CN1816114A - 固态成像器件的数据读取电路和方法以及成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固态成像器件的数据读取电路和方法以及成像装置。差分放大器具有第一输入端子和第二输入端子，固态成像器件的噪声信号的电压被提供到第一输入端子，在其上叠加了固态成像器件的噪声信号的临时数据信号的电压被提供到第二输入端子。当第一和第二输入端子之间的电压的幅度关系反转时，差分放大器使输出信号反相。测量电路测量从当第二输入端子的电压开始在使幅度关系反转的方向上变化时，到当差分放大器的输出信号被反相时，第二输入端子的电压的变化量，并且将测量结果输出为数字值，该数字值指示通过从临时数据信号中除去噪声信号而获得的真实数据信号的电压。
Description
技术领域
本发明涉及用于降低固态成像器件的数据读取电路的规模，并且降低数据读取电路的电流消耗的技术。
背景技术
一般，成像装置具有设置在像素阵列的每一列中的数据读取电路。数据读取电路从像素电路中读取噪声信号和数据信号(噪声信号叠加在数据信号之上)，产生通过CDS(相关双采样)电路从中除去了共模噪声的信号(实际数据信号)，并且使用数据读取电路中所包含的ADC(模数(A/D)转换)电路将所产生的是模拟信号的信号转换成数字信号。
另外，日本未实审专利申请公布No.2002-218324公开了一种数据读取电路，出于降低数据读取电路的规模和电流消耗的目的，该数据读取电路包括斩波器(chopper)类型的电压比较器、将斩波器类型的电压比较器的输入节点连接到像素电路的输出节点的第一开关，以及设置在斩波器类型的电压比较器的输入节点与斜波信号产生电路的输出节点之间的电容器。
具有分别设置的CDS电路和ADC电路的数据读取电路的规模会随着放大器数目的增加而扩大。这样一来，增大了数据读取电路的生产成本。另外，放大器数量的增加导致电流消耗的增大以及数据读取准确性的恶化。此外，由于在日本未实审专利申请公布No.2002-218324中所公开的数据读取电路使用了斩波器类型的电压比较器，其中信号经由电容器从其输入侧发送到其输出侧，因此它可能花费很长时间来执行数据读取操作。因此，这样的数据读取电路无法被用于具有许多像素的成像装置，因为这种成像装置需要高速的数据读取操作。
发明内容
因此，本发明的一个目的是减小固态成像器件的数据读取电路的规模，并且因此减小其生产成本，而无需降低数据读取电路的数据读取速度。本发明的另一个目的是减小固态成像器件的数据读取电路的电流消耗。
根据本发明的一个方面，成像装置的固态成像器件输出噪声信号以及在其上叠加了噪声信号的临时数据信号。成像装置的数据读取电路基于噪声信号的电压和临时数据信号的电压，输出指示出真实数据信号电压的数字值，所述真实数据信号是通过从临时数据信号中除去噪声信号而获得的。数据读取电路包括差分放大器和测量电路。差分放大器具有第一输入端子和第二输入端子，其中噪声信号的电压被提供到所述第一输入端子，临时数据信号的电压被提供到所述第二输入端子。差分放大器响应于第一和第二输入端子之间的电压的幅度关系变反转的事件发生，使输出信号反相。测量电路测量从当第一和第二输入端子的一个输入端子的电压开始在使电压幅度关系反转的方向上变化时，到当输出信号被反相时，这个输入端子的电压的变化量，并且将测量结果输出为数字值。
如上配置的数据读取电路可以使用差分放大器和测量电路来实现CDS电路和ADC电路两者的功能(噪声去除和A/D转换)，而不需用于除去噪声信号的独立CDS电路。这样，由于不需要独立的CDS电路，因此可以降低数据读取电路的规模和生产成本。另外，由于与分别需要CDS电路和ADC电路时的情况相比，还可以减少放大器数量，因此可以降低数据读取电路的电流消耗，并且提高数据读取的准确性。此外，由于来自固态成像器件的信号无需穿过电容器就被传输，因此可以避免数据读取速度的降低。具体而言，当将本发明应用于具有大量像素的成像装置时，可以获得显著效果。
根据本发明的一个方面的优选示例，当输入端子中的所述一个是第二输入端子(即，第二输入端子的电压从临时数据信号的电压开始变化)时，斜波信号产生电路产生斜波信号，当临时数据信号的电压低于噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率上升。电容器元件的一端连接到第二输入端子，并且另一端接收斜波信号。就是说，使用电容器元件的电容耦合而使第二输入端子的电压上升。这允许利用简单的电路配置来改变(增大)第二输入端子的电压。
