CN101729068A - 模数转换器、固体摄像器件及模拟信号的模数转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及A/D转换器、固体摄像器件、及模拟信号的A/D转换方法。模数转换器接受第1、第2模拟信号电压、第1、第2比较电压。第1比较电压从大于第1模拟信号电压的第1基准电压到小于第1模拟电压的电压随着时间的经过以一定的斜率下降。第2比较电压从大于第2模拟信号电压的第2基准电压到小于第2模拟信号电压的电压随着时间的经过以与第1比较电压相同的斜率下降。模数转换器在多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得第1结果，在多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得第2结果，作为数字值输出第1结果和第2结果之差。多个第1期间的各第1期间是第1比较电压从第1基准电压变化为与第1模拟信号电压相同所花费的时间。

Description

模数转换器、固体摄像器件及模拟信号的模数转换方法

本申请基于2008年10月27日提交的日本在先专利申请2008-275566，并要求享受其优先权，后一份申请以引用方式全部并入本申请。

技术领域

本发明涉及A/D转换器、具备该A/D转换器的固体摄像器件、及模拟信号的A/D转换方法。

背景技术

一直以来，作为对CMOS图像传感器的像素信号进行模拟-数字转换(以下称为A/D转换)的方式，已知如下手段：进行计数直到从像素部输出的电压与由基准电压发生电路发生并随着时间的经过而变化为倾斜状的电压成为相同的值为止，由此对从像素部输出的影像信号进行A/D转换。具体地，对像素部输出的影像信号和成为该影像信号的基准的复位电压的电位差进行A/D转换。但是，若采用上述方法，则在对上述电位差进行采样时产生热噪声。

因此，考虑到上述问题，已知有以下的方法。首先，在使用了从基准电压发生电路输出的电压的复位电压的A/D转换之后，同样使用从基准电压发生电路输出的电压对影像信号进行A/D转换。接着，各A/D转换结果之差被作为最终的A/D转换值、即数字值采用(参照W.Yanget等著，“AnTntegrated 800×600 COMS Imaging System”ISSCC Digest of TechnicalPapers，1999年2月pp.304-305)。

但是，因为上述解决手段将2次的A/D转换结果之差设为数字值，所以具有如下缺点：在固体摄像器件所具备的像素部、基准电压发生电路及比较器中产生的热噪声被加入两次。

发明内容

本发明的一方式涉及的A/D转换器具备：接受第1模拟信号电压和第2模拟信号电压；接受第1比较电压，该第1比较电压从大于上述第1模拟信号电压的第1基准电压到小于上述第1模拟信号电压的电压随着时间的经过而以一定的斜率下降；接受第2比较电压，该第2比较电压从大于上述第2模拟信号电压的第2基准电压到小于上述第2模拟信号电压的电压随着时间的经过而以与上述第1比较电压相同的斜率下降；在多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得第1结果，上述多个第1期间的各第1期间是上述第1比较电压从上述第1基准电压变化为与上述第1模拟信号电压相同所花费的时间；在多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得第2结果，上述多个第2期间的各第2期间是上述第2比较电压从上述第2基准电压变化为与上述第2模拟信号电压相同所花费的时间；将上述第1结果和上述第2结果之差作为数字值输出。

此外，本发明的一方式涉及的固体摄像器件具备：上述模数转换器；像素部，产生复位信号作为上述第1模拟信号电压，产生影像信号作为上述第2模拟信号电压；电压发生电路，产生上述第1比较电压和上述第2比较电压；控制部，对上述电压发生电路发出指令，使得对上述复位信号和上述影像信号的每一个多次产生上述第1比较电压和上述第2比较电压。

此外，本发明的一方式涉及的模拟信号的模数转换方法具备：读取第1模拟信号；将上述第1模拟信号与第1比较电压进行比较，该第1比较电压从大于上述第1模拟信号电压的第1基准电压到小于上述第1模拟信号电压的电压随着时间的经过而以一定的斜率下降；在多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得第1结果，上述多个第1期间的各第1期间是上述第1比较电压从上述第1基准电压变化为与上述第1模拟信号电压相同所花费的时间；读取第2模拟信号；将上述第2模拟信号与第2比较电压进行比较，该第2比较电压从大于上述第2模拟信号电压的第2基准电压到小于上述第2模拟信号电压的电压随着时间的经过而以与上述第1比较电压相同的斜率下降；在多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得第2结果，上述多个第2期间的各第2期间是上述第2比较电压从上述第2基准电压变化为与上述第2模拟信号电压相同所花费的时间；将上述第1结果和上述第2结果之差作为数字值输出。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式涉及的固体摄像器件(CMOS图像传感器)的构成例的框图。

图2是该发明的第1实施方式涉及的传感器芯(core)部的电路图。

图3A是表示本发明的第1实施方式涉及的ADC部的动作的流程图。

图3B是表示本发明的第1实施方式涉及的ADC部的动作的流程图。

图4是表示该发明的第1实施方式涉及的固体摄像器件的动作的定时图(时序图)。

图5是表示该发明的第1实施方式的变形例涉及的固体摄像器件的动作的定时图。

图6是该发明的第2实施方式涉及的ADC部的电路图。

图7A是表示该发明的第2实施方式涉及的ADC部的动作的流程图。

图7B是表示该发明的第2实施方式涉及的ADC部的动作的流程图。

图8是表示该发明的第2实施方式涉及的固体摄像器件的动作的定时图。

具体实施方式

以下，参照附图对该发明的实施方式进行说明。在说明时，在所有图中共同的部分附上共同的参照符号。

[第1实施方式]

使用图1对该发明的第1实施方式涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件进行说明。图1是表示本发明的第1实施方式涉及的固体摄像器件的结构例的图。而且，在此以CMOS型图像传感器为例进行说明。

