JP5163184B2 - Data scanning circuit, solid-state imaging device, and camera system - Google Patents
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Description
本発明は、データ走査回路、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子、およびカメラシステムに関するものである。 The present invention relates to a data scanning circuit, a solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor, and a camera system.
近年、CCDに代わる固体撮像素子(イメージセンサ)として、CMOSイメージセンサが注目を集めている。
これは、CCD画素の製造に専用プロセスを必要とし、また、その動作には複数の電源電圧が必要であり、さらに複数の周辺ICを組み合わせて動作させる必要があるため、システムが非常に複雑化するといった処々の問題を、CMOSイメージセンサが克服しているからである。
In recent years, CMOS image sensors have attracted attention as solid-state imaging devices (image sensors) that replace CCDs.
This requires a dedicated process for manufacturing the CCD pixel, requires a plurality of power supply voltages for its operation, and further requires a combination of a plurality of peripheral ICs to operate, resulting in a very complicated system. This is because the CMOS image sensor overcomes various problems such as.
CMOSイメージセンサは、その製造には一般的なCMOS型集積回路と同様の製造プロセスを用いることが可能であり、また単一電源での駆動が可能、さらにCMOSプロセスを用いたアナログ回路や論理回路を同一チップ内に混在させることができるため、周辺ICの数を減らすことができるといった、大きなメリットを複数持ち合わせている。 The CMOS image sensor can be manufactured by using a manufacturing process similar to that of a general CMOS integrated circuit, can be driven by a single power source, and further, an analog circuit or a logic circuit using the CMOS process. Can be mixed in the same chip, so that it has a plurality of great merits such as reducing the number of peripheral ICs.
CCDの出力回路は、浮遊拡散層(FD:Floating Diffusion)を有するFDアンプを用いた1チャネル(ch)出力が主流である。
これに対して、CMOSイメージセンサは各画素毎にFDアンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。
これは、画素内に配置されたFDアンプでは十分な駆動能力を得ることは難しく、したがってデータレートを下げることが必要で、並列処理が有利とされているからである。
The output circuit of a CCD is mainly a 1-channel (ch) output using an FD amplifier having a floating diffusion layer (FD).
In contrast, a CMOS image sensor has an FD amplifier for each pixel, and its output is a column parallel output type in which one row in the pixel array is selected and read out in the column direction at the same time. Mainstream.
This is because it is difficult to obtain a sufficient driving capability with an FD amplifier arranged in a pixel, and therefore it is necessary to lower the data rate, and parallel processing is advantageous.
この列並列出力型CMOSイメージセンサの信号出力回路については実に様々なものが提案されているが、その最も進んだ形態のひとつが列毎にアナログ−デジタル変換装置(以下、ADC(Analog digital converter)と略す)を備え、デジタル信号として画素信号を取り出すタイプである。 Various signal output circuits of this column parallel output type CMOS image sensor have been proposed, and one of the most advanced forms is an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC (Analog digital converter)) for each column. And a pixel signal is extracted as a digital signal.
このような列並列型のADCを搭載したCMOSイメージセンサは、たとえば非特許文献1や特許文献1に開示されている。
A CMOS image sensor equipped with such a column parallel ADC is disclosed in Non-Patent
図1は、列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) equipped with a column parallel ADC.
この固体撮像素子1は、撮像部としての画素アレイ部2、ADC群3、垂直(行)走査回路4、水平(列)走査回路5、タイミング制御回路6、センスアンプ(S/A)群7、およびデータ処理回路8を有する。
The solid-
画素アレイ部2は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む単位画素2−1がマトリックス状(行列状)に配置されて構成される。
The
ADC群3は、画素のマトリクス配列の各列に対応して配置されたADC0〜ADCn(図1の例では、n=15)により構成される。
各ADC0〜ADC15は、図示しないデジタル−アナログ変換装置(DAC:Digital - Analog converter)により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと、行線H0、H1…毎に単位画素2−1から列線V0、V1…を経由し得られるアナログ信号とを比較する比較器と、比較時間をカウントするカウンタと、カウンタのカウント結果を保持するメモリ装置を含んで構成されている。
AD変換後のデータがnビットであるとすると、各列のADC0〜ADC15はそれぞれnビットのメモリ装置を持つ。
The
Each ADC0 to ADC15 includes a ramp waveform RAMP in which a reference voltage generated by a digital-analog converter (DAC) (not shown) is changed stepwise, and a
Assuming that the data after AD conversion is n bits, ADC0 to ADC15 in each column each have an n-bit memory device.
また、固体撮像素子1においては、画素アレイ部2の信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御回路6、行アドレスや垂直(行)走査を制御する行走査回路4、そして列アドレスや水平(列)走査を制御する水平走査回路5が配置される。
In the solid-
水平走査回路5のHスキャナ5Aは、タイミング制御回路6からのクロックφCKに同期して出力信号を順次読み出す複数のデータフリップフロップ回路FF0,FF1,FF2,…FFx(図1の例ではx=3)により構成されている。
ここで、各データフリップフロップ回路FF0,FF1,FF2,FF3の出力信号をHSEL10,HSEL11,HSEL12,HSEL13とする。
そして、実際にデータ読み出す回路として、データ転送線5-0,5-1,5-2,5-3と、その出力線に応じたセンスアンプ7-0,7-1,7-2,7-3が配置され、各データ転送線5-0,5-1,5-2,5-3と各ADC0〜ADC15のデータ出力部との間にnチャネルMOSトランジスタからなるスイッチングトランジスタNT0〜NT15が接続されている。
The
Here, the output signals of the data flip-flop circuits FF0, FF1, FF2, and FF3 are denoted as HSEL10, HSEL11, HSEL12, and HSEL13.
As data reading circuits, data transfer lines 5-0, 5-1, 5-2, and 5-3 and sense amplifiers 7-0, 7-1, 7-2, and 7 corresponding to the output lines are provided. Switching transistors NT0 to NT15 comprising n-channel MOS transistors are arranged between the data transfer lines 5-0, 5-1, 5-2, and 5-3 and the data output portions of the ADC0 to ADC15. It is connected.
具体的には、データ転送線5-0とADC0,ADC4,ADC8,ADC12のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT0,NT4,NT8,NT12が接続されている。
データ転送線5-1とADC1,ADC5,ADC9,ADC13のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT1,NT5,NT9,NT13が接続されている。
データ転送線5-2とADC2,ADC6,ADC10,ADC14のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT2,NT6,NT10,NT14が接続されている。
データ転送線5-3とADC3,ADC7,ADC11,ADC15のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT3,NT7,NT10,NT15が接続されている。
Specifically, switching transistors NT0, NT4, NT8, and NT12 are connected between the data transfer line 5-0 and the data output units of ADC0, ADC4, ADC8, and ADC12, respectively.
Switching transistors NT1, NT5, NT9, and NT13 are connected between the data transfer line 5-1 and the data output portions of the ADC1, ADC5, ADC9, and ADC13, respectively.
Switching transistors NT2, NT6, NT10, NT14 are connected between the data transfer line 5-2 and the data output portions of the ADC2, ADC6, ADC10, ADC14, respectively.
Switching transistors NT3, NT7, NT10, and NT15 are connected between the data transfer line 5-3 and the data output portions of the
そして、スイッチングトランジスタNT0〜NT3のゲートにデータフリップフロップ回路FF0の出力信号HSEL10が供給される。
スイッチングトランジスタNT4〜NT7のゲートにデータフリップフロップ回路FF1の出力信号HSEL1が供給される。
スイッチングトランジスタNT8〜NT11のゲートにデータフリップフロップ回路FF2の出力信号HSEL2が供給される。
スイッチングトランジスタNT12〜NT15のゲートにデータフリップフロップ回路FF3の出力信号HSEL3が供給される。
The output signal HSEL10 of the data flip-flop circuit FF0 is supplied to the gates of the switching transistors NT0 to NT3.
The output signal HSEL1 of the data flip-flop circuit FF1 is supplied to the gates of the switching transistors NT4 to NT7.
The output signal HSEL2 of the data flip-flop circuit FF2 is supplied to the gates of the switching transistors NT8 to NT11.
The output signal HSEL3 of the data flip-flop circuit FF3 is supplied to the gates of the switching transistors NT12 to NT15.
データ読み出しの水平走査は1H(1水平走査期間)時間内に1行分のデータをすべて読み取る必要があるため、非常に高速な動作が要求される。
特に、近年CMOSイメージセンサの高画素化、高フレームレート化が進んでおり、出力のデータレートは数百MHzにまで達している。よって、水平方向にデータを読み出すセンスアンプは、特に高速動作を求められる。
しかし、センスアンプの動作は数百MHzで駆動させることが困難なため、データレートを保証するために並列に接続される。
図1の例では、4並列に接続したセンスアンプ7-0〜7-3を表しており、センスアンプおよびデータ転送線は4n本配置されている。
In the horizontal scan for data reading, since it is necessary to read all the data for one row within 1H (one horizontal scan period), a very high-speed operation is required.
In particular, CMOS image sensors have recently increased in pixel count and frame rate, and the output data rate has reached several hundred MHz. Therefore, a sense amplifier that reads data in the horizontal direction is particularly required to operate at high speed.
However, since the operation of the sense amplifier is difficult to drive at several hundred MHz, it is connected in parallel to guarantee the data rate.
In the example of FIG. 1, four sense amplifiers 7-0 to 7-3 connected in parallel are shown, and 4n sense amplifiers and data transfer lines are arranged.
このような構成により、4列のカラムのメモリに格納されている4nビットのデータが4nビットのデータ転送線を通して転送され、データ処理回路8に入力される。
この構成であれば、センスアンプのデータレートは実際のデータレートの1/4となる。
With this configuration, 4n-bit data stored in the memory of the four columns is transferred through the 4n-bit data transfer line and input to the
With this configuration, the data rate of the sense amplifier is 1/4 of the actual data rate.
以上説明した、水平方向にデータを並列に読み出す動作の詳細を説明する。 The details of the above-described operation for reading data in parallel in the horizontal direction will be described.
まず、タイミング制御回路6から、読み出しスタートパルスφSTが発行される。するとHスキャナ5Aにおいては、クロックφCKに同期して、データフリップフロップ回路FF0,FF1,FF2,FF3が出力信号パルスHSEL10,HSEL11,HSEL12,HSEL13を順次転送する。
データフリップフロップ回路FF0,FF1,FF2,FF3が出力信号パルスHSEL10,HSEL11,HSEL12,HSEL13がアクティブ(図1の例ではハイレベル)になった場合、出力信号が接続されているカラムのデータがセンスアンプ7-0〜7-3を介して出力される。
First, a read start pulse φST is issued from the
When the output signal pulses HSEL10, HSEL11, HSEL12, and HSEL13 are active (high level in the example of FIG. 1), the data flip-flop circuits FF0, FF1, FF2, and FF3 sense the data of the column to which the output signal is connected. It is output via the amplifiers 7-0 to 7-3.
たとえば、信号パルスHSEL10がアクティブになっている場合、0〜3カラム目の読み出し用のスイッチングトランジスタNT0〜NT3がオンとなり、ADC群3のADC0,ADC1,ADC2,ADC3によるデジタルデータがデータ転送線5-0〜5-3を介してセンスアンプ7-0〜7-3から出力される。
続けて次のクロックでHSEL1がアクティブになり、センスアンプ7-0,7-1,7-2,7-3から4,5,6,7カラム目のデータが出力される。
このようにしてデータの読み出しは実行される。
Subsequently, HSEL1 becomes active at the next clock, and the data in the fourth, fifth, sixth and seventh columns are output from the sense amplifiers 7-0, 7-1, 7-2 and 7-3.
In this way, data reading is executed.
以上説明したデータ読み出しにおいて、間引き読み出しを実行しようとすると、以下に示すような問題が生じる。 In the data reading described above, if the thinning-out reading is executed, the following problems occur.
たとえば、2/4間引きを行いたい場合、読み出したいカラム列のデータはADC0、ADC1,ADC4,ADC5によるデータである。
つまり、この場合、ADC2,ADC3,ADC6,ADC7によるデータは読み飛ばしたいのであるが、図1の構成では、Hスキャナ5Aのデータフリップフロップ回路FF0〜FF3の出力信号HSEL10〜HSEL13が読み出したいカラムと読み飛ばしたいカラムと両方に接続されているため、冗長なデータを読み出すことになる。
このように冗長なデータを読み出してしまうため、一度全てのデータを読み出した後、外部で必要なデータのみをサンプリングする必要がある(たとえば、特許文献2参照)。
For example, when 2/4 decimation is desired, the data in the column column to be read is data by ADC0, ADC1, ADC4, and ADC5.
That is, in this case, the data from ADC2, ADC3, ADC6, and ADC7 is to be skipped, but in the configuration of FIG. 1, the output signals HSEL10 to HSEL13 of the data flip-flop circuits FF0 to FF3 of the
Since redundant data is read out in this way, it is necessary to sample only necessary data outside after reading out all the data once (see, for example, Patent Document 2).
