CN114946173A - 固态摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

在针对各列放大电压的固态摄像元件中降低功耗。该固态摄像元件包括像素电路、输入晶体管、基准侧电流源和反馈电路。像素电路通过光电转换产生输入电压。输入晶体管从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极。基准侧电流源连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流。反馈电路将电流的一部分反馈到输入晶体管的栅极。

Description

固态摄像元件和摄像装置
技术领域
本技术涉及固态摄像元件。更具体地，本技术涉及针对每列将模拟信号转换为数字信号的固态摄像元件以及摄像装置。
背景技术
通常，在固态摄像元件等中，为了将模拟信号转换为数字信号，使用了诸如单斜率型等各种ADC(Analog to Digital Converter：模数转换器)。当针对每列设置这种ADC时，一般将电流源连接到沿列布置的垂直信号线的接地侧的节点，并且将来自该节点的模拟信号输入到ADC。例如，为了放大电压，提出了在垂直信号线和电流源之间的节点与ADC之间插入放大器的固态摄像元件(例如，参考专利文献1)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2016-5054 A
发明内容
技术问题
在上述常规技术中，通过插入放大器来放大模拟信号的电压。然而，为了驱动放大器，除了垂直信号线的接地侧的电流源之外，还需要在放大器的电源侧设置电流源。由于在电源侧增加了电流源，因此与不放大电压的情况相比，功耗可能会增加。
鉴于这种情况，本技术的目的是在逐列放大电压的固态摄像元件中降低功耗。
问题的解决方案
本技术是为了解决上述问题而设计的，并且本技术的第一方面是一种固态摄像元件，其包括：像素电路，其通过光电转换产生输入电压；输入晶体管，其从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极；基准侧电流源，其连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流；和反馈电路，其将所述电流的一部分反馈到所述输入晶体管的栅极。因此，获得了仅通过基准侧电流源的电流来放大输入电压的效果。
此外，在第一方面中，反馈电路可以包括：反馈电容，其插入在输出所述输出电压的输出节点和所述栅极之间；基准侧电容，其插入在所述栅极和具有所述基准电压的所述基准节点之间；和输入侧自动调零开关，其打开和关闭所述栅极和所述输出节点之间的路径。因此，得到了获得由反馈电容和基准侧电容的值确定的闭环增益的效果。
此外，在第一方面中，所述固态摄像元件还可以包括：级联晶体管，其插入在所述基准侧电流源和所述漏极之间；和级联电容，其插入在所述输入晶体管的所述源极和所述级联晶体管的栅极之间，并且所述输出节点可以是所述级联晶体管和所述基准侧电流源之间的节点。因此，得到了改善线性的效果。
此外，在第一方面中，所述固态摄像元件还可以包括：电源侧电流源，其连接到具有预定电源电压的电源节点；和一对级联晶体管，其插入在所述电源侧电流源和所述基准侧电流源之间，并且所述输出节点可以是所述一对级联晶体管之间的节点。因此，得到了扩大输出范围的效果。
此外，在第一方面中，所述固态摄像元件还可以包括：中间开关，其打开和关闭所述反馈电容和所述输出节点之间的路径；和参考开关，其打开和关闭所述反馈电容和具有预定参考电压的节点之间的路径。因此，得到了根据参考电压扩展输出范围的效果。
此外，在第一方面中，所述固态摄像元件还可以包括：级联电容，其连接到具有所述电源电压的所述电源节点；输出侧自动调零开关，其打开和关闭所述级联电容和所述输出节点之间的路径；和中间开关，并且所述基准侧电流源可以包括第一基准侧电流源晶体管和第二基准侧电流源晶体管，所述第一基准侧电流源晶体管可以插入在所述输入晶体管和所述基准节点之间，所述第二基准侧电流源晶体管可以插入在所述一对级联晶体管中的一者和具有所述基准电压的所述基准节点之间，并且所述中间开关可以打开和关闭所述输入晶体管和所述第一基准侧电流源晶体管之间的节点与所述一对级联晶体管中的一者和所述第二基准侧电流源晶体管之间的节点之间的路径。因此，得到了扩大输出范围的效果。
此外，在第一方面中，所述固态摄像元件还可以包括：升压侧电流源，其连接到具有预定电源电压的电源节点；升压晶体管，其插入在所述升压侧电流源和具有所述基准电压的所述基准节点之间，并且所述升压晶体管具有连接到输出所述输出电压的输出节点的栅极；和升压侧电容，其插入在所述升压侧电流源和所述升压晶体管之间的节点与所述源极之间。因此，得到了缩短稳定所需时间的效果。
此外，本技术的第二方面是一种摄像装置，其包括：像素电路，其通过光电转换产生输入电压；输入晶体管，其从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极；基准侧电流源，其连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流；反馈电路，其将所述电流的一部分反馈到所述输入晶体管的栅极；和模数转换器，其将所述输出电压转换为数字信号。因此，得到了如下效果：仅通过基准侧电流源的电流来放大输入电压，并且将放大后的输出电压转换为数字信号。
附图说明
图1是示出本技术的第一实施例中的摄像装置的构造示例的框图。
图2是示出本技术的第一实施例中的固态摄像元件的层叠结构的示例的图。
图3是示出本技术的第一实施例中的固态摄像元件的构造示例的框图。
图4是示出本技术的第一实施例中的像素电路的构造示例的电路图。
图5是示出本技术的第一实施例中的恒流源单元的构造示例的框图。
图6是示出本技术的第一实施例中的列放大器的构造示例的电路图。
图7是示出本技术的第一实施例中的模数转换单元的构造示例的框图。
图8是示出本技术的第一实施例中的ADC的另一示例的框图。
图9是示出本技术的第一实施例中的列放大器的操作的示例的时序图。
图10是示出比较例中的列放大器的构造示例的电路图。
图11是示出本技术的第一实施例中的电流复用列放大器的构造示例的电路图。
图12是示出本技术的第一实施例和比较例中的输入转换噪声频率分布的示例的曲线图。
图13是示出本技术的第一实施例和比较例中的噪声分量的示例的图。
图14是示出本技术的第一实施例中的输入/输出电压波形的示例的曲线图。
图15是示出本技术的第一实施例和比较例中的输出电压稳定波形的示例的曲线图。
图16是示出本技术的第一实施例中的每个输出电压的误差的示例的曲线图。
图17是示出本技术的第二实施例中的电流复用列放大器的构造示例的电路图。
图18是示出本技术的第一和第二实施例中的每个输出电压的误差的示例的曲线图。
图19是示出本技术的第三实施例中的电流复用列放大器的构造示例的电路图。
图20是示出本技术的第三实施例的变形例中的电流复用列放大器的构造示例的电路图。
图21是示出本技术的第四实施例中的电流复用列放大器的构造示例的电路图。
图22是示出本技术的第四实施例中的列放大器的操作的示例的时序图。
图23是示出本技术的第五实施例中的列放大器的构造示例的电路图。
图24是示出本技术的第五实施例中的输入/输出电压波形的示例的曲线图。
图25是示出本技术的第五实施例中的列放大器的另一示例的电路图。
图26是示出比较例和本技术的第一至第五实施例中的输出范围的示例的图。
图27是示出比较例和本技术的第一至第五实施例中的输入范围的示例的图。
图28是示出比较例和本技术的第一至第五实施例中的噪声特性的示例的图。