如图1所示，固体摄像器件1具备时钟控制电路10(以下称为VCOPLL10)、串行指令输入输出部12、串行接口13、影像信号处理电路14(以下称为ISP14)、数据输出接口15(以下称为DOUT15)、基准定时发生电路(以下称为TG16)、传感器驱动定时发生电路17(以下称为ST17)、RAMP波发生电路18、传感器芯部19、及透镜20。此外，传感器芯部19具备像素部30、设置在该像素部30的侧部的AD转换电路31(以下称为ADC部31)。以下，对各部分的详细情况进行说明。

VCOPLL10根据主时钟MCK生成固体摄像器件1的内部时钟(以下称为时钟信号CLK)。主时钟MCK是以设置于固体摄像器件1的外部的如钟表(以下称为外部钟表)为基准得到的时钟信号CLK。而且，内部时钟的频率通过VCOPLL10控制。

串行接口13从外部接受用于使包含ISP14的固体摄像器件1整体的系统动作的控制数据DATA。控制数据DATA例如是指令、或用于使整体动作的动作定时等。并且，串行接口13将从外部接受的控制数据提供给串行指令输入输出部12。

串行指令输入输出部12将从串行接口13接受的控制数据分别输出到VCOPLL10、TG16、ISP14、DOUT15。

TG16根据从串行指令输入输出部12供给的控制数据DATA向ST17及ISP14提供指示，分别控制传感器芯部19、及ISP14的动作。即，TG16对驱动影像信号处理的ISP14和控制传感器芯部19的动作定时的ST17分别指示动作定时。即，TG16向ST17提供在传感器芯部19蓄积受光的电荷之后读取该电荷的定时、对读取出的影像信号进行A/D转换的定时、以及向ISP14传送该影像信号的定时等的指示。而且，与此同时，TG16向ISP14供给从传感器芯部19传送影像信号的定时、及向DOUT15输出影像信号的定时等。

ST17根据从TG16提供的上述动作定时，向传感器芯部19供给检测部复位脉冲(以下称为信号RESET)、信号读取脉冲(以下称为信号READ)。而且，信号RESET及信号READ例如是可以取“L”电平或“H”电平中的任一种的数字信号。

此外，ST17对RAMP波发生电路18分别指示使其产生RAMP波的动作定时及其次数。

RAMP波发生电路18根据从ST17供给的动作定时，产生RAMP波，向ADC部31供给。具体地，RAMP波发生电路18对从后述的传感器芯部19读取出的1个影像信号及复位电压，分别输出多次RAMP波。

传感器芯部19具备配置成矩阵状的多个像素(以下称为像元)。即，在像素部30中，根据从ST17供给的信号RESET、及信号READ对配置多个的像元进行复位动作、及对像元的影像信号的读取动作。而且，通过复位动作，复位电平从像素部30供给到ADC部31。此外，以后再对复位电平进行说明。

ADC部31根据从RAMP波发生电路18输出的RAMP波的电平，分别对从像素部30供给的模拟的复位电压及影像信号进行A/D(Analog-to-Digital)转换之后，输出这些数字信号之差(差分)。这时，ADC部31将模拟的复位电压及影像信号例如转换成1024值的数字值。其结果，ADC部31例如得到影像信号的10比特的数字信号。然后，得到的数字信号通过ADC部31读取。

ISP14对从传感器芯部19提供的影像信号的数字信号，根据从TG16供给的定时进行白平衡处理、宽动态范围处理、噪声降低处理、及不良像素校正处理等影像信号处理。而且，ISP14将执行了上述影像信号处理的数字信号输出到DOUT15。

DOUT15将在ISP14中执行了影像信号处理的数字信号输出到固体摄像器件1的外部。

透镜20会聚来自外部的光，将该会聚的光通过分光滤光片之后供给到像素部30。而且，滤光片按RGB的每一个分光。

<关于传感器芯部19的详细情况>

接着，使用图2对上述传感器芯部19的详细情况进行说明。图2是传感器芯部19的电路图。

<关于像素部30>

如图所示，像素部30包含配置成矩阵状的多个像元40。像元40分别连接在多个垂直信号线VLIN的每一个。(m+1)个像元40被设置在垂直方向。在各垂直信号线VLIN连接有用于每一个的MOS晶体管TL和ADC部31。而且，在以下着眼于垂直信号线VLIN1，并且对配置在与垂直信号线VLIN垂直的水平方向的第1线上的像元40进行说明。

像元40具备MOS晶体管Tb、Tc、Td及发光二极管PD。MOS晶体管Tc的栅极被赋予从ST17提供的信号RESET1，在漏极端被供给电压VDD(例如，2.8V)，源极端连接在连接节点N1。即，MOS晶体管Tc具有生成复位电压的复位晶体管的功能，其中，该复位电压成为从发光二极管PD读取出的影像信号的基准电压。在MOS晶体管Td的栅极被提供从ST17供给的信号READ1，漏极端连接在连接节点N1，源极端连接有发光二极管PD的负极。即，MOS晶体管Td具有信号电荷读取用晶体管的功能。此外，发光二极管PD的正极被接地。

在MOS晶体管Tb的栅极连接有连接节点N1，在漏极端被供给电压VDD，在源极端连接有垂直信号线VLIN1。即，MOS晶体管Tb的栅极、MOS晶体管Tc的源极端、及MOS晶体管Td的漏极端由连接节点N1共同连接(共用连接)。并且，将连接节点N1设为进行电位的检测的节点。而且，MOS晶体管Tb具有放大影像信号的放大用晶体管的功能。

而且，分别传递信号RESET1、及信号READ1的信号线由配置在与垂直信号线VLIN垂直的水平方向的第1线上的像元40共同连接。即，信号线对于在与垂直信号线VLIN垂直的水平方向的第1线上、且连接在各垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)的像元40分别共同连接。而且，对于与垂直信号线VLIN垂直的水平方向的第2至第(m+1)线也相同。

此外，配置在同一列上的上述像元40通过MOS晶体管Tb的源极端共同连接在垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)中的任一个。以下，在不区分垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)的情况下，单纯称为垂直信号线VLIN。而且，n是自然数。