2/4間引き動作を行う場合、必要なデータは通常時の半分であり、それによりフレームレートを倍に上げたいところであるが、現状の構成では冗長なデータを読み出してしまうため、データバスが有効活用されず、フレームレートを上げることができない。
間引き動作を実現する手法として、Hスキャナのデータフリップフロップ回路を読み飛ばして間引き回路を実現する方法(たとえば、特許文献3参照)が知られている。
しかし、図1の構成のような、並列読み出しの場合では各データフリップフロップ回路が間引き時に読み出すべきカラムと読み飛ばしたいカラムの両方に接続されているため、特許文献2のようなデータフリップフロップ回路を読み飛ばす方式で有効データのみを読み出すといった間引き動作を実現することができない。
When 2/4 decimation is performed, the required data is half that of normal times, so we want to double the frame rate. However, the current configuration reads redundant data, so the data bus is effective. It is not used and the frame rate cannot be increased.
As a method for realizing the thinning-out operation, a method for realizing a thinning-out circuit by skipping the data flip-flop circuit of the H scanner (for example, see Patent Document 3) is known.
However, in the case of parallel reading as in the configuration of FIG. 1, each data flip-flop circuit is connected to both the column to be read at the time of thinning and the column to be skipped. It is not possible to realize a thinning-out operation such as reading out only valid data by skipping the data.
本発明は、冗長なデータを読み出すことなく、有効データのみを読み出す任意の間引き読み出しを実現することが可能なデータ走査回路、固体撮像素子、およびカメラシステムを提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a data scanning circuit, a solid-state imaging device, and a camera system that can realize arbitrary thinning-out readout that reads out only valid data without reading out redundant data.
本発明の第1の観点のデータ走査回路は、データを転送する複数の転送線と、入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、上記転送線は、上記保持部の並列配置方向に配線され、上記走査部は、上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力し、当該選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列の保持部と読み飛ばす配列の保持部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部と、通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、当該間引き読み出し時に読み飛ばす配列の保持部に選択信号供給ラインが接続されている上記選択信号生成部をバイパスして、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部に接続されている上記選択信号生成部を順次に走査させるセレクタ部と、を含み、上記複数の選択信号生成部は、間引き読み出し時に、間引き読み出す対象となる読み出すべき配列の保持部に接続される複数の第1の選択信号生成部と、読み飛ばす配列の保持部に接続される複数の第2の選択信号生成部と、に区分けされており、クロック信号に同期して前段側の選択信号生成部により供給される選択信号を自段の選択信号とするとともに、後段側の選択信号生成部に出力する機能を含み、上記セレクタ部は、通常読み出しのときは、上記第1および第2の選択信号生成部の上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号を、バイパスした上記第2の選択信号生成部の次段の上記第1の選択信号生成部に供給し、上記第2の選択信号生成部への前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号の供給を停止し、当該第2の選択信号生成部の選択信号の生成を停止させ、上記走査部は、通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査し上記複数の保持部のデータを対応する上記転送線に出力させ、間引き読み出しのときは、上記走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみを対応する上記転送線に出力させる。 A data scanning circuit according to a first aspect of the present invention holds a plurality of transfer lines for transferring data and data corresponding to an input level, and transfers the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal. A plurality of holding units arranged in parallel, and a scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a clock and outputs the selection signal to the holding unit, and the transfer line is arranged in the parallel arrangement direction of the holding units The scanning unit is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, outputs the selection signal to the corresponding holding unit in synchronization with the supplied clock, and the output line of the selection signal is thinned out. A plurality of selection signal generators alternately and individually connected to an array holding unit to be read at the time of reading and an array holding unit to be skipped, and at the time of normal reading, the plurality of selection signal generation units are sequentially scanned. And select the above When the thinning-out reading is performed, the selection signal generation unit in which the selection signal supply line is connected to the holding unit of the array to be skipped at the time of the thinning-out reading is bypassed, and the array from which data is to be read out by the thinning-out reading is retained. A selector unit that sequentially scans the selection signal generation unit connected to the unit, and the plurality of selection signal generation units are connected to a holding unit of an array to be read out, which is a target to be read out during decimation readout A plurality of first selection signal generation units and a plurality of second selection signal generation units connected to the holding unit of the array to be skipped, and the selection signal on the previous stage side in synchronization with the clock signal The selector unit supplies the selection signal supplied by the generation unit to the selection signal generation unit on its own stage and outputs it to the selection signal generation unit on the rear stage side. In this case, the plurality of selection signal generation units of the first and second selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal. The selection signal of the selection signal generation unit is supplied to the first selection signal generation unit next to the bypassed second selection signal generation unit, and the first selection signal generation unit is connected to the first selection signal generation unit. The supply of the selection signal of one selection signal generation unit is stopped, the generation of the selection signal of the second selection signal generation unit is stopped, and the scanning unit is configured to select the plurality of selection signal generation units during normal reading. was output sequentially scanned to Kiten feed line on the corresponding data of the plurality of holding portions, when the thinning-out reading is to change the order of the scanning, the holding portion of the array from which data is to be read at a thinning read out of the valid data of only in Kiten transmission line on the corresponding To help.
本発明の第2の観点の固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、データを転送する複数の転送線と、上記撮像部の各列の画素の出力データの入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、上記複数の画素の各列に対応して並列に配置された複数の保持部と、クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、上記転送線は、上記保持部の並列配置方向に配線され、上記走査部は、上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力し、当該選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列の保持部と読み飛ばす配列の保持部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部と、通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、当該間引き読み出し時に読み飛ばす配列の保持部に選択信号供給ラインが接続されている上記選択信号生成部をバイパスして、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部に接続されている上記選択信号生成部を順次に走査させるセレクタ部と、を含み、上記複数の選択信号生成部は、間引き読み出し時に、間引き読み出す対象となる読み出すべき配列の保持部に接続される複数の第1の選択信号生成部と、読み飛ばす配列の保持部に接続される複数の第2の選択信号生成部と、に区分けされており、クロック信号に同期して前段側の選択信号生成部により供給される選択信号を自段の選択信号とするとともに、後段側の選択信号生成部に出力する機能を含み、上記セレクタ部は、通常読み出しのときは、上記第1および第2の選択信号生成部の上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号を、バイパスした上記第2の選択信号生成部の次段の上記第1の選択信号生成部に供給し、上記第2の選択信号生成部への前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号の供給を停止し、当該第2の選択信号生成部の選択信号の生成を停止させ、上記走査部は、通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査し上記複数の保持部のデータを対応する上記転送線に出力させ、間引き読み出しのときは、上記走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみを対応する上記転送線に出力させる。 A solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention includes an imaging unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix, a plurality of transfer lines that transfer data, and pixels in each column of the imaging unit. Holds data corresponding to the input level of the output data, and transfers the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal. And a scanning unit that generates the selection signal in synchronization with the clock and outputs the selection signal to the holding unit, and the transfer line is wired in the parallel arrangement direction of the holding unit, A holding unit of an arrangement that is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, outputs the selection signal to the corresponding holding unit in synchronization with a supplied clock, and an output line of the selection signal is to be read at the time of thinning-out reading Alternately in the holding part of the array to be skipped A plurality of selection signal generating unit that is connected separately, when the normal read, by sequentially scanning the plurality of selection signal generating unit to generate the selection signal, when the thinning-out reading, when the thinning readout The selection signal generator connected to the selection signal supply line to the holding unit of the array to be skipped is bypassed, and the selection signal generator connected to the holding unit of the array from which data is to be read out by decimation readout is sequentially A plurality of selection signal generation units that skip scanning with a plurality of first selection signal generation units connected to a holding unit of an array to be read out that is a target for thinning out reading And a plurality of second selection signal generation units connected to the array holding unit, and provided by the selection signal generation unit on the preceding stage in synchronization with the clock signal. The selection signal includes a function to output the selection signal to the selection signal generation unit on the rear stage side, and the selector unit is configured to output the first and second selection signal generation units during normal reading. The plurality of selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal, and at the time of thinning-out reading, the selection signal of the first selection signal generation unit on the previous stage is bypassed to the second selection Supply to the first selection signal generation unit at the next stage of the signal generation unit, stop supplying the selection signal of the first selection signal generation unit on the previous stage side to the second selection signal generation unit, The generation of the selection signal of the second selection signal generation unit is stopped, and the scanning unit sequentially scans the plurality of selection signal generation units during normal reading, and corresponds to the data of the plurality of holding units. Kiten is output to the transmission line, when the thinning-out reading Changes the order of the scanning, at a thinning readout is output to Kiten feed line on which corresponding only valid data holding portion of the array from which data is to be read.
本発明の第3の観点のカメラシステムは、固体撮像素子と、上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、上記固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、データを転送する複数の転送線と、上記撮像部の各列の画素の出力データの入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、上記複数の画素の各列に対応して並列に配置された複数の保持部と、クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、上記転送線は、上記保持部の並列配置方向に配線され、上記走査部は、上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力し、当該選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列の保持部と読み飛ばす配列の保持部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部と、通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、当該間引き読み出し時に読み飛ばす配列の保持部に選択信号供給ラインが接続されている上記選択信号生成部をバイパスして、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部に接続されている上記選択信号生成部を順次に走査させるセレクタ部と、を含み、上記複数の選択信号生成部は、間引き読み出し時に、間引き読み出す対象となる読み出すべき配列の保持部に接続される複数の第1の選択信号生成部と、読み飛ばす配列の保持部に接続される複数の第2の選択信号生成部と、に区分けされており、クロック信号に同期して前段側の選択信号生成部により供給される選択信号を自段の選択信号とするとともに、後段側の選択信号生成部に出力する機能を含み、上記セレクタ部は、通常読み出しのときは、上記第1および第2の選択信号生成部の上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号を、バイパスした上記第2の選択信号生成部の次段の上記第1の選択信号生成部に供給し、上記第2の選択信号生成部への前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号の供給を停止し、当該第2の選択信号生成部の選択信号の生成を停止させ、上記走査部は、通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査し上記複数の保持部のデータを対応する上記転送線に出力させ、間引き読み出しのときは、上記走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみを対応する上記転送線に出力させる。 A camera system according to a third aspect of the present invention includes a solid-state imaging device and an optical system that forms a subject image on the imaging device, and the solid-state imaging device includes a plurality of pixels that perform photoelectric conversion in a matrix. The image pickup unit arranged in a line, a plurality of transfer lines for transferring data, and data corresponding to the input level of the output data of the pixels of each column of the image pickup unit are held, and the data is received in response to a selection signal. A plurality of holding units arranged in parallel corresponding to each column of the plurality of pixels to be transferred to the corresponding transfer line, and a scan that generates the selection signal in synchronization with a clock and outputs the selection signal to the holding unit The transfer line is wired in the parallel arrangement direction of the holding units, and the scanning unit is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, and is synchronized with a supplied clock. The selection signal is output to the corresponding holding unit, and the selection signal A plurality of selection signal generating unit force lines are alternately and individually connected to the holding portion of the holding portion and the reading skips sequence of SEQ be read out during thinning readout, when the normal read, the plurality of selection signal generator Are sequentially scanned to generate the selection signal, and in the case of decimation readout, the selection signal generation unit in which the selection signal supply line is connected to the holding unit of the array to be skipped during the decimation readout is bypassed, and decimation is performed. A selector unit that sequentially scans the selection signal generation unit connected to a holding unit of an array from which data is to be read out, and the plurality of selection signal generation units are targets for decimation readout at the time of decimation readout A plurality of first selection signal generators connected to the holding unit of the array to be read and a plurality of second selection signals connected to the holding unit of the array to be skipped. The selection signal supplied from the selection signal generation unit on the preceding stage in synchronization with the clock signal is used as the selection signal for the own stage and is output to the selection signal generation unit on the subsequent stage. The selector unit includes a function, and at the time of normal reading, the plurality of selection signal generation units of the first and second selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal, and the thinning readout is performed. The first selection signal generation unit on the preceding stage side is supplied to the first selection signal generation unit on the next stage of the bypassed second selection signal generation unit, and the second selection signal is supplied. The supply of the selection signal of the first selection signal generation unit on the upstream side to the signal generation unit is stopped, the generation of the selection signal of the second selection signal generation unit is stopped, and the scanning unit When the plurality of selection signal generators Is output sequentially scanned in Kiten feed line on the corresponding data of the plurality of holding portions, when the thinning-out reading is to change the order of the scanning, the holder of the array from which data is to be read at a thinning read is output to Kiten feed line on the corresponding valid data only.
好適には、通常読み出し時に上記選択信号生成部の出力の接続に対応して特殊な順番で読み出したデータを並べ替えるデータソート回路を有する。 Preferably, a data sort circuit is provided that rearranges the read data in a special order corresponding to the connection of the output of the selection signal generation unit during normal reading.
本発明によれば、走査部において、通常読み出しのときは、複数の選択信号生成部を順次に走査する。これにより、複数の保持部のデータが対応するデータ転送線に出力される。
間引き読み出しのときは、走査の順番が変更され、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみが対応するデータ転送線に出力される。
According to the present invention, at the time of normal reading, the scanning unit sequentially scans the plurality of selection signal generation units. Thereby, the data of the plurality of holding units are output to the corresponding data transfer lines.
At the time of thinning-out reading, the scanning order is changed, and only valid data in the holding unit of the array from which data is to be read out by thinning-out reading is output to the corresponding data transfer line.
本発明によれば、冗長なデータを読み出すことなく、有効データのみを読み出す任意の間引き読み出しを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize arbitrary thinning-out reading that reads only valid data without reading redundant data.
以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図2は、本発明の第1の実施形態に係るデータ転送回路を含む列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。
<First Embodiment>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a solid-state image pickup device (CMOS image sensor) equipped with a column parallel ADC including the data transfer circuit according to the first embodiment of the present invention.