根据本发明的一个方面的优选示例，当输入端子中的所述一个是第一输入端子(即，第一输入端子的电压从噪声信号的电压开始变化)时，斜波信号产生电路产生斜波信号，当临时数据信号的电压低于噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率下降。电容器元件的一端连接到第一输入端子，并且另一端接收斜波信号。就是说，使用电容器元件的电容耦合而使第一输入端子的电压下降。这允许利用简单的电路配置来改变(减小)第一输入端子的电压。
根据本发明的一个方面的优选示例，当输入端子中的所述一个是第二输入端子时，斜波信号产生电路产生斜波信号，当临时数据信号的电压高于噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率下降。电容器元件的一端连接到第二输入端子，并且另一端接收斜波信号。就是说，使用电容器元件的电容耦合而使第二输入端子的电压下降。这允许利用简单的电路配置来改变(减小)第二输入端子的电压。
根据本发明的一个方面的优选示例，当输入端子中的所述一个是第一输入端子时，斜波信号产生电路产生斜波信号，当临时数据信号的电压高于噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率上升。电容器元件的一端连接到第一输入端子，并且另一端接收斜波信号。就是说，使用电容器元件的电容耦合而使第一输入端子的电压上升。这允许利用简单的电路配置来改变(增大)第一输入端子的电压。
根据本发明的一个方面的优选示例，输入端子中的所述一个是对其提供临时数据信号电压的第二输入端子。第一和第二输入端子分别是反相输入端子和正相输入端子。就是说，电压在使差分放大器的第一和第二输入端子之间的电压的幅度关系反转的方向上变化的输入端子是对其提供了临时数据信号的正相输入端子。因此，正相输入端子的电压从临时数据信号的电压开始变化，并且反相输入端子的电压保持在噪声信号的电压上不变。对于具有相同配置的多个固态成像器件，从这些固态成像器件输出的噪声信号具有基本相同的电压。但是，从这些固态成像器件输出的临时数据信号会依赖于固态成像器件的曝光量而变化。因此，差分放大器的反相输入端子的电压可以一直保持在几乎恒定的电平上，这致使进一步提高数据读取的准确性。
根据本发明的一个方面的优选示例，测量电路的计数器在斜波信号的电压开始变化时启动计数操作。响应于差分放大器的输出信号的反相，测量电路的测量结果输出电路获取计数器的计数器值，并且将所获取的计数器值输出作为数字值。因此，可以容易地配置测量电路，该测量电路用于测量输入端子中的一个的电压的变化量，以将测量结果输出为数字值。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中，本发明的本质、原理和实用性将变得更加明显，在附图中用相同的标号来指代相似的部件，其中：
图1是本发明的第一实施例的框图；
图2是示出了第一实施例中的数据读取操作的时序图；
图3是示出了本发明的比较性示例的框图；
图4是示出了在本发明的比较性示例中的数据读取操作的时序图；
图5是本发明的第二实施例的框图；
图6是示出了第二实施例中的数据读取操作的时序图；
图7是本发明的第三实施例的框图；
图8是示出了第三实施例中的数据读取操作的时序图；
图9是本发明的第四实施例的框图；以及
图10是示出了第四实施例中的数据读取操作的时序图。
具体实施方式
下文中，将参考附图来描述本发明的示例性实施例。由粗线描绘的信号指代多个信号。图1示出了本发明的第一实施例。第一实施例的成像装置ID1例如包括数据读取电路DRC1，其具有为以矩阵方式排列的像素阵列中的每个信号输出线SOL(列)所设置的多个像素电路PC1。
每个像素电路PC1(固态成像器件)具有nMOS晶体管Q1到Q4以及光电二极管PD，所述像素电路PC1是公知的四晶体管像素电路。晶体管Q1和Q2被串联连接在复位电压供应线VR和光电二极管PD的阴极之间。晶体管Q1的栅极接收复位信号RST。晶体管Q2的栅极接收触发信号TRG。光电二极管PD的阳极连接到地线。晶体管Q3和Q4被串联连接在复位电压供应线VR和信号输出线SOL之间。晶体管Q3的栅极连接到晶体管Q1和Q2之间的连接节点。晶体管Q4的栅极接收选择信号SEL。如上配置的四晶体管像素电路PC1具有如下优点：即使该电路的规模由于大量晶体管而被扩大，也可以提高数据读取的准确性。