此外，向位于同一行的像元40，共同提供信号RESET1～信号RESET(m+1)、信号READ1～信号READ(m+1)中的任一个信号。以下，关于信号RESET1～信号RESET(m+1)、信号READ1～信号READ(m+1)，在不区分的情况下，单纯称为信号RESET、信号READ。而且，m是自然数。

在MOS晶体管TL的漏极连接有垂直信号线VLIN的一端，在栅极提供由电压发生电路41产生的电压VLL，源极端被接地。而且，电压发生电路41输出的电压VLL提供给对应于垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)的所有MOS晶体管TL的栅极。并且，由MOS晶体管TL和MOS晶体管Tb形成源极跟随电路。

<关于ADC部31的构成>

接着，对ADC部31的详细构成进行说明。ADC部31按每个垂直信号线VLIN具备比较器50、计数器51、运算器53、及寄存器52。比较器50的反转输入端子连接有MOS晶体管TL的漏极端，在正输入端子连接有来自RAMP波发生电路18的输出端。即，共同的MOS晶体管TL的漏极端和垂直信号线VLIN的一端连接在比较器50的正输入端子。并且，比较器50比较输入到反转输入端子及正输入端子的信号，向计数器51输出该比较结果。

向计数器51提供来自上述比较器50的比较结果、及时钟信号CLK。而且，时钟信号CLK可以从ST17提供，也可以从VCOPLL10直接提供。而且，计数器51根据从比较器50提供的信号基于时钟信号CLK进行计数。即，若从比较器50供给“H”电平，则计数器51基于时钟信号CLK进行计数，若供给“L”电平，则停止计数。即，计数器51根据计数值计测RAMP波从初始值下降到垂直信号线的电位花费的时间。而且，计数器51在将计数的值输出到运算器53之后根据需要复位到此为止的计数值。此外，在ADC部31中，例如进行1比特的A/D转换时，计数器51计数到至少21(l是自然数)。例如l＝10比特时，计数器51至少计数1024值。

运算器53将从计数器51输出的计数值输出到寄存器52。此外，运算器53将从计数器51输出的计数值和寄存器52事先保存的计数值进行减法运算。

向寄存器52提供从运算器53输出的计数值。并且，寄存器52保存该计数值的同时向运算器53输出该计数值。然后，寄存器52存储运算器53进行上述减法运算的计数值。并且，存储在寄存器52的数字信号通过该寄存器52的动作经由ISP14输出。而且，从寄存器52传送到ISP14的数字信号是通过分别配置在与垂直信号线VLIN1至(n+1)垂直的水平方向的1线上的像元40得到的影像信号。即，寄存器52向ISP14一起传送从与垂直信号线VLIN垂直并在水平方向设置(n+1)个的像元40读取出的影像信号。

<关于ADC部31的动作>

接着，使用图3A及图3B对在第1实施方式的固体摄像器件中将模拟的复位电压及影像信号分别进行数字转换时的动作进行说明。图3A及图3B是分别表示固体摄像器件将模拟信号的复位信号及影像信号分别进行数字转换的动作的流程的流程图。

首先，ST17向计数器51发出复位计数值的指令。由此，计数器51将计数值设为“0”(图3A、步骤S0)。然后，从像素部30读取复位信号，该复位信号输入到比较器50的反转输入端子(S1)。此外，RAMP波发生电路18产生向比较器50输出的复位信号用的RAMP波。由此，比较器50比较复位信号和复位信号用的RAMP波(S2)。接着，例如从ST17向计数器51提供时钟信号CLK(S3)。并且，计数器51与时钟信号CLK同步进行计数(S4)。即，若从比较器50输出的信号EN为“H”电平(S5，是)，则计数器51与时钟信号CLK同步进行计数递增(S4)。而且，若从比较器50提供的信号EN成为“L”电平，则停止数字转换(A/D转换)(S6)。从而，计数器51停止计数递增。而且，ST17确认复位信号的A/D转换次数是否达到N(N是自然数)次(S7)。在步骤S7中，复位信号的A/D转换次数未达到N次时(S7，否)，则返回步骤S2，重复预定的动作。而且，在步骤S7中，复位信号的A/D转换满N次时(S7，是)，ST17使保存在计数器51的计数值保存在寄存器52(S8)。然后，ST17发出将计数器51保存的计数值复位的指令。由此，将计数器51的计数值设为“0”(图3B，S9)。

接着，从像素部30读取影像信号，该影像信号输入到比较器50的反转输入端子(S10)。此外，RAMP波发生电路18产生向比较器50输出的影像信号用的RAMP波。由此，比较器50比较影像信号和影像信号用的RAMP波(S11)。接着，例如从ST17向计数器51提供时钟信号CLK(S12)。并且，计数器51与时钟信号CLK同步进行计数(S13)。即，若从比较器50输出的信号EN为“H”电平(S14，是)，则计数器51与时钟信号CLK同步进行计数递增(S13)。而且，若从比较器50提供的信号EN成为“L”电平，则停止A/D转换(S15)。从而，计数器51停止计数递增。而且，ST17确认影像信号的A/D转换次数是否达到N次(S16)。在步骤S16中，复位信号的A/D转换次数未达到N次时(S16，否)，则返回步骤S11，重复预定的动作。而且，在步骤S16中，影像信号的A/D转换满N次时(S16，是)，即，若复位信号的A/D转换次数一致，则运算器53将计数器51的计数值和到此为止保存在寄存器52的值进行减法运算(S17)。而且，寄存器52暂时保存该减法运算结果，输出减法运算结果。(S18)。

