검출하는 스위칭 방식의 씨모스 센서가 있다. 씨모
스 센서는 칩 하나에 포토 다이오드, 증폭기 등이 결합되어 구성된다. 한편, 복수의 씨모스 센서를 이용한 평행
데이터 센싱(parallel data sensing) 기술은 고속 응답 특성을 획득하기가 용이하다. 그러나, 복수의 씨모스 센
서를 구성하는 증폭기 간의 응답 특성, 전압 이득의 불균형성에 의해 화소의 불균일성이 초래된다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 복수의 단위 증폭기로 구성된 증폭기에 있어서, 각 단위 증폭기에 2개 이상의 서브 전류 공급 장치를[0003]
형성하고, 각 서브 전류 공급 장치에 레퍼런스 전류를 분배하여 공급함으로써, 각 단위 증폭기의 출력 전류를
균일하게 하여 화소간 불균일성을 해소할 수 있도록 한다.
과제의 해결 수단
본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기는 제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를[0004]
발생시키는 제1의 기준 전위 발생 장치는 제1의 기준 전위점에 접속되는 제1 배선; 제1의 기준 전위와 대응되는
전위를 가진 제3 기준 전위점에 접속되는 제2 배선; 및 복수의 전류 공급 장치를 포함하고, 상기 복수의 전류
공급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치
들 중 적어도 하나는 제1 배선에 의해 접지되고, 상기 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들 중
나머지는 제2 배선에 의해 접지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기는 제1 기준 전위점에 접속되고 제1 기준 전위를 기준으로 제2 기준 전위를[0005]
발생시키는 제1의 기준 전위 발생 장치; 제1의 기준 전위와 거의 같은 제3 기준 전위점에 접속되고, 제3 기준
전위를 기준으로 제4 기준 전위를 발생시키는 제2 기준 전위 발생 장치; 제1의 기준 전위점에 접속되는 제1의
배선; 제3의 기준 전위점에 접속되는 제2의 배선; 및 복수의 전류 공급 장치를 포함하고, 상기 복수의 전류 공
급 장치는 적어도 2개의 서브 전류 공급 장치로 구성되고, 각 전류 공급 장치에 포함된 서브 전류 공급 장치들
중 적어도 하나는 제1 배선에 의해 접지되고 상기 제2 기준 전위를 공급받으며, 각 전류 공급 장치에 포함된 서
브 전류 공급 장치들 중 나머지는, 제2 배선에 의해 접지되고 상기 제4 기준 전위를 공급받는 것을 특징으로 한
다.
발명의 효과
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본 발명에 따르면 증폭기의 면적을 증가시키지 않고도 성능의 불균일성이 억제된 증폭기를 제공할 수 있도록 한[0006]
다.
도면의 간단한 설명
도 1은 복수의 단위 증폭기로 구성된 증폭기 회로 구성의 일례를 나타낸다.[0007]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로의 구성을 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1은 증폭기(10)의 일례를 나타낸다. 도 1에서는 1000 * 1000 픽셀 어레이로 구성된 증폭기가 예시되어 있고,[0008]
증폭기(10)를 구성하는 단위(unit) 증폭기(11, 12,...)에 레퍼런스 전류 Iref, 예컨대 5μA가 유입되고 있다.
단위 증폭기(11, 12,...)는, 예컨대, 소스 팔로워(source follower) 또는 드레인 공통 증폭기(common drain
amplifier)로서 형성될 수 있다.
평행 데이터 센싱을 할 경우 1000개 열의 픽셀 어레이로 구성된 복수의 단위 증폭기(11, 12,...)로부터 영상 신[0009]
호를 검출하므로 레퍼런스 전류 Iref가 단위 증폭기들(11, 12,..)에 동일하게 유입되어야 한다. 동일한 전류가
유입되기 위해서 단위 증폭기에 포함된 트랜지스터의 특성값(Q-factor) 등을 고려하여 회로를 구성하는 경우,
단위 증폭기들(11, 12,...)에 포함된 트랜지스터(110, 120,...)와 좌측단의 모스 트랜지스터(50, MOSFET)가 커
런트 미러(current mirror)로서 동작되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 단위 증폭기(11, 12,..)의 소스 단자로
출력되는 전류는 레퍼런스 전류값 Iref과 동일하게 되고, 소스 전류들(Is1, Is2)은 동일한 배선(20)을 통하여
배출, 취합되므로, 접지점(G1)으로부터 출력되는 전류 IGND는 총합 5mA가 될 수 있다. 즉, 도 1의 증폭기(10)에
서 좌측단에 배열된 모스 트랜지스터(50)는 전위 발생 장치의 기능을 한다.
