CN106576149A - 固态摄像元件和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够高速地执行增益转换的固态摄像元件和电子装置。斜波生成电路包括与所需增益的类型(例如，两种类型，即，低增益和高增益)相对应的数量的采样保持电路和斜波生成DAC。两个采样保持电路可以分别保持不同增益的增益DAC输出电压。由此，能够通过斜波选择信号实现至保持所需增益电压的斜波生成DAC的切换。本发明可例如应用于用于成像装置的CMOS固态图像传感器。

Description

固态摄像元件和电子装置
技术领域
本发明涉及固态摄像元件和电子装置，并特别地涉及能够高速执行增益转换(gain transition)的固态摄像元件和电子装置。
背景技术
存在着用于产生斜波电压比较A/D转换用斜波的DAC电路。在具有用于对DAC电路中的斜波的输出增益进行控制的增益控制DAC的电路中，在一些情况下频繁地切换增益值(参考专利文献1)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2007-59991号
发明内容
本发明要解决的技术问题
在这种情况下，增益控制DAC的输出在增益切换之后的稳定时间有时压缩了用于A/D转换的读取时间。
本发明是考虑到上述情况而提出的，并可以高速地执行增益转换。
技术问题的解决方案
根据本发明的方面的固态摄像元件包括：斜波生成数模转换器(DAC)，其被构造成生成斜波，所述斜波生成DAC的数量对应于不同类型的增益；以及采样保持电路，其被构造成分别各自地保持来自增益控制DAC的与所述不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压，所述增益控制DAC控制所述斜波的输出增益，所述采样保持电路的数量对应于所述不同类型的增益。
还可以包括一个所述增益控制DAC。
所述斜波生成DAC通过输入的斜波选择信号进行切换。
还可以包括具有与所述斜波生成DAC和所述增益控制DAC不同的功能的DAC。
具有不同功能的所述DAC是将偏移添加至所述斜波的钳位DAC。
根据本发明的方面的电子装置包括：固态摄像元件，其包括：斜波生成数模转换器(DAC)，其被构造成生成斜波，所述斜波生成DAC的数量对应于不同类型的增益；以及采样保持电路，其被构造成分别各自地保持来自增益控制DAC的与所述不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压，所述增益控制DAC控制所述斜波的输出增益，所述采样保持电路的数量对应于所述不同类型的增益；信号处理电路，其被构造成处理从所述固态摄像元件输出的输出信号；和光学系统，其被构造成使入射光进入所述固态摄像元件。
所述固态摄像元件还可以包括一个所述增益控制DAC。
所述斜波生成DAC通过输入的斜波选择信号进行切换。
所述固态摄像元件还包括具有与所述斜波生成DAC和所述增益控制DAC不同的功能的DAC。
所述具有不同功能的DAC是将偏移添加至所述斜波的钳位DAC。
根据本发明的方面，通过斜波生成数模转换器(DAC)生成斜波，斜波生成数模转换器(DAC)的数量对应于不同类型的增益。此外，来自增益控制DAC的与不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压各自被相应的采样保持电路保持，增益控制DAC控制斜波的输出增益，采样保持电路的数量对应于不同类型的增益。
本发明的效果
根据本发明，可以执行增益转换。特别地，根据本发明，可以高速地执行增益转换。
注意，本说明书中描述的效果仅仅是示例，且本发明的效果不限于本说明书中描述的效果。还可以获得其它效果。
附图说明
图1是图示了根据本发明的固态摄像元件的示意性构造示例的框图。
图2是图示了用于固态摄像元件的A/D转换电路的构造示例的框图。
图3是图示了A/D转换电路的示例性操作的时序图。
图4是说明了使用DDR计数器的斜波生成电路的构造和电路操作的示图。
图5是图示了斜波生成电路的另一构造示例的框图。
图6是图示了斜波生成电路的操作的时序图。
图7是图示了斜波DAC输出的波形的示图。
图8是图示了具有不同程度的振幅的斜波被置于保持在相同电平的像素输出电压上的曲线图的示图。
图9是图示了根据本发明的斜波生成电路的构造示例的框图。
图10是图示了图9中的斜波生成电路的操作的时序图。
图11是图示了根据本发明的斜波生成电路的构造示例的电路图。
图12是图示了图11中的斜波生成电路的操作的时序图。
图13是图示了斜波生成电路的另一构造示例的框图。