<关于本实施方式涉及的固体摄像器件的动作>

接着，使用图4说明具备上述ADC部31的固体摄像器件中的动作。图4是表示将从像素部30供给到ADC部31的模拟的复位电压及影像信号具有的电压(以下称为影像信号电压)分别进行数字转换的样子的定时图。并且，在纵轴取RAMP波发生电路18的输出、从像素部30供给的复位电压及影像信号电压(图中，标记为A/D转换输入电压)、VCOPLL10的时钟信号CLK、来自计数器51的输出、及寄存器52保存的影像信号的数字值，在横轴取时间。而且，在ADC部31中将从像素部30供给的影像信号电压和复位电压之差转换为12比特的数字值。若假设对复位电压或影像信号电压每输出1次RAMP波时进行10比特的数字转换，则通过对该复位电压及该影像信号电压分别输出4次RAMP波来实现12比特的A/D转换。此外，RAMP波发生电路18通过ST17控制，RAMP波具有大于复位电压及影像信号电压振幅范围的值到小于复位电压及影像信号电压振幅范围的值。具体地，对复位电压的RAMP波以复位电压为基准取-a～a[V]的振幅，对影像信号电压的RAMP波以复位电压为基准取-b～a[V]的振幅。此外，成为b＞a的关系。

此外，RAMP波的斜率及时钟信号CLK的频率对复位电压检测时及影像信号电压检测时始终一定。

首先，在时刻t0，从像素部30读取复位电压，并且RAMP波发生电路18产生RAMP波。而且，在ADC部31中进行复位电压的A/D转换。即，执行在图3A说明的步骤S0到S8的处理。并且，在时刻t0，通过从ST17接受指令，计数器51的计数值被复位为“0”。此外，RAMP波发生电路18的输出取大于复位电压的振幅a[V]的电压。由此，比较器50比较输入到该比较器50的正输入端子中的RAMP波和输入到反转输入端子中的复位电压，向计数器51输出“H”电平作为信号EN。因此，计数器51与时钟信号CLK同步进行计数递增。而且，从时刻t0以倾斜状减少的RAMP波的电位，若成为时刻t1，则与复位电压一致。并且，若RAMP波变得小于复位电压，则比较器50作为信号EN向计数器51输出“L”电平。由此，计数器51停止计数。而且，将这时的计数器51的计数值设为“20”。并且，若成为时刻t2，则RAMP波发生电路18结束第一次的扫描(sweep)，RAMP波的振幅成为a[V]，并且供给到计数器51的时钟信号CLK停止。由此，复位电压的A/D转换完成。

并且，在该时刻t2，通过ST17，RAMP波发生电路18输出的电压从-a[V]切换为a[V]。并且，从时刻t2到时刻t3，通过ST17，RAMP波发生电路18输出一定的振幅a[V]的电压。

然后，重复多次例如3次从上述时刻t0到t3的动作(从时刻t0到t1的期间的模拟的复位电压向数字值的转换)。即，在时刻t3～t11的期间，与上述的时刻t0～t3同样，通过ST17，RAMP波发生电路18对复位电压3次输出RAMP波。即，通过ST17的控制，RAMP波发生电路18进行3次RAMP波的扫描。并且，计数器51到RAMP波与复位电压一致为止的各期间，基于时钟信号CLK继续计数。即，计数器51将到此为止计数的计数值不复位而累积。即，到比较器50输出“H”电平的时刻t0～t1、时刻t3～t4、时刻t6～t7、时刻t9～t10，计数器51分别进行各“20”计数。其结果，时刻t10的计数器51的计数值成为“80”。而且，ST17在对复位电压的第1次A/D转换时发布复位计数器51的计数值的指令，但是在对其以后的复位电压的A/D转换时不发布。

此外，在时刻t11，通过ST17，RAMP波发生电路18输出的电压从-a[V]切换为a[V]。并且，从时刻t11到时刻t13，通过ST17，RAMP波发生电路18输出一定的电压a[V]。

接着，在时刻t12，通过ST17从像素部30读取出的影像信号供给到比较器50的反转输入端子。于是，ST17将到此为止计数器51累积的计数值“80”输出到寄存器52。由此，在A/D转换部31中开始影像信号的A/D转换。即，执行在图3B说明的步骤S9到S16的处理。此外，在计数器51将到此为止蓄积的计数值输出到寄存器52之后，计数器51将到此为止计数的值复位。

在时刻t13，RAMP波发生电路18输出大于影像信号的振幅a[V]的电压。由此，比较器50比较输入到该比较器50的正输入端子的RAMP波和输入到反转输入端子的影像信号，向计数器51作为信号EN输出“H”电平。由此，计数器51基于时钟信号CLK再次从“0”进行计数递增。而且，通过ST17，RAMP波从时刻t13减少，若成为时刻t14，则与影像信号的电位一致。而且，若RAMP波变得小于复位电压，则比较器50将提供给计数器51的信号EN切换为“L”电平。由此，计数器51停止计数。而且，这时的计数器51的计数值成为“76”。而且，若成为时刻t15，则RAMP波发生电路18结束扫描，RAMP波的振幅成为-b[V]，并且，供给到计数器51的时钟信号CLK停止。

并且，在该时刻t15，通过ST17，RAMP波发生电路18输出的电压从-b[V]切换为a[V]。并且，从时刻t16到时刻t17，通过ST17，RAMP波发生电路18输出一定的电压a[V]。

然后，重复多次例如3次从上述时刻t13到t16的动作(从时刻t13到t14的期间的模拟的影像信号电压向数字值的转换)。即，在时刻t16～t24的期间，与上述的时刻t13～t16同样，RAMP波发生电路18对影像信号3次输出RAMP波。并且，RAMP波大于影像信号电压的振幅的各期间，计数器51基于时钟信号CLK继续计数。即，计数器51将到此为止计数的计数值不复位而累积。即，计数器51到比较器50输出“H”电平的时刻t13～t14、时刻t16～t17、时刻t19～t20、时刻t22～t23分别进行各“76”计数。并且，然后计数器51将累积的计数值“304”输出到运算器53。而且，ST17在对影像信号的第1次A/D转换时发布复位计数器51的计数值的指令，但是在对其以后的影像信号的A/D转换时不发布。

