JP4975700B2 - DAC measurement method and solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、一般的にCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサのようなイメージセンサに関し、より詳細には、CMOSイメージセンサに搭載されるVCM(Voice Coil Motor)ドライバのDAC(デジタル−アナログ変換器)の性能を測定する技術に関するものである。 The present invention generally relates to an image sensor such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, and more particularly, a DAC (digital-analog converter) of a VCM (Voice Coil Motor) driver mounted on a CMOS image sensor. ) Related to the technology for measuring performance.
イメージセンサは、半導体物質によって撮像対象からの光を電気信号に変換し(Photo-conversion)イメージデータをキャプチャするデバイスである。近年、CMOSトランジスタを用いたCMOSイメージセンサが急速に開発されている。さらに、イメージセンサのレンズを駆動するVCMドライバ等のアナログ出力回路が、SoCとしてイメージセンサと共にLSIチップ内へ搭載されるようになってきた。 An image sensor is a device that captures image data by converting light from an imaging target into an electrical signal (Photo-conversion) using a semiconductor material. In recent years, CMOS image sensors using CMOS transistors have been rapidly developed. Furthermore, an analog output circuit such as a VCM driver for driving the lens of the image sensor has been mounted as an SoC in the LSI chip together with the image sensor.
従来では、チップ内へ搭載されたVCMドライバのDAC(以下「VCM−DAC」)の性能を測定する場合、チップ内外に測定回路を別途設けていた。 Conventionally, when measuring the performance of a DAC (hereinafter, “VCM-DAC”) of a VCM driver mounted in a chip, a measurement circuit is separately provided inside and outside the chip.
図8は、従来のVCM−DACの測定方法を示す概略図であり、LSIチップ上にVCMドライバ110がCMOSイメージセンサ120と共に搭載されている。VCMドライバ110のVCM−DACの性能を測定するために、LSIチップには測定部130が設けられている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a conventional VCM-DAC measurement method, in which a
図9は、VCMドライバ110および測定部130の構成を示す回路図である。VCMドライバ110は、VCM−DAC111、アンプ112およびスイッチSW113を有している。
FIG. 9 is a circuit diagram showing configurations of the
テスト時には、VCMドライバ110の出力が測定部130に入力されるように、スイッチSW113が切り替えられ、VCM−DAC111にテスト用デジタル信号が入力される。テスト用デジタル信号は、VCM−DAC111によってアナログ信号に変換され、当該アナログ信号はアンプ112を経て増幅され、測定部130に出力される。
During the test, the switch SW113 is switched so that the output of the
測定部130は、サンプルホールド(S/H)回路131、ADC(アナログ−デジタル変換器)132およびメモリ133を有している。測定部130のS/H回路131は、VCMドライバ110からのアナログ信号を抜き出して標本化(サンプリング)し、一定時間保持(ホールド)する。
The
ADC132は、逐次変換方式のアナログ−デジタル変換器である。ADC132では、複数回にわたってAD変換が実行されるので、AD変換中は変換失敗を発生させないために、ADC132への入力信号が一定である必要がある。このため、VCMドライバ110からのアナログ信号は、一旦S/H回路131に一定時間ホールドさせてから、ADC132に入力される。
The ADC 132 is a sequential conversion type analog-digital converter. Since the
ADC132において、アナログ信号がデジタル信号に変換され、変換結果はメモリ133に記憶される。メモリ133に記憶された変換結果は、必要に応じて測定データとして外部に出力される。
In the
図10は、ADC132の構成を示すブロック図である。ADC132は、比較器132a、レジスタ132bおよびDAC132cを有している。比較器132aは、S/H回路131からのアナログ信号V1とDAC132cからのアナログ信号V2とを比較し、比較結果を2値信号V3としてレジスタ132bに出力する。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the
レジスタ132bは、逐次変換方式の探査回路であり、nビットのデジタル信号を逐次DAC132cに出力し、比較器132aからの比較結果に基づいて、アナログ信号V1とアナログ信号V2とが最小となるようなデジタルコードを探索する。デジタル信号が確定すると、レジスタ132bは、当該デジタル信号をメモリ133に出力する。
The
図11(a)は、比較器132aに入力されるアナログ信号V1・V2を示す波形図であり、図11(b)は、比較器132aから出力される2値信号V3を示す波形図である。ここでは、変換されるビット数が4ビットの例を示す。
FIG. 11A is a waveform diagram showing the analog signals V1 and V2 input to the
STEP1〜4において、レジスタ132bはDAC132cに出力するデジタル信号を逐次変化させ、これによりアナログ信号V2も当該デジタル信号に対応して変化する。比較器132aは、各STEPでアナログ信号V1とアナログ信号V2とを比較し、比較結果に応じてHighまたはLowのいずれかを出力する。レジスタ132bは、比較器132aからの出力がHighからLowに変化した時点でのデジタル信号を、ADC132の出力として確定する。
In
以上のように、ADC回路を別途設けてDACの性能を測定する技術は、下記の特許文献1にも開示されている。
しかしながら、上記従来の構成では、以下のような問題を生じる。 However, the conventional configuration causes the following problems.
