CN107431773A - 固体摄像装置、电子设备和ad转换器 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及能够抑制AD转换结果中出现误差的固体摄像装置、电子设备和AD转换器。所述固体摄像装置包括：像素部，其具有多个像素；比较器，其比较从所述像素输出的像素信号与参考信号；以及计数器，其对所述比较器的比较时间进行计数。所述比较器包括：第一放大器，其执行所述像素信号与所述参考信号之间的比较操作；第二放大器，其具有第一晶体管并且放大所述第一放大器的输出信号；以及第二晶体管，其具有与所述第一晶体管的极性相同的极性。所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出端，并且所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。例如，本技术可以被应用到CMOS图像传感器。

Description

固体摄像装置、电子设备和AD转换器
技术领域
本技术涉及固体摄像装置、电子设备和模数(AD：analog-to-digital)转换器，并且更具体地，涉及能够抑制AD转换结果中出现误差的固体摄像装置、电子设备和AD转换器。
背景技术
近年来，人们要求用于模数转换器(ADC：analog-to-digital converter)中的由两级放大器形成的比较器能够降低噪声并且能够抑制反转延迟(inversion delay)。反转延迟是指从差分对的两个输入之间的大小关系发生变化到输出发生反转所经过的时间。
通过降低比较器的噪声就可以降低ADC的噪声。此外，通过抑制比较器中的反转延迟就可以缩短AD转换所需的时间。
当通过增大用于带域限制的电容器(在下文中，称为限带电容器(band-limingcapacitor))的电容值来使噪声带域变窄时，可以实现比较器的降噪。然而，在这种情况下，会使反转延迟增大。
同时，专利文献1中所公开的比较器能够改变限带电容器的电容值。通过当让参考信号倾斜时使限带电容器的电容值减小，上述构造能够在不改变噪声水平的情况下使反转延迟最小化。
然而，专利文献1中所说明的构造不能解决噪声与反转延迟之间的权衡。即，当噪声降低时，反转延迟会增大。
专利文献2提出：将用于产生密勒效应(Miller effect)的电容器连接在比较器所包含的第二放大器的输入与输出之间，以便解决噪声与反转延迟之间的权衡。当采用上述构造时，电容器的电容值能够在反转操作之前保持为小的值，但是电容器的电容值会由于密勒效应而在反转操作的期间内增大。这使得在降低噪声的同时可以使反转延迟最小化。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2013-38549 A
专利文献2：JP 2014-17838 A
发明内容
要解决的技术问题
然而，在专利文献2所述的构造中，当许多的诸如列ADC等ADC同时操作时，电源会发生波动，以致噪声会叠加在输出级上。因此，AD转换结果会出现误差。
本技术是鉴于上述情形而被做出的，并且本技术能够抑制AD转换结果中出现误差。
解决技术问题的技术方案
根据本技术一方面的固体摄像装置包括像素部、比较器和计数器。所述像素部包括多个像素。所述比较器比较从所述像素输出的像素信号与参考信号。所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数。所述比较器包括第一放大器、第二放大器和第二晶体管。所述第一放大器执行所述像素信号与所述参考信号的比较动作。所述第二放大器包括第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号。所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性。所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点。所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
当所述第二晶体管是正沟道金属氧化物半导体(PMOS：positive-channel metaloxide semiconductor)晶体管时，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极被连接至电源电位。
当所述第二晶体管是负沟道金属氧化物半导体(NMOS：negative-channel metaloxide semiconductor)晶体管时，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极被连接至地电位。