然后，在时刻t25，运算器53在从计数器51供给的计数值“304”减去保存在寄存器52的复位电压的数字值“80”，将减法运算结果“224”存储在寄存器52。并且，寄存器52将该减法运算结果“224”作为影像信号的数字值输出。而且，将使用上述RAMP波分别对复位电压及影像信号电压进行数字转换的方法称为数字双采样，将如本实施方式那样各进行4次数字转换的情况称为4重数字双采样。

<本实施方式涉及的效果>

若是本实施方式涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件，则可以得到以下的效果。

(1)可以提高噪声特性

举出比较例说明本实施方式涉及的效果。作为比较例，在图4中，举出RAMP波发生电路18对复位信号及影像信号分别输出1次RAMP波的情况。即，比较例的ADC部31的动作，在图4中没有到时刻t3～t11的动作、及时刻t16～t24。而且，这时通过ST17控制RAMP波发生电路18。换言之，将数字双采样作为比较例。

首先，固体摄像器件具备的各构成动作时产生多样的噪声。该多样的噪声中，固体摄像器件中的复位电压及影像信号具有的热噪声、在RAMP波发生电路18内产生的热噪声、及比较器50的动作时产生的热噪声有时特别显著。并且，将对包含这些热噪声的信号进行A/D转换的结果的标准偏差设为σ[LSB]。即，计数器51根据来自比较器50的输出进行计数，其结果，即使想要将计数值设为“10”时，由于仅具有该σ的偏差，所以计数器51的计数值有时不成为“10”。

因此，若是比较例涉及的ADC部31，则ADC部31对复位电压及影像信号分别进行各1次、即2次A/D转换，计算该结果之差，所以包含在最终的A/D转换结果中的热噪声的成分成为21/2×σ。由于噪声不相关，这与对A/D转换的次数进行了根运算的值成正比。并且，如上所述，对复位电压及影像信号电压，假设每输出1次RAMP波进行10比特的数字转换，则对最终的影像信号电压和复位电压之差的A/D转换结果成为10比特的数字值。即，成为1024值的信号。在此，S(Signal)/N(Noise)比(信噪比)成为1024/21/2×σ。

对此，若是本实施方式涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件，则可以降低上述热噪声，进而提高S/N比。以下，详细地进行说明。如上所述，在本实施方式中，RAMP波发生电路18对相同的复位电压及影像信号电压分别输出4次RAMP波。即，进行合计8次的A/D转换。即，这时产生的热噪声的A/D转换换算值成为81/2×σ。此外，与上述同样，假设每输出1次RAMP波时进行10比特的数字转换，则最终的A/D转换结果成为12比特的数字值。即，成为4096值的信号。这时，若将包含在最终的A/D转换结果中的热噪声的成分进行10比特换算，则成为1024/4096×81/2×σ＝21/2×σ/2。即，热噪声与比较例相比减少1/2。即，可以将σ设为1/2。换言之，通过ADC部31进行4重数字双采样，从而可以减轻热噪声的影响。并且，由此，可以抑制通过计数器51进行计数而得到的计数值的偏差。

此外，S/N比成为4096/81/2×σ＝2048/21/2×σ，与比较例相比增大2倍。

<变形例>

<关于本实施方式的变形例涉及的固体摄像器件的动作>

接着，使用图5说明具备变形例涉及的上述ADC部31的固体摄像器件的动作。图5与图4同样表示4重数字双采样，是将从像素部30供给到ADC部31的模拟的复位电压及影像信号分别进行数字转换的样子的定时图。并且，在纵轴取RAMP波发生电路18的输出、从像素部30供给的复位电压及影像信号(图中，标记为A/D转换输入电压)、VCOPLL10的时钟信号CLK、来自计数器51的输出、及寄存器52保存的影像信号的数字值，在横轴取时间。以下，仅对与图4中说明的固体摄像器件不同的动作进行说明。

本实施方式的变形例涉及的ADC部31通过对复位电压或影像信号电压重复k次A/D转换，从而将影像信号电压和复位电压之差转换为1比特的数字值。这时，计数器51在每次输出1次RAMP波时，对复位电压计数m值(m是自然数)，对影像信号电压计数m+21/k值(k是自然数)。例如通过对从像素部30供给的复位电压及影像信号电压分别输出4次RAMP波，最终转换成10比特的数字值时，在1次RAMP波输出中，对复位电压转换为m值的数字值，对影像信号电压转换为(m+256)值的数字值。

即，从时刻t0到时刻t3，进行对复位电压的第1次的A/D转换。其结果，到基于比较器50的信号EN成为“L”电平的时刻t1，计数器51计数递增到“5”。即，在本实施方式的变形例涉及的ADC部31中，由1次的A/D转换转换成256值的数字信号，所以计数器51与第1实施方式涉及的ADC部31相比取1/4的值。由此，复位电压的A/D转换完成。

然后，重复多次例如3次从上述时刻t0到t3的动作(在从时刻t0到t1的期间将复位电压转换为数字值)。即，与上述的时刻t0～t3同样，在从时刻t3到t11，RAMP波发生电路18对复位电压3次输出倾斜状的RAMP波，重复3次对复位电压的A/D转换。即，在RAMP波大于复位电压的振幅的各期间，计数器51基于时钟信号CLK继续计数。并且，计数器51将到此为止计数的计数值不复位而累积。即，计数器51到比较器50输出“H”电平的时刻t0～t1、时刻t3～t4、时刻t6～t7、时刻t9～t10分别进行各“5”计数。并且，若从像素部30读取影像信号，则计数器51将累积的计数值“20”输出到寄存器52。而且，除上述以外，变形例涉及的固体摄像器件的动作与上述图4所示的固体摄像器件的动作相同。