图14是说明了钳位DAC的示图。
图15是图示了根据本发明的斜波生成电路的另一构造示例的框图。
图16是图示了根据本发明的电子装置的构造示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将对本发明的实施方式(在下文中被称为“实施例”)进行说明。注意，将按以下顺序进行说明：
0.固态摄像元件的示意性构造示例
1.第一实施例(本发明的斜波生成电路的示例)
2.第二实施例(本发明的斜波生成电路的另一示例)
3.第三实施例(电子装置的示例)
<0.固态摄像元件的示意性构造示例>
<固态摄像元件的示意性构造示例>
图1图示了应用于本发明的每个实施例的示例性互补金属氧化物半导体(CMOS)固态摄像元件的示意性构造示例。
如图1所示，固态摄像元件(元件芯片)1包括像素区域(所谓的成像区域)3和外围电路单元。在像素区域3中，包括多个光电转换元件的多个像素2规则地且二维地排列在半导体基板11(例如，硅基板)上。
像素2具有光电转换元件(例如，光电二极管)和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。多个像素晶体管可例如包括三个晶体管，即传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管，或可通过进一步添加选择晶体管来包括四个晶体管。由于每个像素2(单位像素)的等效电路类似于常用的等效电路，所以本文省略了对它的详细描述。
或者，像素2可以具有共用像素结构。像素共用结构包括多个光电二极管、多个传输晶体管、被共用的单个浮动扩散部以及被共用的其它不同的像素晶体管。
外围电路单元包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6，输出电路7和控制电路8。
控制电路8接收输入时钟和用于指示操作模式等的数据，并输出诸如固态摄像元件1的内部信息等数据。更具体地，控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟生成时钟信号和控制信号。时钟信号和控制信号用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作的基准。然后，控制电路8将这些信号输入至垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6。
垂直驱动电路4例如包括移位寄存器。垂直驱动电路4选择像素驱动配线，向所选择的像素驱动配线提供用于驱动像素2的脉冲，并以行为单位驱动像素2。更具体地，垂直驱动电路4沿垂直方向以行为单位选择性地且顺序地扫描像素区域3中的像素2，并通过垂直信号线9将基于根据每个像素2的光电转换元件中的入射光量产生的信号电荷的像素信号提供至列信号处理电路5。
列信号处理电路5例如是针对像素2的每一列布置的，并针对每个像素列对从一行像素2输出的信号执行诸如噪声消除等信号处理。更具体地，列信号处理电路5执行诸如用于消除像素2特有的固定模式噪声的相关双采样(CDS)、信号放大和模拟/数字(A/D)转换等信号处理。在列信号处理电路5的输出级(output stage)设置有水平选择开关(未示出)，以与水平信号线10连接。
水平驱动电路6例如包括移位寄存器。水平驱动电路6顺序地输出水平扫描脉冲，以依次选择各个列信号处理电路5，并使每个列信号处理电路5将像素信号输出至水平信号线10。
输出电路7对通过水平信号线10从各个列信号处理电路5顺序地提供的信号执行信号处理，并输出这些信号。输出电路7可例如仅执行缓冲，或可执行黑电平调整、列变化校正或各种数字信号处理等。
设置有输入/输出端子12以与外部交换信号。
<A/D转换电路的构造示例>
图2是图示了在图1的固态摄像元件中使用的A/D转换电路的构造示例的框图。在图2的示例中，图示了使用数模转换器(DAC)的斜波A/D转换电路。在斜波A/D转换中，斜波的斜率发生变化，由此使A/D转换增益可变。
A/D转换电路31包括斜波生成电路41、比较器42和计数器43。
斜波生成电路41例如包括DAC。斜波生成电路41基于计数器时钟的时序生成斜波，并将所生成的斜波输出至比较器42。
比较器42将从斜波生成电路41输出的斜波的电压与来自像素2的像素信号进行比较，并将结果(输出值)输出至计数器43。
计数器43对计数器时钟进行计数，并基于比较器42的输出值将计数器值输出至后级(未示出)。
在使用计数器43的A/D转换中，将电压转换成时间，由此将模拟值转换成数字值。将参考图3简要说明该操作。