图29是示出车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
图30是示出摄像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将说明用于实施本技术的方式(以下也称为实施例)。将按照以下顺序进行说明。
1.第一实施例(设置有输入晶体管和反馈电路的示例)
2.第二实施例(设置有级联晶体管、输入晶体管和反馈电路的示例)
3.第三实施例(设置有输入晶体管和反馈电路并且添加了折叠级的示例)
4.第四实施例(设置有输入晶体管、反馈电路和折叠级并分别初始化的示例)
5.第五实施例(设置有输入晶体管和反馈电路并且添加了升压电路的示例)
6.移动体的应用实例
<1.第一实施例>
[摄像装置的构造示例]
图1是示出本技术的第一实施例中的摄像装置100的构造示例的框图。该摄像装置100是用于拍摄图像数据(帧)的装置，并且包括光学单元110、固态摄像元件200和DSP(Digital Signal Processing：数字信号处理)电路120。此外，摄像装置100还包括显示单元130、操作单元140、总线150、帧存储器160、存储单元170和电源单元180。作为摄像装置100，例如除了诸如数码相机等数字摄像机以外，还可以考虑具有摄像功能的智能手机、个人计算机或车载相机等。
光学单元110收集来自被摄体的光，并且将光引导到固态摄像元件200。固态摄像元件200通过光电转换与垂直同步信号同步地生成帧。这里，垂直同步信号是具有表示摄像时序的预定频率的周期信号。固态摄像元件200经由信号线209将生成的图像数据提供给DSP电路120。
DSP电路120对来自固态摄像元件200的帧执行预定的信号处理。DSP电路120经由总线150将处理后的帧输出到帧存储器160等。
显示单元130显示帧。作为显示单元130，例如，可以设想液晶面板或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)面板。操作单元140根据用户的操作生成操作信号。
总线150是公共路径，光学单元110、固态摄像元件200、DSP电路120、显示单元130、操作单元140、帧存储器160、存储单元170和电源单元180经由该公共路径相互交换数据。
帧存储器160保持图像数据。存储单元170存储诸如帧等各种类型的数据。电源单元180向固态摄像元件200、DSP电路120和显示单元130等供电。
[固态摄像元件的构造示例]
图2是示出本技术的第一实施例中的固态摄像元件200的层叠结构的示例的图。固态摄像元件200包括电路芯片202和层叠在该电路芯片202上的像素芯片201。这些芯片通过诸如通孔等连接部电连接。除了通孔之外，这些芯片还能够通过Cu-Cu接合或凸块连接。
图3是示出本技术的第一实施例中的固态摄像元件200的构造示例的框图。该固态摄像元件200包括行选择单元210、DAC(Digital to Analog Converter：数模转换器)220和时序控制电路230。此外，固态摄像元件200还包括像素阵列部240、恒流源单元300、模数转换单元260、水平传输扫描单元270和图像处理单元280。
此外，在像素阵列部240中，以二维网格图案的方式布置有多个像素电路250。在下文中，将在预定的水平方向上布置的像素电路250的集合称为“行”，并且将在与水平方向垂直的方向上布置的像素电路250的集合称为“列”。
时序控制电路230与垂直同步信号Vsync同步地控制行选择单元210、DAC 220、恒流源单元300、模数转换单元260和水平传输扫描单元270的操作时序。
行选择单元210顺序地选择行和驱动行，并且经由恒流源单元300将模拟像素信号输出到模数转换单元260。
像素电路250在行选择单元210的控制下通过光电转换产生模拟像素信号。每个像素电路250经由垂直信号线259将像素信号输出到恒流源单元300。
在恒流源单元300中，向每列提供恒定电流。此外，针对每列设置有用于放大像素信号的列放大器。
DAC 220通过DA(Digital to Analog：数模)转换生成参考信号，并且将该参考信号提供给模数转换单元260。作为参考信号，例如，使用锯齿形灯信号。
模数转换单元260使用参考信号将每列的模拟输入信号转换为数字信号。模数转换单元260在水平传输扫描单元270的控制下将数字信号提供给图像处理单元280。
水平传输扫描单元270控制模数转换单元260，以顺序输出数字信号。
图像处理单元280对排列有数字信号的帧执行预定的图像处理。图像处理单元280将处理后的帧提供给DSP电路120。
此外，固态摄像元件200中的上述电路分散地布置在像素芯片201和电路芯片202中。例如，像素阵列部240被设置在像素芯片201中，并且像素阵列部240以外的电路(模数转换单元260等)被布置在电路芯片202中。布置在像素芯片201和电路芯片202中的电路不限于这种组合。例如，可以将像素阵列部240、恒流源单元300和模数转换单元260中的比较器布置在像素芯片201中，并且可以将其他电路布置在电路芯片202中。
[像素电路的构造示例]
图4是示出本技术的第一实施例中的像素电路250的构造示例的电路图。像素电路250包括光电转换元件251、传输晶体管252、复位晶体管253、浮动扩散层254、放大晶体管255和选择晶体管256。
光电转换元件251对入射光进行光电转换以产生电荷。传输晶体管252根据来自行选择单元210的传输信号TRG，将电荷从光电转换元件251传输到浮动扩散层254。复位晶体管253根据来自行选择单元210的复位信号RST初始化浮动扩散层254的电荷量。
浮动扩散层254累积电荷，并且产生与电荷量对应的电压。放大晶体管255放大浮动扩散层254的电压。选择晶体管256根据来自行选择单元210的选择信号SEL输出放大的电压信号作为像素信号SIG。假设列数为N(N是整数)，将第n(n是1到N的整数)列的像素信号经由垂直信号线259-n传输到恒流源单元300。
像素电路250的电路不限于附图所示的电路，只要该电路能够通过光电转换产生像素信号即可。
[恒流源单元的构造示例]
图5是示出本技术的第一实施例中的恒流源单元300的构造示例的框图。在恒流源单元300中，针对每列布置有列放大器310。当列数为N时，布置有N个列放大器310。
对应列的像素信号经由垂直信号线259-n输入到第n个列放大器310。列放大器310放大像素信号的电压，并且通过信号线309-n将其输出到模数转换单元260。在下文中，将像素信号放大之前的电压称为“输入电压Vin”，并且将放大之后的电压称为“输出电压Vout”。此外，列放大器310由来自时序控制电路230的自动调零信号AZ初始化。
[列放大器的构造示例]
图6是示出本技术的第一实施例中的列放大器310的构造示例的电路图。列放大器310设置有电流复用列放大器320。在下文中，电流复用列放大器320将被称为“CRCA(Current Reuse Column Amp)”。该CRCA包括输入晶体管322、反馈电路323和基准侧电流源晶体管327。反馈电路323包括输入侧自动调零开关324、反馈电容325和基准侧电容326。另外，在图中，连接到垂直信号线259-n的VSL电容400表示垂直信号线259-n与基准电压(接地电压等)之间的配线电容。
此外，作为输入晶体管322，例如，可以使用pMOS(p-channel Metal OxideSemiconductor：p沟道金属氧化物半导体)晶体管。作为基准侧电流源晶体管327，例如，可以使用nMOS(n-channel MOS：n沟道MOS)晶体管。