数据读取电路DRC1包括差分放大器AMP、开关SW1和SW2、电容器C1和C2、斜波信号产生电路RSG1、计数器CNT和锁存电路LC1(测量电路)。差分放大器AMP的反相输入端子(第一输入端子)连接到开关SW2的一端，开关SW2的另一端连接到差分放大器AMP的输出端子。差分放大器AMP的反相输入端子还连接到电容器C2的一端，电容器C2的另一端连接到地线。差分放大器AMP的正相输入端子(第二输入端子)连接到开关SW1的一端，开关SW1的另一端连接到信号输出线SOL。差分放大器AMP的正相输入端子还连接到电容器C1的一端，电容器C1的另一端接收斜波信号RMP。
当启动数据读取操作中的A/D转换时，斜波信号产生电路RSG1以预定斜率增大斜波信号RMP的电压。当启动A/D转换时，计数器CNT启动向上计数(up-count)，并且将计数器值CV输出到锁存电路LC1。响应于差分放大器AMP的输出信号的上升沿，锁存电路LC1(测量结果输出电路)锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。
图2示出了第一实施例中的数据读取操作。第一实施例中的数据读取操作包括用于从像素电路PC1读取噪声信号的N读取操作、用于从像素电路PC1读取临时数据信号的S+N读取操作和A/D转换操作，这些操作被顺序执行，其中所述临时数据信号是通过将噪声信号叠加在真实数据信号上而获得的信号。
首先，在N读取操作中，当用于将像素电路PC1选择作为数据读取操作对象的选择信号SEL被激活时，晶体管Q4导通。同时，当激活复位信号RST时，晶体管Q1导通。由于晶体管Q3依赖于晶体管Q1和Q2之间的连接节点的电压(对应于复位电压)而导通，因此信号输出线SOL被设置为噪声信号(复位噪声信号)的电压(N电平)。另外，当复位信号RST被去活之后接通开关SW1和SW2两者时，差分放大器AMP的输入节点N1和N2的电压被设置为N电平。另外，由于当接通SW2时，差分放大器AMP的反相输入端子和正相输入端子之间的偏移电势被包括在两输入端子之间的电势差中，并且由电容器C2所保持，因此在之后的操作(偏移消除操作或自动归零操作)中消除该偏移电势。另外，当去活复位信号RST时，晶体管Q1关断。
接下来，在S+N读取操作中，在关断开关SW1和SW2两者之后，晶体管Q2在触发信号TRG激活时导通。由于晶体管Q3依赖于晶体管Q1和Q2之间的连接节点的电压(对应于光电二极管PD的曝光量)而导通，因此信号输出线SOL被设置为临时数据信号的电压(S+N电平)。另外，当在去活触发信号TRG之后接通开关SW1时，差分放大器AMP的输入节点N1的电压被设置为S+N电平。这时，由于开关SW2保持关断，因此差分放大器AMP的输入节点N2的电压保持在N电平。相应地，差分放大器AMP的输出信号(来自输出节点N3的信号)被设置为低电平，其指示出输入节点N1的电压低于输入节点N2的电压。另外，当去活触发信号TRG时，晶体管Q2被关断。另外，在差分放大器AMP的输入节点N1的电压(S+N电平)和输入节点N2的电压(N电平)之间的电势差S对应于真实数据信号的电压。
随后，在A/D转换操作中，在关断开关SW1之后，斜波信号产生电路RSG1开始以预定斜率增大斜波信号RMP的电压。随着电压的上升，差分放大器AMP的输入节点N1的电压也由于电容器C1的电容耦合而开始从S+N电平以预定斜率上升。同时，计数器CNT启动向上计数操作。另外，当差分放大器AMP的输入节点N1的电压超过输入节点N2的电压(N电平)时，即当差分放大器AMP的输入节点N1的电压和输入节点N2的电压之间的幅度关系改变时，差分放大器AMP的输出信号从低电平改变到高电平。响应于差分放大器AMP的输出信号的上升沿，锁存电路LC1锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。
如上配置的数据读取电路DRC1实现了CDS电路和ADC电路两者的功能，而无需单独的CDS电路。这样，由于不需要单独的CDS电路，所以可以降低数据读取电路DRC1的规模和生产成本。另外，由于与需要分别设置CDS电路和ADC电路时的情况相比，还可以减少放大器数量，因此可以降低数据读取电路DRC1的电流消耗。
图3示出了本发明的比较性示例。在以下对本发明的比较性示例的描述中，用相同标号来指代与图1所示相同的元件，并且将省略其详细解释。本发明的比较性示例的数据读取电路DRCa包括CDS电路和ADC电路，所述CDS电路包含开关SWa和SWb、电容器Ca和Cb以及差分放大器AMPa和AMPb，所述ADC电路包含开关SWc、SWd和SWe、电容器Cc、差分放大器AMPc、斜波信号产生电路RSGa、计数器CNTa和锁存电路LCa。