所述第二晶体管的阈值电压被设定成位于与在所述第二放大器的反转即将开始之前由所述第一放大器生成的输出信号基本相同的电平处。
根据本技术一方面的电子设备包括固体摄像装置。所述固体摄像装置包括像素部、比较器和计数器。所述像素部包括多个像素。所述比较器比较从所述像素输出的像素信号与参考信号。所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数。所述比较器包括第一放大器、第二放大器和第二晶体管。所述第一放大器执行所述像素信号与所述参考信号的比较动作。所述第二放大器包括第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号。所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性。所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点。所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
根据本技术一方面的AD转换器包括比较器和计数器。所述比较器比较模拟信号与参考信号，并且所述比较器放大比较结果。所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数。所述比较器包括第一放大器、第二放大器和第二晶体管。所述第一放大器执行所述模拟信号与所述参考信号的比较动作。所述第二放大器包括第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号。所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性。所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点。所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
根据本技术的一个方面，在包括第一放大器(用于比较像素信号与参考信号)、第二放大器(具有第一晶体管，并且用于放大所述第一放大器的输出信号)和第二晶体管(具有与所述第一晶体管的极性相同的极性)的比较器中，所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
本发明的有益效果
根据本技术的一个方面，可以抑制AD转换结果中出现误差。
附图说明
图1是图示了根据本技术的固体摄像装置的示例性构造的框图。
图2是图示了像素的示例性构造的图。
图3是图示了现有比较器的示例性构造的电路图。
图4是图示了图3所示的比较器的操作的时序图。
图5是图示了现有比较器的另一种示例性构造的电路图。
图6是图示了图5所示的比较器的操作的时序图。
图7是图示了现有比较器的又一种示例性构造的电路图。
图8是图示了图7所示的比较器的操作的时序图。
图9是图示了根据本技术的比较器的示例性构造的电路图。
图10是图示了PMOS晶体管的电容特性的图。
图11是图示了根据本技术的比较器的操作的时序图。
图12是图示了电源波动噪声(power fluctuation noise)的影响的图。
图13是图示了根据本技术的比较器的另一种示例性构造的电路图。
图14是图示了NMOS晶体管的电容特性的图。
图15是图示了根据本技术的电子设备的示例性构造的框图。
图16是图示了图像传感器的示例性用途的图。
具体实施方式
现在，将参照附图来说明本技术的实施例。
固体摄像装置的构造
图1是图示了根据本技术的固体摄像装置的示例性构造的框图。
图1所示的固体摄像装置1被配置为互补金属氧化物半导体(CMOS：complementarymetal oxide semiconductor)图像传感器。
固体摄像装置1包括像素部11、垂直扫描电路12、水平传输扫描电路13、时序控制电路14、ADC群15、数模转换器(DAC：digital-to-analog converter)16、放大器电路17和信号处理电路18。
在这些部件中，像素部11、垂直扫描电路12、水平传输扫描电路13、ADC群15、DAC16和放大器电路17是由模拟电路形成的。时序控制电路14和信号处理电路18是由数字电路形成的。
像素部11是通过以矩阵的形式布置多个像素而被配置的。稍后将参照图2来说明像素的构造。
垂直扫描电路12控制行地址和行扫描。水平传输扫描电路13控制列地址和列扫描。
时序控制电路14作为用于顺序地读取像素部11的信号的控制电路而生成了内部时钟。时序控制电路14生成由像素部11、垂直扫描电路12、水平传输扫描电路13、ADC群15、DAC 16和信号处理电路18进行的信号处理所必需的时序信号。时序控制电路14生成控制脉冲，该控制脉冲作为将要施加到初始化(自动调零(AZ：auto zero))开关(在下文中，称为AZ开关)的初始化信号。当ADC群15中的各比较器开始动作时，所述AZ开关用来决定各列的动作点。