この固体撮像素子10は、図2に示すように、撮像部としての画素アレイ部11、ADC群12、垂直(行)走査回路13、水平(列)走査回路14、タイミング制御回路15、センスアンプ(S/A)群16、データ処理回路17、およびデータソート回路18を有する。
この固体撮像素子10は、2/4間引き読み出しが可能に構成されている。
As shown in FIG. 2, the solid-
The solid-
画素アレイ部11は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む単位画素111がマトリックス状(行列状)に配置されて構成される。
The
ADC群12は、画素のマトリクス配列の各列に対応して配置されたADC10〜ADC1n(図1の例では、n=15)により構成される。
各ADC10〜ADC115は、図示しないDACにより生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと、行線H10、H11…毎に単位画素111から列線V10、V11…を経由し得られるアナログ信号とを比較する比較器と、比較時間をカウントするカウンタと、カウンタのカウント結果を保持するメモリ装置を含んで構成されている。
AD変換後のデータがnビットであるとすると、各列のADC10〜ADC115はそれぞれnビットのメモリ装置を持つ。
The
Each of the
Assuming that the data after AD conversion is n bits, ADC10 to ADC115 in each column have an n-bit memory device.
また、固体撮像素子10においては、画素アレイ部11の信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御回路15、行アドレスや垂直(行)走査を制御する垂直走査回路13、そして列アドレスや水平(列)走査を制御する水平走査回路14が配置される。
In the solid-
水平走査回路14のHスキャナ140は、基本的に、タイミング制御回路15からのクロックφCKに同期して、同じくタイミング制御回路15からのスタートパルスφSTを順次にあるいは1つ飛びにシフトし、出力信号を順次読み出す複数の選択信号生成部としてのデータフリップフロップ回路FF10,FF11,FF12,…FF1x(図1の例ではx=3)、およびセレクタ部を形成するセレクタSL10,SL11,SL12,…SL1x(図1の例ではx=3)により構成されている。
ここで、各データフリップフロップ回路FF10,FF11,FF12,FF13の出力信号を選択信号HSEL10,HSEL11,HSEL12,HSEL13とする。
The
Here, output signals of the data flip-flop circuits FF10, FF11, FF12, and FF13 are referred to as selection signals HSEL10, HSEL11, HSEL12, and HSEL13.
セレクタSL10は、2つの入力I0、I1を有し、この2つの入力部I0,I1がスタートパルスφSTの供給ラインに共通に接続され、出力がデータフリップフロップ回路FF10のデータ入力部に接続されている。
セレクタSL10は、切替信号SW10がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW10がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL10は、入力部I0,I1がスタートパルスφSTの供給ラインに共通に接続されていることから、切替信号SW10が「0」、「1」にかかわらずスタートパルスφSTを選択してデータフリップフロップ回路FF10に供給する。
The selector SL10 has two inputs I0 and I1, and these two inputs I0 and I1 are connected in common to the supply line of the start pulse φST, and the output is connected to the data input of the data flip-flop circuit FF10. Yes.
The selector SL10 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW10 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW10 is at the high level “1”. Output.
That is, the selector SL10 selects the start pulse φST and outputs data regardless of whether the switching signal SW10 is “0” or “1” because the input portions I0 and I1 are commonly connected to the supply line of the start pulse φST. This is supplied to the flip-flop circuit FF10.
セレクタSL11は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0がデータフリップフロップ回路FF10の選択信号HSEL10の出力ラインに接続され、入力部I1は固定電位に接続された状態にある。
セレクタSL11は、切替信号SW11がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW11がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL11は、切替信号SW11が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10を次段のデータフリップフロップ回路FF11のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL11は、切替信号SW11が「1」のときは次段のデータフリップフロップ回路FF11に何の信号も供給しない。これにより、スタートパルスφSTのシフト動作において、データフリップフロップ回路FF11はバイパスされる。
The selector SL11 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL10 of the data flip-flop circuit FF10, and the input unit I1 is connected to a fixed potential.
The selector SL11 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW11 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW11 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW11 is “0”, the selector SL11 supplies the selection signal HSEL10, which is the output of the previous data flip-flop circuit FF10, to the data input section of the next data flip-flop circuit FF11.
On the other hand, when the switching signal SW11 is “1”, the selector SL11 does not supply any signal to the next data flip-flop circuit FF11. Thereby, the data flip-flop circuit FF11 is bypassed in the shift operation of the start pulse φST.
セレクタSL12は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0が前段のデータフリップフロップ回路FF11の選択信号HSEL11の出力ラインに接続され、入力部I1が2段前のデータフリップフロップ回路FF10の選択信号HSEL10の出力ラインに接続されている。
セレクタSL12は、切替信号SW12がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW12がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL12は、切替信号SW11が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF11の出力である選択信号HSEL11をデータフリップフロップ回路FF12のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL12は、切替信号SW11が「1」のときは2段前のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10をデータフリップフロップ回路FF12のデータ入力部に供給する。
The selector SL12 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL11 of the preceding data flip-flop circuit FF11, and the input unit I1 is connected to the two-stage previous data flip-flop circuit FF10. It is connected to the output line of the selection signal HSEL10.
The selector SL12 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW12 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW12 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW11 is “0”, the selector SL12 supplies the selection signal HSEL11, which is the output of the preceding data flip-flop circuit FF11, to the data input section of the data flip-flop circuit FF12.
On the other hand, when the switching signal SW11 is “1”, the selector SL12 supplies the selection signal HSEL10, which is the output of the data flip-flop circuit FF10 two stages before, to the data input section of the data flip-flop circuit FF12.
セレクタSL13は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0がデータフリップフロップ回路FF12の選択信号HSEL12の出力ラインに接続され、入力部I1は固定電位に接続された状態にある。
セレクタSL13は、切替信号SW13がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW13がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL13は、切替信号SW13が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF12の出力である選択信号HSEL12を次段のデータフリップフロップ回路FF13のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL13は、切替信号SW13が「1」のときは次段のデータフリップフロップ回路FF13に何の信号も供給しない。これにより、スタートパルスφSTのシフト動作において、データフリップフロップ回路FF13はバイパスされる。
The selector SL13 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL12 of the data flip-flop circuit FF12, and the input unit I1 is connected to a fixed potential.
The selector SL13 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW13 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW13 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW13 is “0”, the selector SL13 supplies the selection signal HSEL12, which is the output of the previous data flip-flop circuit FF12, to the data input section of the next data flip-flop circuit FF13.
On the other hand, when the switching signal SW13 is “1”, the selector SL13 does not supply any signal to the next data flip-flop circuit FF13. Thereby, the data flip-flop circuit FF13 is bypassed in the shift operation of the start pulse φST.
そして、実際にデータ読み出し回路141として、データ転送線14-0,14-1,14-2,14-3と、その出力線に応じたセンスアンプ16-0,16-1,16-2,16-3が配置され、各データ転送線14-0,14-1,14-2,14-3と各ADC10〜ADC115のデータ出力部との間にnチャネルMOSトランジスタからなるスイッチングトランジスタNT10〜NT115が接続されている。
Then, the
具体的には、データ転送線14-0とADC10,ADC12,ADC18,ADC110のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT10,NT12,NT18,NT110が接続されている。
データ転送線14-1とADC11,ADC13,ADC19,ADC111のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT11,NT13,NT19,NT111が接続されている。
データ転送線14-2とADC14,ADC16,ADC112,ADC114のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT14,NT16,NT112,NT114が接続されている。
データ転送線14-3とADC15,ADC17,ADC113,ADC115のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT15,NT17,NT113,NT115が接続されている。
Specifically, switching transistors NT10, NT12, NT18, and NT110 are connected between the data transfer line 14-0 and the data output units of the ADC10, ADC12, ADC18, and ADC110, respectively.
Switching transistors NT11, NT13, NT19, NT111 are connected between the data transfer line 14-1 and the data output sections of the ADC11, ADC13, ADC19, ADC111, respectively.
Switching transistors NT14, NT16, NT112, and NT114 are connected between the data transfer line 14-2 and the data output portions of the
Switching transistors NT15, NT17, NT113, and NT115 are connected between the data transfer line 14-3 and the data output sections of the ADC15, ADC17, ADC113, and ADC115, respectively.
そして、ADC10,ADC11,ADC14,ADC15の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT10,NT11,NT14,NT15のゲートにデータフリップフロップ回路FF10から出力される選択信号HSEL10が供給される。
ADC12,ADC13,ADC16,ADC17の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT12,NT13,NT16,NT17のゲートにデータフリップフロップ回路FF11から出力される選択信号HSEL11が供給される。
ADC18,ADC19,ADC112,ADC113の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT18,NT19,NT112,NT113のゲートにデータフリップフロップ回路FF12から出力される選択信号HSEL12が供給される。
ADC110,ADC111,ADC114,ADC15の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT110,NT111,NT114,NT115のゲートにデータフリップフロップ回路FF13から出力される選択信号HSEL13が供給される。
The selection signal HSEL10 output from the data flip-flop circuit FF10 is supplied to the gates of the switching transistors NT10, NT11, NT14, and NT15 connected to the outputs of the ADC10, ADC11, ADC14, and ADC15.
The selection signal HSEL11 output from the data flip-flop circuit FF11 is supplied to the gates of the switching transistors NT12, NT13, NT16, NT17 connected to the outputs of the ADC12, ADC13, ADC16, ADC17.
ADC18, ADC19, ADC112,
The selection signal HSEL13 output from the data flip-flop circuit FF13 is supplied to the gates of the switching transistors NT110, NT111, NT114, NT115 connected to the outputs of the
データ読み出しの水平走査は1H(1水平走査期間)時間内に1行分のデータをすべて読み取る必要があるため、非常に高速な動作が要求される。
特に、近年CMOSイメージセンサの高画素化、高フレームレート化が進んでおり、出力のデータレートは数百MHzにまで達している。よって、水平方向にデータを読み出すセンスアンプは、特に高速動作を求められる。
しかし、センスアンプの動作は数百MHzで駆動させることが困難なため、データレートを保証するために並列に接続される。
図2の例では、4並列に接続したセンスアンプ16-0〜16-3をあらわしており、センスアンプおよびデータ転送線は4n本配置されている。
In the horizontal scan for data reading, since it is necessary to read all the data for one row within 1H (one horizontal scan period), a very high-speed operation is required.
In particular, CMOS image sensors have recently increased in pixel count and frame rate, and the output data rate has reached several hundred MHz. Therefore, a sense amplifier that reads data in the horizontal direction is particularly required to operate at high speed.
However, since the operation of the sense amplifier is difficult to drive at several hundred MHz, it is connected in parallel to guarantee the data rate.
In the example of FIG. 2, four sense amplifiers 16-0 to 16-3 connected in parallel are shown, and 4n sense amplifiers and data transfer lines are arranged.
このような構成により、4列のカラムのメモリに格納されている4nビットのデータが4nビットのデータ転送線を通して転送され、データソート回路18に入力される。
この構成であれば、センスアンプのデータレートは実際のデータレートの1/4となる。
With this configuration, 4n-bit data stored in the memory of the four columns is transferred through the 4n-bit data transfer line and input to the
With this configuration, the data rate of the sense amplifier is 1/4 of the actual data rate.
本実施形態においては、Hスキャナ140の各データフリップフロップ回路が指すカラムの選択順番を順次選択するのではなく、間引き処理を行う際に読み出すカラムと、読み出さないカラムとで、別々にまとめた構成にし、選択順番を変更して読み出すことにより、フレームレートを倍にする水平方向の2/4間引き読み出しが実現可能となっている。
そして、本実施形態においては、通常読み出し時はランダムアクセスとなるが、出力先のデータ処理回路17にデータ格納メモリを搭載し、並び替える機能を持つデータソート回路18を搭載することにより、ランダムアクセスにて出力されたデータをソートし、結果的に順次データとして処理することが可能となっている。
データソート回路18については後で詳述する。
In the present embodiment, instead of sequentially selecting the column selection order indicated by each data flip-flop circuit of the
In this embodiment, random access is performed during normal reading. However, by installing a data storage memory in the output
The data sort
以上のように、本実施形態においては、Hスキャナ140の1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10は0,1カラム目と4,5カラム目のスイッチングトランジスタNT10、NT11,NT14,NT15のゲートに供給されている。
2段目のデータフリップフロップ回路FF11の出力であるHSEL11は2,3カラム目と6,7カラム目のスイッチングトランジスタNT12,NT13,NT16,NT17のゲートに供給されている。
つまり、1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10は2/4間引き時に読み出すカラム列に供給されており、2段目のデータフリップフロップ回路FF11の出力である選択信号HSEL11は2/4間引き時に読み飛ばすカラム列に供給されている。
As described above, in this embodiment, the selection signal HSEL10 that is the output of the first stage data flip-flop circuit FF10 of the
HSEL11 which is the output of the second-stage data flip-flop circuit FF11 is supplied to the gates of the switching transistors NT12, NT13, NT16 and NT17 in the second and third columns and the sixth and seventh columns.
That is, the selection signal HSEL10 that is the output of the first-stage data flip-flop circuit FF10 is supplied to the column column that is read out during 2/4 decimation, and the selection signal HSEL11 that is the output of the second-stage data flip-flop circuit FF11 is It is supplied to a column row that is skipped during 2/4 thinning.