差分放大器AMPa的正相输入端子连接到开关SWa的一端，开关SWa的另一端连接到信号输出线SOL。差分放大器AMPa的正相输入端子还连接到电容器Cb的一端，电容器Cb的另一端连接到地线。差分放大器AMPa的反相输入端子连接到差分放大器AMPa的输出端子。差分放大器AMPb的正相输入端子连接到电容器Cb的一端，电容器Cb的另一端连接到差分放大器AMPa的输出端子。差分放大器AMPb的正相输入端子还连接到开关SWb的一端，开关SWb的另一端连接到电源线Vref。差分放大器AMPb的反相输入端子连接到差分放大器AMPb的输出端子。
差分放大器AMPc的正相输入端子连接到开关SWc的一端，开关SWc的另一端连接到差分放大器AMPb的输出端子。差分放大器AMPc的正相输入端子还连接到开关SWd的一端，开关SWd的另一端接收斜波信号RMP。差分放大器AMPc的反相输入端子连接到开关SWe的一端，开关SWe的另一端连接到差分放大器AMPc的输出端子。差分放大器AMPc的反相输入端子还连接到电容器Cc的一端，电容器Cc的另一端连接到地线。
斜波信号产生电路RSGa在启动数据读取操作中的A/D转换时，以预定斜率降低斜波信号RMP的电压。在启动A/D转换时，计数器CNTa启动向上计数操作，并且将计数器值CV输出到锁存电路LCa。响应于差分放大器AMPc的输出信号的下降沿，锁存电路LCa锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。
图4示出了本发明比较性示例中的数据读取操作。与第一实施例相似，本发明比较性示例中的数据读取操作包括N读取操作、S+N读取操作和A/D转换操作，这些操作被顺序执行。
首先，在N读取操作中，当用于将像素电路PC1选择作为数据读取操作对象的选择信号SEL被激活时，晶体管Q4导通。同时，当激活复位信号RST时，晶体管Q1导通。由于晶体管Q3依赖于晶体管Q1和Q2之间的连接节点的电压(对应于复位电压)而导通，因此信号输出线SOL被设置为噪声信号的电压(N电平)。另外，当激活复位信号RST时，开关SWb被接通。另外，当在去活复位信号RST之后接通开关SWa时，差分放大器AMPa的输出节点Na的电压被设置为N电平。另外，当去活复位信号RST时，晶体管Q1被关断。
接下来，在S+N读取操作中，在开关SWa和SWb两者都被关断之后，晶体管Q2在激活触发信号TRG时导通。由于晶体管Q3依赖于晶体管O1和Q2之间的连接节点的电压(对应于光电二极管PD的曝光量)而导通，因此信号输出线SOL被设置为临时数据信号的电压(S+N电平)。另外，当在去活触发信号TRG之后接通开关SWa时，差分放大器AMPa的输出节点Na的电压被设置为S+N电平。同时，当开关SWc和SWe两者都被接通时，差分放大器AMPc的输入节点Nb和Nc被分别设置为电压(Vref-S)，该电压(Vref-S)是通过从电压Vref中减去N电平与S+N电平之间的电势差S而获得的。
随后，在A/D转换操作中，在关断开关SWa、SWc和SWe，并且接通开关SWb和SWd之后，斜波信号产生电路RSGa开始以预定斜率降低斜波信号RMP的电压。随着电压的下降，差分放大器AMPc的输入节点Nb的电压也开始从电压Vref以预定斜率下降。同时，计数器CNTa启动向上计数操作。另外，当差分放大器AMPc的输入节点Nb的电压低于输入节点Nc的电压(Vref-S)时，差分放大器AMPc的输出信号从高电平改变到低电平。响应于差分放大器AMPc的输出信号的下降沿，锁存电路LCa锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。
在如上配置的数据读取电路DRCa中，由于CDS电路和ADC电路是分开提供的，因此放大器数量增多，这使电路规模更大。这样一来，增大了数据读取电路DRCa的生产成本。此外，放大器数量的增多导致数据读取准确性的恶化以及数据读取电路DRCa的电流消耗增大。
从以上描述中可以看出，第一实施例提供了CDS电路和ADC电路的集成形式。这种配置有助于在不降低数据读取速度的情况下，提高数据读取的准确性，并且减小数据读取电路DRC1的规模(成本)和电流消耗。另外，由于电容器C1的电容耦合被用于提高差分放大器AMP的输入节点N1的电压，因此可以通过简单的电路配置来提高差分放大器AMP的正相输入端子的电压。另外，由于差分放大器AMP的正相输入端子的电压从S+N电平上升，并且反相输入端子的电压保持在N电平不变，因此可以改善差分放大器AMP的特性，从而有助于提高数据读取的准确性。