输入晶体管322的源极连接到垂直信号线259-n，漏极连接到基准侧电流源晶体管327的漏极。此外，像素电路250通过光电转换产生像素信号，并且经由垂直信号线259-n将像素信号的电压作为输入电压Vin输入到输入晶体管322的源极。
此外，基准侧电流源晶体管327的源极连接到预定的基准电压(接地电压等)的基准节点。预定的偏置电压nbias被施加到基准侧电流源晶体管327的栅极，并且基准侧电流源晶体管327提供对应于该偏置电压nbias的恒定偏置电流。基准侧电流源晶体管327是权利要求中描述的基准侧电流源的示例。
此外，输出电压Vout经由信号线309-n从输入晶体管322和基准侧电流源晶体管327之间的输出节点328输出到模数转换单元260。
在反馈电路323中，反馈电容325插入在输出节点328和输入晶体管322的栅极之间。此外，基准侧电容326插入在输入晶体管322的栅极和基准电压的基准节点之间。输入侧自动调零开关324根据自动调零信号AZ打开和关闭输出节点328和输入晶体管322的栅极之间的路径。
通过上述构造，输入晶体管322的栅极-源极电压VGS根据输入到输入晶体管322的源极的输入电压Vin而变化，并且输入晶体管322的漏极电流改变。对应于漏极电流的输出电压Vout从输入晶体管322的漏极(即，输出节点328)输出。以这种方式，对应于输入晶体管322的栅极-源极电压的输出电压从漏极输出。此外，由基准侧电流源晶体管327提供的恒定偏置电流的一部分通过反馈电路323反馈到输入晶体管322的栅极。
[模数转换单元的构造示例]
图7是示出本技术的第一实施例中的模数转换单元260的构造示例的框图。在模数转换单元260中，针对每列布置有ADC 261和锁存电路266。当列数为N时，布置有N个ADC 261和N个锁存电路264。
ADC 261将模拟像素信号转换为数字信号。ADC 261包括电容262和263、比较器264和计数器265。此外，ADC 261还执行CDS(Correlated Double Sampling：相关双采样)处理。
比较器264将来自DAC 220的参考信号与对应列的像素信号进行比较。比较器264设置有一对输入端子，参考信号经由电容262输入到其中一个输入端子，像素信号经由电容263输入到另一个输入端子。比较器264将比较结果提供给计数器265。
计数器265根据时序控制电路230的控制，在比较结果反转之前的时间段内对计数值进行计数。计数器265将表示计数值的信号作为数字信号输出到锁存电路266。
锁存电路266保持数字信号。锁存电路266与来自水平传输扫描单元270的同步信号同步地将数字信号输出到图像处理单元280。
如图8所示，在ADC 261中，电容262和263可以并联地连接到比较器264的其中一个输入端子(例如，反相输入端子)。因此，与图7相比，能够降低比较器264的电压。
[列放大器的操作示例]
图9是示出本技术的第一实施例中的列放大器310的操作的示例的时序图。在垂直信号线259-n的电压被初始化的时刻T0，时序控制电路230控制输入侧自动调零开关324，使得根据自动调零信号AZ将输入侧自动调零开关324切换到关闭状态。因此，确定分别累积在反馈电容325和基准侧电容326中的初始电压。
然后，在经过了预定脉冲时段之后的时刻T1，时序控制电路230控制输入侧自动调零开关324，使得根据自动调零信号AZ将输入侧自动调零开关324切换到打开状态。当通过光电转换产生的浮动扩散层的电压降低放大晶体管255的栅极电压时，提供给垂直信号线259-n的电流量减少，并且垂直信号线259-n的电压(即，输入电压Vin)也降低。由于输入电压Vin的降低，输入晶体管322的栅极-源极电压VGS降低，从而进一步减少电流。在此，由于基准侧电流源晶体管327继续引入恒定的电流，因此来自垂直信号线259-n的电流的减少量从输出侧被引入。此外，输出电压Vout的变化通过反馈电容325和基准侧电容326负反馈到输入晶体管322。由此得到的闭环增益g由下式表示。
g＝(CF+CS)/CF
在上式中，CF表示反馈电容325的电容值，CS表示基准侧电容326的电容值。
由于电流复用列放大器320使用相对较大的垂直信号线259-n的电流作为偏置来进行放大，因此它能够有效地进行放大，从而降低功率。另外，与稍后将说明的反相放大型的比较例相比，能够减小所使用的电容，从而也能够减小电路面积。
图10是示出比较例中的列放大器500的构造示例的电路图。在该比较例的列放大器500中，电流源501和输入晶体管505与电源串联连接，并且从电流源501和输入晶体管505之间的节点输出输出电压Vout。输入晶体管505的栅极经由电容503连接到垂直信号线259-n，并且在源极和栅极之间插入反馈电容504。此外，自动调零开关502打开和关闭输入晶体管505的源极和栅极之间的路径。连接到输出端子的负载电容401表示列放大器500的后级电路(ADC等)的电容。
列放大器500用于准确地放大垂直信号线259-n的信号并将放大的信号传输到下一级的ADC。当垂直信号线259-n的信号较小时，能够通过放大信号来降低ADC对噪声的要求。当信号较大时，可以通过切换电容的大小来抑制放大系数。以这种方式，就能够使用规格不那么高的ADC来处理宽范围的信号。诸如列放大器500等放大器会抑制后级中的噪声，但需要注意的是该放大器本身会产生噪声。在该图中，虽然采用一般的单端反相放大器作为列放大器500，但是为了抑制噪声，必须流过足够的电流以确保输入晶体管505的跨导Gm。例如，当流过与基准侧电流源晶体管327(以下被称为“负载MOS”)的电流相同程度的电流时，输入晶体管505的跨导Gm变为等于或大于负载MOS的跨导Gm，从而得到具有足够低噪声的列放大器。
图11是示出本技术的第一实施例中的电流复用列放大器320的构造示例的电路图。为了获得较大的跨导Gm，比较例的列放大器500消耗与负载MOS(即，基准侧电流源晶体管327)的电流相同的电流。另一方面，在电流复用列放大器320中，能够仅利用负载MOS的电流来产生列放大器，因此与比较例的列放大器500相比，原则上能够使电功率减半。
为了将图中所示的CRCA与没有列放大器且仅存在负载MOS的情况进行比较，制作了各自的测试电路，并且通过模拟研究了特性。测试电路的条件如下。
放大晶体管255的跨导：25微西门子(μS)
偏置电流：4微安(μA)
VSL电容：2皮法(pF)
基准侧电容值：1.05皮法(pF)
反馈电容值：150飞法(fF)
负载电容值：300飞法(fF)
输入晶体管尺寸：32u/1u(LVT：Low Threshold Voltage)
图12示出了输入转换噪声的频率分布。在该图中，纵轴表示输入转换噪声，横轴表示频率。点划线表示仅负载MOS的频率分布，实线表示CRCA的频率分布。输入转换噪声是像素放大器的输入(即，放大晶体管255的栅极)处的转换噪声，并且不考虑像素放大器的噪声。在固态摄像元件中，低频的闪烁噪声通过CDS处理被消除，高频噪声在后级被限制带域，从而将关注中频(500kHz)的本底噪声。与单独的负载MOS相比，CRCA在500kHz处的转换噪声几乎是其两倍。这是由于添加的pMOS(输入晶体管322)的噪声增加并且负载MOS的输入转换噪声也增加。尽管仅从这个结果来看，噪声似乎已经劣化了，但是通过获得增益，能够将后级(比较器)的噪声抑制到1/82，并且根据后级的噪声，总的噪声会减少。在这种情况下，如果后级噪声足够大于负载MOS的噪声和CRCA的噪声之间的差，则能够使CRCA具有较低的噪声。后级的比较器为了降低功耗，与像素放大器相比，有减小电流并且增加噪声的倾向，并且在大多数情况下，能够期待满足这个条件。