このように、本実施形態においては、Hスキャナ140のデータフリップフロップ回路FF10〜FF1xの出力を、間引き時に読み出すカラムと、読み飛ばすカラムを交互に接続する構成が採用されている。
また、各データフリップフロップ回路FF10〜FF1xの入力信号に、2入力のセレクタSL10〜SL1xが配置されている。
As described above, in this embodiment, a configuration is employed in which the columns for reading out the outputs of the data flip-flop circuits FF10 to FF1x of the
In addition, two-input selectors SL10 to SL1x are arranged for input signals of the data flip-flop circuits FF10 to FF1x.
本実施形態においては、データフリップフロップ回路FF11〜FF1xの入力に配置されるセレクタSL11〜SL1xの入力信号は、1つは前段の選択信号HSEL1(x-1)であるが、もうひとつの入力信号は、間引き時に読み出すデータフリップフロップ回路FF10、FF12、・・については前々段の出力信号HSEL1(x-2)であり、間引き時に読み飛ばすデータフリップフロップ回路FF11,FF13,・・については固定電位としている。 In this embodiment, one of the input signals of the selectors SL11 to SL1x arranged at the inputs of the data flip-flop circuits FF11 to FF1x is the selection signal HSEL1 (x−1) of the previous stage, but another input signal. Is the output signal HSEL1 (x-2) of the preceding stage for the data flip-flop circuits FF10, FF12,. It is said.
以上の構成で、通常読み出しを実行する場合は、セレクタの切替信号SW10〜SW1xを「0」とする。このように設定することにより全てのデータフリップフロップ回路FF11〜FF1xの入力は前段の出力となり、全てのデータフリップフロップ回路FF10〜FF1xを走査するようになる。
この状態でHスキャナ140にスタートパルスφSTを入力すると、クロックφCKに同期して1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10により0カラム目、1カラム目、4カラム目、5カラム目が選択され、データAD0,AD1,AD4,AD5が読み出される。
次のクロックでは選択信号HSEL11が選択する2,3,6,7カラム目のデータAD2,AD3,AD6,AD7が読み出される。
In the above configuration, when normal reading is executed, the selector switching signals SW10 to SW1x are set to “0”. By setting in this way, the inputs of all the data flip-flop circuits FF11 to FF1x become the previous stage output, and all the data flip-flop circuits FF10 to FF1x are scanned.
In this state, when the start pulse φST is input to the
At the next clock, the data AD2, AD3, AD6, AD7 of the second, third, sixth and seventh columns selected by the selection signal HSEL11 are read.
また、間引き動作を実行する場合は、各切替信号SW10〜SW1xを「1」として各セレクタSL10〜SL1xの入力をI1とする。
このように設定することにより、Hスキャナ140において、データフリップフロップ回路が1つおきに走査するようになる。
この状態でHスキャナ140にスタートパルスφSTを入力すると、クロックφCKに同期して1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10により0カラム目、1カラム目、4カラム目、5カラム目が選択され、そのデータAD0,AD1,AD4,AD5が読み出される。
次のクロックでは2段目のデータフリップフロップ回路FF11による選択信号HSEL11が読み飛ばされ、3段目のデータフリップフロップ回路FF12の出力である選択信号HSEL12がアクティブとなり、選択信号HSEL12により選択される8,9,12,13カラム目のデータAD8,AD9,AD12,AD13が読み出され、不要なデータは読み飛ばしながら2/4間引き読み出しが実現される。
When performing the thinning operation, the switching signals SW10 to SW1x are set to “1”, and the inputs of the selectors SL10 to SL1x are set to I1.
With this setting, every other data flip-flop circuit scans in the
In this state, when the start pulse φST is input to the
At the next clock, the selection signal HSEL11 by the second-stage data flip-flop circuit FF11 is skipped, the selection signal HSEL12 that is the output of the third-stage data flip-flop circuit FF12 becomes active, and is selected by the selection signal HSEL12. , 9, 12, and 13th column data AD8, AD9, AD12, and AD13 are read out, and 2/4 decimation readout is realized while skipping unnecessary data.
以上のように、Hスキャナ140において、各データフリップフロップ回路が指すカラムの選択順番を順次選択するのではなく、間引き処理を行う際に読み出すカラムと、読み出さないカラムとで、別々にまとめた構成にし、選択順番を変更して読み出すことにより、フレームレートを倍にする水平方向の2/4間引き読み出しが実現可能となる。
通常、読み出し時はランダムアクセスとなるが、本実施形態においては、前述したように、出力先のデータ処理回路17にデータ格納メモリを搭載し、並び替える機能を持つデータソート回路18を搭載することにより、ランダムアクセスにて出力されたデータをソートし、結果的に順次データとして処理することが可能となっている。
As described above, the
Normally, random access is performed at the time of reading, but in this embodiment, as described above, a data storage memory is mounted in the output
図3は、本実施形態に係る2/4間引きに対応したデータソート回路の構成例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a data sort circuit corresponding to 2/4 decimation according to the present embodiment.
図2のセンスアンプ16−0〜16−3から出力された4チャンネルのnビット(nbit)のデータがクロックclkgtに同期して順次データソート回路18に入力される。
図3のデータソート回路18は、0チャンネルと1チャンネルは2段のフリップフロップ回路を有している。
図3においては、0チャンネルの1段目のフリップフロップ回路をsort_indat0で示し、2段目のフリップフロップ回路をindat0_dly1で示している。
同様に、1チャンネルの2段のフリップフロップ回路を1段目から順にsort_indat1,indat1_dly1で示している。
また、2チャンネルと3チャンネルは3段のフリップフロップ回路を持っており、2チャンネルの3段のフリップフロップ回路を1段目から順にsort_indat2,indat2_dly1, indat2_dly2で示している。同様に、3チャンネルの3段のフリップフロップ回路を1段目から順にsort_indat3,indat3_dly1, indat3_dly2で示している。
4 channels of n-bit (nbit) data output from the sense amplifiers 16-0 to 16-3 in FIG. 2 are sequentially input to the
The data sort
In FIG. 3, the first-stage flip-flop circuit of
Similarly, two-stage flip-flop circuits of one channel are indicated by sort_indat1 and indat1_dly1 in order from the first stage.
The 2 and 3 channels have a 3-stage flip-flop circuit, and the 2-channel 3-stage flip-flop circuit is indicated by sort_indat2, indat2_dly1, and indat2_dly2 in order from the first stage. Similarly, the three-channel three-stage flip-flop circuits are indicated by sort_indat3, indat3_dly1, and indat3_dly2 in order from the first stage.
さらに、データソート回路18は、マルチプレクサ180〜184を有している。
Further, the
マルチプレクサ180は、0チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1の出力と2チャンネルの3段目のフリップフロップ回路indat2_dly2の出力のいずれかを選択して出力する。
マルチプレクサ180は、1ビットの信号sort_cntが「0」のとき1チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat1_dly1の出力を選択し、「1」のとき3チャンネルの3段目のフリップフロップ回路indat3_dly2の出力を選択する。
The
The
マルチプレクサ181は、1チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat1_dly1の出力と3チャンネルの3段目のフリップフロップ回路indat3_dly2の出力のいずれかを選択して出力する。
マルチプレクサ181は、1ビットの信号sort_cntが「0」のとき1チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat1_dly1の出力を選択し、「1」のとき3チャンネルの3段目のフリップフロップ回路indat3_dly2の出力を選択する。
The
The
マルチプレクサ182は、2チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat2_dly1の出力と0チャンネルの1段目のフリップフロップ回路sort_indat0の出力のいずれかを選択して出力する。
マルチプレクサ182は、1ビットの信号sort_cntが「0」のとき2チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat2_dly1の出力を選択し、「1」のとき0チャンネルの1段目のフリップフロップ回路sort_indat0の出力を選択する。
The
The
マルチプレクサ183は、1チャンネルの1段目のフリップフロップ回路sort_indat1の出力と3チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat3_dly1の出力のいずれかを選択して出力する。
マルチプレクサ183は、1ビットの信号sort_cntが「0」のとき1チャンネルの1段目のフリップフロップ回路sort_indat1の出力を選択し、「1」のとき3チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat3_dly1の出力を選択する。
The
The
マルチプレクサ184は、0〜3チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1、indat1_dly1、indat2_dly1、indat3_dly1の出力の4チャンネルのデータ(4ch×nbit)と、マルチプレクサ180〜183により選択され出力される4チャンネルのデータ(4ch×nbit)とのいずれかを選択して出力する。
マルチプレクサ184は、通常読み出しと2/4間引き読み出しを切り分けるモード切替信号hsdcmtが「0」のとき通常読み出しモードとして、マルチプレクサ180〜183により選択され出力される4チャンネルのデータ(4ch×nbit)を選択する。
マルチプレクサ184は、モード切替信号hsdcmtが「1」のとき2/4間引き読み出しモードとして0〜3チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1、indat1_dly1、indat2_dly1、indat3_dly1の出力の4チャンネルのデータ(4ch×nbit)を選択する。
The
The
When the mode switching signal hsdcmt is “1”, the
すなわち、本実施形態においては、モード切替信号hsdcmtが「0」のときが通常読み出しモード、「1」のときが2/4間引きモードとする。 That is, in the present embodiment, the normal read mode is set when the mode switching signal hsdcmt is “0”, and the 2/4 thinning mode is set when it is “1”.
図4は、図3のデータソート回路の通常読み出し動作と2/4間引き動作を説明するための図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining a normal read operation and a 2/4 thinning operation of the data sort circuit of FIG.
ここで、データソート回路18の通常読み出しの場合の動作について説明する。
Here, the operation of the
クロックclkgtに同期して最初の1クロック目でデータAD0,AD1,AD4,AD5が各チャンネルch0〜ch3の1段目のフリップフロップ回路sort_indat0〜sort_indat3に格納され、2クロック目で2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1〜indat3_dly1に格納される。
ここで、チャンネルCH0の2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1からデータAD0、チャンネルch1の2段目のフリップフロップ回路indat1_dly1からデータAD1、チャンネルch0の1段目のフリップフロップ回路sort_indat0からデータAD2、チャンネルch1の1段目のフリップフロップ回路sort_indat1から、データAD3が出力される。
これらを出力に接続すると、結果としてAD0〜AD3というように、ソートされたデータが出力される。
The data AD0, AD1, AD4, and AD5 are stored in the first stage flip-flop circuits sort_indat0 to sort_indat3 of each channel ch0 to ch3 in synchronization with the clock clkgt, and the second stage flip-flop in the second clock. Stored in the in-circuits indat0_dly1-indat3_dly1.
Here, the data AD0 from the second flip-flop circuit indat0_dly1 of the channel CH0, the data AD1 from the second flip-flop circuit indat1_dly1 of the channel ch1, the data AD2 from the first flip-flop circuit sort_indat0 of the channel ch0, the channel ch1 The data AD3 is output from the first-stage flip-flop circuit sort_indat1.
When these are connected to the output, the sorted data is output as a result, such as AD0 to AD3.
また、3クロック目で、チャンネルch2の3段目のフリップフロップ回路indat2_dly2からデータAD4、チャンネルch3の3段目のフリップフロップ回路indat3_dly2からデータAD5、チャンネルch2の2段目のフリップフロップ回路indat2_dly1からデータAD6、チャンネルch3の2段目のフリップフロップ回路indat3_dly1からデータAD7が出力される。
これらを出力に接続すると、結果としてAD4〜AD7というように、ソートされたデータが出力される。
また、4クロック目では2クロック目と同様の出力接続により、データAD8〜AD11が出力され、5クロック目では3クロック目と同様の出力接続にするより、データAD12〜AD15が出力される。
At the third clock, data AD4 from the third stage flip-flop circuit indat2_dly2 of channel ch2, data AD5 from the third stage flip-flop circuit indat3_dly2 of channel ch3, and data from the second stage flip-flop circuit indat2_dly1 of channel ch2 Data AD7 is output from the flip-flop circuit indat3_dly1 at the second stage of AD6 and channel ch3.
When these are connected to the output, the sorted data is output as AD4 to AD7 as a result.
In the fourth clock, data AD8 to AD11 are output by the same output connection as in the second clock, and in the fifth clock, data AD12 to AD15 are output from the same output connection as in the third clock.
以上から、各フリップフロップ回路の出力をクロックに同期して上記の2通りの接続に切り替えることにより、結果としてソートされたデータを出力することができる。ここでは出力の切替を示すパルスとして、1ビットの信号sort_cntを用意している。 From the above, by switching the output of each flip-flop circuit to the above two connections in synchronization with the clock, the sorted data can be output as a result. Here, a 1-bit signal sort_cnt is prepared as a pulse indicating output switching.
また、間引き動作の場合はクロックclkrtに同期して、2クロック目以降の2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1〜indat3_dly1の出力がそのまま出力となる。
以上説明した回路構成で、2/4間引き動作のときに、有効データのみを読み出すことができるようになり、結果として通常読み出しの倍のフレームレートで動作することが可能となる。
In the case of the thinning-out operation, the outputs of the second-stage flip-flop circuits indat0_dly1 to indat3_dly1 after the second clock are output as they are in synchronization with the clock clkrt.
With the circuit configuration described above, it becomes possible to read out only valid data during the 2/4 decimation operation, and as a result, it is possible to operate at a frame rate twice that of normal reading.