图5示出了本发明的第二实施例。在以下第二实施例的描述中，用相同标号指代与结合第一实施例所解释的元件相同的元件，并且将省略其详细解释。与第一实施例相似，第二实施例的成像装置ID2例如包括数据读取电路DRC2，其具有为以矩阵方式排列的像素阵列中的每个信号输出线SOL(列)所设置的多个像素电路PC1。除了将电容器C1连接到地线，电容器C2接收斜波信号RMP，并且第一实施例(图1)中的斜波信号产生电路RSG1由斜波信号产生电路RSG2所替代之外，数据读取电路DRC2具有与第一实施例中的数据读取电路DRC1相同的配置。当启动数据读取操作中的A/D转换时，斜波信号产生电路RSG2以预定斜率降低斜波信号RMP的电压。
图6示出了第二实施例中的数据读取操作。首先，与第一实施例(图2)相似，顺序执行N读取操作和S+N读取操作。随后，在A/D转换操作中，在关端开关SW1之后，斜波信号产生电路RSG2开始以预定斜率降低斜波信号RMP的电压。随着电压的下降，差分放大器AMP的输入节点N2的电压也由于电容器C2的电容耦合而开始从N电平以预定斜率下降。同时，计数器CNT启动向上计数操作。
另外，当差分放大器AMP的输入节点N2的电压低于输入节点N1的电压(S+N电平)时，差分放大器AMP的输出信号从低电平改变到高电平。响应于差分放大器AMP的输出信号的上升沿，锁存电路LC1锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。如上配置的第二实施例可以获得与第一实施例相同的效果。
图7示出了本发明的第三实施例。在第三实施例的以下描述中，用相同标号指代与结合第一和第二实施例所解释的元件相同的元件，并且将省略其详细解释。与第一实施例相似，第三实施例的成像装置ID3例如包括数据读取电路DRC3，其具有为以矩阵方式排列的像素阵列中的每个信号输出线SOL(列)所设置的多个像素电路PC2。
每个像素电路PC2都具有从第一实施例(图1)的像素电路PC1中除去了晶体管Q2的配置，所述像素电路PC2是公知的三晶体管像素电路。这样的三晶体管像素电路具有由于晶体管数量减少而能够减小电路规模的优点，但是数据读取的准确性恶化。除了第一实施例(图1)中的斜波信号产生电路RSG1被第二实施例(图5)中的斜波信号产生电路RSG2所替代，并且第一实施例中的锁存电路LC1被锁存电路LC2所替代之外，数据读取电路DRC3具有与第一实施例的数据读取电路DRC1相同的配置。响应于差分放大器AMP的输出信号的下降沿，锁存电路LC2锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。
图8示出了第三实施例中的数据读取操作。第三实施例中的数据读取操作包括用于读取临时数据信号的S+N读取操作、用于从像素电路PC2读取噪声信号的N读取操作以及A/D转换操作，这些操作被顺序执行，其中所述临时数据信号是通过将噪声信号叠加在真实数据信号上而获得的信号。
首先，在S+N读取操作中，当用于将像素电路PC2选择作为数据读取操作对象的选择信号SEL被激活时，晶体管Q4导通。这时，由于晶体管Q3依赖于晶体管Q1和光电二极管PD之间的连接节点的电压(对应于光电二极管PD的曝光量)而导通，因此信号输出线SOL被设置为临时数据信号的电压(S+N电平)。另外，当开关SW1和SW2两者都被接通时，差分放大器AMP的输入节点N1和N2的电压都被设置为S+N电平。
接下来，在N读取操作中，在开关SW1和SW2两者都被关断之后，晶体管Q1在激活复位信号RST时导通。因此，信号输出线SOL被设置为噪声信号的电压(N电平)。另外，当在去活复位信号RST之后接通开关SW1时，差分放大器AMP的输入节点N1的电压被设置为N电平。因此，差分放大器AMP的输出信号被设置为高电平，这指示出输入节点N1的电压高于输入节点N2的电压。另外，当去活复位信号RST时，晶体管Q1被关断。
随后，在A/D转换操作中，在关断开关SW1之后，斜波信号产生电路RSG2开始以预定斜率降低斜波信号RMP的电压。随着电压的下降，差分放大器AMP的输入节点N1的电压也由于电容器C1的电容耦合而开始从N电平以预定斜率下降。同时，计数器CNT启动向上计数操作。另外，当差分放大器AMP的输入节点N1的电压低于输入节点N2的电压(S+N电平)时，差分放大器AMP的输出信号从高电平改变到低电平。响应于差分放大器AMP的输出信号的下降沿，锁存电路LC2锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。在如上配置的第三实施例中，即使当数据读取操作的对象是三晶体管像素电路时，也能够获得与第一实施例相同的效果。