具体的には、VCM−DAC111の性能を測定するための測定部130は、ADC132を含んでいるため、測定部130をLSIチップに搭載するためには、ADC回路を取り付けるためのDFT回路が別途必要となる。
Specifically, the
また、ADC132の変換精度は、VCM−DAC111の階調よりも高くなければならない。例えば、VCM−DAC111の階調が10Bitである場合、ADC132の変換精度も10Bit以上でなければならず、さらに測定信頼性の観点から、ADC132の変換精度は12Bit以上が望ましい。しかしながら、AD変換器は多ビットであるほど高価であるため、VCM−DAC111の階調が高くなるほど、測定部130のコストが増大してしまうという問題がある。
The conversion accuracy of the
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体撮像装置と共にLSIチップに搭載されるDACの性能を低コストで測定可能なDAC測定方法を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize a DAC measurement method capable of measuring the performance of a DAC mounted on an LSI chip together with a solid-state imaging device at a low cost. .
本発明に係るDAC測定方法は、上記課題を解決するために、少なくとも1つのColumn−AD変換器を有する固体撮像装置と共にLSIチップに搭載されるDA変換器の性能を測定するDAC測定方法であって、前記DA変換器にテスト用デジタル信号を入力するデジタル入力ステップと、前記DA変換器によって前記テスト用デジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換ステップと、前記アナログ信号を前記Column−AD変換器の少なくとも1つに入力するアナログ入力ステップと、前記Column−AD変換器によって前記アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換ステップと、前記デジタル信号と前記テスト用デジタル信号とに基づいて前記DA変換器の性能を測定する測定ステップと、を有することを特徴としている。 The DAC measurement method according to the present invention is a DAC measurement method for measuring the performance of a DA converter mounted on an LSI chip together with a solid-state imaging device having at least one Column-AD converter in order to solve the above-described problem. A digital input step for inputting a test digital signal to the DA converter, a DA conversion step for converting the test digital signal into an analog signal by the DA converter, and the analog signal for the Column-AD converter. An analog input step for inputting to at least one of the above, an AD conversion step for converting the analog signal into a digital signal by the Column-AD converter, and the DA converter based on the digital signal and the test digital signal Measuring step of measuring the performance of It is.
上記の構成によれば、LSIチップには、DA変換器と固体撮像装置とが搭載される。DA変換ステップにおいて、テスト用デジタル信号がアナログ信号に変換され、アナログ入力ステップにおいて、当該アナログ信号がColumn−AD変換器に入力される。これにより、AD変換ステップにおいて、アナログ信号はデジタル信号に変換され、測定ステップにおいて、当該デジタル信号とテスト用デジタル信号とに基づいてDA変換器の性能が測定される。 According to the above configuration, the DA converter and the solid-state imaging device are mounted on the LSI chip. In the DA conversion step, the test digital signal is converted into an analog signal, and in the analog input step, the analog signal is input to the Column-AD converter. Thus, in the AD conversion step, the analog signal is converted into a digital signal, and in the measurement step, the performance of the DA converter is measured based on the digital signal and the test digital signal.
このように、同一のLSIチップに搭載されている固体撮像装置のColumn−AD変換器をAD変換に利用しているので、DA変換器の性能測定のためにLSIチップに別途AD変換器を設ける必要がない。また、Column−AD変換器は、通常時は画素出力用に用いられるため、高い変換精度を有している。よって、VCM−DAC等のあらゆるDACの性能測定に適用できる。したがって、固体撮像装置と共にLSIチップに搭載されるDACの性能を低コストで測定可能なDAC測定方法を実現できるという効果を奏する。 As described above, since the column AD converter of the solid-state imaging device mounted on the same LSI chip is used for AD conversion, an additional AD converter is provided on the LSI chip for measuring the performance of the DA converter. There is no need. Further, the Column-AD converter is used for pixel output at normal times, and therefore has high conversion accuracy. Therefore, it can be applied to performance measurement of any DAC such as VCM-DAC. Therefore, it is possible to realize a DAC measurement method that can measure the performance of the DAC mounted on the LSI chip together with the solid-state imaging device at a low cost.
本発明に係るDAC測定方法では、前記固体撮像装置は前記Column−AD変換器を複数有し、前記アナログ入力ステップでは、前記アナログ信号は複数のColumn−AD変換器に入力され、前記AD変換ステップと前記測定ステップとの間に、前記複数のColumn−AD変換器から出力された複数のデジタル信号に基づいて、補正デジタル信号を生成する補正ステップをさらに有し、前記測定ステップでは、前記補正デジタル信号と前記テスト用デジタル信号とに基づいて前記DA変換器の性能を測定することが好ましい。 In the DAC measurement method according to the present invention, the solid-state imaging device includes a plurality of the Column-AD converters. In the analog input step, the analog signals are input to the plurality of Column-AD converters, and the AD conversion step. And a correction step of generating a correction digital signal based on a plurality of digital signals output from the plurality of Column-AD converters, and in the measurement step, It is preferable to measure the performance of the DA converter based on a signal and the test digital signal.
上記の構成によれば、DA変換器のからのアナログ信号を複数のColumn−AD変換器によってAD変換している。さらに、複数のColumn−AD変換器から出力された複数のデジタル信号に基づいて補正デジタル信号を生成し、当該補正デジタル信号とテスト用デジタル信号とに基づいてDA変換器の性能を測定している。このように、複数のColumn−AD変換器を用いてDA変換器の性能を測定しているので、測定結果のバラツキを抑えることができる。 According to the above configuration, the analog signal from the DA converter is AD converted by the plurality of Column-AD converters. Furthermore, a correction digital signal is generated based on a plurality of digital signals output from a plurality of Column-AD converters, and the performance of the DA converter is measured based on the correction digital signal and the test digital signal. . Thus, since the performance of the DA converter is measured using a plurality of Column-AD converters, variations in measurement results can be suppressed.