此外，如图中的实线(CRCA)所示，虽然噪声似乎在高频处增大，但这是因为放大器的增益在高频处衰减。由于输入转换噪声是通过将输出噪声除以增益而得到的值，因此在增益较小的频带中，它呈现出极端增大。然而，这种信号被切断的频率范围根本就不重要，因此它不用于噪声估计。
图13示出了在500kHz处的输入转换噪声的细节。在此，考虑了负载MOS的输入转换噪声增大的原因。当输入晶体管和像素放大器的跨导分别为gmp和gmx时，用于将像素放大器的晶体管的电流噪声转换为输入转换电压的实际电阻值能够由下式表示。
(1/gmp)+(1/gmx) 式1
根据模拟，当gmp为93.5微西门子(μS)并且gmx为25微西门子(μS)时，式1的第1项约为40千欧(kΩ)，第2项约为10.75千欧(kΩ)。在仅有负载MOS的情况下，第2项为0欧姆(Ω)，因此与仅有负载MOS的情况相比，CRCA的电阻值约为1.27倍。因此，噪声(功率)的贡献为1.61倍。在该图中，负载MOS的热噪声为1.67倍，这与预测几乎一致。
图14是在CRCA中扫描输入电压振幅时的输出电压的波形。在该图中，纵轴表示电压，横轴表示时间。点划线表示垂直信号线的电压(即，输入电压)的波形，实线表示输出电压的波形。一个循环首先有1微秒(μs)的自动调零期间，接着输出2微秒(μs)的P相电压，最后输出2微秒(μs)的D相电压并结束。在此，P相电压是在像素电路250中的浮动扩散层已经被初始化时的电压，D相电压是在电荷被传输到浮动扩散层时的电压。
此外，假设输入电压(P-D)在0毫伏(mV)至100毫伏(mV)的范围内以10毫伏(mV)的步长进行扫描。由于自动调零信号AZ导致输入晶体管322的栅极-漏极发生短路，并且将输出电压设定为零电压，因此输出电压从垂直信号线的电压下降了栅极-源极电压VGS的量。虽然在测试电路中使用了LVT晶体管，但是输出电压下降了335毫伏(mV)，从而限制了输出范围。
图15示出了在垂直信号线的电压(输入电压)变化了100毫伏(mV)时的输出电压的稳定状态。在该图中，纵轴表示列放大器的输出电压，横轴表示时间。点划线表示仅有负载MOS的输出电压的轨迹，实线表示具有8倍增益的CRCA的输出电压的轨迹。当使用达到最终电压的63％所需的时间作为时间常数进行测量时，仅有负载MOS的稳定时间为100纳秒(ns)，而CRCA的稳定时间大幅度地增加到256纳秒(ns)。由于在CRCA中增益为8倍，因此对附接到输出端的容量进行充电的电荷也需要8倍。因此，从像素放大器看到的实际负载容量增加，从而使稳定恶化。在测试电路中，将负载电容(300fF)和CF//CS(131fF)的总和乘以8，因此垂直信号线似乎增加了3.45皮法(pF)的电容。在仅有负载MOS的情况下，VSL电容和负载电容的总和为2.3皮法(pF)。同时，负载电容(300fF)与CF//CS(131fF)的总和的8倍为5.45皮法(pF)。以此方式，在CRCA中，总电容增加了2.37倍，这与模拟结果非常吻合。
图16表示在扫描了输入电压时输出电压的稳定后的值与回归线的误差，并且示出了所谓的线性。在该图中，纵轴表示误差，横轴表示输出电压。尽管CRCA试图利用负反馈来抑制误差，但是由于开放增益本来就低，再加上分压导致反馈率小，因此无法获得足够的环路增益。结果，如图所示，线性的宽度约为0.3％。这在11位(即，2048灰度)的情况下约为6LSB(Least Significant Bit：最低有效位)的大小，但这不能说是小。下面将说明这种线性的改善方法。
如上所述，根据本技术的第一实施例，由于设置了具有输入了输入电压的源极的输入晶体管322和将电流源的一部分电流反馈到输入晶体管322的栅极的反馈电路323，因此能够仅通过电流源的电流来进行放大。因此，与将输入电压输入到输入晶体管的栅极并将电流源添加到其源极的比较例相比，可以降低功耗。
<2.第二实施例>
尽管在上述第一实施例中由反馈电路323形成了负反馈，但是在该构造中，由于反馈率低，因此无法获得足够的环路增益，并且线性可能劣化。第二实施例的电流复用列放大器320与第一实施例的不同之处在于通过添加级联晶体管来改善线性。
图17是示出本技术的第二实施例中的电流复用列放大器320的构造示例的电路图。第二实施例的电流复用列放大器320与第一实施例的不同之处在于它还包括级联电容331、级联晶体管332和级联侧自动调零开关333。作为级联晶体管332，例如，使用pMOS晶体管。
级联晶体管332插入在输入晶体管322的漏极和基准侧电流源晶体管327(负载MOS)的漏极之间。此外，级联电容331插入在输入晶体管322的源极(即，垂直信号线259-n)和级联晶体管332的栅极之间。
级联侧自动调零开关333根据自动调零信号AZ打开和关闭级联晶体管332的栅极和漏极之间的路径。
虽然在普通模拟电路中级联晶体管的栅极电压以恒定电压偏置，但是在CRCA中，输入晶体管322的源极电压(即，输入电压)是变化的，因此需要以随源极电压的变化而变化的电压偏置。因此，如图所示，级联电容331连接在垂直信号线259-n和级联晶体管332的栅极之间，并且级联侧自动调零开关333在自动调零时关闭。因此，级联晶体管的栅极电压能够链接到垂直信号线259-n。图中所示的电流复用列放大器320在下文中被称为“级联(C)-CRCA”。
图18是示出本技术的第一和第二实施例中的每个输出电压的误差的示例的曲线图。在该图中，纵轴表示误差，横轴表示输出电压。此外，该图中的点划线表示没有级联晶体管332等的第一实施例的CRCA的线性，实线表示第二实施例的C-CRCA的线性。如图所示，在第二实施例中，通过添加级联晶体管332，线性显著改善，宽度为0.06％。
如上所述，根据本技术的第二实施例，由于插入了将取决于输入电压的电压施加到栅极的级联晶体管332，因此能够改善输出电压相对于输入电压的线性。
<3.第三实施例>
在上述第二实施例中，将级联晶体管332插入在输入晶体管322的漏极和基准侧电流源晶体管327(负载MOS)之间。然而，在该C-CRCA中，输出范围减小，因此成为问题。第三实施例的电流复用列放大器320与第二实施例的不同之处在于通过折叠级扩大输出范围。
图19是示出本技术的第三实施例中的电流复用列放大器320的构造示例的电路图。第三实施例的电流复用列放大器320包括输入级321和折叠级340。在输入级321中布置有输入晶体管322、输入侧自动调零开关324、反馈电容325、基准侧电容326和基准侧电流源晶体管327。输入晶体管322、基准侧电容326和基准侧电流源晶体管327的连接构造与第一实施例的连接构造相同。
此外，在折叠级中布置有电源侧电流源晶体管342以及级联晶体管343和345。将pMOS晶体管用作电源侧电流源晶体管342和级联晶体管343，将nMOS晶体管用作级联晶体管345。
电源侧电流源晶体管342和级联晶体管343串联连接到电源节点。此外，将偏置电压pbias施加到电源侧电流源晶体管342的栅极，并且将偏置电压pcas施加到级联晶体管343的栅极。电源侧电流源晶体管342是权利要求中描述的电源侧电流源的示例。
级联晶体管345插入在级联晶体管343和基准侧电流源晶体管327之间。此外，将预定的偏置电压ncas施加到级联晶体管345的栅极。
此外，将级联晶体管343和345之间的节点用作输出节点328。输入侧自动调零开关324打开和关闭输入晶体管322和输出节点328之间的路径，并且在输入晶体管322和输出节点328之间插入反馈电容325。
在下文中，图中所示的电流复用列放大器320被称为“折叠级联(FC：FoldedCascode)-CRCA”。尽管在该FC-CRCA中添加了流过折叠级340的电流，但是与输入级321的电流相比，能够减小该电流。由于在电流减小时电源侧电流源晶体管342的输入转换噪声也变小，因此减小电流是可取的。在第三实施例的FC-CRCA中，与第二实施例的C-CRCA相比，能够将输出范围扩大1VGS。