また、これまでHスキャナのデータフリップフロップ回路を1つ読み飛ばすことで2/4間引きが実現できるとしたが、3つおきに読み飛ばす構成にすれば、2/8間引きが可能となり、その場合フレームレートを通常動作の4倍で動作させることが可能となる。 In addition, until now, 2/4 decimation can be realized by skipping one data flip-flop circuit of the H scanner, but if it is configured to skip every third, 2/8 decimation is possible. It is possible to operate at a frame rate four times that of normal operation.
<第2実施形態>
図5は、本発明の第2の実施形態に係るデータ転送回路を含む列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a solid-state image pickup device (CMOS image sensor) equipped with a column parallel ADC including a data transfer circuit according to the second embodiment of the present invention.
本第2の実施形態は、2/4間引き動作の別の実施形態であって、上述した第1の実施形態と異なる点は、奇数列と偶数列とが別系統で読み出す構造(図5に対応させると上下読み出し構造)となっており、Hスキャナ140A,140Bの各データフリップフロップ回路からADC群12A,12Bに接続されている2本の出力信号線を、4カラムおきに接続したことにある。
The second embodiment is another embodiment of the 2/4 thinning-out operation, and is different from the first embodiment described above in that the odd-numbered columns and the even-numbered columns are read out by different systems (see FIG. 5). Correspondingly, it is a vertical reading structure), and two output signal lines connected to the
奇数列読み出し側(図5において上側)は、ADC群12A、Hスキャナ140A、データ転送線14A-0、14A-1、スイッチングトランジスタNT11,NT13,NT15,NT17,NT19,NT111,NT113,NT115、およびセンスアンプ16A-1,16A-2が配置されている。
The odd column reading side (upper side in FIG. 5) is the
ADC群12Aには、奇数の列線に接続されたADC11,ADC13,ADC15,ADC17,ADC19,ADC111,ADC113,ADC115を含む。
The
Hスキャナ140Aは、基本的には、第1の実施形態のHスキャナ140と同様の構成、機能を有し、データフリップフロップ回路FFA10,FFA11,FFA12,FFA13、およびセレクタSLA10,SLA11,SLA12,SLA13を含んで構成されている。
セレクタSLA10には切替信号SWA10が供給され、セレクタSLA11には切替信号SWA11が供給され、セレクタSLA12には切替信号SWA12が供給され、セレクタSLA13には切替信号SWA13が供給される。
The
The selector SLA10 is supplied with a switching signal SWA10, the selector SLA11 is supplied with a switching signal SWA11, the selector SLA12 is supplied with a switching signal SWA12, and the selector SLA13 is supplied with a switching signal SWA13.
データ転送線14A-0とADC11,ADC13,ADC19,ADC111のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT11,NT13,NT19,NT111が接続されている。
データ転送線14A-1とADC15,ADC17,ADC113,ADC115のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT15,NT17,NT113,NT115が接続されている。
Switching transistors NT11, NT13, NT19, NT111 are connected between the
Switching transistors NT15, NT17, NT113, and NT115 are connected between the
そして、Hスキャナ140Aのデータフリップフロップ回路FFA10の出力である選択信号HSELA10がスイッチングトランジスタNT11,NT15のゲートに供給される。
データフリップフロップ回路FFA11の出力である選択信号HSELA11がスイッチングトランジスタNT13,NT17のゲートに供給される。
データフリップフロップ回路FFA12の出力である選択信号HSELA12がスイッチングトランジスタNT19,NT113のゲートに供給される。
フリップフロップ回路FFA13の出力である選択信号HSELA13がスイッチングトランジスタNT111,NT115のゲートに供給される。
Then, a selection signal HSELA10 that is an output of the data flip-flop circuit FFA10 of the
A selection signal HSELA11, which is the output of the data flip-flop circuit FFA11, is supplied to the gates of the switching transistors NT13 and NT17.
A selection signal HSELA12, which is the output of the data flip-flop circuit FFA12, is supplied to the gates of the switching transistors NT19 and NT113.
A selection signal HSELA13, which is the output of the flip-flop circuit FFA13, is supplied to the gates of the switching transistors NT111 and NT115.
偶数列読み出し側(図5において下側)は、ADC群12B、Hスキャナ140B、データ転送線14B-0、14B-1、スイッチングトランジスタNT10,NT12,NT14,NT16,NT18,NT110,NT112,NT114、およびセンスアンプ16B-1,16B-2が配置されている。
The even column readout side (lower side in FIG. 5) is the ADC group 12B, the H scanner 140B, the
ADC群12Bには、奇数の列線に接続されたADC10,ADC12,ADC14,ADC16,ADC18,ADC110,ADC112,ADC114を含む。 The ADC group 12B includes ADC10, ADC12, ADC14, ADC16, ADC18, ADC110, ADC112, and ADC114 connected to odd-numbered column lines.
Hスキャナ140Bは、基本的には、第1の実施形態のHスキャナ140と同様の構成、機能を有し、データフリップフロップ回路FFB10,FFB11,FFB12,FFB13、およびセレクタSLB10,SLB11,SLB12,SLB13を含んで構成されている。
セレクタSLB10には切替信号SWB10が供給され、セレクタSLB11には切替信号SWB11が供給され、セレクタSLB12には切替信号SWB12が供給され、セレクタSLB13には切替信号SWB13が供給される。
The H scanner 140B basically has the same configuration and function as the
The selector SLB10 is supplied with a switching signal SWB10, the selector SLB11 is supplied with a switching signal SWB11, the selector SLB12 is supplied with a switching signal SWB12, and the selector SLB13 is supplied with a switching signal SWB13.
データ転送線14B-0とADC14,ADC16,ADC112,ADC114のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT14,NT16,NT112,NT114が接続されている。
データ転送線14B-1とADC10,ADC12,ADC18,ADC110のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT10,NT12,NT18,NT110が接続されている。
Switching transistors NT14, NT16, NT112, and NT114 are connected between the
Switching transistors NT10, NT12, NT18, NT110 are connected between the
そして、Hスキャナ140Bのデータフリップフロップ回路FFB10の出力である選択信号HSELB10がスイッチングトランジスタNT10,NT14のゲートに供給される。
フリップフロップ回路FFB11の出力である選択信号HSELB11がスイッチングトランジスタNT12,NT16のゲートに供給される。
フリップフロップ回路FFB12の出力である選択信号HSELB12がスイッチングトランジスタNT18,NT112のゲートに供給される。
フリップフロップ回路FFB13の出力である選択信号HSELB13がスイッチングトランジスタNT110,NT114のゲートに供給される。
Then, the selection signal HSELB10 that is the output of the data flip-flop circuit FFB10 of the H scanner 140B is supplied to the gates of the switching transistors NT10 and NT14.
A selection signal HSELB11, which is the output of the flip-flop circuit FFB11, is supplied to the gates of the switching transistors NT12 and NT16.
A selection signal HSELB12 that is the output of the flip-flop circuit FFB12 is supplied to the gates of the switching transistors NT18 and NT112.
A selection signal HSELB13, which is the output of the flip-flop circuit FFB13, is supplied to the gates of the switching transistors NT110 and NT114.
本第2の実施形態に係る固体撮像素子10Aにおいては、奇数側(上側)のHスキャナ140Aの1段目のデータフリップフロップ回路FFA10の出力である選択信号HSELA10は1カラム目と5カラム目のスイッチングトランジスタNT11、NT15のゲートに供給されており、偶数側(下側)のHスキャナ140Bの1段目のデータフリップフロップ回路FFB10の出力である選択信号HSELB10は0カラム目と4カラム目に接続されている。
また、奇数側(上側)のHスキャナ140Aの2段目のデータフリップフロップ回路FFA11の出力である選択信号HSELA11は3カラム目と7カラム目のスイッチングトランジスタNT13,NT17のゲートに供給されており、偶数側(下側)のHスキャナ140Bの2段目のデータフリップフロップ回路FFB11の出力である選択信号HSELB11は2カラム目と6カラム目のスイッチングトランジスタNT12,NT16のゲートに供給されている。
In the solid-
The selection signal HSELA11, which is the output of the second-stage data flip-flop circuit FFA11 of the odd-numbered (upper)
つまり、本第2の実施形態において、1段目のデータフリップフロップ回路FFA10,FFB10の出力である選択信号HSELA10,HSELB10は2/4間引き時に読み出すカラム列に供給されており、2段目のデータフリップフロップ回路FFA11,FFB11の出力である選択信号HSELA11,HSELB11は2/4間引き時に読み飛ばすカラム列に供給されている。 That is, in the second embodiment, the selection signals HSELA10 and HSELB10, which are the outputs of the first-stage data flip-flop circuits FFA10 and FFB10, are supplied to the column column to be read at the time of 2/4 thinning, and the second-stage data The selection signals HSELA11 and HSELB11, which are the outputs of the flip-flop circuits FFA11 and FFB11, are supplied to a column row that is skipped during 2/4 decimation.
このように、本第2の実施形態においても、Hスキャナ140A,140Bのデータフリップフロップ回路の出力を、間引き時に読み出すカラムと、読み飛ばすカラムを交互に接続する構成を採用している。
また、各データフリップフロップ回路の入力側には2入力のセレクタSLA10〜SLA13、SLB10〜SLB13が配置されている。
As described above, the second embodiment also adopts a configuration in which the column for reading out the output of the data flip-flop circuit of the
Two-input selectors SLA10 to SLA13 and SLB10 to SLB13 are arranged on the input side of each data flip-flop circuit.
第1の実施形態の場合と同様に、データフリップフロップ回路FFA1xの入力に配置されるセレクタの入力信号は、1つは前段のフリップフロップ回路の出力である選択信号HSELAx-1であるが、もうひとつの入力信号は、間引き時に読み出すデータフリップフロップ回路については前々段のフリップフロップ回路の出力である選択信号HSELx-2であり、間引き時に読み飛ばすデータフリップフロップ回路については固定電位とする。 As in the case of the first embodiment, one of the selector input signals arranged at the input of the data flip-flop circuit FFA1x is the selection signal HSELAx-1 which is the output of the previous flip-flop circuit. One input signal is a selection signal HSELx-2 that is the output of the preceding flip-flop circuit for the data flip-flop circuit that is read at the time of thinning, and is a fixed potential for the data flip-flop circuit that is skipped at the time of thinning.
以上の構成で、通常読み出しを実行する場合は、セレクタSLA10〜SLA13、SLB10〜SLB13の切替信号SWA10〜SWA13、SWB10〜SWB13を「0」に設定する。
このように設定することにより、全てのデータフリップフロップ回路FFA11〜FFA13、FFB11〜FFB13の入力は前段の出力となり、全てのデータフリップフロップ回路を走査するようになる。
この状態でHスキャナ140A,140BにスタートパルスφSTを入力すると、クロックφCKに同期して1段目のデータフリップフロップ回路FFA10,FFB10の出力である選択信号HSELA10,HSELB10により、0カラム目、1カラム目、4カラム目、5カラム目が選択され、データAD0,AD1,AD4,AD5が読み出される。
次のクロックφCKでは選択信号HSELA11,HSELB11により選択される2,3,6,7カラム目のデータAD2,AD3,AD6,AD7が読み出される。
In the above configuration, when normal reading is performed, the switching signals SWA10 to SWA13 and SWB10 to SWB13 of the selectors SLA10 to SLA13 and SLB10 to SLB13 are set to “0”.
By setting in this way, the inputs of all the data flip-flop circuits FFA11 to FFA13 and FFB11 to FFB13 become the previous stage output, and all the data flip-flop circuits are scanned.
When the start pulse φST is input to the
At the next clock φCK, the data AD2, AD3, AD6, AD7 in the second, third, sixth and seventh columns selected by the selection signals HSELA11, HSELB11 are read.
また、間引き動作を実行する場合は、セレクタSLA10〜SLA13、SLB10〜SLB13の切替信号SWA10〜SWA13、SWB10〜SWB13を「1」に設定する。
このように設定することにより、データフリップフロップ回路が1つおきに走査するようになる。
この状態でHスキャナ140A,140BにスタートパルスφSTを入力すると、クロックφCKに同期して1段目のデータフリップフロップ回路FFA10,FFB10/,FFA10,FFB10の出力である選択信号HSELA10,HSELB10により、0カラム目、1カラム目、4カラム目、5カラム目が選択され、そのデータAD0,AD1,AD4,AD5が読み出される。
次のクロックφCKでは2段目のデータフリップフロップ回路FFA11,FFB11による選択信号HSELA11,HSELB11が読み飛ばされ、3段目のデータフリップフロップ回路FFA12,FFB12による選択信号HSELA12,HSELB12がアクティブとなり、選択信号HSELA12,HSELB12により選択され8,9,12,13カラム目が読み出され、不要なデータは読み飛ばしながら2/4間引き読み出しが実現される。
When executing the thinning operation, the switching signals SWA10 to SWA13 and SWB10 to SWB13 of the selectors SLA10 to SLA13 and SLB10 to SLB13 are set to “1”.
With this setting, every other data flip-flop circuit scans.