本発明に係るDAC測定方法では、前記補正デジタル信号は、前記複数のデジタル信号の平均値または中央値であってもよい。また、本発明に係るDAC測定方法では、前記補正デジタル信号は、前記複数のデジタル信号のうち最大値および最小値を除いた値の平均値または中央値であってもよい。また、本発明に係るDAC測定方法では、前記補正デジタル信号は、前記複数のデジタル信号のうち所定の範囲を除いた値の平均値または中央値であってもよい。 In the DAC measurement method according to the present invention, the correction digital signal may be an average value or a median value of the plurality of digital signals. In the DAC measurement method according to the present invention, the correction digital signal may be an average value or a median value of values excluding a maximum value and a minimum value among the plurality of digital signals. In the DAC measurement method according to the present invention, the correction digital signal may be an average value or a median value of values excluding a predetermined range among the plurality of digital signals.
上記の構成によれば、Column−AD変換器の性能個体差や誤変換の影響を抑え、測定結果の信頼性を向上させることができる。 According to said structure, the influence of the performance individual difference of a Column-AD converter and the influence of misconversion can be suppressed, and the reliability of a measurement result can be improved.
本発明に係るDAC測定方法では、前記AD変換ステップは、段階的に電圧が変化するランプ信号と前記アナログ信号とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較結果から前記デジタル信号を決定する決定ステップとを有し、前記ランプ信号の電圧は、前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ低い電圧から前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ高い電圧までの範囲で変化し、前記所定電圧は、前記テスト用デジタル信号に対応するアナログ電圧の所定割合に設定されていることが好ましい。 In the DAC measurement method according to the present invention, the AD conversion step includes a comparison step for comparing the ramp signal whose voltage changes stepwise and the analog signal, and a determination for determining the digital signal from the comparison result in the comparison step. The voltage of the ramp signal changes in a range from a voltage lower than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage to a voltage higher than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage, The predetermined voltage is preferably set to a predetermined ratio of the analog voltage corresponding to the test digital signal.
上記の構成によれば、ランプ信号がDA変換器の最低出力電圧から最高出力電圧まで変化する場合に比べ、ランプ信号の変化する範囲が小さいので、同じAD変換の時間内であれば、ランプ信号の変化の幅をより細かく設定できる。したがって、より高精度なAD変換が可能となる。 According to the above configuration, since the range in which the ramp signal changes is smaller than when the ramp signal changes from the lowest output voltage to the highest output voltage of the DA converter, the ramp signal is within the same AD conversion time. The width of the change can be set more finely. Therefore, more accurate AD conversion is possible.
本発明に係るDAC測定方法では、前記ランプ信号は、前記LSIチップの外部から入力されてもよい。 In the DAC measurement method according to the present invention, the ramp signal may be input from outside the LSI chip.
本発明に係るDAC測定方法では、前記固体撮像装置は、画素に接続されないテスト専用Column−AD変換器をさらに有し、前記アナログ信号は、前記テスト専用Column−AD変換器に入力されてもよい。 In the DAC measurement method according to the present invention, the solid-state imaging device may further include a test-dedicated Column-AD converter that is not connected to a pixel, and the analog signal may be input to the test-dedicated Column-AD converter. .
本発明に係るDAC測定方法では、前記AD変換ステップと前記測定ステップとの間に、前記デジタル信号を前記LSIチップの外部に出力する出力ステップを有し、前記出力ステップにおいて、前記デジタル信号の出力形式は、前記固体撮像装置の画素データの出力形式と等価であることが好ましい。 The DAC measurement method according to the present invention includes an output step of outputting the digital signal to the outside of the LSI chip between the AD conversion step and the measurement step, and in the output step, the output of the digital signal The format is preferably equivalent to the output format of pixel data of the solid-state imaging device.
上記の構成によれば、Column−AD変換器から出力されたデジタル信号を、画素データと同様の画像処理を施してテスト用デジタル信号と比較することが可能となるので、DA変換器の性能測定がさらに容易になる。 According to the above configuration, the digital signal output from the Column-AD converter can be subjected to the same image processing as the pixel data and compared with the test digital signal. Is even easier.
本発明に係るDAC測定方法では、前記テスト用デジタル信号は、前記LSIチップの外部から入力されてもよい。 In the DAC measurement method according to the present invention, the test digital signal may be input from outside the LSI chip.
本発明に係る固体撮像装置は、上記課題を解決するために、DA変換器と共にLSIチップに搭載され、少なくとも1つのColumn−AD変換器を有する固体撮像装置であって、前記DA変換器からのアナログ信号が前記Column−AD変換器に出力可能に構成されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device that is mounted on an LSI chip together with a DA converter and has at least one Column-AD converter, An analog signal is configured to be output to the Column-AD converter.
上記の構成によれば、DA変換器からのアナログ信号がColumn−AD変換器に出力可能に構成されているので、Column−AD変換器からのデジタル信号と、DA変換器に入力されるデジタル信号を比較することで、DA変換器の性能を測定することができる。このように、DA変換器の性能測定において、固体撮像装置のColumn−AD変換器を利用することができるので、AD変換器をLSIチップに別途設ける必要がない。したがって、固体撮像装置と共にLSIチップに搭載されるDACの性能を低コストで測定できるという効果を奏する。 According to the above configuration, since the analog signal from the DA converter can be output to the Column-AD converter, the digital signal from the Column-AD converter and the digital signal input to the DA converter By comparing these, the performance of the DA converter can be measured. As described above, since the Column-AD converter of the solid-state imaging device can be used in the performance measurement of the DA converter, it is not necessary to separately provide the AD converter in the LSI chip. Therefore, it is possible to measure the performance of the DAC mounted on the LSI chip together with the solid-state imaging device at a low cost.