如上所述，根据本技术的第三实施例，由于添加了级联晶体管343和345，因此与仅具有级联晶体管332的第二实施例相比，能够扩大输出范围。
[变形例]
尽管在上述第三实施例中添加了级联晶体管343和345，但是在该构造中，输出范围可能不足。第三实施例的该变形例的电流复用列放大器320与第一实施例的不同之处在于，在自动调零时，通过将参考电压施加到反馈电容325来扩大输出范围。
图20是示出本技术的第三实施例的变形例中的电流复用列放大器320的构造示例的电路图。第三实施例的变形例的电流复用列放大器320与第三实施例的不同之处在于它还包括中间开关330和参考开关330-1。此外，反馈电容325的一端连接到中间开关330和参考开关330-1之间的节点，而不是输出节点328。
中间开关330根据反转信号xAZ打开和关闭输出节点328和反馈电容325的一端之间的路径。在此，反转信号xAZ是通过使自动调零信号AZ反转而得到的信号。参考开关330-1根据自动调零信号AZ打开和关闭反馈电容325的一端和预定参考电压VR的节点之间的路径。
根据图中所示的构造，在自动调零时，时序控制电路230关闭输入侧自动调零开关324和参考开关330-1，并且打开中间开关330。因此，无论垂直信号线如何，都可以确定作为自动调零时的输出电压的零电压。参考电压VR被设定为使电源侧电流源晶体管342和级联晶体管343不进入线性区域的高电压。因此，可以充分利用输出范围。
如上所述，根据本技术的第三实施例的变形例，由于在自动调零时将用于连接参考电压VR的节点的参考开关330-1添加到反馈电容325的一端，因此能够通过将零电压设定为取决于参考电压VR的电压来扩展输出范围。
<4.第四实施例>
尽管在上述第三实施例中输入侧自动调零开关324打开和关闭输入晶体管322和输出节点328之间的路径，但是在该构造中，在自动调零时，输出的零电压从垂直信号线的零电压下降了1VGS。第四实施例的电流复用列放大器320与第三实施例的不同之处在于，在输入级321和折叠级340中分别执行自动调零，并且在输入级321和折叠级340之间插入开关以抑制零电压的降低。
图21是示出本技术的第四实施例中的电流复用列放大器320的构造示例的电路图。第四实施例的电流复用列放大器320与第三实施例的不同之处在于，还包括级联电容341、输出侧自动调零开关344、中间开关346和基准侧电流源晶体管347。将nMOS晶体管用作基准侧电流源晶体管347。此外，第四实施例的输入级321中的元件的连接构造与第一实施例的连接构造相同。
此外，级联电容341插入在具有预定电源电压的电源节点和输出侧自动调零开关344之间。电源侧电流源晶体管342的栅极连接到级联电容341和输出侧自动调零开关344之间的节点。
此外，基准侧电流源晶体管347插入在级联晶体管345和基准节点之间。将与基准侧电流源晶体管327的偏置电压相同的偏置电压nbias施加到基准侧电流源晶体管347的栅极。基准侧电流源晶体管327是权利要求中描述的第一基准侧电流源晶体管的示例，基准侧电流源晶体管347是权利要求中描述的第二基准侧电流源晶体管的示例。
中间开关346根据反转信号xAZ打开和关闭在输入晶体管322和基准侧电流源晶体管327之间的节点与级联晶体管345和基准侧电流源晶体管347之间的节点之间的路径。
此外，输出侧自动调零开关344根据自动调零信号AZ打开和关闭级联电容341和输出节点328之间的路径。
在下文中，图中所示的电流复用列放大器320被称为“改进的折叠级联(MFC：Modified Folded Cascode)-CRCA”。
根据图中所示的构造，在自动归零时，输入级321和折叠级340能够通过中间开关346分离，并且能够在输入级321和折叠级340中分别执行自动归零。在输入级321中，输入侧自动调零开关324使用中间节点执行自动归零。另一方面，折叠级340中的输出侧自动调零开关344使电源侧电流源晶体管342的栅极和输出节点328短路。以此方式，输出的零电压变为从折叠级340的电源下降1VGS的电压，因此能够将比第三实施例的FC-CRCA的电压高的电压设定为零电压。由此，输出范围扩大。在第四实施例中，由于将第三实施例中的单个电流源分成两个电流源(基准侧电流源晶体管327和347)，因此自动调零的效果减弱，从而需要注意偏移的产生。特别地，与自动调零期间相比，输入晶体管322的漏极电压在正常操作期间降低，因此在输出电压升高的方向上偏移。当折叠级340的电流与输入级321的电流相比减小时，该偏移特别增加。
此外，虽然输出范围得到极大地扩展，但是与仅设置负载MOS的情况相比，输入范围的最大值减小了输入晶体管322的饱和电压的量。当以1倍增益使用时，与仅设置负载MOS的情况相比，输入范围变窄，并且噪声增加。因此，有可能失去后级中的噪声抑制效果。
图22是示出本技术的第四实施例中的列放大器310的操作的示例的时序图。在初始化垂直信号线259-n的电压的时刻T0，时序控制电路230控制输入侧自动调零开关324和输出侧自动调零开关344，使得根据自动调零信号AZ将输入侧自动调零开关324和输出侧自动调零开关344切换到关闭状态。此外，时序控制电路230控制中间开关346，使得根据反转信号xAZ将中间开关346切换到打开状态。
然后，在经过了预定脉冲时段之后的时刻T1，时序控制电路230控制输入侧自动调零开关324和输出侧自动调零开关344，使得根据自动调零信号AZ将输入侧自动调零开关324和输出侧自动调零开关344切换到打开状态。此外，时序控制电路230控制中间开关346，使得根据反转信号xAZ将中间开关346切换到关闭状态。
当通过光电转换产生的浮动扩散层的电压降低了放大晶体管255的栅极电压时，提供给垂直信号线259-n的电流量减少，并且垂直信号线259-n的电压(输入电压Vin)也降低。由于输入电压Vin的降低，输入晶体管322的栅极-源极电压VGS降低，从而进一步减少电流。在此，由于基准侧电流源晶体管327和347继续引入恒定电流，因此来自垂直信号线259-n的电流的减小量从输出侧被引入。输出节点328由于级联晶体管343和345而具有高阻抗，从而导致较大的电压降低。此外，输出电压Vout的变化通过反馈电容325和基准侧电容326负反馈到输入晶体管322。
如上所述，根据本技术的第四实施例，由于中间开关346在自动调零时分离输入级321和折叠级340，从而分别执行自动调零，与输入级321和折叠级340不分离的情况相比，可以增大零电压以扩展输出范围。
<5.第五实施例>
在上述的第一实施例中，由于与仅有负载MOS的情况相比，增益更高，因此从像素放大器看到的实际负载电容增加，并且稳定恶化。该第五实施例的列放大器310与第一实施例的不同之处在于，添加了升压电路350以减小负载电容。
图23是示出本技术的第五实施例中的列放大器310的构造示例的电路图。第五实施例的列放大器310与第一实施例的不同之处在于，除了电流复用列放大器320之外，还包括升压电路350。在升压电路350中布置有升压侧电容351、升压侧电流源晶体管352、级联晶体管353和升压晶体管354。将pMOS晶体管用作升压侧电流源晶体管352、级联晶体管353和升压晶体管354。
升压侧电流源晶体管352、级联晶体管353和升压晶体管354串联地插入在电源节点和基准节点之间。将预定的偏置电压pbias施加到升压侧电流源晶体管352的栅极，并且将预定的偏置电压pcas施加到级联晶体管353的栅极。升压晶体管354的栅极连接到输出节点328。升压侧电流源晶体管352和级联晶体管353是权利要求中描述的升压侧电流源的示例。