ADC群15是通过在多个列中布置有ADC而被配置的。响应于来自像素部11的像素信号VSL，各列中的ADC使用从DAC 16接收到的参考电压Vslop来执行AD转换和数字相关双采样(CDS：correlated double sampling)，并输出具有数位的数字信号。
各个ADC包括比较器31、计数器32和锁存器33。
比较器31比较由DAC 16生成的参考电压Vslop与通过垂直信号线从每行中的像素获取的像素信号VSL。
计数器32对比较器31的比较时间进行计数。
锁存器33存储计数器32的计数。各个锁存器33的输出被连接至水平传输线LTRF。
在ADC群15内，设置在各列中的比较器31比较被读取到垂直信号线中的像素信号VSL与参考电压Vslop(具有斜坡波形的斜坡信号RAMP)。
在上述情况下，与比较器31的情形一样地被设置在各列中的计数器32以如下的方式进行操作：使斜坡信号RAMP和计数值以一对一的对应方式发生改变。这将会把像素信号VSL转换成数字信号。
当像素信号VSL与斜坡信号RAMP相交时，比较器31的输出发生反转，并且计数器32的输入时钟停止或已被停止的输入时钟进入计数器32。然后，AD转换完成。
在AD转换周期结束之后，水平传输扫描电路13将存储在锁存器33中的数据传输到水平传输线LTRF。然后，传输过来的数据通过放大器电路17而被输入到信号处理电路18，并且该数据被执行预定的信号处理。结果，生成了二维图像。
像素的示例性构造
图2是图示了固体摄像装置1的像素部11中所包含的像素的示例性构造的图。
像素51包括光电二极管61、传输晶体管62、复位晶体管63、放大晶体管64和选择晶体管65。
光电二极管61对入射光进行光电转换，以生成与入射光的光量对应的电荷(在本例中，电子)。
传输晶体管62被连接在光电二极管61与用作输出节点的浮动扩散部(FD：floating diffusion)之间。当通过传输控制线LTx向传输晶体管62的栅极提供驱动信号TG时，传输晶体管62将由光电二极管61进行光电转换而获得的电子传输到FD。
复位晶体管63被连接在电源线LVDD与FD之间。当通过复位控制线LRST向复位晶体管63的栅极提供驱动信号RST时，复位晶体管63将FD的电位复位到电源线LVDD的电位。
FD被连接至放大晶体管64的栅极。放大晶体管64通过选择晶体管65而被连接至垂直信号线66，以便与恒流源(未示出)形成源极跟随器。
当通过选择控制线LSEL向选择晶体管65的栅极提供控制信号SEL时，选择晶体管65导通。当选择晶体管65导通时，放大晶体管64放大FD的电位，并且放大晶体管64将与放大后的电位对应的电压输出到垂直信号线66。通过垂直信号线66而从各个像素51输出的电压(像素信号VSL)被输入到ADC群15。
复位控制线LRST、传输控制线LTx和选择控制线LSEL被布线在像素阵列的各行中，并且由垂直扫描电路12驱动。
即，因为传输晶体管62、复位晶体管63和选择晶体管65的栅极被连接在各行中，所以上述操作是针对各行中的像素51同时执行的。
比较器的示例性构造
根据本实施例的比较器31主要包括第一放大器和第二放大器。第一放大器和第二放大器是级联的。
在说明根据本实施例的比较器31的构造之前，现在将对现有比较器的构造进行说明。
现有比较器的构造1
图3是图示了现有比较器的示例性构造的电路图。
如图3所示，比较器100A包括第一放大器110和第二放大器120。第一放大器110和第二放大器120是级联的。第一放大器110比较像素信号VSL与参考信号Vslop(斜坡信号RAMP)。第二放大器120放大第一放大器110的输出信号。
第一放大器110包括p沟道MOS(PMOS)晶体管PT111至PT114、n沟道MOS(NMOS)晶体管NT111至NT113以及电容器C111和C112。
PMOS晶体管PT111的源极和PMOS晶体管PT112的源极被连接至电源电位VDD。
PMOS晶体管PT111的漏极被连接至NMOS晶体管NT111的漏极，并且这种连接的连接点形成节点ND111。此外，PMOS晶体管PT111的漏极和栅极连接，并且这种连接的连接点被连接至PMOS晶体管PT112的栅极。
PMOS晶体管PT112的漏极被连接至NMOS晶体管NT112的漏极，并且这种连接的连接点形成第一放大器110的输出节点ND112。NMOS晶体管NT111的源极被连接至NMOS晶体管NT112的源极，并且这种连接的连接点被连接至NMOS晶体管NT113的漏极。NMOS晶体管NT113的源极被连接至参考电位(例如，地电位)GND。
NMOS晶体管NT111的栅极被连接至电容器C111的第一电极，并且这种连接的连接点形成节点ND113。电容器C111的第二电极被连接至斜坡信号RAMP的输入端子TRAMP。