本発明に係る固体撮像装置では、前記Column−AD変換器を複数有し、前記DA変換器からのアナログ信号が複数のColumn−AD変換器に出力可能に構成されていることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the present invention, it is preferable that a plurality of the Column-AD converters are provided and an analog signal from the DA converter can be output to the plurality of Column-AD converters.
上記の構成によれば、複数のColumn−AD変換器を用いてDA変換器の性能を測定できるので、測定結果のバラツキを抑えることができる。 According to said structure, since the performance of a DA converter can be measured using several Column-AD converter, the dispersion | variation in a measurement result can be suppressed.
本発明に係る固体撮像装置では、前記Column−AD変換器は、段階的に電圧が変化するランプ信号と前記アナログ信号とを比較する比較手段と、前記比較手段における比較結果からデジタル信号を決定する決定手段とを備え、前記ランプ信号の電圧は、前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ低い電圧から前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ高い電圧までの範囲で変化し、前記所定電圧は、前記DA変換器に入力されるテスト用デジタル信号に対応するアナログ電圧の所定割合に設定されていることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the Column-AD converter determines a digital signal from a comparison unit that compares the ramp signal whose voltage changes stepwise and the analog signal, and a comparison result in the comparison unit. A voltage of the ramp signal varies in a range from a voltage lower than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage to a voltage higher than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage, The predetermined voltage is preferably set to a predetermined ratio of the analog voltage corresponding to the test digital signal input to the DA converter.
上記の構成によれば、ランプ信号がDA変換器の最低出力電圧から最高出力電圧まで変化する場合に比べ、ランプ信号の変化する範囲が小さいので、同じAD変換の時間内であれば、ランプ信号の変化の幅をより細かく設定できる。したがって、より高精度なAD変換が可能となる。 According to the above configuration, since the range in which the ramp signal changes is smaller than when the ramp signal changes from the lowest output voltage to the highest output voltage of the DA converter, the ramp signal is within the same AD conversion time. The width of the change can be set more finely. Therefore, more accurate AD conversion is possible.
本発明に係る固体撮像装置では、画素に接続されないテスト専用Column−AD変換器をさらに有し、前記アナログ信号は、前記テスト専用Column−AD変換器に入力されてもよい。 The solid-state imaging device according to the present invention may further include a test-dedicated Column-AD converter that is not connected to a pixel, and the analog signal may be input to the test-dedicated Column-AD converter.
本発明に係る固体撮像装置では、前記テスト専用Column−AD変換器から出力されるデジタル信号の出力形式は、前記固体撮像装置の画素データの出力形式と等価であることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the present invention, it is preferable that an output format of a digital signal output from the test-dedicated Column-AD converter is equivalent to an output format of pixel data of the solid-state imaging device.
上記の構成によれば、Column−AD変換器から出力されたデジタル信号を、画素データと同様の画像処理を施してテスト用デジタル信号と比較することが可能となるので、DA変換器の性能測定がさらに容易になる。 According to the above configuration, the digital signal output from the Column-AD converter can be subjected to the same image processing as the pixel data and compared with the test digital signal. Is even easier.
本発明に係るDAC測定方法は、以上のように、少なくとも1つのColumn−AD変換器を有する固体撮像装置と共にLSIチップに搭載されるDA変換器の性能を測定するDAC測定方法であって、前記DA変換器にテスト用デジタル信号を入力するデジタル入力ステップと、前記DA変換器によって前記テスト用デジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換ステップと、前記アナログ信号を前記Column−AD変換器の少なくとも1つに入力するアナログ入力ステップと、前記Column−AD変換器によって前記アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換ステップと、前記デジタル信号と前記テスト用デジタル信号とに基づいて前記DA変換器の性能を測定する測定ステップと、を有するので、固体撮像装置と共にLSIチップに搭載されるDACの性能を低コストで測定可能なDAC測定方法を実現できるという効果を奏する。 As described above, the DAC measurement method according to the present invention is a DAC measurement method for measuring the performance of a DA converter mounted on an LSI chip together with a solid-state imaging device having at least one Column-AD converter, A digital input step for inputting a test digital signal to the DA converter; a DA conversion step for converting the test digital signal into an analog signal by the DA converter; and at least one of the column-AD converter for converting the analog signal to the analog-to-digital converter. An analog input step for inputting the analog signal, an AD conversion step for converting the analog signal into a digital signal by the Column-AD converter, and the performance of the DA converter based on the digital signal and the test digital signal. Measurement step for measuring, An effect that the performance of the DAC mounted on the LSI chip can be realized measurable DAC measuring method at a low cost.