图9示出了本发明的第四实施例。在以下第四实施例的描述中，用相同标号指代与结合第一到第三实施例所解释的元件相同的元件，并且将省略其详细解释。与第三实施例相似，第四实施例的成像装置ID4例如包括数据读取电路DRC4，其具有为以矩阵方式排列的像素阵列中的每个信号输出线SOL(列)所设置的多个像素电路PC2。除了第二实施例(图5)中的斜波信号产生电路RSG2被第一实施例(图1)中的斜波信号产生电路RSG1所替代，并且第一实施例中的锁存电路LC1被第三实施例(图7)中的锁存电路LC2所替代之外，数据读取电路DRC4具有与第二实施例的数据读取电路DRC2相同的配置。
图10示出了第四实施例中的数据读取操作。在第四实施例的数据读取操作中，首先，与第三实施例(图8)相似，顺序执行S+N读取操作和N读取操作。随后，在A/D转换操作中，在关断开关SW1之后，斜波信号产生电路RSG1开始以预定斜率升高斜波信号RMP的电压。随着电压的上升，差分放大器AMP的输入节点N2的电压也由于电容器C2的电容耦合而开始从S+N电平以预定斜率上升。同时，计数器CNT启动向上计数操作。另外，当差分放大器AMP的输入节点N2的电压超过输入节点N1的电压(N电平)时，差分放大器AMP的输出信号从高电平改变到低电平。响应于差分放大器AMP的输出信号的下降沿，锁存电路LC2锁存计数器值CV，并且输出被锁存的计数器值CV，作为A/D转换结果的数字值Do。如上配置的第四实施例也可以获得与第一到第三实施例相同的效果。
虽然在第一到第四实施例中已经示出了采用单级差分放大器的数据读取电路，但是本发明并不局限于这些实施例。例如，可以依赖于所需增益而将多级差分放大器应用于数据读取电路。另外，虽然已经示出，在第一和第二实施例中的S+N读取操作(在第三和第四实施例的情况下的N读取操作)中，开关SW1被关断一次，但是本发明并不局限于该操作。例如，如果数据读取电路对像素电路的影响可以忽略，则可以在S+N读取操作(和N读取操作)中保持接通开关SW1。
另外，虽然已经示出，在第一到第四实施例中，临时数据信号的读出电压低于噪声信号的读出电压，但是本发明并不局限于此。例如，当采用具有相反特性的光电二极管PD时，不言而喻，临时数据信号的读出电压将高于噪声信号的读出电压，使得对于电压变化的方向(上升或下降)，必须对被应用到数据读取电路的斜波信号RMP赋予相反的特性。
本发明并不局限于上述实施例，并且可以做出各种修改，而不脱离本发明的精神和范围。可以对部件中的部分或全部做出任何改进。
本申请基于2005年2月3日递交的日本专利申请No.2005-027772，并要求享受其优先权，该申请的全部内容通过应用结合于此。
Claims (21)
1.一种固态成像器件的数据读取电路，包括：
具有第一输入端子和第二输入端子的差分放大器，其中所述固态成像器件的噪声信号的电压被提供到所述第一输入端子，临时数据信号的电压被提供到所述第二输入端子，并且所述差分放大器响应于所述第一和第二输入端子之间的电压的幅度关系变反转的事件发生，使输出信号反相，其中所述临时数据信号是在其上叠加了所述噪声信号的信号；和
测量电路，所述测量电路测量从当所述第一和第二输入端子中的一个的电压开始在使所述电压的幅度关系反转的方向上变化时，到当所述输出信号被反相时，所述输入端子中的所述一个的电压的变化量，并且所述测量电路将所述测量结果输出为数字值，所述数字值指示通过从所述临时数据信号中除去所述噪声信号而获得的真实数据信号的电压。
2.根据权利要求1所述的固态成像器件的数据读取电路，还包括：
产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压低于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率上升；和
电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第二输入端子，另一端接收所述斜波信号，其中
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第二输入端子。
3.根据权利要求2所述的同态成像器件的数据读取电路，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
4.根据权利要求1所述的固态成像器件的数据读取电路，还包括：