对影像信号电压也同样。即，从时刻t13到t16，进行对影像信号的第1次的A/D转换。其结果，到基于比较器50的信号EN成为“L”电平的时刻t14，计数器51到“19”进行计数递增。此外，上述同样，本实施方式的变形例涉及的ADC部31以1次的A/D转换转换为256值的数字信号，所以计数器51与第1实施方式涉及的ADC部31相比，取1/4的值。由此，影像信号电压的A/D转换完成。并且，时刻t16～t24的期间，与上述的时刻t13～t16同样，通过ST17，RAMP波发生电路18对影像信号3次输出RAMP波。并且，RAMP波大于影像信号电压的振幅的各期间，计数器51基于时钟信号CLK继续计数递增。即，计数器51将到此为止递增计数的计数值不复位而累积。即，计数器51到比较器50作为信号EN输出“H”电平的时刻t13～t14、时刻t16～t17、时刻t19～t20、时刻t22～t23分别进行各“19”计数。并且，然后计数器51将累积的计数值“76”输出到寄存器52。

然后，在时刻t25，寄存器52通过由减法运算部53在从计数器51供给的计数值“76”中减去保存的复位电压的数字值“20”来得到影像信号的数字值“56”。

<变形例涉及的效果>

若是上述本实施方式的变形例涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件，则除上述(1)的效果以外，可以一并得到以下效果。

(2)可以提高处理速度，或降低消耗电力。

在变形例涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件中，RAMP波发生电路18对相同的复位电压及影像信号电压分别输出4次RAMP波。即，合计进行8次A/D转换。并且，变形例涉及的ADC部31中的、时钟信号CLK的计数量比上述实施方式及比较例少。即，计数器51由每1次的A/D转换计数的计数值是“5”、“19”。因此，通过对复位电压及影像信号分别进行4次A/D转换，从而各计数值成为“20”、“76”。这时，由1次的A/D转换产生的热噪声与上述实施方式及比较例相比成为1/4的大小。即，成为σ/4。而且，由于ADC部31进行合计8次的A/D转换，所以热噪声成为81/2×σ/4。即，比上述比较例小1/2。此外，在S/N比中，成为1024/(81/2×σ/4)＝2048/21/2×σ，与上述比较例相比，增大2倍。但是，该关系仅在热噪声相对于量子化噪声充分大时成立。

并且，若是变形例涉及的ADC部31，则将从像素部30读取出的复位电压及影像信号电压由1次的采样转换为256值的数字信号。即，输入到计数器51的时钟信号CLK在各计数器的每一个进行256计数。即，若1时钟所需的时间与上述第1实施方式的ADC部31相同，则ADC部31将复位信号及影像信号电压分别进行4次A/D转换的时间缩短。由此，可以实现处理速度提高的效果。

此外，通过VCOPLL加长1时钟所需的时间，通过在复位电压及影像信号电压的A/D转换花费时间，可以降低固体摄像器件的消耗电力。

[第2实施方式]

接着，对该发明的第2实施方式涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件进行说明。而且，在本实施方式中也举CMOS型图像传感器为例进行说明。本实施方式是在上述第1实施方式中代替图2所示的ADC部31的构成的方式。以下，使用图6仅对与上述第1实施方式涉及的固体摄像器件不同的构成进行说明。而且，对相同的构成附上相同的参照符号。

图6是本实施方式涉及的ADC部31的框图。如图所示，ADC部31废除寄存器52、及减法运算部53，将计数器51代替为递增递减(递增及/或递减)计数器54。即，比较器50的比较结果作为信号EN输出到递增递减计数器54。并且，从递增递减计数器54输出对复位电压和影像信号电压之差的数字值。即，递增递减计数器54具有作为运算器及寄存器的功能。

此外，与上述第1实施方式涉及的计数器51不同的功能，递增递减计数器54采取递减计数模式、或递增计数模式的任一模式，作为来自比较器50的比较结果，信号EN为“H”电平时进行递增计数、或递减计数的任一种计数。

并且，例如复位电压的读取时从比较器50输出“H”电平时，不进行递减计数，在影像信号电压的读取时从比较器50输出“H”电平时进行递增计数。由此，递增递减计数器54的最终值成为对复位电压和影像信号电压之差的A/D转换值。

<ADC部31的动作>

接着，使用图7A及图7B对在本实施方式的固体摄像器件中分别对模拟的复位电压及影像信号进行数字转换时的动作进行说明。图7A及图7B是分别表示在固体摄像器件中进行模拟信号的A/D转换的情况下的动作的流程的流程图。

首先，ST17向递增递减计数器54发出复位计数值的指令。由此，递增递减计数器54将计数值设为“0”(图7A、步骤S20)。然后，从像素部30读取复位信号，该复位信号输入到比较器50的反转输入端子(S21)。此外，RAMP波发生电路18产生向比较器50输出的复位信号用的RAMP波。由此，比较器50比较复位信号和复位信号用的RAMP波(S22)。接着，例如从ST17向递增递减计数器54提供时钟信号CLK(S23)。并且，递增递减计数器54发挥递减计数器的功能，与时钟信号CLK同步进行计数(S24)。即，若从比较器50输出的信号EN为“H”电平(S25，是)，则递增递减计数器54与时钟信号CLK同步进行计数递减(S24)。而且，若从比较器50提供的信号EN成为“L”电平，则停止A/D转换(S26)。从而，递增递减计数器54停止计数递减。而且，ST17确认复位信号的A/D转换次数是否达到N次(S27)。在步骤S27中，复位信号的A/D转换次数未达到N次时(S27，否)，则返回步骤S22，重复预定的动作。而且，在步骤S27中，复位信号的A/D转换满N次时(S27，是)，ST17将递增递减计数器54到此为止计数的计数值不复位而保存(S28)。

接着，从像素部30读取影像信号。由此，该影像信号输入到比较器50的反转输入端子(图7B，S29)。此外，RAMP波发生电路18产生向比较器50输出的影像信号用的RAMP波。由此，比较器50比较影像信号和影像信号用的RAMP波(S30)。接着，例如从ST17向递增递减计数器54提供时钟信号CLK(S31)。并且，递增递减计数器54发挥递增计数器的功能，与时钟信号CLK同步进行计数递增(S32)。即，若从比较器50输出的信号EN为“H”电平(S33，是)，则递增递减计数器54与时钟信号CLK同步进行计数递增(S32)。而且，若从比较器50提供的信号EN成为“L”电平，则停止A/D转换(S34)。从而，递增递减计数器54停止递增计数。而且，ST17确认影像信号的A/D转换次数是否达到N次(S35)。在步骤S35中，复位信号的A/D转换次数未达到N次时(S35，否)，则返回步骤S30，重复预定的动作。而且，在步骤S35中，影像信号的A/D转换满N次时(S35，是)，即，若复位信号的A/D转换次数一致，则ST17将递增递减计数器54计数的计数值作为影像信号的数字信号输出。(S36)。