NMOS晶体管NT112的栅极被连接至电容器C112的第一电极，并且这种连接的连接点形成节点ND114。电容器C112的第二电极被连接至像素信号VSL的输入端子TVSL。
此外，NMOS晶体管NT113的栅极被连接至偏置信号BIAS的输入端子TBIAS。
PMOS晶体管PT113的源极被连接至节点ND111，并且PMOS晶体管PT113的漏极被连接至节点ND113。PMOS晶体管PT114的源极被连接至节点ND112，并且PMOS晶体管PT114的漏极被连接至节点ND114。
同时，PMOS晶体管PT113和PT114的栅极都被连接至第一AZ信号PSEL的输入端子TPSEL。第一AZ信号PSEL为低电平有效。
在第一放大器110中，PMOS晶体管PT111和PT112形成电流镜像电路，并且NMOS晶体管NT111和NT112形成差分比较部(差分对)。该差分比较部使用NMOS晶体管NT113作为电流源。
此外，PMOS晶体管PT113和PT114用作AZ开关，并且电容器C111和C112用作AZ电平采样电容器。
第一放大器110的输出信号1stcomp从输出节点ND112被输出到第二放大器120。
第二放大器120包括PMOS晶体管PT121、NMOS晶体管NT121和NT122以及电容器C121。
PMOS晶体管PT121的源极被连接至电源电位VDD，并且PMOS晶体管PT121的栅极被连接至第一放大器110的输出节点ND112。
PMOS晶体管PT121的漏极被连接至NMOS晶体管NT121的漏极，并且这种连接的连接点形成输出节点ND121。
NMOS晶体管NT121的源极被连接至地电位GND，NMOS晶体管NT121的栅极被连接至电容器C121的第一电极，并且这种连接的连接点形成节点ND122。电容器C121的第二电极被连接至地电位GND。
NMOS晶体管NT122的漏极被连接至节点ND121，并且NMOS晶体管NT122的源极被连接至节点ND122。
同时，NMOS晶体管NT122的栅极被连接至第二AZ信号NSEL的输入端子TNSEL。第二AZ信号NSEL为高电平有效。
第二AZ信号NSEL的电平相对于提供给第一放大器110的第一AZ信号PSEL的电平是互补的。
在第二放大器120中，PMOS晶体管PT121形成输入端和放大电路。
此外，NMOS晶体管NT122用作AZ开关，并且电容器C121用作AZ电平采样电容器。
第二放大器120的输出信号2ndOUT从输出节点ND121被输出到比较器100A的输出端子TOUT。
比较器的操作1
现在，将参照图4的时序图来说明图3所示的比较器100A的操作。
尽管这里省略了详细说明，但是复位电平的积分型AD转换(P相)是在AZ周期结束时开始的。
在P相中，斜坡信号RAMP与像素信号VSL之间的比较是响应于斜坡信号RAMP的斜坡波形的变化而开始的。在斜坡信号RAMP与像素信号VSL相交之后，第一放大器110的输出信号1stcomp急剧变化。
当第一放大器110的输出信号1stcomp达到第二放大器120的输出信号2ndOUT开始反转时的电平(反转开始电压Vstart)时，第二放大器120的PMOS晶体管PT121导通。当PMOS晶体管PT121导通时，电流I1开始流动，致使第二放大器120的输出信号2ndOUT从低电平(L)反转到高电平(H)。
在信号电平的积分型AD转换(D相)中，比较器100A以与在P相中相同的方式进行操作。因此，由于数字CDS，可以消除kTC噪声和比较器偏移(comparator offset)。
如图4所示，比较器100A的反转延迟相对减少。然而，在第二放大器120的输出信号2ndOUT发生改变的同时，第一放大器110的输出信号1stcomp的变化的斜率很大。因此，由于带域宽度增大了，所以无法实现降噪。
鉴于上述情形，下面将说明包含限带电容器以用于降噪的构造。
现有比较器的构造2
图5是图示了现有比较器的另一种示例性构造的电路图。
图5所示的比较器100B具有与图3所示的比较器100A的构造基本相同的构造。然而，比较器100B与比较器100A的不同之处在于，比较器100B在第一放大器110的输出节点ND112与电源电位VDD之间还包含限带电容器C130。
比较器的操作2
图6是图示了图5所示的比较器100B的操作的时序图。
图6没有示出D相周期的时序图，但是示出了AZ周期和P相周期的时序图。
如图6所示，通过将限带电容器C130加入到比较器100B中，第一放大器110的输出信号1stcomp的变化的斜率就减小了。这能够减小带域宽度并且降低噪声。然而，反转延迟会增大。
鉴于上述情形，下面将说明用于产生密勒效应的电容器被连接在第二放大器的输入与输出之间以便解决上述的噪声与反转延迟之间的权衡的构造。