한편, 증폭기(10)의 좌측에 위치한 단위 증폭기(11)의 출력 단자가 접지점(G1)에 접지되어 있고, 증폭기(10) 우[0010]
측 단에 위치한 단위 증폭기(40)의 출력 단자가 접지된 접지점(G2)과 접지점(G1) 사이에는 일정한 전압 강하가
발생될 수 있다. 왜냐하면, 각 단위 증폭기(11, 12,...)의 출력 단자를 연결하는 배선(20)은 자체 내부 저항 r
을 포함하고, 이는 각 단위 증폭기(11, 12,...) 간 전압 강하의 원인이 되기 때문이다. 단위 증폭기(11,
12,...) 간에 전압 강하가 발생하면 단위 증폭기(11, 12,...)의 모스 트랜지스터들과 전위 발생 장치로 동작하
는 모스 트랜지스터(50) 간의 커런트 미러 현상은 약화된다 .따라서, 단위 증폭기(11, 12,...)에 흐르는 드레인
전류(Id1, Id2,...)가 서로 상이해지고, 소스 전류들(Is1, Is2,...)도 서로 상이해므로 각 단위 증폭기의 이득
은 균일하지 않게 된다. 이로 인해 증폭기(10)의 신호 대비 노이즈(SNR)가 감소되거나 셋팅 타임이 지연되는 등
의 성능 저하가 초래된다. 또한, 단위 증폭기 간 성능의 불균일성은 센서의 쉐이딩(shading) 현상도 초래한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로의 구성을 나타낸다. 도 2에서는 복수개의 단위 증폭기(101,[0011]
102,,..)가 병렬로 구성된 증폭기(100)가 예시되어 있다. 도 2의 증폭기(100)에는 제1 기준 전위점(G3) 및 제3
기준 전위점(G4)으로서 접지점이 2개 형성되고, 증폭기(100)의 좌측단 및 우측단 양쪽에 전류원(130, 140)과 연
결된 2개의 모스 트랜지스터(150, 106)가 접지점(G3, G4)에 각각 연결되어 있다. 또한, 제1 기준 전위점(G3)에
는 제1 배선(110)이 접속되고, 제3 기준 전위점(G4)에는 제2 배선(120)이 접속되도록 구성할 수 있다. 이하에서
는, 증폭기의 동작을 설명한다.
좌측단의 모스 트랜지스터(150)에 전류원(130)으로부터 레퍼런스 전류 I1이 유입되는 경우, 모스 트랜지스터[0012]
(150)는 제1 기준 전위점(G3)을 기준으로 소정 전위 V1을 발생시키는 전위 발생 장치로서 동작할 수 있다. 마찬
가지로, 우측단의 모스 트랜지스터(106)에 전류원(140)으로부터 레퍼런스 전류 I2이 유입되는 경우, 모스 트랜
지스터(106)는 제3 기준 전위점(G4)을 기준으로 소정 전위 V2을 발생시키는 전위 발생 장치로서 동작할 수
있다.
레퍼런스 전류 I1, I2는 동일하게 설정될 수 있으나, 동작 환경에 따라 각 값이 소정 범위 이내의 값으로서 근[0013]
접하게 설정될 수 있다. 예컨대, 단위 증폭기(101, 102,...)로부터 각각 출력되는 전류가 5μA 가 되도록 하기
위해 레퍼런스 전류 I1, I2를 각각 2.5 μA로서 공급할 수 있다. 즉, 전체 레퍼런스 전류의 값을 참조하여 각
모스 트랜지스터(150, 106)에 유입되는 전류값을 분배하여 설정할 수 있다.
또한, 접지점(G3, G4)의 전위는 서로 대응되도록 설정되는, 예컨대, 동일하거나 거의 근접한 값을 가지도록 형[0014]
성될 수 있다. 모스 트랜지스터(150, 106)에 레퍼런스 전류 I1, I2가 유입되면 커런트 미러 현상에 의해 각 단
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위 증폭기(101, 102,...)에 형성된 서브 전류 공급 장치(101-1, 101-2, 102-1, 102-2, 105-1, 105-2,...)에는
이에 대응하는 전류들이 공급된다. 서브 전류 공급 장치(101-1, 101-2, 102-1, 102-2, 105-1, 105-2,...)는 모
스 트랜지스터로서 형성될 수 있다. 이 경우, 각 단위 증폭기(101, 102,...)는 전류 공급 장치로서 동작할 수
있다.