图3是图示了水平轴表示时间的时序图的示图。
在图3的示例中，DAC输出是从图2中的斜波生成电路41输出的斜波的波形。像素输出值是从图2中的像素2输出的像素信号的值。比较器输出是图2中的比较器42的输出值。计数器输出是图2中的计数器43的输出值(计数)。该示例基于如下假定：计数器43例如是双倍数据速率(double date rate，DDR)计数器。本文使用的DDR计数器是使用时钟的上升沿和下降沿二者来重写数据的计数器。
随着时间的推移，DAC输出(斜波)的输出在计数器时钟的上升沿和下降沿二者的时间点处以相同的速率顺序地减小。计数器43对计数器时钟的上升沿和下降沿二者进行计数。一旦像素与斜波之间的大小关系满足斜波输出值<像素输出值，比较器42的输出发生反转。当比较器42的输出发生反转时，计数器43停止，且计数器43的值被从固态摄像元件1输出以作为计数器值。换句话说，在像素输出与斜波波形的输出交叉时获得的计数值是像素输出的数字值。
同时，在图3的示例中，斜波波形是输出随着时间的推移以固定的速率减小的波形。然而，这被图示为典型示例，且斜波波形没有特别限制。例如，与图3相反，也可以以类似的方式描述随着时间的推移以固定的速率增大的波形。另外，本文所示的计数器43也仅仅是一个示例，且计数器的类型没有特别限制。
接下来，将参考图4说明使用DDR计数器的斜波生成电路的构造和电路操作。在图4的示例中，将对包含彼此相同的五个电流源72-1至72-5且电流源72-1至72-5由DDR计数器71控制的示例进行说明。
计数器时钟被输入至DDR计数器71，且斜波生成电路41的电流源72-1至72-5被构造成由DDR计数器71的输出控制。Ramp_Out终止于电阻R[Ω]，且Ramp_Out的输出为Itotal×R[V]。在斜波生成电路41中，DDR计数器71用于对计数器时钟进行计数。
如图4的时序图所示，在计数器时钟的上升沿和下降沿二者处连续进行DDR计数器71的计数。然后，进行控制以关断电流源72-1至72-5，使得被关断的电流源72-1至72-5的数量对应于计数值。通过这种控制，当计数加1时，使Itotal减小与单个电流源相对应的Iunit[A]，且也使Ramp_Out的电压减小了Iunit×R[V]。
假定计数器时钟的上升沿和下降沿以固定的间隔(即，H时段＝L时段)交替地出现，当以上述方式关断电流源使得被关断的电流源的数量对应于计数值n时，就生成如图3所示的以固定间隔减小的斜波波形。
<斜波生成电路的另一构造和操作>
接下来，将参考图5和图6说明斜波生成电路的另一构造和操作。图5是图示了斜波生成电路的另一构造示例的框图。图6是图示了斜波生成电路的操作的时序图。
在图5的示例中，斜波生成电路41包括增益控制DAC 81、计数器82和斜波生成DAC83。注意，增益控制代码、预置(preset)信号、清除(clear)信号和时钟信号是例如从外部或控制电路8输入的信号。
将用于表示不同类型的增益的增益控制代码(例如，低增益代码或高增益代码)输入至增益控制DAC 81。增益控制DAC 81基于增益控制代码来控制斜波的输出增益，并将如图6所示的增益DAC输出输出至斜波生成DAC 83。
更具体地，增益控制DAC 81改变斜波生成DAC 83的每LSB(最低有效位)的电流值，以改变斜波的斜率。
图7是图示了斜波DAC输出的波形的示图。在假定0dB时的Vrange(振幅)为1时，6dB时的Vrange(振幅)为1/2，且12dB时的Vrange(振幅)为1/4。注意，实际上，6dB时的振幅大约为0dB时的振幅的1/1.995…倍，且12dB时的振幅是0dB时的振幅的1/3.98…倍。然而，为了简化说明，这里假定：6dB时的振幅为两倍大，且12dB时的振幅为四倍大。具体地，从图7所示的波形中可以理解，斜率越平缓，达到特定电压所需的时间就越长。注意，“增益的增加”用于解释如下事实：斜率越平缓，达到特定电压所需的时间就越长。
例如，增益控制DAC 81将参考电流(Iref)乘以A以生成用于斜波生成DAC 83的电流。假定来自增益控制DAC 81的0dB时的电流(一倍)为Iref*A，则6dB时的电流(两倍)为Iref*(A/2)。以这种方式，用于斜波生成DAC 83的电流由增益控制DAC 81控制。
注意，斜波的大振幅意味着低增益，且斜波的小振幅意味着高增益，原因在于，在考虑模拟增益的低增益和高增益时，斜波的1LSB的电压在低增益下大，而在高增益下小。在像素输出电压保持在相同电平的情况下，在斜波与输出电压交叉之前经过的时间(计数数目)在低增益下短，而在高增益下长。