〔実施形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図5に基づいて説明すると以下の通りである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、本実施形態に係るVCM−DACの測定方法を示す概略図であり、LSIチップ上にVCMドライバ10がCMOSイメージセンサ20と共に搭載されている。VCMドライバ10のVCM−DACの性能を測定するために、LSIチップには測定部30が設けられている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a VCM-DAC measurement method according to the present embodiment, in which a
CMOSイメージセンサ20には、複数の画素Pおよび複数のColumn−ADC21が設けられている。画素Pは、撮像対象からの光をアナログの電気信号に変換する。Column−ADC21は、画素Pの列ごとに設けられており、画素Pからの電気信号をデジタル信号に変換する。
The
本実施形態では、通常時に画素出力用として用いられるColumn−ADC21を、VCM−DACの性能測定のために利用する。すなわち、テスト時において、VCMドライバ10からのアナログ信号をColumn−ADC21に入力するように切り替え、Column−ADC21からのデジタル信号に基づいて、VCM−DACの性能を測定する。
In the present embodiment, the Column-
図2は、VCMドライバ10、CMOSイメージセンサ20および測定部30の構成を示す回路図である。VCMドライバ10は、VCM−DAC11、アンプ12、2つのスイッチSW1・SW2および端子ISINKを備えている。スイッチSW1は、VCM−DAC11とアンプ12との間に設けられている。テスト時には、VCM−DAC11にテスト用デジタル信号が入力されると共に、VCM−DAC11の出力がCMOSイメージセンサ20に入力されるように、スイッチSW1が切り替えられる。端子ISINKは、テスト時には使用されず、CMOSイメージセンサのレンズを駆動するアクチュエータに接続される。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the
CMOSイメージセンサ20は、複数のColumn−ADC21、ランプユニット22、データバス23、メモリ24および2つのスイッチSW3・SW4を有している。ランプユニット22、データバス23およびメモリ24は、通常のCMOSイメージセンサに標準で備えられているものである。また、測定部30は、初期値演算回路31、ランプ波形生成回路32、DAC33、出力値演算回路34およびスイッチSW5を有している。
The
VCM−DAC11からの出力は、スイッチSW1およびスイッチSW3を介して、各Column−ADC21に入力可能となっている。各Column−ADC21は、図示しない画素にも接続可能となっており、Column−ADC21と画素とを接続するか、Column−ADC21とVCM−DAC11とを接続するかは、SW3によって切り替えられる。テスト時には、Column−ADC21とVCM−DAC11とが接続されるように、スイッチSW3が切り替えられる。
The output from the VCM-
Column−ADC21は、サンプルホールド(S/H)回路211、比較回路212、ラッチ回路213およびカウンタ回路214を備えている。S/H回路211には、VCM−DAC11からのアナログ信号が入力され、S/H回路211は、当該アナログ信号を入力信号としてサンプリングして一定時間保持する。
The Column-
比較回路212には、S/H回路211からのアナログ信号とランプ信号とが入力され、比較回路212は、それらの信号の比較結果をラッチ回路213に出力する。ランプ信号は、段階的に電圧が変化する信号であり、ランプユニット22または測定部30のDAC33から入力される。ランプ信号をランプユニット22から入力するかDAC33から入力するかの切り替えは、スイッチSW4によって行われる。
The
図3は、ランプユニット22から入力されるランプ信号の一例を示す波形図である。同図では、VCM−DAC11の出力階調レベルが0.0〜1.0Vであり、ランプ信号は、その範囲内でクロック信号に応じて10段階に変化する。この段階数は、AD変換のための時間に合わせて設定される。ランプユニット22からのランプ信号を比較回路212に入力するように、スイッチSW4を切り替えると、比較回路212は、各段階のランプ信号とS/H回路211からのアナログ信号とを比較する。
FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of a ramp signal input from the
ランプ信号が比較回路212に入力されると、ラッチ回路213の出力がHighとなり、これによりカウンタ回路214は、上記クロック信号のカウントを開始する。比較回路212は、ランプ信号がS/H回路211からのアナログ信号よりも高くなった時点で、LowからHighに遷移する。これにより、ラッチ回路213からの出力がLowとなり、カウンタ回路214は、カウントを終了する。カウンタ回路214のカウント値に基づいてデジタルデータが生成され、Column−ADC21におけるAD変換が完了する。このデジタルデータは、データバス23を経てメモリ24に格納される。
When the ramp signal is input to the
図4は、測定部30のDAC33から入力されるランプ信号の一例を示す波形図である。同図においても、VCM−DAC11の出力階調レベルは0.0〜1.0Vであるが、ランプ信号は、0.5〜1.0Vで10段階に変化する。すなわち、ランプ信号の初期電圧が、VCM−DAC11の最低出力電圧より初期値0.5Vだけ高く設定されているため、ランプ信号のランプ信号の最小値と最大値の差分が小さくなっている。
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating an example of a ramp signal input from the
ここで、図3と図4とを比較すると、ランプ信号を変化させる段階数は同一であるので、AD変換に要する時間は同一である一方、図3においては、ランプ信号は0.1V単位で変化させているのに対し、図4においては、ランプ信号を0.05V単位で変化させることができる。このように、同じAD変換の時間内でより細かな階調レベルが得られる事により、比較回路212ではより高精度な比較が可能となる。
Here, comparing FIG. 3 and FIG. 4, since the number of steps for changing the ramp signal is the same, the time required for AD conversion is the same, whereas in FIG. 3, the ramp signal is in units of 0.1V. In contrast, in FIG. 4, the ramp signal can be changed in units of 0.05V. In this way, since a finer gradation level can be obtained within the same AD conversion time, the
上記の初期値は、初期値演算回路31によって決定される。初期値演算回路31には、VCM−DAC11に入力されるテスト用デジタル信号が入力される。初期値演算回路31は、入力されたテスト用デジタル信号のデジタル値の所定割合(例えば、90%)のデジタル値を初期値として設定する。この割合は、例えば、VCM−DAC11の想定されるDA変換誤差により適宜設定される。
The initial value is determined by the initial
初期値演算回路31によって設定された初期値は、ランプ波形生成回路32に入力される。ランプ波形生成回路32は、当該初期値およびVCM−DAC11の出力階調レベルに基づいて、ランプ信号のデジタル波形を生成する。具体的には、ランプ信号がVCM−DAC11の出力電圧より初期値だけ低い電圧からVCM−DAC11の出力電圧よりも高い電圧までの範囲内で、段階的に変化するように、ランプ信号を生成する。ランプ信号の変化の単位は、上記範囲を所定の段階数で等分した電圧に設定される。ランプ波形生成回路32の出力は、DAC33によってランプ信号にDA変換され、比較回路212に入力される。
The initial value set by the initial
なお、初期値演算回路31にテスト用デジタル信号を入力するか否かは、スイッチSW2によって選択される。また、DAC33としては、予め正常に動作することが確認されているDA変換器が用いられる。
Whether or not to input a test digital signal to the initial
図4に示すランプ信号は、変化する段階数を図3に示すランプ信号と同一としたまま、変化の単位を小さくしていたが、変化の単位を図3に示すランプ信号と同一としたまま、変化する段階数を小さくしてもよい。 The ramp signal shown in FIG. 4 has the same unit of change as the ramp signal shown in FIG. 3 with the same number of steps, but the unit of change remains the same as the ramp signal shown in FIG. The number of changing steps may be reduced.