보다 구체적으로, 제1 배선(110)에는 단위 증폭기(101, 102,...)의 한쪽 서브 전류 공급 장치(101-1, 102-[0015]
1,...)가 연결되고, 제2 배선(120)에는 단위 증폭기(101, 102,...)의 다른쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 102-
2,...)가 연결되도록 형성한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 배선(110)과 제2 배선(120)은 전기적으로 절
연되어 있다. 제1 모스 트랜지스터(150)에 레퍼런스 전류 I1을 공급하면, 제1 기준 전위점(G3)을 통하여 제1 배
선(110)에 각각 연결된 한쪽 서브 전류 공급 장치들(101-1, 102-1,...)에는 제1 기준 전위(V1)가 공급되고, 커
런트 미러 현상에 의해 전류 I1에 대응하는 전류가 각 서브 전류 공급 장치(101-1, 102-1,...)에 공급될 수 있
다. 마찬가지로 제2 모스 트랜지스터(106)의 레퍼런스 전류 I2을 공급하면, 제3 기준 전위점(G4)을 통하여 제2
배선(120)에 연결된 다른쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 102-2,...)에는 제2 기준 전위(V2)가 공급되고, 전류
I2에 대응하는 전류가 다른쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 102-2,...)에 공급될 수 있다. 이 경우에도, 제1 기
준 전위점(G3)과 우측 증폭기(105)의 서브 전류 공급 장치(105-1)의 출력 단자 간에 전압 강하가 생기고, 이로
인해 서브 전류 공급 장치(105-1)로부터 출력되는 전류(I105-1)는, 레퍼런스 전류 I1 또는 좌측단의 서브 전류 공
급 장치(101-1)의 출력 전류(I101-1)보다 작을 수 있다. 그러나, 동일한 원리에 의해, 제3 기준 전위점(G4)과 좌
측 증폭기(101)의 서브 전류 공급 장치(101-2)의 출력 단자 간에도 전압 강하가 생기기 때문에, 서브 전류 공급
장치(101-2)로부터 출력되는 전류(I101-2)는 레퍼런스 전류 I2 또는 서브 전류 공급 장치(105-2)의 출력 전류
(I105-2)보다 작게 된다. 즉, 제1 배선(110)과 접속된 좌측의 단위 증폭기(101)의 한쪽 서브 전류 공급 장치(101-
1)와 우측 단위 증폭기(105)의 한쪽 서브 전류 공급 장치(105-1)로부터 출력되는 전류 간 불균일성은, 제2 배선
(120)과 접속된 다른 쪽 서브 전류 공급 장치(101-2, 105-2)들로부터 출력되는 전류들의 불균일성에 의해, 그
불균일한 격차만큼 상쇄될 수 있으므로, 각 단위 증폭기(101, 102,..)에 전체적으로 출력되는 전류(I101-1 I101-
2, ,...I105-1 I105-2,...)는 동일하거나 소정 범위 이내의 값으로 유사하도록 동작할 수 있다. 즉, 각 단위 증폭기
(101, 102,...) 들의 이득값이 균일하게 되어 화소간 쉐이딩 현상이 억제될 수 있다.
이상, 도 2를 참조하며 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기의 동작 및 구성을 설명하였다. 이상에서 설명한 바[0016]
와 같이, 복수의 전류 공급 장치에 포함된 2개 이상의 서브 전류 공급 장치에 유입되는 전류를 I1, I2로서 분배
하여 유입되게 할 수 있다. 서브 전류 공급 장치들은 레퍼런스 전류 I1 또는 I2 중 어느 하나로부터 선택적으
로 영향을 받음으로써, 증폭기의 좌측단 및 우측단 간의 출력 전류의 불균일이 해소되므로, 단위 증폭기 간 이
득이 전체적으로 균일하게 된다.
도 2에서는 단위 증폭기를 구성하는 서브 전류 공급 장치가 2개로 예시되어 있지만, 3개 이상일 수 있고, 전위[0017]
발생 장치로서 동작하는 모스 트랜지스터(150, 106)가 한쪽에만 형성되어 동작할 수도 있다.
등록특허 10-1273119
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도면
도면1
도면2
등록특허 10-1273119
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