例如，如图8所示，当将具有不同振幅程度的斜波放置在保持在相同电平的像素输出电压上方时就容易理解上面的原理。
具体地，在斜波中，斜波的1LSB的电压在低增益时大，且斜波的1LSB的电压在高增益时小。此外，对于保持在相同电平的像素输出电压与具有低增益/高增益的斜波之间的关系，通过斜波与像素输出电压交叉的时间获得的计数数目在低增益时小，且通过斜波与像素输出电压交叉的时间获得的计数数目在高增益时大。
返回至图5，将预置信号、清除信号和时钟信号中均输入至计数器82。如图6中的虚线所示，预置信号是用于在预置信号上升的时段期间调整比较器42的输入电压的信号。清除信号是用于试图使斜波DAC输出的波形恢复至初始值的信号。时钟信号是用于使斜波DAC输出的波形倾斜地下降的信号。根据这些信号，计数器82将输出代码输出至斜波生成DAC83。具体地说，图6所示的斜波DAC输出的波形通过预置信号、清除信号和时钟信号中的每者形成。
斜波生成DAC 83生成斜波并输出所生成的斜波。具体地，斜波生成DAC 83输出与计数器82的输出代码相对应的电压，以作为斜波DAC输出(斜波)。对于斜波生成DAC 83的输出电平，每计数器代码的电压变化量根据来自增益控制DAC 81的增益DAC输出的电压值而变化。
如上所述，在斜波生成电路41中，在增益改变的情况下，通过将增益控制代码的变化用作触发，增益DAC输出如图6中的粗线所示地变化。因此，如图6中的箭头所示，需要针对斜波DAC输出的增益稳定时段(增益代码从切换至稳定的时段)进行等待。
然而，在需要在频繁地改变增益的同时执行A/D转换的情况下，稳定时段有可能成为高速A/D转换的阻碍。
鉴于上述情况，在本发明中，根据所需增益的类型数量设置斜波生成DAC和分别保持不同增益时的相应增益DAC输出电压的采样保持电路。在下文中，将对本发明进行详细说明。
<1.第一实施例>
<本发明的斜波生成电路的构造示例>
图9是图示了根据本发明的斜波生成电路的构造示例的框图。
与图5中的斜波生成电路41一样，图9中的斜波生成电路41也具有增益控制DAC81。
然而，图9中的斜波生成电路41与图5中的斜波生成电路41的不同之处在于，添加有反相器111、缓冲器112-1和112-2、缓冲器113-1和113-2、采样保持电路115-1和115-2以及输出开关117。另外，图7中的斜波生成电路41与图5中的斜波生成电路41的不同之处还在于，将计数器82和斜波生成DAC 83分别替换为计数器114-1和114-2以及斜波生成DAC 116-1和116-2。
具体地，将预置信号输入至缓冲器113-1和113-2。将清除信号输入至计数器114-1和114-2。将时钟信号输入至缓冲器112-1和112-2。将斜波选择信号输入至反相器111、缓冲器112-2和113-2以及输出开关117。注意，斜波选择信号也例如是从外部或控制电路8输入的信号。
反相器111使斜波选择信号反转，并将其输出至缓冲器112-1和113-1。缓冲器112-1响应于来自反相器111的启用信号(EN)的输入将输入的时钟信号输出至计数器114-1。缓冲器113-1响应于来自反相器111的启用信号(EN)的输入将输入的预置信号输出至计数器114-1。
当斜波选择信号是启用信号(EN)时，缓冲器112-2将输入的时钟信号输出至计数器114-2。当斜波选择信号是启用信号(EN)时，缓冲器113-2将输入的预置信号输出至计数器114-2。
计数器114-1根据输入的预置信号、清除信号和时钟信号中的每者将输出代码输出至斜波生成DAC 116-1。计数器114-2根据输入的预置信号、清除信号和时钟信号中的每者将输出代码输出至斜波生成DAC116-2。
增益控制DAC 81根据增益控制代码将增益DAC输出输出至采样保持电路115-1和115-2。
响应于在低增益代码的输入期间输入的采样保持脉冲(SHPLS)1，采样保持电路115-1针对斜波生成DAC 116-1的低增益时的增益DAC输出电压SH01的泄漏进行充电，从而保持低增益时的增益DAC输出电压SH01。然后，采样保持电路115-1将所保持的低增益时的增益DAC输出电压输出至斜波生成DAC 116-1。
响应于在高增益代码的输入期间输入的采样保持脉冲(SHPLS)2，采样保持电路115-2针对斜波生成DAC 116-2的高增益时的增益DAC输出电压SH02的泄漏进行充电，从而保持高增益时的增益DAC输出电压SH02。然后，采样保持电路115-2将所保持的高增益的增益DAC输出电压输出至斜波生成DAC 116-2。