现有比较器的构造3
图7是图示了现有比较器的又一种示例性构造的电路图。
图7所示的比较器100C具有与图3所示的比较器100A的构造基本相同的构造。然而，比较器100C与比较器100A的不同之处在于，比较器100C在第二放大器120的输入与输出之间还包含电容器C140。
比较器的操作3
图8是图示了图7所示的比较器100C的操作的时序图。
图8也没有示出D相周期的时序图，但是示出了AZ周期和P相周期的时序图。
如图8所示，通过将电容器C140加入到比较器100C中来产生密勒效应。由于密勒效应，电容器C140的电容值(在第二放大器120的输入端处的有效电容值)仅在第二放大器120的输出信号2ndOUT发生改变时才会增大。这能够在降低噪声的同时抑制反转延迟的增大。
现在，将说明根据本技术的比较器31的构造。
根据本技术的比较器的构造
图9是图示了根据本技术的比较器的示例性构造的电路图。
比较器31具有与图3所示的比较器100A的构造基本相同的构造。然而，比较器31与比较器100A的不同之处在于，比较器31在第一放大器110的输出节点ND112与电源电位VDD之间还包含作为限带电容器的PMOS晶体管PT150。
PMOS晶体管PT150具有与由第一放大器110中的NMOS晶体管NT111和NT112形成的差分对的极性相反的极性。即，PMOS晶体管PT150具有与用作第二放大器120的输入端的PMOS晶体管PT121的极性相同的极性。
PMOS晶体管PT150的栅极被连接至第一放大器110的输出节点ND112。PMOS晶体管PT150的源极和漏极被连接至电源电位VDD。
图10是图示了PMOS晶体管的电容特性的图。
如图10所示，当输入电压高时，即，当栅极-源极间电压Vgs低时，该PMOS晶体管的电容值小。然而，当输入电压降低到使栅极-源极间电压Vgs超过阈值电压Vth时，该PMOS晶体管的电容值急剧增大。
上述特性以及第一放大器110的输出信号1stcomp的高电平到低电平的变化能够用来在第二放大器120的输出信号2ndOUT的反转开始的附近处增大限带电容器的电容值。在这种情况下，假设PMOS晶体管PT150的阈值电压Vth被设定成位于与在第二放大器120的输出信号2ndOUT的反转即将开始之前而生成的第一放大器110的输出信号1stcomp基本相同的电平处。PMOS晶体管PT150的阈值电压Vth需要比反转开始电压Vstart更高。
根据本技术的比较器的操作
图11是图示了图9所示的比较器31的操作的时序图。
图11也没有示出D相周期的时序图，但是示出了AZ周期和P相周期的时序图。
如图11所示，作为限带电容器而被加入到比较器31中的PMOS晶体管PT150使输出信号1stcomp的电平从高变到低。当输出信号1stcomp达到与反转开始电压Vstart基本相同的电平(阈值电压Vth)时，PMOS晶体管PT150的电容值(在第二放大器120的输入端处的有效电容值)增大。这能够在降低噪声的同时抑制反转延迟的增大。
PMOS晶体管PT150的电容特性是：PMOS晶体管PT150的电容值在反转操作之后保持为很大的值。因此，优选的是，第一放大器110的输出信号1stcomp中的电压波动方向是由高电平到低电平的方向。然而，可替代地，这种电压波动方向可能会是相反的方向。
如上所述，根据本技术的比较器31的构造解决了噪声与反转延迟之间的权衡，如在利用密勒效应的如图7所示的比较器100C的构造的情况下一样。
顺便提及地，例如，如果许多的诸如列ADC等ADC同时操作，则电源会发生波动。
在上述情况下，比较器100C被配置成：如图12的上半部分所示，由电源的波动而产生的噪声被输入到PMOS晶体管PT121的源极。这使栅极-源极间电压Vgs发生波动，以致噪声叠加在第二放大器120的输出信号2ndOUT上。因此，AD转换结果出现误差。特别地，同时操作的比较器的数量越多，波动程度就越大，因此导致AD转换结果的误差就越大。
而此时，根据本技术的比较器31被配置成：如图12的下半部分所示，由电源的波动而产生的噪声不仅被输入到PMOS晶体管PT121的源极，而且还通过PMOS晶体管PT150而被输入到PMOS晶体管PT121的栅极。因此，栅极-源极间电压Vgs的波动相对减小，以抑制噪声叠加在第二放大器120的输出信号2ndOUT上。结果，能够抑制AD转换结果中出现误差。特别地，即使当由于大量比较器同时操作而发生显著波动时，也可以抑制AD转换结果中出现误差。
如上所述，本技术被配置成不仅能够解决噪声与反转延迟之间的权衡，而且能够抑制AD转换结果中出现误差。
根据本技术的比较器的替代构造
图13是图示了根据本技术的比较器的另一种示例性构造的电路图。
通过使图9所示的比较器31的晶体管的极性反转，来获得图13所示的比较器200。因此，所连接的电源电位和地电位在电路中是互换的。为了便于理解，图13中的节点和电容器的附图标记与图9中的附图标记相同。