図5は、測定部30のDAC33から入力されるランプ信号の他の例を示す波形図である。同図に示すランプ信号は、図3に示すランプ信号と同様、0.1V単位で変化するように設定されているが、変化する段階数は5段階となっている。したがって、Column−ADC21におけるAD変換精度は、ランプ信号をランプユニット22から入力した場合と変わらないが、AD変換の所要時間を短縮することができる。よって、測定の信頼性を確保しつつ、測定コストを低減することができる。
FIG. 5 is a waveform diagram illustrating another example of the ramp signal input from the
VCM−DAC11からのアナログ信号は、複数のColumn−ADC21に入力され、各Column−ADC21において並列的にAD変換が行われる。各Column−ADC21からの複数のデジタルデータは、メモリ24に格納される。
An analog signal from the VCM-
これらのデジタルデータは、測定部30の出力値演算回路34に出力される。出力値演算回路34は、各Column−ADC21からの複数のデジタルデータに対し、平均化やMedian処理などを施すことにより、1つの補正デジタルデータを生成する。
These digital data are output to the output
補正デジタルデータは、例えば、上記複数のデジタルデータを平均値または中央値を算出することによって得られる。また、上記複数のデジタルデータを序列順に並べ、任意数の上側、下側、もしくは双方のデータを除いた後(オリンピック方式)、残りのデジタルデータに対し平均値または中央値の算出を行うことにより、補正デジタルデータを算出してもよい。このように算出された補正デジタルデータは、スイッチSW5を経て外部に出力される。その後、補正デジタルデータは、図示しない外部の演算回路において、VCM−DAC11に入力されるテスト用デジタル信号と比較され、その比較結果に基づいて、VCM−DAC11の性能の良否が判定される。
The corrected digital data is obtained, for example, by calculating an average value or a median value of the plurality of digital data. In addition, by arranging the above digital data in order and removing any number of upper, lower, or both data (Olympic system), the average value or median value of the remaining digital data is calculated. The corrected digital data may be calculated. The corrected digital data calculated in this way is output to the outside through the switch SW5. Thereafter, the corrected digital data is compared with a test digital signal input to the VCM-
初期値演算回路を使用した場合は、出力されたデジタルデータに、設定した初期値をオフセットとして加算した値を、テスト用デジタル信号と比較され、その比較結果に基づいて、VCM−DAC11の性能の良否が判定される。
When the initial value arithmetic circuit is used, a value obtained by adding the set initial value as an offset to the output digital data is compared with the test digital signal, and the performance of the VCM-
なお、スイッチSW5は、メモリ24に記憶されたデジタルデータをそのまま外部に出力するように切り替えることも可能である。例えば、VCM−DAC11からのアナログ信号を1つのColumn−ADC21のみでAD変換した場合、デジタルデータは1つだけであるので、当該デジタルデータはメモリ24からそのまま外部に出力してもよい。
The switch SW5 can be switched so that the digital data stored in the
ただし、複数のColumn−ADC21でAD変換を行い、複数のデジタルデータから補正デジタルデータを得ることが望ましい。これにより、Column−ADC21の性能個体差による測定のバラツキや誤変換の影響を排除、もしくはその影響を最小化することができ、性能測定の信頼性をさらに高めることができる。
However, it is desirable to perform AD conversion with a plurality of Column-
このように、本実施形態では、VCM−DAC11の性能の測定において、CMOSイメージセンサ20のColumn−ADC21を利用しているので、測定部30は、AD変換機能を備えていなくてもよい。したがって、図9に示す従来構成のように、ADC132をLSIチップに取り付ける必要がなく、低いコストでVCM−DACの性能を測定することができる。また、Column−ADC21は、画素出力用のAD変換器であるため、比較電圧範囲が可変可能なランプ信号を用いて変換するため、変換精度はVCM−DAC11の階調よりも高い。したがって、VCM−DAC11の階調が高い場合であっても、信頼性の高い性能測定を行うことができる。
As described above, in this embodiment, the
ここで、従来のDAC測定方法では、図9に示すように、1つのADCによってAD変換を行っていた。この場合、図10に示す比較器132aからの出力は1ビットであり、各サイクルの変換結果については変換エラーの訂正をされることなく、AD変換が行われる。このため、回路の電源ノイズ、クロストーク等によって起こる誤変換や、ADCの製造バラツキに起因する測定精度差に対して、訂正する手段を持ちえないため、常に変換信頼度を十分に確保することは困難であった。
Here, in the conventional DAC measurement method, as shown in FIG. 9, AD conversion is performed by one ADC. In this case, the output from the