斜波生成DAC 116-1生成斜波，并输出所产生的斜波。具体地，斜波生成DAC 116-1输出与计数器114-1的输出代码相对应的电压，以作为斜波DAC输出(斜波)。斜波生成DAC116-1的输出电平通过来自采样保持电路115-1的增益DAC输出的电压值来保持。
斜波生成DAC 116-2生成斜波，并输出所产生的斜波。具体地，斜波生成DAC 116-2输出与计数器114-2的输出代码相对应的电压，以作为斜波DAC输出(斜波)。斜波生成DAC116-2的输出电平通过来自采样保持电路115-2的增益DAC输出的电压值来保持。
输出开关117根据斜波选择信号执行至保持所需增益电压的斜波生成DAC 116-1或116-2的斜波DAC输出的切换。具体地，输出开关117在斜波选择信号是禁用信号(0)时选择斜波生成DAC 116-1的斜波DAC输出，并在斜波选择信号是启用信号(1)时选择斜波生成DAC 116-2的斜波DAC输出。
如上所述，图9中的斜波生成电路41包括与所需增益(在图9的示例中，两种类型，即低增益和高增益)的类型相对应的数量的采样保持电路115-1、115-2和斜波生成DAC116-1、116-2。于是，采样保持电路115-1和115-2可分别保持不同增益时的增益DAC输出电压。注意，与各种类型的所需增益相对应的数量不限于两个并可以是两个以上(即，多个)。
上述构造能够通过斜波选择信号实现至保持所需增益电压的斜波生成DAC的切换。因此，增益的切换不再取决于增益DAC输出的稳定，从而可以实现高速增益转换。
注意，在图9的示例中，增益控制DAC 81被斜波生成DAC 116-1、116-2共用。因此，可抑制电路面积和特性的变化。然而，增益控制DAC81可被设置成使得增益控制DAC 81的数量取决于所需增益的类型。
下面将参考图10中的时序图说明图9中的斜波生成电路41的操作。
在图10的示例中，从上面开始依次图示了预置信号、清除信号、时钟信号、增益控制代码、斜波选择信号、SHPLS1、SHPLS2、SH02、增益DAC输出、SH01和斜波DAC输出的时序图。
在由箭头A1所示的时间点处输入SHPLS1。此时，增益控制代码表示低增益代码。因此，采样保持电路115-1接通内置开关，针对斜波生成DAC116-1的低增益时的增益DAC输出电压SH01的泄漏进行充电，从而保持低增益时的增益DAC输出电压SH01。
在这种情况下，由于保持了低增益时的增益DAC输出电压SH01，因此采样保持电路115-1关断内置开关。然后，在箭头A2所示的时间点处，增益控制DAC 81被切换至斜波生成DAC 116-2的使用增益代码(高增益代码)。
以类似的方式，在箭头A3所示的时间点处输入SHPLS2。此时，增益控制代码表示高增益代码。因此，采样保持电路115-2接通内置开关，针对斜波生成DAC 116-2的高增益时的增益DAC输出电压SH02的泄漏进行充电，从而保持高增益时的增益DAC输出电压SH02。
在这种情况下，由于保持了高增益时的增益DAC输出电压SH02，所以采样保持电路115-2关断内置开关。然后，在箭头A4所示的时间点处，增益控制DAC 81被切换至斜波生成DAC 116-1的使用增益代码(低增益代码)。
注意，在斜波生成电路41中，由于能够在切换图9中的斜波DAC输出的增益状态之前的时间点处改变增益控制代码，所以通过斜波选择信号来切换斜波DAC输出的增益状态。
具体地，与图5中的斜波生成电路41的稳定时段相对应的时段是箭头A5所示的对A/D转换时段有影响的时段。相反，图9中的斜波生成电路41的稳定时段是箭头A6所示的对A/D转换时段没有影响的时段。因此，可以实现高速增益转换。
如上所述，在采样保持电路115-1和115-2均进入保持状态之后，可以改变增益DAC输出。因此，可以在切换斜波DAC输出的增益状态之前的时间点处改变增益控制代码。因此，增益DAC和斜波DAC可以以流水线方式(pipeline manner)和以时分方式(time-divisionmanner)操作，使得增益DAC输出的稳定没有介入到A/D转换时段中。
此外，由采样保持电路115-1和115-2中的每者保持的电压电平与图5中的斜波生成电路41的电压电平相同。因此，在采样保持电路115-1和115-2中发生泄漏的情况下，仅需对采样保持电路115-1和115-2进行充电。然而，最好在启动时设置具有长采样时段的启动操作。
<本发明的斜波生成电路的示例电路>
图11是图示了根据本发明的斜波生成电路的构造示例的电路图。注意，图11详细描述了图9中的斜波生成电路41的增益控制DAC 81、计数器114-1和114-2、采样保持电路115-1和115-2以及斜波生成DAC116-1和116-2。因此，将省略对图11的示例中所示的其它组件(即，参考电压、VDD、GND、电阻和电流源等)的说明。