<关于固体摄像器件的动作>

接着，使用图8说明具备上述ADC部31的固体摄像器件的动作。图8与在上述第1实施方式的变形例中说明的图4同样是表示将从像素部30供给到ADC部31的模拟的复位电压及影像信号电压分别进行各4次数字转换的样子的定时图。即，在本实施方式涉及的ADC部31中，对影像信号电压及复位电压分别输出4次RAMP波，从而分别转换为8比特的数字值。即，ADC部31进行4重数字双采样。此外，在纵轴取RAMP波发生电路18的输出、从像素部30供给的复位电压及影像信号(图中，标记为A/D转换输入电压)、VCOPLL10的时钟信号CLK、来自递增递减计数器54的输出，在横轴取时间。以下，仅对与在图4中说明的固体摄像器件不同的动作进行说明。

在本实施方式的固体摄像器件中，具备上述图6中说明的ADC部31。因此，若从比较器50接收“H”，则递增递减计数器54根据需要进行计数递增或计数递减。

如图所示，首先，在时刻t0，从像素部30读取复位电压，并且RAMP波发生电路18产生RAMP波。而且，在ADC部31中进行复位电压的A/D转换。即，执行在图7A说明的步骤S20到S28的处理。即，在时刻t0，递增递减计数器54发挥递减计数器的功能，通过从ST17接受复位指令，计数器51的计数值被复位为“0”之后，从时刻t0到t3进行对复位电压的第1次的A/D转换。其结果，到基于比较器50的信号EN成为“L”电平的时刻t1，递增递减计数器54到“-5”进行计数递减，由此，复位电压的A/D转换完成。

然后，重复多次例如3次从上述时刻t0到t3的动作(在从时刻t0到t1的期间将模拟的复位电压转换成数字值)。即，与从时刻t0到时刻t1同样，在时刻t3～t11的期间，与上述时刻t0～t1同样，通过ST17，RAMP波发生电路18对复位电压3次输出RAMP波。即，通过ST17，RAMP波发生电路18进行3次RAMP波的扫描。并且，递增递减计数器54到RAMP波与复位电压一致为止的各期间，基于时钟信号CLK进行计数。即，递增递减计数器54将到此为止计数递减的计数值不复位而累积。即，递增递减计数器54到比较器50输出“H”电平的时刻t0～t1、时刻t3～t4、时刻t6～t7、时刻t9～t10分别进行各“-5”递减计数。其结果，递增递减计数器54的时刻t10的计数值成为“-20”。

然后，递增递减计数器54将到此计数的计数值“-20”不复位，对影像信号具有作为递增计数器的功能。即，若通过比较器50接收“H”电平的信号，则递增递减计数器54将“-20”作为初始值各进行“19”的递增计数。以下，对在时刻t12以后通过ST17从像素部30读取出影像信号电压的情况进行说明。

在时刻t12，从像素部30读取出影像信号电压，并且RAMP波发生电路18产生RAMP波。并且，在ADC部31中，进行影像信号电压的A/D转换。执行在图7B中说明的从步骤S29到S36的处理。即，在时刻t13，RAMP波通过ST17减少，若成为时刻t14，则与影像信号的电位一致。并且，若RAMP波变得小于复位电压，则比较器50将“L”电平作为信号EN提供给递增递减计数器54。由此，递增递减计数器54停止递增计数。如上述所述，递增递减计数器54将“-20”作为初始值仅计数递增“19”，所以递增递减计数器54的计数值成为“-1”。由此，在A/D转换器31中，影像信号电压的A/D转换完成。

然后，重复多次例如3次从时刻t13到时刻t16的动作(在从时刻t13到t14的期间将模拟的影像信号电压转换成数字值)。即，在时刻t16～t24的期间，RAMP波发生电路18对影像信号电压3次输出RAMP波。并且，RAMP波大于影像信号电压的振幅的各期间，递增递减计数器54基于时钟信号CLK分别进行递增计数。即，递增递减计数器54将到此为止递增计数的计数值不复位而累积。即，递增递减计数器54到比较器50输出“H”电平的时刻t13～t14、时刻t16～t17、时刻t19～t20、时刻t22～t23分别进行各“19”递增计数。并且，然后递增递减计数器54将累积的计数值“56”作为影像信号的数字值输出。而且，本实施方式涉及的固体摄像器件具备的ADC部31在计数数各被计数“-20”及“76”时也可以应用，所以省略说明。

<本实施方式涉及的效果>

即使是本实施方式涉及的A/D转换器、及具备该A/D转换器的固体摄像器件，与上述(1)及(2)同样可以提高热噪声及S/N比。进而，若是本实施方式涉及的ADC部31，则废除在上述第1实施方式中说明的ADC部31具备的寄存器52及运算器53，通过将计数器51设为递增递减计数器54，从而可以实现缩小电路规模、及简化电路控制。

此外，在上述ADC部31中，仅说明了对复位电压和影像信号电压进行相同次数采样的情况，但是RAMP波发生电路18不需要对复位信号及影像信号电压输出相同次数RAMP波。例如，可以对复位电压是1次，对影像信号是4次。这时，需要将对复位信号采样得到的数字信号成为4倍。