此外，升压侧电容351插入在垂直信号线259-n与级联晶体管353和升压晶体管354之间的节点之间。
根据图中所示的构造，能够通过使用升压晶体管354的源极跟随器来缓冲输出电压Vout，并且能够通过电容将输出电压Vout连接到垂直信号线259-n。例如，当增益为8倍时，输出电压Vout的电压下降量是垂直信号线259-n的电压下降的8倍，因此在升压侧电容351中产生了两者之差的7倍的电压波动。然后，能够从垂直信号线259-n引入用于对升压侧电容351进行充电的电流以协助稳定。该操作可视为将具有垂直信号线259-n的7倍大小的对地负性电容附接到垂直信号线259-n上并且具有有效减小负载电容的效果的操作。
在此，输出侧的负载容量由下式表示。
CL+CS//CF 式2
当升压侧电容351的电容值被设为与式2相同的程度时，可以期望完全消除根据增益而增大的虚拟电容。然而，当增益为1时，需要注意的是，升压侧电容351的电压不变化，并且完全不工作。
尽管在第五实施例中需要用于升压电路350的附加支路电流，但是该电流可以相对较小。当存在增益时，通过施加升压晶体管354的栅极-源极电压VGS，能够使大电流流向基准节点。此外，附加升压电路350的噪声由于由VSL电容400滤波而不出现在输出中。
图24是示出本技术的第五实施例中的输入/输出电压波形的示例的曲线图。在该图中，纵轴表示电压，横轴表示时间。点划线表示输入电压的波形，实线表示添加升压电路350时的输出电压的波形。虚线表示未添加升压电路350时的输出电压的波形。
假设升压晶体管354的尺寸为8u/1u，电流为1微安(μA)，并且升压侧电容351的电容值为431飞法(fF)。在这种情况下，得到了如图所示的波形。仅有CRCA时为256纳秒(ns)的时间常数通过增加升压电路350而改善为167纳秒(ns)。
尽管将升压电路350添加到第一实施例的CRCA中，但是也能够将升压电路350添加到第二至第四实施例。例如，如图25所示，能够将升压电路350添加到第四实施例的MFC-CRCA中。
如上所述，根据本技术的第五实施例，由于通过添加升压电路350降低了负载容量，因此能够缩短稳定所需的时间。
随后，将比较仅设置负载MOS的比较例和第一至第五实施例。图26示出了仅设置负载MOS的比较例和第一至第五实施例中的输出范围的示例。图27示出了仅设置负载MOS的比较例和第一至第五实施例中的输入范围的示例。
将输入信号的零电压设定为2伏特(V)，将能够从零电压降低的电压范围设定为输入范围，并且将能够以任何增益输出的电压范围设定为输出范围。首先，在仅有比较例的负载MOS的情况下，电路中仅需要300毫伏(mV)就能使基准侧电流源饱和。然而，当确保900毫伏(mV)作为吸收变化和IR压降的余量时，从2伏(V)中减去这些而得到的剩余800毫伏(mV)成为净输出范围。
接着，在第一实施例的CRCA中，由于输入晶体管322的自动调零操作产生了335毫伏(mV)的电压降，因此输出范围减小了该电压降的量。此外，在第二实施例的C-CRCA中，自动调零的电压降加倍，因此输出范围仅为130毫伏(mV)。同时，在仅设置负载MOS的比较例、CRCA和C-CRCA中，输入范围和输出范围是相同的。
在第三实施例的FC-CRCA中，尽管自动调零的电压下降只是一个步骤，但是由于添加了nMOS级联晶体管345，因此需要确保大约100毫伏(mV)的饱和电压。
在第四实施例的MFC-CRCA中，由于自动调零方法的不同，能够从电源电压(在此为2.8伏)而不是从2伏(V)的输入信号开始减法。自动调零时的电压降为600毫伏(mV)。此外，即使减去作为nMOS级联晶体管345的饱和电压的100毫伏(mV)，输出范围也为900毫伏(mV)，这比任何其他方法都高。关于输入范围，自动调零引起的电压降消失，但是由于只需要输入晶体管322的饱和电压100毫伏(mV)，因此输入范围为700毫伏(mV)，略小于仅设置负载MOS的情况。
随后，图28示出了考虑后级中的比较器的噪声时的输入转换噪声和信噪比(SNR：Signal-Noise Ratio)的预测。比较器A是一种以低于比较器B的电压进行操作的比较器。比较器A的功耗比比较器B更低，但噪声较大。
当在诸如比较器A等噪声大的比较器中采用CRCA时，获得的效果很大。因此，对第一实施例的CRCA和第四实施例的MFC-CRCA这两个与A组合时的噪声进行了预测。当将比较器A与CRCA组合时，在8倍的增益下，输入转换噪声被抑制为比较器A的噪声的1/3左右。但是，输入/输出范围减小，因此SNR不太好。当增益为1倍时，SNR显着劣化。
当将比较器A与MFC-CRCA组合时，输入/输出范围不会减小。因此，当增益为8倍时，SNR改进了3分贝(dB)以上，当增益为1倍时，SNR不会劣化。与比较器B相比，当增益为8倍时，SNR相同，当增益为1倍时，SNR比不上。虽然比较器A和B之间的功耗存在数倍的差异，但是如果在增益为8倍时比较器A采用MFC-CRCA，则能够用少量的电力获得与比较器B时相当的噪声性能。
<6.移动体的应用实例>
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶和机器人等任何类型的移动体上的设备。
图29是示出作为能够应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图29所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，作为集成控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统相关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作下述各设备的控制装置，这些设备是：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构和用于产生车辆的制动力的制动设备。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车体中的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作以下各设备的控制装置，这些设备是：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯和雾灯等各种灯。在该情况下，能够将从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置和车灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元12030可以对行人、车辆、障碍物、标志和路面上的字母执行物体检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是用于接收光并输出与接收的光强度对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031能够将该电信号作为图像输出，或者能够将该电信号作为距离测量信息输出。另外，由摄像单元12031接收的光可以是可见光或者诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括用于拍摄驾驶员的图像的照相机，并且基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或集中程度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生器、转向机构或制动设备的控制目标值，并且能够将控制命令输出到驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)功能的协同控制，该高级驾驶员辅助系统功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告或车辆的车道偏离警告等。