增益控制DAC 81根据增益控制代码接通/关断内置开关，从而将增益DAC输出输出至采样保持电路115-1和115-2。
采样保持电路115-1和115-2中的每者根据SHPLS1或SHPLS2的输入接通内置开关，从而使用增益控制DAC 81的增益DAC输出对自身充电。采样保持电路115-1和115-2中的每者将经过充电的增益DAC输出作为SH01和SH02中的相应一者输出至斜波生成DAC 116-1和116-2中的相应一者。
此外，采样保持电路115-1和115-2中的每者在未被输入SHPLS1或SHPLS2时关断内置开关，从而阻断来自增益控制DAC 81的增益DAC输出。
斜波生成DAC 116-1和116-2中的每者按照计数器114-1和114-2中的相应一者的输出顺序地将内置开关从1切换至0以生成斜波，并输出所生成的斜波，以作为斜波DAC输出。具体地，执行逐渐地关断电流源并顺序地减小斜波的输出的操作。
同时，在斜波生成DAC 116-1和116-2中的已被输入斜波选择禁用信号的一者处，按照计数器114-1和114-2中的相应一者的输出将所有内置开关被切换至0并将它们连接至SW1和SW2中的相应一者，并关断SW1和SW2中的相应一者。注意，SW1和SW2是对应于图9中的输出开关117的开关，并通过斜波选择禁用信号的输入被关断。因此，斜波生成DAC 116-1和116-2中的未被使用的一者的电流被关断，由此可以尽可能多地减少由数量增大的电路引起的功耗增加。
图12是图示了图11中的斜波生成电路41的操作的时序图。
在图12的示例中，从上面开始依次图示了增益控制代码、SHPLS1、SHPLS2、SW1、SW2、计数器114-1、计数器114-2和斜波DAC输出的时序图。注意，SW1和SW2是对应于图9中的输出开关117的开关，并通过斜波选择信号接通和关断。
对于增益控制代码，低增益代码和高增益代码交替地重复，且每个代码持续预定时段(在图12的示例中，对应于两次DAC输出的时段)。注意，两次DAC输出仅是示例，且可以采用一次DAC输出或多次DAC输出。此外，还可以在不同次数的输出之后执行至低增益代码的切换和至高增益代码的切换。
在SW 1导通(ON)且增益控制代码是低增益代码的时段期间，SHPLS1被接通两次，并对斜波生成DAC 116-1的低增益时的增益DAC输出电压SH01的泄漏进行充电。在SW2为H(导通)且增益控制代码是高增益代码的时段期间，SHPLS2变为H(导通)两次，并对斜波生成DAC116-2的高增益时的增益DAC输出电压SH01的泄漏进行充电。
SW 1和SW 2重复如下状态：SW 1和SW 2中的一者通过斜波选择信号变为H(导通)，而另一者变为L(断开(OFF))。计数器114-1在SW 1为H(导通)的时段期间将0或1传递至斜波生成DAC 116-1，并在SW 1为L(断开)的时段期间全部变为零。计数器114-2在SW 2为H(导通)的时段期间将0或1传递至斜波生成DAC 116-2，并在SW 2为L(断开)的时段期间全部变为零。
斜波DAC输出在SW 1为H(导通)的时段期间变为斜波生成DAC116-1的低增益时的斜波DAC输出，并在SW 2为H(导通)的时段期间变为斜波生成DAC 116-2的高增益时的斜波DAC输出。
注意，尽管上述斜波生成电路被构造成至少包括增益控制DAC和斜波生成DAC，但是不用说，斜波生成电路可被构造成包括具有另一功能的DAC。作为这种情况的示例，在后述的图13中图示了示例性钳位DAC。然而，具有另一功能的DAC不限于钳位DAC。
<2.第二实施例>
<斜波生成电路的其它结构示例>
图13是图示了斜波生成电路的构造示例的框图。
与图9中的斜波生成电路41一样，图13中的斜波生成电路41也包括增益控制DAC81、计数器82和斜波生成DAC 83。
图13中的斜波生成电路41与图5的斜波生成电路41的不同之处在于，添加有钳位DAC 201。注意，钳位控制信号也是例如从外部或控制电路8输入的信号。
钳位DAC 201根据用于执行控制以导通/断开钳位DAC 201的钳位控制信号将偏移添加至斜波生成斜波DAC 83的斜波DAC输出。
例如，如图14所示，当钳位导通/断开控制信号表示钳位导通时，偏移Vclamp被添加至斜波DAC输出，从而可以调整电压电平。另一方面，如图14所示，当钳位导通/断开控制信号表示钳位断开时，偏移Vclamp不被添加至斜波DAC输出。
因此，从图13中的斜波生成电路41输出已被添加偏移Vclamp的斜波DAC输出。