如图13所示，比较器200包括第一放大器210、第二放大器220和NMOS晶体管NT230。第一放大器210和第二放大器220是级联的。
在第一放大器210中，通过使用PMOS晶体管PT211至PT213来代替图9所示的NMOS晶体管NT111至NT113，由此构造出了差分对和电流源。用作电流源的PMOS晶体管PT213的源极被连接至电源电位VDD。
此外，通过使用NMOS晶体管NT211和NT212来代替图9所示的PMOS晶体管PT111和PT112，由此构造出了电流镜像电路。NMOS晶体管NT211和NT212的源极被连接至地电位GND。
此外，通过使用NMOS晶体管NT213和NT214来代替图9所示的PMOS晶体管PT113和PT114，由此构造出了AZ开关。在这种情况下，第二AZ信号NSEL被提供给第一放大器210中的NMOS晶体管NT213和NT214的栅极。
在第二放大器220中，通过使用NMOS晶体管NT221来代替图9所示的PMOS晶体管PT121，由此形成了输入端和放大器电路。NMOS晶体管NT221的源极被连接至地电位GND。
通过使用PMOS晶体管PT221来代替图9所示的NMOS晶体管NT121，由此采用了用于形成镜像电路的晶体管构造。PMOS晶体管PT221的源极被连接至电源电位VDD。
此外，电容器C121的第一电极被连接至与PMOS晶体管PT221的栅极连接的节点ND122，并且第二电极被连接至电源电位VDD。
另外，通过使用PMOS晶体管PT222来代替图9所示的NMOS晶体管NT122，由此构造出了AZ开关。在这种情况下，第一AZ信号PSEL被提供给第二放大器220中的PMOS晶体管PT222的栅极。
同时，NMOS晶体管NT230作为限带电容器被连接在第一放大器210的输出节点ND112与地电位GND之间。
NMOS晶体管NT230具有与由第一放大器210中的PMOS晶体管PT211和PT212组成的差分对的极性相反的极性。即，NMOS晶体管NT230具有与用作第二放大器220的输入端的NMOS晶体管NT221的极性相同的极性。
NMOS晶体管NT230的栅极被连接至第一放大器210的输出节点ND112。NMOS晶体管NT230的源极和漏极被连接至地电位GND。
图14是图示了NMOS晶体管的电容特性的图。
如图14所示，当输入电压低时，即，当栅极-源极间电压Vgs低时，该NMOS晶体管的电容值小。然而，当输入电压升高到使栅极-源极间电压Vgs超过阈值电压Vth时，该NMOS晶体管的电容值急剧增大。
上述特性以及第一放大器210的输出信号1stcomp的低电平到高电平的变化能够用来在第二放大器220的输出信号2ndOUT的反转开始的附近处增大限带电容器的电容值。在这种情况下，假设NMOS晶体管NT230的阈值电压Vth被设定成位于与在第二放大器220的输出信号2ndOUT的反转即将开始之前而生成的第一放大器210的输出信号1stcomp基本相同的电平处。NMOS晶体管NT230的阈值电压Vth需要比反转开始电压Vstart更低。
具有这种构造的图13所示的比较器200执行与图9所示的比较器31基本相同的操作。然而，图11的时序图中所示的RAMP、1stcomp和2ndAMP的波形是相反的。
图13所示的比较器200提供了与图9所示的比较器31的优点相同的优点。
更具体地，图13所示的比较器200被配置成：由GND的波动而产生的噪声不仅被输入到NMOS晶体管NT221的源极，而且还通过NMOS晶体管NT230而被输入到NMOS晶体管NT221的栅极。因此，栅极-源极间电压Vgs的波动相对减小，以抑制噪声叠加在第二放大器220的输出信号2ndOUT上。结果，能够抑制AD转换结果中出现误差。
本技术不仅能被应用到固体摄像装置，而且能被应用到各种其它摄像装置。各种其它摄像装置包括诸如用于数码照相机和数码摄影机的系统等照相机系统以及诸如移动电话等具有摄像功能的电子设备。加入到这样的电子设备中的模块(即，相机模块)可以被当作摄像装置。
电子设备的示例性构造
参照图15，下面将会说明应用本技术的电子设备的示例性构造。
图15所示的电子设备300包括光学透镜301、快门装置302、固体摄像装置303、驱动电路304和信号处理电路305。参照图15所给出的描绘来说明根据本技术的固体摄像装置1作为固体摄像装置303而被加入到电子设备(数码静物照相机)中的实施例。
光学透镜301在固体摄像装置303的摄像平面上形成从被摄体接收到的图像光(入射光)的图像。因此，信号电荷在一定的时间段内被累积于固体摄像装置303中。快门装置302控制固体摄像装置303的光照射周期和遮光周期。