これに対し、本実施形態では、VCM−DAC11からのアナログ信号を複数のColumn−ADC21によってAD変換している。これにより、Column−ADC21の性能個体差や誤変換の影響を抑え、測定結果の信頼性を向上させることができる。
On the other hand, in this embodiment, an analog signal from the VCM-
また、図9に示す従来のVCMドライバ110では、VCM−DAC111の出力をアンプ112において増幅させてから、測定部130に出力していた。この場合、VCM−DAC111に対する測定結果は、アンプ112の増幅誤差の影響を受けるおそれがある。すなわち、VCM−DAC111が不良と判定された場合であっても、その要因が、VCM−DAC111自身にあるのか、アンプ112等の他の機能ブロックにあるのかが不明であるという問題があった。
In the
これに対し、図2に示すVCMドライバ10では、VCM−DAC11の出力をそのままCMOSイメージセンサ20に出力している。これにより、アンプ112等の他の機能ブロックの影響を受けずにVCM−DAC11の性能を正確に測定することができる。
On the other hand, the
さらに、本実施形態では、VCM−DAC11からのアナログ信号を、画素出力用のColumn−ADC21によってAD変換しているため、メモリ24および出力値演算回路34から出力されるデジタルデータの出力形式は、イメージセンサ20の画素データの出力形式と等価である。したがって、当該デジタルデータに対して、画素データと同様の画像処理を施してテスト用デジタル信号と比較することが可能となり、VCM−DAC11の性能の測定がさらに容易になる。
Furthermore, in this embodiment, since the analog signal from the VCM-
なお、本実施形態では、CMOSイメージセンサ20のColumn−ADC21は、テスト時以外は画素出力用に使用されるが、画素出力用に使用されないテスト専用Column−ADCをさらに設けてもよい。各Column−ADCのレイアウトは同一であるため、テスト専用Column−ADCを設けても、製造コストの増大は殆どない。また、テスト専用Column−ADCを設けた場合であっても、メモリ24および出力値演算回路34から出力されるデジタルデータの出力形式は、イメージセンサ20の画素データの出力形式と等価であることが望ましい。
In the present embodiment, the Column-
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について図6および図7に基づいて説明すると以下の通りである。上述の実施形態1では、測定部30をLSIチップ内に設けていたが、本実施形態では、測定部30に相当する機能をLSIチップの外部に設けた構成について説明する。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the first embodiment described above, the
図6は、本実施形態に係るVCM−DACの測定方法を示す概略図である。同図では、LSIチップ上にVCMドライバ10aがCMOSイメージセンサ20と共に搭載されている一方、VCMドライバ10aのVCM−DACの性能を測定するための測定部30aは、LSIチップの外部に設けられている。テスト時に、VCMドライバ10aのVCM−DACの出力が、CMOSイメージセンサ20のColumn−ADC21に入力される点は、図1に示す構成と同様である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a VCM-DAC measurement method according to the present embodiment. In the figure, the
図7は、VCMドライバ10a、CMOSイメージセンサ20および測定部30aの構成を示す回路図である。VCMドライバ10aは、図2に示すVCMドライバ10において、スイッチSW2の代わりにスイッチSW6を設けた構成である。測定部30aは、図2に示す測定部30において、さらに処理指示回路35およびスイッチSW7を設けた構成である。なお、図2に示すスイッチSW5は任意であるが、図7においては図示していない。
FIG. 7 is a circuit diagram showing configurations of the
処理指示回路35は、VCM−DAC11に入力されるテスト用デジタル信号の内容を決定する回路である。テスト時には、スイッチSW7がONとなり、処理指示回路35からの指示内容は、初期値演算回路31およびデジタルコード出力回路40に出力される。初期値演算回路31では、当該指示内容に基づき、比較回路212に入力されるランプ信号の初期値を算出する。デジタルコード出力回路40は、上記指示内容に基づき、VCM−DAC11に入力されるテスト用デジタル信号を生成する。
The
VCM−DAC11からのアナログ信号は、CMOSイメージセンサ20において図2に示す構成と同様にAD変換され、出力値演算回路34に出力される。出力値演算回路34は、補正デジタルデータを生成し、補正デジタルデータをテスト用デジタル信号と比較することで、VCM−DAC11の性能を測定する。
Analog signals from the VCM-
本実施形態においても、測定部30aにADCを設ける必要はないので、VCM−DAC11の性能の測定コストを抑えることができる。
Also in the present embodiment, since it is not necessary to provide an ADC in the
〔実施形態の総括〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Summary of Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、VCM−DACだけでなく、イメージセンサと共にLSIチップに搭載されるあらゆるDACの性能の測定に適用できる。 The present invention is applicable not only to measurement of VCM-DAC but also to measurement of performance of any DAC mounted on an LSI chip together with an image sensor.
