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X-ray CMOS 영상 센서의 대조 해상도 향상을 위해 Micro-inductor를 적용한 새로운 Sample-and-Hold 회로
이대희(DAE HEE LEE),조규성(Gyuseong Cho),강동욱(Dong-Uk Kang),김명수(Myung Soo KIM),조민식(Minsik Cho),유현준(Hyunjun YOO),김예원(Yewon KIM) 大韓電子工學會 2012 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.49 No.4
X-ray용 CMOS 영상 센서의 대조 해상도는 신호처리부 첫 단의 sample-and-hold 회로에서 단일 MOS 스위치를 사용하거나 이를 개선한 bootstrapped clock circuit을 스위치로 사용할 경우에도 높은 신호에서 제한되는 문제를 가지고 있다. Bootstrapped clock circuit을 이용하는 sample-and-hold 회로가 charge injection 현상으로 인해 sample 신호의 왜곡을 일으키기 때문이다. 본 논문에서는 계산을 통해 필요로 하는 범위의 L(Inductor)값 구현을 위해 표준 CMOS 공정에서 구현 가능한 micro-inductor를 3차원 구조로 설계하였고, 이를 이용하여 센서의 대조 해상도 혹은 ENOB(Effective number of bit)값이 향상된 sample-and-hold 회로를 제안하였다. 0.35 ㎛ CMOS 공정에서 BCC를 이용해 설계된 sample-and-hold 회로에 최적화된 L 값을 갖는 micro-inductor를 추가하여 ENOB가 17.64 bit에서 18.34 bit로 약 0.7 bit의 해상도 상승을 시뮬레이션으로 검증하였다. 제안된 micro-inductor 방법은 고해상도를 필요로 하는 mammography의 경우 환자가 받는 방사선량을 줄이는 효과가 있을 것으로 기대한다. A image quality is limited by a sample-and-hold circuit of the X-ray CMOS image sensor even though simple mos switch or bootstrapped clock circuit are used to get high quality sampled signal. Because distortion of sampled signal is produced by the charge injection from sample-and-hold circuit even using bootstrapped. This paper presents the 3D micro-inductor design methode in the CMOS process. Using this methode, it is possible to increase the ENOB (effective number of bit) through the use of micro-inductor which is calculated and designed in standard CMOS process in this paper. The ENOB is improved 0.7 bit from 17.64 bit to 18.34 bit without any circuit just by optimized inductor value resulting in verified simulation result. Because of this feature, micro-inductor methode suggested in this paper is able to adapt a mamography that is needed high resolution so that it help to decrease patients dose amount.
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