驱动电路304将驱动信号提供给快门装置302和固体摄像装置303。提供给快门装置302的驱动信号是用于控制快门装置302的快门操作的信号。提供给固体摄像装置303的驱动信号是用于控制固体摄像装置303的信号传输操作的信号。固体摄像装置303根据从驱动电路304提供过来的驱动信号(时序信号)来传输信号。信号处理电路305对从固体摄像装置303输出的信号执行各种类型的信号处理。已经被执行了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到监视器。
根据本实施例的电子设备300在固体摄像装置303中抑制了AD转换结果出现误差。这使得提供能够获取高品质图像的电子设备就成为可能。
图像传感器的示例性用途
最后，下面的描述说明了应用本技术的图像传感器的示例性用途。
图16是图示了上述图像传感器的示例性用途的图。
例如，上述图像传感器可以用于如下所示的对可见光、红外光、紫外光、X射线光或其它光进行感测的下列各种情况中。
·用于摄取图像以供鉴赏的装置，诸如数码照相机或具有照相机功能的移动设备等。
·用于交通的装置，例如，为了提供自动停车特征和其它安全驾驶特征以及为了在运输期间内识别车辆驾驶员的状况，用于摄取车辆的前方和后方、车辆的周围或车辆的内部的图像的车载传感器；用于监视行驶车辆和道路的监视相机；或用于测量例如车辆间距离的距离传感器。
·与电视机(TV：television set)、冰箱、空调或其它家用电器一起使用的装置，以便摄取用户的姿态的图像并根据该姿态来操作这类电器。
·与内窥镜、被配置成接收红外光的血管造影仪器或其它医疗或保健仪器一起使用的装置。
·用于安保目的的装置，诸如用于预防犯罪的监视相机或用于个人身份认证的相机等。
·用于美容护理的装置，诸如用于摄取皮肤图像的皮肤测量仪或用于摄取头皮图像的显微镜等。
·用于运动的装置，诸如用于运动和其它事件的运动相机或穿戴式相机等。
·用于农业的装置，诸如用于监视农场和农产品的状况的相机等。
本技术的实施例不限于上述实施例。可以在不脱离本技术的主旨和范围的情况下对上述实施例进行各种修改。
此外，本技术可以采用下列构造。
(1)一种固体摄像装置，其包括：
像素部，所述像素部具有多个像素；
比较器，所述比较器比较从所述像素输出的像素信号与参考信号；以及
计数器，所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数，
其中，所述比较器包括：
第一放大器，所述第一放大器执行所述像素信号与所述参考信号的比较动作；
第二放大器，所述第二放大器具有第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号；和
第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性，
其中所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且
所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
(2)如上面(1)所述的固体摄像装置，其中，当所述第二晶体管是PMOS晶体管时，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极被连接至电源电位。
(3)如上面(1)所述的固体摄像装置，其中，当所述第二晶体管是NMOS晶体管时，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极被连接至地电位。
(4)如上面(1)至(3)中任一项所述的固体摄像装置，其中，所述第二晶体管的阈值电压被设定成位于与在所述第二放大器的反转即将开始之前由所述第一放大器生成的输出信号基本相同的电平处。
(5)一种电子设备，其包括：
固体摄像装置，
其中，所述固体摄像装置包括：
像素部，所述像素部具有多个像素；
比较器，所述比较器比较从所述像素输出的像素信号与参考信号；以及
计数器，所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数，
所述比较器包括：
第一放大器，所述第一放大器执行所述像素信号与所述参考信号的比较动作；
第二放大器，所述第二放大器具有第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号；和
第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性，
其中所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且
所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
(6)一种AD转换器，其包括：
比较器，所述比较器比较模拟信号与参考信号，并且所述比较器放大比较结果；以及
