ロフィックCMOSイメージセンサー用のエリア効率の高いアップ/ダウンダブルサンプリング回路

横方向のオーバーフロー統合コンデンサ（LOFIC）相補的な金属酸化物半導体（CMOS）イメージセンサーは、大規模な最大信号電子と高高電子のための低コンバージョン（LCG）信号の組み合わせで高ダイナミックレンジ（HDR）イメージングを実現できます。電子参照ノイズフロアの変換ゲイン（HCG）信号。ただし、LOFIC-CMOSイメージセンサーには、極性が反転したLCGおよびHCG信号用の2チャンネルの読み取りチェーンが必要です。このホワイトペーパーでは、領域効率の高いLofic-CMOSイメージセンサーを提供するために、HCG信号とLCG信号の両方を処理できる1チャンネルの読み出しチェーンを提供します。HCG信号の反転アンプとLCG信号の非反転減衰器で構成されるアップ/ダウンダウンサンプリング回路は、従来の2チャンネルの読み出しチェーンと比較して、読み出しチェーンの面積を半分に減らすことができます。テストチップは、金属挿入剤 - 金属（MIM）コンデンサを備えた0.18μMCMOSプロセスで製造され、HCG信号で130μVRMS、LCG入力ウィンドウで1.19 Vの読み出しノイズを達成します。パフォーマンスは、HCGおよびLCG変換のゲインがそれぞれ160μV/E-および10μV/E-である以前のLOFICピクセルで、ダイナミックレンジの103 dBに相当します。

A lateral overflow integration capacitor (LOFIC) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor can realize high-dynamic-range (HDR) imaging with combination of a low-conversion-gain (LCG) signal for large maximum signal electrons and a high-conversion-gain (HCG) signal for electron-referred noise floor. However, LOFIC-CMOS image sensor requires a two-channel read-out chain for LCG and HCG signals whose polarities are inverted. In order to provide an area-efficient LOFIC-CMOS image sensor, a one-channel read-out chain that can process both HCG and LCG signals is presented in this paper. An up/down double-sampling circuit composed of an inverting amplifier for HCG signals and a non-inverting attenuator for LCG signals can reduce the area of the read-out chain by half compared to the conventional two-channel read-out chain. A test chip is fabricated in a 0.18 μm CMOS process with a metal-insulator-metal (MIM) capacitor, achieving a readout noise of 130 μVrms for the HCG signal and 1.19 V for the LCG input window. The performance is equivalent to 103 dB of the dynamic range with our previous LOFIC pixel in which HCG and LCG conversion gains are, respectively, 160 μV/e- and 10 μV/e-.