另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生器、转向机构和制动设备等，来执行旨在不依赖驾驶员的操作而进行自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
另外，微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030获取的车辆外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对面车辆的位置来控制前照灯，从而执行诸如将远光灯切换为近光灯等防眩光的协同控制。
声音/图像输出单元12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或听觉上向车辆的乘客或外部通知信息。在图29的示例中，作为这种输出设备，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。显示单元12062可以包括例如板载显示器和平视显示器中的至少一者。
图30是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图30中，作为摄像单元12031，设置有摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105可以被设置在诸如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠、后门和车辆内部的挡风玻璃的上部等位置处。设置在前鼻处的摄像单元12101和设置在车辆内部的挡风玻璃的上部处的摄像单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在后视镜处的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车辆内部的挡风玻璃的上部处的摄像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
在此，图30示出了摄像单元12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻处的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在后视镜处的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过将由摄像单元12101至12104拍摄的图像数据叠加，能够获得从上方看到的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像单元12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息，通过获得到摄像范围12111到12114中的各三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，来将尤其是在车辆12100的行驶路径上最靠近的三维物体并且在与车辆12100基本相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行驶的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051能够预先设定在前方车辆的前方要保持的车间距离，并且能够执行自动制动控制(包括跟随停止控制)和自动加速控制(包括跟随启动控制)等。以此方式，可以执行用于无需驾驶员的操作而进行自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息，将与三维物体有关的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人以及诸如电线杆等其它三维物体并提取三维物体数据，并且使用该三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100附近的障碍物识别为车辆12100的驾驶员在视觉上能够识别的障碍物和在视觉上难以识别的障碍物。然后，微型计算机12051能够确定表示与每个障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险，并且当碰撞风险的值等于或大于设定值并且存在碰撞可能性时，微型计算机12051能够通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并且通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向，从而执行避免碰撞的驾驶辅助。
摄像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过确定在摄像单元12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别该行人。这种行人识别例如通过以下过程来执行：提取作为红外相机的摄像单元12101至12104的拍摄图像中的特征点；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理，并确定该物体是否为行人。当微型计算机12051确定在摄像单元12101至12104的拍摄图像中存在行人并识别出该行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，使得在识别出的行人上叠加并显示用于强调的方形轮廓线。此外，声音/图像输出单元12052可以控制显示单元12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
上面已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。例如，根据本公开的技术可以应用于上述构造中的摄像单元12031。具体地，图1中的摄像装置100能够应用于摄像单元12031。通过将根据本公开的技术应用于摄像单元12031，能够抑制列放大器的功耗，从而能够降低整个车辆系统的功耗。
同时，上述实施例示出了用于实施本技术的示例，并且实施例中的事项和权利要求中规定发明的事项具有对应关系。类似地，权利要求中规定发明的事项与具有相同名称的本技术实施例中的事项也具有对应关系。然而，本技术不限于这些实施例，并且在不脱离本技术主旨的情况下，能够通过对这些实施例进行各种变形来实现本技术。
本说明书中描述的效果仅为示例并不旨在进行限制，并且可以获得其他效果。
本技术也能够具有以下构造。
(1)一种固态摄像元件，其包括：
像素电路，其通过光电转换产生输入电压；
输入晶体管，其从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极；
基准侧电流源，其连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流；和
反馈电路，其将所述电流的一部分反馈到所述输入晶体管的栅极。