In this state, when the start pulse φST is input to the
At the next clock φCK, the selection signals HSELA11 and HSELB11 by the second-stage data flip-flop circuits FFA11 and FFB11 are skipped, the selection signals HSELA12 and HSELB12 by the third-stage data flip-flop circuits FFA12 and FFB12 become active, and the selection signal The eighth, ninth, twelfth, and thirteenth columns selected by
本第2の実施形態では、2/4間引きのときのHスキャナの選択方法を変える構成としたが、2/4間引きに限らず任意のl/m間引きの水平読み出しを実現する構成が可能である。また、別のセレクタおよび、読み飛ばすデータフリップフロップ回路、およびデータフリップフロップ回路の出力が指すカラム位置はどこでもかまわない。 In the second embodiment, the configuration is such that the selection method of the H scanner at the time of 2/4 decimation is changed. However, the configuration is not limited to 2/4 decimation, and a configuration for realizing horizontal reading of arbitrary l / m decimation is possible. is there. The column position indicated by another selector, the data flip-flop circuit to be skipped, and the output of the data flip-flop circuit may be anywhere.
<第3実施形態>
図6は、本発明の第3の実施形態に係るデータ転送回路を含む列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の要部の構成例を示すブロック図である。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a main part of a solid-state image pickup device (CMOS image sensor) equipped with a column parallel ADC including a data transfer circuit according to the third embodiment of the present invention.
本第3の実施形態は2チャンネル並列読み出し、1/3間引き読み出しを実現する構成を示している、
図6においては、理解を容易にするための図2と同一構成および機能部分は同一符号をもって表している。
The third embodiment shows a configuration that realizes 2-channel parallel reading and 1/3 decimation reading.
In FIG. 6, the same components and functional parts as those in FIG. 2 for easy understanding are represented by the same reference numerals.
Hスキャナ140Cは、基本的に、タイミング制御回路15からのクロックφCKに同期して、同じくタイミング制御回路15からのスタートパルスφSTを順次にあるいは1つ飛びにシフトし、出力信号を順次読み出す複数のデータフリップフロップ回路FF10〜FF15、およびセレクタSL10〜SL15により構成されている。
ここで、各データフリップフロップ回路FF10,FF11,FF12,FF13,FF14,FF15の出力信号を選択信号HSEL10,HSEL11,HSEL12,HSEL13,HSEL14,HSEL15とする。
The
Here, the output signals of the data flip-flop circuits FF10, FF11, FF12, FF13, FF14, and FF15 are referred to as selection signals HSEL10, HSEL11, HSEL12, HSEL13, HSEL14, and HSEL15.
セレクタSL10は、2つの入力I0、I1を有し、この2つの入力部I0,I1がスタートパルスφSTの供給ラインに共通に接続され、出力がデータフリップフロップ回路FF10のデータ入力部に接続されている。
セレクタSL10は、切替信号SW10がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW10がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL10は、入力部I0,I1がスタートパルスφSTの供給ラインに共通に接続されていることから、切替信号SW10が「0」、「1」にかかわらずスタートパルスφSTを選択してデータフリップフロップ回路FF10に供給する。
The selector SL10 has two inputs I0 and I1, and these two inputs I0 and I1 are connected in common to the supply line of the start pulse φST, and the output is connected to the data input of the data flip-flop circuit FF10. Yes.
The selector SL10 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW10 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW10 is at the high level “1”. Output.
That is, the selector SL10 selects the start pulse φST and outputs data regardless of whether the switching signal SW10 is “0” or “1” because the input portions I0 and I1 are commonly connected to the supply line of the start pulse φST. This is supplied to the flip-flop circuit FF10.
セレクタSL11は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0がデータフリップフロップ回路FF10の選択信号HSEL10の出力ラインに接続され、入力部I1は固定電位に接続された状態にある。
セレクタSL11は、切替信号SW11がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW11がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL11は、切替信号SW11が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10を次段のデータフリップフロップ回路FF11のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL11は、切替信号SW11が「1」のときは次段のデータフリップフロップ回路FF11に何の信号も供給しない。これにより、スタートパルスφSTのシフト動作において、データフリップフロップ回路FF11はバイパスされる。
The selector SL11 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL10 of the data flip-flop circuit FF10, and the input unit I1 is connected to a fixed potential.
The selector SL11 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW11 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW11 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW11 is “0”, the selector SL11 supplies the selection signal HSEL10, which is the output of the previous data flip-flop circuit FF10, to the data input section of the next data flip-flop circuit FF11.
On the other hand, when the switching signal SW11 is “1”, the selector SL11 does not supply any signal to the next data flip-flop circuit FF11. Thereby, the data flip-flop circuit FF11 is bypassed in the shift operation of the start pulse φST.
セレクタSL12は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0がデータフリップフロップ回路FF11の選択信号HSEL11の出力ラインに接続され、入力部I1は固定電位に接続された状態にある。
セレクタSL12は、切替信号SW12がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW12がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL12は、切替信号SW12が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF11の出力である選択信号HSEL11を次段のデータフリップフロップ回路FF12のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL12は、切替信号SW12が「1」のときは次段のデータフリップフロップ回路FF12に何の信号も供給しない。これにより、スタートパルスφSTのシフト動作において、データフリップフロップ回路FF12はバイパスされる。
The selector SL12 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL11 of the data flip-flop circuit FF11, and the input unit I1 is connected to a fixed potential.
The selector SL12 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW12 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW12 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW12 is “0”, the selector SL12 supplies the selection signal HSEL11, which is the output of the previous data flip-flop circuit FF11, to the data input section of the next data flip-flop circuit FF12.
On the other hand, the selector SL12 does not supply any signal to the data flip-flop circuit FF12 at the next stage when the switching signal SW12 is “1”. Thereby, the data flip-flop circuit FF12 is bypassed in the shift operation of the start pulse φST.
セレクタSL13は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0が前段のデータフリップフロップ回路FF12の選択信号HSEL12の出力ラインに接続され、入力部I1が3段前のデータフリップフロップ回路FF10の選択信号HSEL10の出力ラインに接続されている。
セレクタSL13は、切替信号SW13がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW13がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL13は、切替信号SW13が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF12の出力である選択信号HSEL12をデータフリップフロップ回路FF13のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL13は、切替信号SW13が「1」のときは2段前のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10をデータフリップフロップ回路FF13のデータ入力部に供給する。
The selector SL13 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL12 of the preceding data flip-flop circuit FF12, and the input unit I1 is the three-stage previous data flip-flop circuit FF10. It is connected to the output line of the selection signal HSEL10.
The selector SL13 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW13 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW13 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW13 is “0”, the selector SL13 supplies the selection signal HSEL12 that is the output of the previous data flip-flop circuit FF12 to the data input unit of the data flip-flop circuit FF13.
On the other hand, when the switching signal SW13 is “1”, the selector SL13 supplies the selection signal HSEL10, which is the output of the data flip-flop circuit FF10 two stages before, to the data input section of the data flip-flop circuit FF13.
セレクタSL14は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0がデータフリップフロップ回路FF13の選択信号HSEL13の出力ラインに接続され、入力部I1は固定電位に接続された状態にある。
セレクタSL14は、切替信号SW14がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW14がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL14は、切替信号SW14が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF13の出力である選択信号HSEL13を次段のデータフリップフロップ回路FF14のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL14は、切替信号SW14が「1」のときは次段のデータフリップフロップ回路FF14に何の信号も供給しない。これにより、スタートパルスφSTのシフト動作において、データフリップフロップ回路FF14はバイパスされる。
The selector SL14 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL13 of the data flip-flop circuit FF13, and the input unit I1 is connected to a fixed potential.
The selector SL14 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW14 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW14 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW14 is “0”, the selector SL14 supplies the selection signal HSEL13, which is the output of the previous data flip-flop circuit FF13, to the data input section of the next data flip-flop circuit FF14.
On the other hand, the selector SL14 does not supply any signal to the data flip-flop circuit FF14 at the next stage when the switching signal SW14 is “1”. Thereby, the data flip-flop circuit FF14 is bypassed in the shift operation of the start pulse φST.
セレクタSL15は、2つの入力I0、I1を有し、入力部I0がデータフリップフロップ回路FF14の選択信号HSEL14の出力ラインに接続され、入力部I1は固定電位に接続された状態にある。
セレクタSL15は、切替信号SW15がローレベル「0」のときは、入力I0を選択しその入力を出力し、切替信号SW15がハイレベル「1」のときは、入力I1を選択してその入力を出力する。
すなわち、セレクタSL15は、切替信号SW14が「0」のときは、前段のデータフリップフロップ回路FF14の出力である選択信号HSEL14を次段のデータフリップフロップ回路FF15のデータ入力部に供給する。
一方、セレクタSL15は、切替信号SW15が「1」のときは次段のデータフリップフロップ回路FF15に何の信号も供給しない。これにより、スタートパルスφSTのシフト動作において、データフリップフロップ回路FF15はバイパスされる。
The selector SL15 has two inputs I0 and I1, the input unit I0 is connected to the output line of the selection signal HSEL14 of the data flip-flop circuit FF14, and the input unit I1 is connected to a fixed potential.
The selector SL15 selects and outputs the input I0 when the switching signal SW15 is at the low level “0”, and selects the input I1 when the switching signal SW15 is at the high level “1”. Output.
That is, when the switching signal SW14 is “0”, the selector SL15 supplies the selection signal HSEL14, which is the output of the previous data flip-flop circuit FF14, to the data input section of the next data flip-flop circuit FF15.
On the other hand, the selector SL15 does not supply any signal to the data flip-flop circuit FF15 at the next stage when the switching signal SW15 is “1”. Thereby, the data flip-flop circuit FF15 is bypassed in the shift operation of the start pulse φST.
そして、実際にデータ読み出す回路141Bとして、データ転送線14-0,14-1と、その出力線に応じたセンスアンプ16-0,16-1が配置され、各データ転送線14-0,14-1,と各ADC10〜ADC111のデータ出力部との間にnチャネルMOSトランジスタからなるスイッチングトランジスタNT10〜NT111が接続されている。
As a
具体的には、データ転送線14-0とADC10,ADC12,ADC14,ADC16,ADC18,ADC110のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT10,NT12,NT14,NT16,NT18,NT110が接続されている。
データ転送線14-1とADC11,ADC13,ADC15,ADC17,ADC19,ADC111のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT11,NT13,NT15,NT17,NT19,NT111が接続されている。
データ転送線14-2とADC14,ADC16,ADC112,ADC114のデータ出力部との間に、それぞれスイッチングトランジスタNT14,NT16,NT112,NT114が接続されている。
Specifically, switching transistors NT10, NT12, NT14, NT16, NT18, and NT110 are connected between the data transfer line 14-0 and the data output units of the ADC10, ADC12, ADC14, ADC16, ADC18, and ADC110, respectively. Yes.
Switching transistors NT11, NT13, NT15, NT17, NT19, and NT111 are connected between the data transfer line 14-1 and the data output sections of the ADC11, ADC13, ADC15, ADC17, ADC19, and ADC111, respectively.
Switching transistors NT14, NT16, NT112, and NT114 are connected between the data transfer line 14-2 and the data output portions of the
そして、ADC10,ADC13の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT10,NT13のゲートにデータフリップフロップ回路FF10から出力される選択信号HSEL10が供給される。
ADC11,ADC12の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT11,NT12のゲートにデータフリップフロップ回路FF11から出力される選択信号HSEL11が供給される。
ADC14,ADC15の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT14,NT15のゲートにデータフリップフロップ回路FF12から出力される選択信号HSEL12が供給される。
ADC16,ADC19の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT16,NT19のゲートにデータフリップフロップ回路FF13から出力される選択信号HSEL13が供給される。
ADC17,ADC18の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT17,NT18のゲートにデータフリップフロップ回路FF14から出力される選択信号HSEL14が供給される。
ADC110,ADC111の出力に接続されているスイッチングトランジスタNT110,NT111のゲートにデータフリップフロップ回路FF15から出力される選択信号HSEL15が供給される。
The selection signal HSEL10 output from the data flip-flop circuit FF10 is supplied to the gates of the switching transistors NT10 and NT13 connected to the outputs of the ADC10 and ADC13.
The selection signal HSEL11 output from the data flip-flop circuit FF11 is supplied to the gates of the switching transistors NT11 and NT12 connected to the outputs of the ADC11 and ADC12.
The selection signal HSEL12 output from the data flip-flop circuit FF12 is supplied to the gates of the switching transistors NT14 and NT15 connected to the outputs of the
The selection signal HSEL13 output from the data flip-flop circuit FF13 is supplied to the gates of the switching transistors NT16 and NT19 connected to the outputs of the ADC16 and ADC19.
The selection signal HSEL14 output from the data flip-flop circuit FF14 is supplied to the gates of the switching transistors NT17 and NT18 connected to the outputs of the ADC17 and ADC18.
The selection signal HSEL15 output from the data flip-flop circuit FF15 is supplied to the gates of the switching transistors NT110 and NT111 connected to the outputs of the
以上のように、本第3の実施形態の固体撮像素子10Bにおいては、1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10が0カラム目と3カラム目に供給されている。
2段目のデータフリップフロップ回路FF11の出力である選択信号HSEL11は1カラム目と2カラム目に供給されおり、3段目のデータフリップフロップ回路FF12の出力である選択信号HSEL12は4カラム目と5カラム目に供給されている。
つまり、1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10は1/3間引き時に読み出すカラム列に供給されており、2段目および3段目のデータフリップフロップ回路FF11,FF12の出力は1/3間引き時に読み飛ばすカラムに接続されている。
また、各データフリップフロップ回路の入力段に配置されているセレクタSL10〜SL15の出力は、セレクタSL10〜SL15に入力される切替信号SW10〜SW15が「0」のときは全て前段の出力を選択するようになっている。
そして、セレクタSL10〜SL15に入力される切替信号SW10〜SW15が「1」のときは、セレクタSL13が選択信号HSEL10を選択し出力するようになっており、その前段のセレクタSL11、SL12は固定電圧を出力するようになっている。
As described above, in the solid-
The selection signal HSEL11 that is the output of the second-stage data flip-flop circuit FF11 is supplied to the first and second columns, and the selection signal HSEL12 that is the output of the third-stage data flip-flop circuit FF12 is the fourth column. The fifth column is supplied.