当将本发明应用于图13中的斜波生成电路41时，如图15所示地构造斜波生成电路41。
<本发明的斜波生成电路的构造示例>
图15是图示了根据本发明的斜波生成电路的构造示例的框图。
与图9中的斜波生成电路41一样，图15中的斜波生成电路41被构造成包括增益控制DAC 81、计数器82、斜波生成DAC 83、反相器111、缓冲器112-1和112-2、缓冲器113-1和113-2、采样保持电路115-1和115-2以及输出开关117。
图15中的斜波生成电路41与图9中的斜波生成电路41不同之处在于，添加有上面参考图13提到的钳位DAC 201。
钳位DAC 201根据钳位控制信号将偏移添加至来自输出开关117的斜波DAC输出。
因此，同样地，在图15的斜波生成电路41中，例如，当钳位导通/断开控制信号如图14所示地表示钳位导通时，偏移Vclamp被添加至斜波DAC输出，从而可以调整电压电平。
注意，除了钳位DAC 201之外，图15中的斜波生成电路41与图9中的斜波生成电路41相同，且其详细构造和操作基本上类似于图9中的斜波生成电路41的构造和操作。因此，将省略对它们的说明以避免重复。
如上所述，根据本发明，包括了与所需增益的类型相对应的数量的采样保持电路和斜波生成DAC，且通过采样保持电路来分别保持不同增益的增益DAC输出电压。
上述构造能够通过斜波选择信号实现至保持所需增益电压的斜波生成DAC的切换。因此，增益的切换不再依赖于增益DAC输出的稳定，从而可以实现高速增益转换。
此外，由于仅设置有诸如单个增益控制DAC等所需组件，使得组件的数量取决于所需增益的类型，所以可以抑制电路面积和特性的变化。
注意，尽管至此已经说明了根据本发明的CMOS固态摄像元件的构造，但是本发明还可以应用于诸如电荷耦合器件(CCD)固态摄像元件等固态摄像元件。
另外，固态摄像元件可以是背面照射型或正面照射型固态摄像元件。
注意，本发明不限于固态摄像元件的应用，并可以应用于成像装置。本文使用的成像装置是诸如数码相机和数码摄像机等照相机系统，或诸如移动电话等具有成像功能的电子装置。注意，电子装置上安装的模块化形式(即，相机模块)可以用作成像装置。
<3.第三实施例>
<电子装置的构造示例>
在下文中，将参考图16说明本发明的第二实施例的电子装置的构造示例。
图16所示的电子装置400包括固态摄像元件(元件芯片)401、光学透镜402、快门装置403、驱动电路404和信号处理电路405。作为固态摄像元件401，设置了安装有本发明的上述第一实施例的斜波生成电路的固态摄像元件。因此，可以高速执行增益转换。
光学透镜402在固态摄像元件401的成像表面上形成来自物体的图像光(入射光)的图像。因此，在固态摄像元件401中在一定时段内累积信号电荷。快门装置403控制固态摄像元件401的光照射时段和遮光时段。
驱动电路404提供用于控制固态摄像元件401的信号传输操作和快门装置403的快门操作的驱动信号。从驱动电路404提供的驱动信号(时序信号)使固态摄像元件401执行信号传输。信号处理电路405对从固态摄像元件401输出的信号执行各种信号处理。经过信号处理的视频信号被存储在诸如存储器等存储介质中或被输出至监视器。
注意，本发明中的实施例不限于上述实施例，并可以在不偏离本发明的主旨的范围内进行各种改变。
另外，上述作为单个装置(或处理单元)的构造可被分割并被构造为多个装置(或处理单元)。相反，上述作为多个装置(或处理单元)的构造可被组合并被构造为单个装置(或处理单元)。不用说，除上述构造之外的构造可被添加至每个装置(或每个处理单元)的构造。此外，只要系统作为整体的构造和操作基本上相同，某个装置(或处理单元)的构造的一部分就可被包括在另一装置(或另一处理单元)的构造中。换句话说，本发明不限于上述实施例，并可以在不偏离本发明的主旨的范围内进行各种改变。
至此已经参考附图详细说明了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于这些示例。显然，具有本发明所属技术领域的普通知识的人可以在权利要求中描述的技术思路的范围内构思各类型型的变化或修改。自然地，应当理解，这些变化或修改也属于本发明的技术范围。
注意，本发明还可以配置如下。
(1)一种固态摄像元件，其包括：
斜波生成数模转换器(DAC)，其被构造成生成斜波，所述斜波生成DAC的数量对应于不同类型的增益；以及
采样保持电路，其被构造成分别各自地保持来自增益控制DAC的与所述不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压，所述增益控制DAC控制所述斜波的输出增益，所述采样保持电路的数量对应于所述不同类型的增益。