(2)根据(1)所述的固态摄像元件，其中，所述反馈电路包括：
反馈电容，其插入在输出所述输出电压的输出节点和所述栅极之间；
基准侧电容，其插入在所述栅极和具有所述基准电压的所述基准节点之间；和
输入侧自动调零开关，其打开和关闭所述栅极和所述输出节点之间的路径。
(3)根据(2)所述的固态摄像元件，其还包括：
级联晶体管，其插入在所述基准侧电流源和所述漏极之间；和
级联电容，其插入在所述输入晶体管的所述源极和所述级联晶体管的栅极之间，
其中，所述输出节点是所述级联晶体管和所述基准侧电流源之间的节点。
(4)根据(2)所述的固态摄像元件，其还包括：
电源侧电流源，其连接到具有预定电源电压的电源节点；和
一对级联晶体管，其插入在所述电源侧电流源和所述基准侧电流源之间，
其中，所述输出节点是所述一对级联晶体管之间的节点。
(5)根据(4)所述的固态摄像元件，其还包括：
中间开关，其打开和关闭所述反馈电容和所述输出节点之间的路径；和
参考开关，其打开和关闭所述反馈电容和具有预定参考电压的节点之间的路径。
(6)根据(4)所述的固态摄像元件，其还包括：
级联电容，其连接到具有所述电源电压的所述电源节点；
输出侧自动调零开关，其打开和关闭所述级联电容和所述输出节点之间的路径；和
中间开关，
其中，所述基准侧电流源包括第一基准侧电流源晶体管和第二基准侧电流源晶体管，
所述第一基准侧电流源晶体管插入在所述输入晶体管和所述基准节点之间，
所述第二基准侧电流源晶体管插入在所述一对级联晶体管中的一者和具有所述基准电压的所述基准节点之间，并且
所述中间开关打开和关闭所述输入晶体管和所述第一基准侧电流源晶体管之间的节点与所述一对级联晶体管中的一者和所述第二基准侧电流源晶体管之间的节点之间的路径。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的固态摄像元件，其还包括：
升压侧电流源，其连接到具有预定电源电压的电源节点；
升压晶体管，其插入在所述升压侧电流源和具有所述基准电压的所述基准节点之间，并且所述升压晶体管具有连接到输出所述输出电压的输出节点的栅极；和
升压侧电容，其插入在所述升压侧电流源和所述升压晶体管之间的节点与所述源极之间。
(8)一种摄像装置，其包括：
像素电路，其通过光电转换产生输入电压；
输入晶体管，其从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极；
基准侧电流源，其连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流；
反馈电路，其将所述电流的一部分反馈到所述输入晶体管的栅极；和
模数转换器，其将所述输出电压转换为数字信号。
附图标记列表
100 摄像装置
110 光学单元
120 DSP电路
130 显示单元
140 操作单元
150 总线
160 帧存储器
170 存储单元
180 电源单元
200 固态摄像元件
201 像素芯片
202 电路芯片
210 行选择单元
220 DAC
230 时序控制电路
240 像素阵列部
250 像素电路
251 光电转换元件
252 传输晶体管
253 复位晶体管
254 浮动扩散层
255 放大晶体管
256 选择晶体管
260 模数转换单元
261 ADC
262、263、503 电容
264 比较器
265 计数器
266 锁存电路
270 水平传输扫描单元
280 图像处理单元
300 恒流源单元
310、500 列放大器
320 电源复用列放大器
321 输入级
322、505 输入晶体管
323 反馈电路
324 输入侧自动调零开关
325、504 反馈电容
326 基准侧电容
327、347 基准侧电流源晶体管
330、346 中间开关
330-1 参考开关
331、341 级联电容
332、343、345、353 级联晶体管
333 级联侧自动调零开关
340 折叠级
342 电源侧电流源晶体管
344 输出侧自动调零开关
350 升压电路
351 升压侧电容
352 升压侧电流源晶体管
354 升压晶体管
400 VSL电容
401 负载电容
501 电流源
502 自动调零开关
12031 摄像单元。

Claims (8)

1.一种固态摄像元件，其包括：
像素电路，其通过光电转换产生输入电压；
输入晶体管，其从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极；
基准侧电流源，其连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流；和
反馈电路，其将所述电流的一部分反馈到所述输入晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述反馈电路包括：
反馈电容，其插入在输出所述输出电压的输出节点和所述栅极之间；
基准侧电容，其插入在所述栅极和具有所述基准电压的所述基准节点之间；和
输入侧自动调零开关，其打开和关闭所述栅极和所述输出节点之间的路径。
3.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其还包括：
级联晶体管，其插入在所述基准侧电流源和所述漏极之间；和
级联电容，其插入在所述输入晶体管的所述源极和所述级联晶体管的栅极之间，
其中，所述输出节点是所述级联晶体管和所述基准侧电流源之间的节点。
4.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其还包括：
电源侧电流源，其连接到具有预定电源电压的电源节点；和
一对级联晶体管，其插入在所述电源侧电流源和所述基准侧电流源之间，
其中，所述输出节点是所述一对级联晶体管之间的节点。
5.根据权利要求4所述的固态摄像元件，其还包括：
中间开关，其打开和关闭所述反馈电容和所述输出节点之间的路径；和
参考开关，其打开和关闭所述反馈电容和具有预定参考电压的节点之间的路径。
6.根据权利要求4所述的固态摄像元件，其还包括：
级联电容，其连接到具有所述电源电压的所述电源节点；
输出侧自动调零开关，其打开和关闭所述级联电容和所述输出节点之间的路径；和
中间开关，
其中，所述基准侧电流源包括第一基准侧电流源晶体管和第二基准侧电流源晶体管，
所述第一基准侧电流源晶体管插入在所述输入晶体管和所述基准节点之间，
所述第二基准侧电流源晶体管插入在所述一对级联晶体管中的一者和具有所述基准电压的所述基准节点之间，并且
所述中间开关打开和关闭所述输入晶体管和所述第一基准侧电流源晶体管之间的节点与所述一对级联晶体管中的一者和所述第二基准侧电流源晶体管之间的节点之间的路径。
7.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其还包括：
升压侧电流源，其连接到具有预定电源电压的电源节点；
升压晶体管，其插入在所述升压侧电流源和具有所述基准电压的所述基准节点之间，并且所述升压晶体管具有连接到输出所述输出电压的输出节点的栅极；和
升压侧电容，其插入在所述升压侧电流源和所述升压晶体管之间的节点与所述源极之间。
8.一种摄像装置，其包括：
像素电路，其通过光电转换产生输入电压；
输入晶体管，其从漏极输出与源极和栅极之间的电压相对应的输出电压，所述输入电压输入至所述源极；
基准侧电流源，其连接到具有预定基准电压的基准节点，并且提供预定电流；
反馈电路，其将所述电流的一部分反馈到所述输入晶体管的栅极；和
模数转换器，其将所述输出电压转换为数字信号。
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