That is, the selection signal HSEL10 that is the output of the first-stage data flip-flop circuit FF10 is supplied to the column column that is read out during 1/3 decimation, and the outputs of the second-stage and third-stage data flip-flop circuits FF11 and FF12. Is connected to a column that skips readings during 1/3 decimation.
The outputs of the selectors SL10 to SL15 arranged at the input stage of each data flip-flop circuit are all selected when the switching signals SW10 to SW15 input to the selectors SL10 to SL15 are “0”. It is like that.
When the switching signals SW10 to SW15 input to the selectors SL10 to SL15 are “1”, the selector SL13 selects and outputs the selection signal HSEL10. The selectors SL11 and SL12 in the previous stage are fixed voltages. Is output.
以上の構成で、通常読み出しを実行する場合は、セレクタSL10〜SL15の切替信号SW10〜SW15を「0」とする。このように設定することにより、全てのデータフリップフロップ回路FF10〜FF15の入力は前段の出力となり、全てのデータフリップフロップ回路FF10〜FF15を走査するようになる。
この状態でHスキャナ140CにスタートパルスφSTを入力すると、クロックφCKに同期して1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10により0カラム目、3カラム目が選択され、データAD0,AD3を読み出される。
次のクロックφCKでは選択信号HSEL11により選択される1,2カラム目のデータAD1,AD2が読み出される。
In the above configuration, when normal reading is performed, the switching signals SW10 to SW15 of the selectors SL10 to SL15 are set to “0”. By setting in this way, the input of all the data flip-flop circuits FF10 to FF15 becomes the output of the previous stage, and all the data flip-flop circuits FF10 to FF15 are scanned.
In this state, when the start pulse φST is input to the
At the next clock φCK, the data AD1 and AD2 in the first and second columns selected by the selection signal HSEL11 are read.
また、間引き動作を実行する場合は、各切替信号SW10〜SW15を「1」とする。このように設定することにより、データフリップフロップ回路が3つおきに走査するようになる。
この状態でHスキャナ140CにスタートパルスφSTを入力すると、クロックφCKに同期して1段目のデータフリップフロップ回路FF10の出力である選択信号HSEL10により0カラム目、3カラム目が選択され、そのデータAD0,AD3が読み出される。
次のクロックφCKではデータフリップフロップ回路FF11およびFF12が読み飛ばされるため3段目のデータフリップフロップ回路FF13の出力である選択信号HSEL13がアクティブとなり、選択信号HSEL13により選択される6,9カラム目のデータが読み出される。
これにより,不要なデータは読み飛ばしながら1/3間引き読み出しが実現され、通常読み出し時の3倍のフレームレートでの読み出しが可能となる。
Further, when executing the thinning-out operation, the switching signals SW10 to SW15 are set to “1”. With this setting, every third data flip-flop circuit scans.
When the start pulse φST is input to the
At the next clock φCK, the data flip-flop circuits FF11 and FF12 are skipped, so that the selection signal HSEL13, which is the output of the third-stage data flip-flop circuit FF13, becomes active, and the sixth and ninth columns selected by the selection signal HSEL13 Data is read out.
As a result, 1/3 decimation reading is realized while skipping unnecessary data, and reading at a frame rate three times that of normal reading becomes possible.
図7は、本実施形態に係る1/3間引きに対応したデータソート回路の構成例を示す図である。
なお、図7においては、理解を容易にするために図3のデータソート回路と同様に構成および機能を有する部分は同一符号をもって表している。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a data sort circuit corresponding to 1/3 decimation according to the present embodiment.
In FIG. 7, for ease of understanding, portions having the same configuration and function as those of the data sort circuit of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
図6のセンスアンプ16-1,16-2から出力された2チャンネルのnビットのデータがクロックclkgtに同期して順次データソート回路18Bに入力される。
図7のデータソート回路18Aは、0チャンネルは2段のフリップフロップ回路を有している。
図7において、1段目のフリップフロップ回路をsort_indat0で示し、2段目のフリップフロップ回路をindat0_dly1で示している。
また、1チャンネルは3段のフリップフロップ回路を持っており、3段のフリップフロップ回路を1段目から順にsort_indat1,indat1_dly1, indat1_dly2で示している。
Two-channel n-bit data output from the sense amplifiers 16-1 and 16-2 in FIG. 6 is sequentially input to the
In the data sort circuit 18A in FIG. 7, the 0 channel has a two-stage flip-flop circuit.
In FIG. 7, the first-stage flip-flop circuit is indicated by sort_indat0, and the second-stage flip-flop circuit is indicated by indat0_dly1.
One channel has a three-stage flip-flop circuit, and the three-stage flip-flop circuits are indicated by sort_indat1, indat1_dly1, and indat1_dly2 in order from the first stage.
さらに、データソート回路18Bは、マルチプレクサ185,186を有している。
Further, the
マルチプレクサ185は、1チャンネルの1段目のフリップフロップ回路sort_indat1の出力、2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1の出力、および3段目のフリップフロップ回路indat1_dly2の出力のいずれか選択する。
マルチプレクサ185は、2ビットの信号sort_cntが「0」のとき1チャンネルの1段目のフリップフロップ回路sort_indat1の出力を選択し、「1」のとき2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1の出力を選択し、「2」のとき3段目のフリップフロップ回路indat1_dly2の出力を選択する。
The
The
マルチプレクサ186は、0および1チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1、indat1_dly1の出力の2チャンネルのデータ(2ch×nbit)と、0チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1のnビットの出力およびマルチプレクサ185により選択されるnビットのデータからなる2チャンネルのデータ(2ch×nbit)とのいずれかを選択して出力する。
マルチプレクサ186は、通常読み出しと1/3間引き読み出しを切り分けるモード切替信号hsdcmtが「0」のとき通常読み出しモードとして、0チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1のnビットの出力およびマルチプレクサ185により選択されるnビットのデータからなる2チャンネルのデータ(2ch×nbit)を選択する。
マルチプレクサ186は、モード切替信号hsdcmtが「1」のとき1/3間引きモードとして、および1チャンネルの2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1、indat1_dly1の出力の2チャンネルのデータ(2ch×nbit)を選択する。
The
The
The
すなわち、本第3の実施形態においては、モード切替信号hsdcmtが「0」のときが通常読み出し、「1」時が1/3間引きモードとする。 That is, in the third embodiment, when the mode switching signal hsdcmt is “0”, normal reading is performed, and when it is “1”, the 1/3 thinning mode is set.
図8は、図7のデータソート回路の通常読み出し動作と1/3間引き動作を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a normal read operation and a 1/3 thinning operation of the data sort circuit of FIG.
ここで、データ18Bの通常読み出しの場合の動作について説明する。
Here, the operation in the case of normal reading of the
クロックclkgtに同期して最初の1クロック目でデータAD0,AD3がそれぞれ1段目のフリップフロップ回路sort_indat0,sort_indat1に格納され、2クロック目で2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1,indat1_dly1に格納される。
ここで、チャンネルch0の2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1からデータAD0、チャンネルch1の1段目のフリップフロップ回路sort_indat1からデータAD1が出力される。
これらを出力につなぐと、結果として、AD0,AD1と、ソートされたデータが出力される。
Data AD0 and AD3 are stored in the first stage flip-flop circuits sort_indat0 and sort_indat1, respectively, in the first first clock in synchronization with the clock clkgt, and are stored in the second stage flip-flop circuits indat0_dly1 and indat1_dly1 in the second clock. .
Here, the data AD0 is output from the second-stage flip-flop circuit indat0_dly1 of the channel ch0, and the data AD1 is output from the first-stage flip-flop circuit sort_indat1 of the channel ch1.
When these are connected to the output, AD0 and AD1 and sorted data are output as a result.
また、3クロック目で、チャンネルch0の2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1からデータAD2、チャンネルch1の3段目のフリップフロップ回路indat1_dly2からデータAD3が出力される。
これらを出力につなぐと、結果として、AD2,AD3と、ソートされたデータが出力される。
At the third clock, the data AD2 is output from the second-stage flip-flop circuit indat0_dly1 of the channel ch0, and the data AD3 is output from the third-stage flip-flop circuit indat1_dly2 of the channel ch1.
When these are connected to the output, AD2 and AD3 and the sorted data are output as a result.
また、4クロック目では、チャンネルch0の1段目のフリップフロップ回路indat0_dly1からデータAD4、チャンネルch1の2段目のフリップフロップ回路indat1_dly1からデータAD5が出力される。
これらを出力につなぐと、結果として、AD4,AD5と、ソートされたデータが出力される。
5ロック目では、2クロック目と同様の出力接続をとることにより、データAD6,AD7が出力され、6クロック目では、3クロック目と同様の出力接続をとることにより、データAD7,AD8が出力される。
At the fourth clock, data AD4 is output from the first-stage flip-flop circuit indat0_dly1 of channel ch0, and data AD5 is output from the second-stage flip-flop circuit indat1_dly1 of channel ch1.
When these are connected to the output, AD4 and AD5 and the sorted data are output as a result.
In the fifth lock, data AD6 and AD7 are output by taking the same output connection as in the second clock, and in the sixth clock, data AD7 and AD8 are output by taking the same output connection as in the third clock. Is done.
以上から、チャンネルch0の出力は2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1の出力とし、チャンネルch1の出力をクロックに同期させて1段目のフリップフロップ回路sort_indat1の出力、3段目のフリップフロップ回路indat1_dly2の出力、2段目のフリップフロップ回路indat1_dly1の出力と切り替えることにより、結果としてソートされたデータを出力することができる。
本第3の実施形態においては、3パターンの出力の切替を示すパルスとして、2ビットの信号sort_cntを用いている。
From the above, the output of the channel ch0 is the output of the second-stage flip-flop circuit indat0_dly1, the output of the channel ch1 is synchronized with the clock, the output of the first-stage flip-flop circuit sort_indat1, and the output of the third-stage flip-flop circuit indat1_dly2 By switching the output to the output of the second-stage flip-flop circuit indat1_dly1, sorted data can be output as a result.
In the third embodiment, a 2-bit signal sort_cnt is used as a pulse indicating switching of three patterns of outputs.
また、間引き動作の場合はクロックに同期して、2クロック目以降の2段目のフリップフロップ回路indat0_dly1,indat1_dly1の出力がそのまま出力となる。 In the case of the thinning-out operation, the outputs of the second-stage flip-flop circuits indat0_dly1, indat1_dly1 after the second clock are output as they are in synchronization with the clock.
以上のように、Hスキャナにおいて、各データフリップフロップ回路が指すカラムの選択順番を順次選択するのではなく、間引き処理を行う際に読み出すカラムと、読み出さないカラムとで、別々にまとめた構成にし、選択順番を変更して読み出すことにより、水平方向のkカラムの並列読み出しにおいて、1/m間引き読み出しが実現可能となる。 As described above, in the H scanner, the column selection order indicated by each data flip-flop circuit is not sequentially selected, but the columns that are read when performing the thinning process and the columns that are not read are configured separately. By changing the selection order and performing readout, 1 / m thinning readout can be realized in parallel readout of k columns in the horizontal direction.
以上説明したように、本実施形態によれば、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部としての画素アレイ部11と、デジタルデータを転送する複数のデータ転送線14-0〜14-3と、撮像部の各列の画素の出力データの入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、上記複数の画素の各列に対応して並列に配置された複数の保持部としてのADC10〜ADC115を含むADC群12と、クロックに同期して選択信号を生成し、ADC10〜ADC115の出力部に出力するHスキャナ140と、を有し、Hスキャナ140は、ADC10〜ADC115の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して選択信号を対応するADCに出力し、選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列のADCと読み飛ばす配列のADCの出力部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部としてのデータフリップフロップ回路FF10〜FF13を、含み、通常読み出しのときは、複数のデータフリップフロップ回路FF10〜FF13を順次に走査し複数のADCのデータを対応するデータ転送線に出力させ、間引き読み出しのときは、走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列のADCの有効データのみを対応するデータ転送線に出力させることから、以下の効果を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
すなわち、本実施形態によれば、撮像部のデータを間引き処理にて水平転送するシステムにおいて、バスが有効活用間引き処理でバスが有効活用できるようになり、倍のデータレートを実現することができ、フレームレートの高速化に貢献することができる。
また、間引き処理にてフレームレートを落とす必要のない場合は、クロックを遅くするなどの対応ができるようになり、消費電力を削減に貢献することができる。
また、一般的な構成で必要であったDPU側でデータを捨てるなどの冗長な処理が不要になり、DPUをシンプルな構成にすることができるため、設計が容易となり、設計期間、工数の削減へも貢献することができる。
That is, according to the present embodiment, in a system that horizontally transfers the data of the imaging unit by thinning processing, the bus can be effectively used by thinning processing effectively, and a double data rate can be realized. , Can contribute to higher frame rate.