11 VCM−DAC(DA変換器)
20 イメージセンサ(固体撮像装置)
21 Column−ADC(Column−AD変換器)
212 比較器(比較手段)
213 ラッチ回路(決定手段)
214 カウンタ回路(決定手段)
11 VCM-DAC (DA converter)
20 Image sensor (solid-state imaging device)
21 Column-ADC (Column-AD converter)
212 Comparator (Comparison means)
213 Latch circuit (decision means)
214 Counter circuit (determination means)
Claims (15)
前記DA変換器にテスト用デジタル信号を入力するデジタル入力ステップと、
前記DA変換器によって前記テスト用デジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換ステップと、
前記アナログ信号を前記Column−AD変換器の少なくとも1つに入力するアナログ入力ステップと、
前記Column−AD変換器によって前記アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換ステップと、
前記デジタル信号と前記テスト用デジタル信号とに基づいて前記DA変換器の性能を測定する測定ステップと、を有することを特徴とするDAC測定方法。 A DAC measurement method for measuring the performance of a DA converter mounted on an LSI chip together with a solid-state imaging device having at least one Column-AD converter,
A digital input step of inputting a test digital signal to the DA converter;
A DA conversion step of converting the test digital signal into an analog signal by the DA converter;
An analog input step of inputting the analog signal to at least one of the Column-AD converters;
AD conversion step of converting the analog signal into a digital signal by the Column-AD converter;
A DAC measuring method comprising: measuring a performance of the DA converter based on the digital signal and the test digital signal.
前記アナログ入力ステップでは、前記アナログ信号は複数のColumn−AD変換器に入力され、
前記AD変換ステップと前記測定ステップとの間に、前記複数のColumn−AD変換器から出力された複数のデジタル信号に基づいて、補正デジタル信号を生成する補正ステップをさらに有し、
前記測定ステップでは、前記補正デジタル信号と前記テスト用デジタル信号とに基づいて前記DA変換器の性能を測定することを特徴とする請求項1に記載のDAC測定方法。 The solid-state imaging device has a plurality of the Column-AD converters,
In the analog input step, the analog signal is input to a plurality of Column-AD converters,
A correction step of generating a correction digital signal based on a plurality of digital signals output from the plurality of Column-AD converters between the AD conversion step and the measurement step;
The DAC measurement method according to claim 1, wherein in the measurement step, the performance of the DA converter is measured based on the correction digital signal and the test digital signal.
段階的に電圧が変化するランプ信号と前記アナログ信号とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおける比較結果から前記デジタル信号を決定する決定ステップとを有し、
前記ランプ信号の電圧は、前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ低い電圧から前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ高い電圧までの範囲で変化し、
前記所定電圧は、前記テスト用デジタル信号に対応するアナログ電圧の所定割合に設定されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のDAC測定方法。 The AD conversion step includes
A comparison step of comparing the analog signal with the ramp signal whose voltage changes stepwise;
Determining the digital signal from the comparison result in the comparison step,
The voltage of the ramp signal varies in a range from a voltage lower than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage to a voltage higher than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage,
The DAC measurement method according to claim 1, wherein the predetermined voltage is set to a predetermined ratio of an analog voltage corresponding to the test digital signal.
前記アナログ信号は、前記テスト専用Column−AD変換器に入力されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のDAC測定方法。 The solid-state imaging device further includes a test-dedicated Column-AD converter that is not connected to a pixel,
The DAC measurement method according to claim 1, wherein the analog signal is input to the test-dedicated Column-AD converter.
前記出力ステップにおいて、前記デジタル信号の出力形式は、前記固体撮像装置の画素データの出力形式と等価であることを特徴とする請求項8に記載のDAC測定方法。 An output step of outputting the digital signal to the outside of the LSI chip between the AD conversion step and the measurement step;
9. The DAC measurement method according to claim 8, wherein, in the output step, an output format of the digital signal is equivalent to an output format of pixel data of the solid-state imaging device.
前記DA変換器からのアナログ信号が前記Column−AD変換器に出力可能に構成されていることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device mounted on an LSI chip together with a DA converter and having at least one Column-AD converter,
A solid-state image pickup device configured to be capable of outputting an analog signal from the DA converter to the Column-AD converter.
前記DA変換器からのアナログ信号が複数のColumn−AD変換器に出力可能に構成されていることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 A plurality of the Column-AD converters;
The solid-state imaging device according to claim 11, wherein an analog signal from the DA converter is configured to be output to a plurality of Column-AD converters.
前記比較手段における比較結果からデジタル信号を決定する決定手段とを備え、
前記ランプ信号の電圧は、前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ低い電圧から前記DA変換器の出力電圧よりも所定電圧だけ高い電圧までの範囲で変化し、
前記所定電圧は、前記DA変換器に入力されるテスト用デジタル信号に対応するアナログ電圧の所定割合に設定されていることを特徴とする請求項11または12に記載の固体撮像装置。 The Column-AD converter includes a comparison means for comparing the analog signal with a ramp signal whose voltage changes stepwise.
Determining means for determining a digital signal from the comparison result in the comparing means;
The voltage of the ramp signal varies in a range from a voltage lower than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage to a voltage higher than the output voltage of the DA converter by a predetermined voltage,
The solid-state imaging device according to claim 11 or 12, wherein the predetermined voltage is set to a predetermined ratio of an analog voltage corresponding to a test digital signal input to the DA converter.
前記アナログ信号は、前記テスト専用Column−AD変換器に入力されることを特徴とする請求項11から13のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 A test-only Column-AD converter not connected to the pixel;
The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the analog signal is input to the test-dedicated Column-AD converter.
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