而且，本申请发明不限于上述实施方式，在实施阶段，在不脱离其宗旨的范围内可以进行各种变形。进而，在上述实施方式中不包含各种阶段的发明，通过公开的多个构成要件的适当的组合可提取出各种发明。例如，即使在从实施方式所示的所有构成要件中删除几个构成要件，也可以解决发明所要解决的课题的部分所述的课题并得到发明效果部分所述的效果时，删除该构成要件的构成可提取为发明。

对于本领域技术人员来说，其他优点和变通是很容易联想得到的。因此，本发明就其较宽方面而言，并不限于本申请给出和描述的具体细节和说明性实施例。因此，在不偏离所附权利要求及其等同物定义的总发明构思精神或保护范围的前提下，可以做出各种修改。

Claims (10)

1.一种模数转换器，其特征在于，具备：

接受第1模拟信号电压和第2模拟信号电压；

接受第1比较电压，该第1比较电压从大于上述第1模拟信号电压的第1基准电压到小于上述第1模拟信号电压的电压随着时间的经过而以一定的斜率下降；

接受第2比较电压，该第2比较电压从大于上述第2模拟信号电压的第2基准电压到小于上述第2模拟信号电压的电压随着时间的经过而以与上述第1比较电压相同的斜率下降；

在多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得第1结果，上述多个第1期间的各第1期间是上述第1比较电压从上述第1基准电压变化为与上述第1模拟信号电压相同所花费的时间；

在多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得第2结果，上述多个第2期间的各第2期间是上述第2比较电压从上述第2基准电压变化为与上述第2模拟信号电压相同所花费的时间；

将上述第1结果和上述第2结果之差作为数字值输出。

2.如权利要求1所记载的模数转换器，其特征在于，具备：

比较器，比较上述第1比较电压和上述第1模拟信号电压而输出第1比较结果，比较上述第2比较电压和上述第2模拟信号电压而输出第2比较结果；

计数器，使用上述第1比较结果在上述多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得上述第1结果，使用上述第2比较结果在上述多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得上述第2结果，输出上述第1结果及第2结果；

运算器，计算上述第1结果和上述第2结果之差；

寄存器，保存上述第1结果，将其输出到上述运算器，并保存上述差；

上述运算器将来自上述计数器的上述第1结果输出到上述寄存器之后，对上述计数器的上述第2结果和来自上述寄存器的上述第1结果之差进行运算；

上述寄存器保存来自上述运算器的上述第1结果之后，保存上述差并将上述差作为上述第1模拟信号电压和上述第2模拟信号电压之差的数字值输出。

3.如权利要求1所记载的模数转换器，其特征在于，具备：

比较器，比较上述第1比较电压和上述第1模拟信号电压而输出第1比较结果，比较上述第2比较电压和上述第2模拟信号电压而输出第2比较结果；

计数器，对上述第1模拟信号电压及上述第2模拟信号电压的一方具有递增计数器的功能，对另一方具有递减计数器的功能，使用上述第1比较结果在上述多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得上述第1结果，将上述第1结果作为初始值使用、并使用上述第2比较结果在上述多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得上述第2结果，将上述第2结果作为上述第1模拟信号电压和上述第2模拟信号电压之差的数字值输出。

4.如权利要求1、2或3所记载的模数转换器，其特征在于，

上述多个第1期间的数量和上述多个第2期间的数量相同。

5.一种固体摄像器件，其特征在于，具备：

权利要求1、2或3的模数转换器；

像素部，产生复位信号作为上述第1模拟信号电压，产生影像信号作为上述第2模拟信号电压；

电压发生电路，产生上述第1比较电压和上述第2比较电压；

控制部，对上述电压发生电路发出指令，使得对上述复位信号和上述影像信号的每一个多次产生上述第1比较电压和上述第2比较电压。

6.一种模拟信号的模数转换方法，其特征在于，具备以下步骤：

读取第1模拟信号；

将上述第1模拟信号与第1比较电压进行比较，该第1比较电压从大于上述第1模拟信号电压的第1基准电压到小于上述第1模拟信号电压的电压随着时间的经过而以一定的斜率下降；

在多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得第1结果，上述多个第1期间的各第1期间是上述第1比较电压从上述第1基准电压变化为与上述第1模拟信号电压相同所花费的时间；

读取第2模拟信号；

将上述第2模拟信号与第2比较电压进行比较，该第2比较电压从大于上述第2模拟信号电压的第2基准电压到小于上述第2模拟信号电压的电压随着时间的经过而以与上述第1比较电压相同的斜率下降；

在多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得第2结果，上述多个第2期间的各第2期间是上述第2比较电压从上述第2基准电压变化为与上述第2模拟信号电压相同所花费的时间；

将上述第1结果和上述第2结果之差作为数字值输出。

7.如权利要求6所记载的模拟信号的模数转换方法，其特征在于，

还具备在寄存器保存上述第1结果的步骤；

输出上述差的步骤具备从上述寄存器读取上述第1结果，并将从上述第1结果减去上述第2结果而得到的结果作为上述差输出的步骤。

8.如权利要求6所记载的模拟信号的模数转换方法，其特征在于，

在多个第1期间的各第1期间累积地进行计数而取得第1结果的步骤，包括在上述多个第1期间的各第1期间累积地进行递增计数和递减计数的一方的步骤；

在多个第2期间的各第2期间累积地进行计数而取得第2结果的步骤，包括使用上述第1结果作为初始值，在多个上述第1期间的各第1期间累积地进行递增计数和递减计数的另一方的步骤；

输出上述第1结果及第2结果之差的步骤包括输出上述第2结果的步骤。

9.如权利要求8所记载的模拟信号的模数转换方法，其特征在于，

取得上述第1结果的步骤包括在多个上述第1期间的各第1期间累积地进行递增计数的步骤；

取得上述第2结果的步骤包括使用上述第1结果作为初始值，在多个上述第1期间的各第1期间累积地进行递减计数的另一方的步骤。

10.如权利要求6或8所记载的模拟信号的模数转换方法，其特征在于，

上述第1模拟信号是在固体摄像器件的像素部生成的复位信号；

上述第2模拟信号是在上述像素部生成的影像信号。

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