Further, when it is not necessary to reduce the frame rate in the thinning-out process, it is possible to take measures such as slowing down the clock, which can contribute to reduction in power consumption.
In addition, redundant processing such as discarding data on the DPU side, which was necessary in a general configuration, is no longer necessary, and the DPU can be configured in a simple manner, facilitating design and reducing design time and man-hours. Can also contribute.
このような効果を有する固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。 A solid-state imaging device having such an effect can be applied as an imaging device for a digital camera or a video camera.
図9は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of a camera system to which the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention is applied.
本カメラシステム20は、図9に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子10が適用可能な撮像デバイス21と、この撮像デバイス21の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ22と、撮像デバイス21を駆動する駆動回路(DRV)23と、撮像デバイス21の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)24と、を有する。
As shown in FIG. 9, the
駆動回路23は、撮像デバイス21内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス21を駆動する。
The
また、信号処理回路24は、撮像デバイス21の出力信号に対してCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)などの信号処理を施す。
信号処理回路24で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路24で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
The
The image signal processed by the
上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス21として、先述した撮像素子10を搭載することで、高精度なカメラが実現できる。
As described above, a high-precision camera can be realized by mounting the above-described
10,10A,10B・・・固体撮像素子、11・・・画素アレイ部、12・・・ADC群12、13・・・垂直(行)走査回路、14・・・水平(列)走査回路、14-0〜14-3,14A-0,14A-1,14B-0,14B-1・・・テータ転送線、15・・・タイミング制御回路、16・・・センスアンプ(S/A)群、16-0〜16-3,16A-0,16A-1,16B-0,16B-1・・・センスアンプ、17・・・データ処理回路、18,18B・・・データソート回路、FF10〜FF15,FFA10〜FFA13,FFB10〜FFB13・・・データフリップフロップ回路、20・・・カメラシステム、21・・・撮像デバイス、22・・・駆動回路、23・・・レンズ、24・・・信号処理回路。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力し、当該選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列の保持部と読み飛ばす配列の保持部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部と、
通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、当該間引き読み出し時に読み飛ばす配列の保持部に選択信号供給ラインが接続されている上記選択信号生成部をバイパスして、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部に接続されている上記選択信号生成部を順次に走査させるセレクタ部と、を含み、
上記複数の選択信号生成部は、
間引き読み出し時に、間引き読み出す対象となる読み出すべき配列の保持部に接続される複数の第1の選択信号生成部と、読み飛ばす配列の保持部に接続される複数の第2の選択信号生成部と、に区分けされており、
クロック信号に同期して前段側の選択信号生成部により供給される選択信号を自段の選択信号とするとともに、後段側の選択信号生成部に出力する機能を含み、
上記セレクタ部は、
通常読み出しのときは、上記第1および第2の選択信号生成部の上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、
間引き読み出しのときは、前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号を、バイパスした上記第2の選択信号生成部の次段の上記第1の選択信号生成部に供給し、上記第2の選択信号生成部への前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号の供給を停止し、当該第2の選択信号生成部の選択信号の生成を停止させ、
上記走査部は、
通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査し上記複数の保持部のデータを対応する上記転送線に出力させ、
間引き読み出しのときは、上記走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみを対応する上記転送線に出力させる
データ走査回路。 A plurality of transfer lines for transferring data;
A plurality of holding units arranged in parallel holding data corresponding to the input level and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal;
A scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a clock and outputs the selection signal to the holding unit;
The transfer line is
Wired in the parallel arrangement direction of the holding parts,
The scanning unit is
A holding unit of an arrangement that is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, outputs the selection signal to the corresponding holding unit in synchronization with a supplied clock, and an output line of the selection signal is to be read at the time of thinning-out reading A plurality of selection signal generation units alternately and individually connected to the holding unit of the array to be skipped ; and
During normal reading, the plurality of selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal, and during thinning reading, a selection signal supply line is connected to a holding unit of an array that is skipped during the thinning reading. Including a selector unit that sequentially scans the selection signal generation unit connected to a holding unit of an array that reads out data by thinning-out readout, bypassing the selection signal generation unit,
The plurality of selection signal generators are
A plurality of first selection signal generators connected to a holding unit of an array to be read, which is a target for thinning-out reading, and a plurality of second selection signal generators connected to a holding unit of an array to be skipped , And
The selection signal supplied by the selection signal generation unit on the front stage side in synchronization with the clock signal is used as a selection signal for the own stage, and includes a function of outputting to the selection signal generation unit on the rear stage side,
The selector part
During normal reading, the plurality of selection signal generation units of the first and second selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal,
At the time of thinning-out reading, the selection signal of the first selection signal generation unit on the preceding stage side is supplied to the first selection signal generation unit on the next stage of the bypassed second selection signal generation unit, and the first selection signal generation unit Stop supplying the selection signal of the first selection signal generation unit on the preceding stage to the second selection signal generation unit, stop generating the selection signal of the second selection signal generation unit,
The scanning unit is
During normal read, is output to Kiten feed line on the corresponding data of the plurality of holding portions are sequentially scanning the plurality of selection signal generator,
When thinning readout, data scanning circuit for outputting change the order of the scanning, the Kiten feed line on which corresponding only valid data holding portion of the array from which data is to be read in thinning readout.
請求項1記載のデータ走査回路。 The data scanning circuit according to claim 1, further comprising a data sorting circuit that rearranges the read data in a special order corresponding to the connection of the output of the selection signal generation unit during normal reading.
データを転送する複数の転送線と、
上記撮像部の各列の画素の出力データの入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、上記複数の画素の各列に対応して並列に配置された複数の保持部と、
クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力し、当該選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列の保持部と読み飛ばす配列の保持部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部と、
通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、当該間引き読み出し時に読み飛ばす配列の保持部に選択信号供給ラインが接続されている上記選択信号生成部をバイパスして、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部に接続されている上記選択信号生成部を順次に走査させるセレクタ部と、を含み、
上記複数の選択信号生成部は、
間引き読み出し時に、間引き読み出す対象となる読み出すべき配列の保持部に接続される複数の第1の選択信号生成部と、読み飛ばす配列の保持部に接続される複数の第2の選択信号生成部と、に区分けされており、
クロック信号に同期して前段側の選択信号生成部により供給される選択信号を自段の選択信号とするとともに、後段側の選択信号生成部に出力する機能を含み、
上記セレクタ部は、
通常読み出しのときは、上記第1および第2の選択信号生成部の上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、
間引き読み出しのときは、前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号を、バイパスした上記第2の選択信号生成部の次段の上記第1の選択信号生成部に供給し、上記第2の選択信号生成部への前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号の供給を停止し、当該第2の選択信号生成部の選択信号の生成を停止させ、
上記走査部は、
通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査し上記複数の保持部のデータを対応する上記転送線に出力させ、
間引き読み出しのときは、上記走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみを対応する上記転送線に出力させる
固体撮像素子。 An imaging unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A plurality of transfer lines for transferring data;
Corresponding to each column of the plurality of pixels, holding data corresponding to the input level of the output data of the pixels of each column of the imaging unit, and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal A plurality of holding portions arranged in parallel,
A scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a clock and outputs the selection signal to the holding unit;
The transfer line is
Wired in the parallel arrangement direction of the holding parts,
The scanning unit is
A holding unit of an arrangement that is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, outputs the selection signal to the corresponding holding unit in synchronization with a supplied clock, and an output line of the selection signal is to be read at the time of thinning-out reading A plurality of selection signal generation units alternately and individually connected to the holding unit of the array to be skipped ; and
During normal reading, the plurality of selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal, and during thinning reading, a selection signal supply line is connected to a holding unit of an array that is skipped during the thinning reading. Including a selector unit that sequentially scans the selection signal generation unit connected to a holding unit of an array that reads out data by thinning-out readout, bypassing the selection signal generation unit,
The plurality of selection signal generators are
A plurality of first selection signal generators connected to a holding unit of an array to be read, which is a target for thinning-out reading, and a plurality of second selection signal generators connected to a holding unit of an array to be skipped , And
The selection signal supplied by the selection signal generation unit on the front stage side in synchronization with the clock signal is used as a selection signal for the own stage, and includes a function of outputting to the selection signal generation unit on the rear stage side,
The selector part
During normal reading, the plurality of selection signal generation units of the first and second selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal,
At the time of thinning-out reading, the selection signal of the first selection signal generation unit on the preceding stage side is supplied to the first selection signal generation unit on the next stage of the bypassed second selection signal generation unit, and the first selection signal generation unit Stop supplying the selection signal of the first selection signal generation unit on the preceding stage to the second selection signal generation unit, stop generating the selection signal of the second selection signal generation unit,
The scanning unit is
During normal read, is output to Kiten feed line on the corresponding data of the plurality of holding portions are sequentially scanning the plurality of selection signal generator,
When thinning readout is to change the order of the scanning, the solid-state imaging device to output the Kiten feed line on which corresponding only valid data holding portion of the array from which data is to be read in thinning readout.
請求項3記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 3, further comprising a data sort circuit that rearranges the read data in a special order corresponding to the connection of the output of the selection signal generation unit during normal reading.
上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、
データを転送する複数の転送線と、
上記撮像部の各列の画素の出力データの入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、上記複数の画素の各列に対応して並列に配置された複数の保持部と、
クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給されるクロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力し、当該選択信号の出力ラインが間引き読み出し時に読み出すべき配列の保持部と読み飛ばす配列の保持部に交互にかつ個別に接続されている複数の選択信号生成部と、
通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、間引き読み出しのときは、当該間引き読み出し時に読み飛ばす配列の保持部に選択信号供給ラインが接続されている上記選択信号生成部をバイパスして、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部に接続されている上記選択信号生成部を順次に走査させるセレクタ部と、を含み、
上記複数の選択信号生成部は、
間引き読み出し時に、間引き読み出す対象となる読み出すべき配列の保持部に接続される複数の第1の選択信号生成部と、読み飛ばす配列の保持部に接続される複数の第2の選択信号生成部と、に区分けされており、
クロック信号に同期して前段側の選択信号生成部により供給される選択信号を自段の選択信号とするとともに、後段側の選択信号生成部に出力する機能を含み、
上記セレクタ部は、
通常読み出しのときは、上記第1および第2の選択信号生成部の上記複数の選択信号生成部を順次に走査して上記選択信号を生成させ、
間引き読み出しのときは、前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号を、バイパスした上記第2の選択信号生成部の次段の上記第1の選択信号生成部に供給し、上記第2の選択信号生成部への前段側の上記第1の選択信号生成部の選択信号の供給を停止し、当該第2の選択信号生成部の選択信号の生成を停止させ、
上記走査部は、
通常読み出しのときは、上記複数の選択信号生成部を順次に走査し上記複数の保持部のデータを対応する上記転送線に出力させ、
間引き読み出しのときは、上記走査の順番を変更して、間引き読み出しでデータを読み出すべき配列の保持部の有効データのみを対応する上記転送線に出力させる
カメラシステム。 A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the image sensor,
The solid-state imaging device is
An imaging unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A plurality of transfer lines for transferring data;
Corresponding to each column of the plurality of pixels, holding data corresponding to the input level of the output data of the pixels of each column of the imaging unit, and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal A plurality of holding portions arranged in parallel,
A scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a clock and outputs the selection signal to the holding unit;
The transfer line is
Wired in the parallel arrangement direction of the holding parts,
The scanning unit is
A holding unit of an arrangement that is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, outputs the selection signal to the corresponding holding unit in synchronization with a supplied clock, and an output line of the selection signal is to be read at the time of thinning-out reading A plurality of selection signal generation units alternately and individually connected to the holding unit of the array to be skipped ; and
During normal reading, the plurality of selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal, and during thinning reading, a selection signal supply line is connected to a holding unit of an array that is skipped during the thinning reading. Including a selector unit that sequentially scans the selection signal generation unit connected to a holding unit of an array that reads out data by thinning-out readout, bypassing the selection signal generation unit,
The plurality of selection signal generators are
A plurality of first selection signal generators connected to a holding unit of an array to be read, which is a target for thinning-out reading, and a plurality of second selection signal generators connected to a holding unit of an array to be skipped , And
The selection signal supplied by the selection signal generation unit on the front stage side in synchronization with the clock signal is used as a selection signal for the own stage, and includes a function of outputting to the selection signal generation unit on the rear stage side,
The selector part
During normal reading, the plurality of selection signal generation units of the first and second selection signal generation units are sequentially scanned to generate the selection signal,
At the time of thinning-out reading, the selection signal of the first selection signal generation unit on the preceding stage side is supplied to the first selection signal generation unit on the next stage of the bypassed second selection signal generation unit, and the first selection signal generation unit Stop supplying the selection signal of the first selection signal generation unit on the preceding stage to the second selection signal generation unit, stop generating the selection signal of the second selection signal generation unit,
The scanning unit is
During normal read, is output to Kiten feed line on the corresponding data of the plurality of holding portions are sequentially scanning the plurality of selection signal generator,
When thinning reading, a camera system to output by changing the order of the scanning, the Kiten feed line on which corresponding only valid data holding portion of the array from which data is to be read in thinning readout.
請求項5記載のカメラシステム。 The camera system according to claim 5, further comprising a data sorting circuit that rearranges the read data in a special order corresponding to the connection of the output of the selection signal generation unit during normal reading.
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