(2)如(1)所述的固态摄像元件，其还包括：
一个所述增益控制DAC。
(3)如(1)或(2)所述的固态摄像元件，其中，所述斜波生成DAC通过输入的斜波选择信号进行切换。
(4)如(1)至(3)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
具有与所述斜波生成DAC和所述增益控制DAC不同的功能的DAC。
(5)如(4)所述的固态摄像元件，其中，
所述具有不同功能的DAC是将偏移添加至所述斜波的钳位DAC。
(6)一种电子装置，其包括：
固态摄像元件，其包括：
斜波生成数模转换器(DAC)，其被构造成生成斜波，所述斜波生成DAC的数量对应于不同类型的增益；以及
采样保持电路，其被构造成分别各自地保持来自增益控制DAC的与所述不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压，所述增益控制DAC控制所述斜波的输出增益，所述采样保持电路的数量对应于所述不同类型的增益；
信号处理电路，其被构造成处理从所述固态摄像元件输出的输出信号；和
光学系统，其被构造成使入射光进入所述固态摄像元件。
(7)如(6)所述的电子装置，其中，
所述固态摄像元件还包括一个所述增益控制DAC。
(8)如(6)或(7)所述的电子装置，其中，
所述斜波生成DAC通过输入的斜波选择信号进行切换。
(9)如(6)至(8)中任一项所述的电子装置，其中，
所述固态摄像元件还包括具有与所述斜波生成DAC和所述增益控制DAC不同的功能的DAC。
(10)如(9)所述的电子装置，其中，
所述具有不同功能的DAC是将偏移添加至所述斜波的钳位DAC。
附图标记列表
1 固态摄像元件 2 像素
3 像素区域 31 A/D转换电路
41 斜波生成电路 42 比较器
43 计数器 71 DDR计数器
72-1至72-5 电流源 81 增益控制DAC
82 计数器 83 斜波生成DAC
111 反相器 112-1、112-2 缓冲器
113-1、113-2 缓冲器 114-1、114-2 计数器
115-1、115-2 采样保持电路 116-1、116-2 斜波生成DAC
117 输出开关 201 钳位DAC
400 电子装置 401 固态成像装置
402 光学透镜 403 快门装置
404 驱动电路 405 信号处理电路

Claims (10)

1.一种固态摄像元件，其包括：
斜波生成数模转换器(DAC)，其被构造成生成斜波，所述斜波生成DAC的数量对应于不同类型的增益；以及
采样保持电路，其被构造成分别各自地保持来自增益控制DAC的与所述不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压，所述增益控制DAC控制所述斜波的输出增益，所述采样保持电路的数量对应于所述不同类型的增益。
2.如权利要求1所述的固态摄像元件，其还包括：
一个所述增益控制DAC。
3.如权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述斜波生成DAC通过输入的斜波选择信号进行切换。
4.如权利要求1所述的固态摄像元件，其还包括：
具有与所述斜波生成DAC和所述增益控制DAC不同的功能的DAC。
5.如权利要求4所述的固态摄像元件，其中，
所述具有不同功能的DAC是将偏移添加至所述斜波的钳位DAC。
6.一种电子装置，其包括：
固态摄像元件，其包括：
斜波生成数模转换器(DAC)，其被构造成生成斜波，所述斜波生成DAC的数量对应于不同类型的增益；以及
采样保持电路，其被构造成分别各自地保持来自增益控制DAC的与所述不同类型的增益相对应的增益DAC输出电压，所述增益控制DAC控制所述斜波的输出增益，所述采样保持电路的数量对应于所述不同类型的增益；
信号处理电路，其被构造成处理从所述固态摄像元件输出的输出信号；和
光学系统，其被构造成使入射光进入所述固态摄像元件。
7.如权利要求6所述的电子装置，其中，
所述固态摄像元件还包括一个所述增益控制DAC。
8.如权利要求6所述的电子装置，其中，
所述斜波生成DAC通过输入的斜波选择信号进行切换。
9.如权利要求6所述的电子装置，其中，
所述固态摄像元件还包括具有与所述斜波生成DAC和所述增益控制DAC不同的功能的DAC。
10.如权利要求9所述的电子装置，其中，
所述具有不同功能的DAC是将偏移添加至所述斜波的钳位DAC。
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