计数器，所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数，
其中，所述比较器包括：
第一放大器，所述第一放大器执行所述模拟信号与所述参考信号的比较动作；
第二放大器，所述第二放大器具有第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号；和
第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性，
其中所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且
所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
附图标记列表
1 固体摄像装置
11 像素部
15 ADC群
31 比较器
32 计数器
33 锁存器
51 像素
110 第一放大器
120 第二放大器
PT150 PMOS晶体管
200 比较器
210 第一放大器
220 第二放大器
NT230 NMOS晶体管
300 电子设备
303 固体摄像装置

Claims (6)

1.一种固体摄像装置，其包括：
像素部，所述像素部具有多个像素；
比较器，所述比较器比较从所述像素输出的像素信号与参考信号；以及
计数器，所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数，
其中所述比较器包括：
第一放大器，所述第一放大器执行所述像素信号与所述参考信号的比较动作；
第二放大器，所述第二放大器具有第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号；和
第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性，
其中所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且
所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，当所述第二晶体管是正沟道金属氧化物半导体晶体管时，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极被连接至电源电位。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，当所述第二晶体管是负沟道金属氧化物半导体晶体管时，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极被连接至地电位。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述第二晶体管的阈值电压被设定成位于与在所述第二放大器的反转即将开始之前由所述第一放大器生成的输出信号基本相同的电平处。
5.一种电子设备，其包括固体摄像装置，
其中，所述固体摄像装置包括：
像素部，所述像素部具有多个像素；
比较器，所述比较器比较从所述像素输出的像素信号与参考信号；以及
计数器，所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数，
其中所述比较器包括：
第一放大器，所述第一放大器执行所述像素信号与所述参考信号的比较动作；
第二放大器，所述第二放大器具有第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号；和
第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性，
其中所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且
所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
6.一种模数转换器，其包括：
比较器，所述比较器比较模拟信号与参考信号，并且所述比较器放大比较结果；以及
计数器，所述计数器对所述比较器的比较时间进行计数，
其中，所述比较器包括：
第一放大器，所述第一放大器执行所述模拟信号与所述参考信号的比较动作；
第二放大器，所述第二放大器具有第一晶体管，并且所述第二放大器放大所述第一放大器的输出信号；和
第二晶体管，所述第二晶体管具有与所述第一晶体管的极性相同的极性，
其中所述第二晶体管的栅极被连接至所述第一放大器的输出节点，并且
所述第二晶体管的源极和漏极被连接至与所述第一晶体管的源极的固定电位相同的固定电位。
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