产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压低于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率下降；和
电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第一输入端子，另一端接收所述斜波信号，其中
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第一输入端子。
5.根据权利要求4所述的固态成像器件的数据读取电路，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
6.根据权利要求1所述的固态成像器件的数据读取电路，还包括：
产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压高于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率下降；和
电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第二输入端子，另一端接收所述斜波信号，其中
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第二输入端子。
7.根据权利要求6所述的固态成像器件的数据读取电路，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
8.根据权利要求1所述的固态成像器件的数据读取电路，还包括：
产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压高于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率上升；和
电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第一输入端子，另一端接收所述斜波信号，其中
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第一输入端子。
9.根据权利要求8所述的固态成像器件的数据读取电路，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
10.根据权利要求1所述的固态成像器件的数据读取电路，其中：
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第二输入端子；并且
所述第一和第二输入端子分别是反相输入端子和正相输入端子。
11.一种成像装置，包括：
固态成像器件，所述固态成像器件输出噪声信号和临时数据信号，所述临时数据信号是在其上叠加了所述噪声信号的信号；和
数据读取电路，所述数据读取电路根据所述噪声信号的电压和所述临时数据信号的电压，输出指示真实数据信号电压的数字值，所述真实数据信号是通过从所述临时数据信号中除去所述噪声信号而获得的，其中，所述数据读取电路包括：
具有第一输入端子和第二输入端子的差分放大器，其中所述噪声信号的电压被提供到所述第一输入端子，所述临时数据信号的电压被提供到所述第二输入端子，并且所述差分放大器响应于所述第一和第二输入端子之间的电压的幅度关系变反转的事件发生，使输出信号反相；和
测量电路，所述测量电路测量从当所述第一和第二输入端子中的一个的电压开始在使所述电压的幅度关系反转的方向上变化时，到当所述输出信号被反相时，所述输入端子中的所述一个的电压的变化量，并且所述测量电路将所述测量结果输出为数字值，所述数字值指示通过从所述临时数据信号中除去所述噪声信号而获得的真实数据信号的电压。
12.根据权利要求11所述的成像装置，其中：
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第二输入端子；
所述数据读取电路包括：产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压低于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率上升；和电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第二输入端子，另一端接收所述斜波信号。
13.根据权利要求12所述的成像装置，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
14.根据权利要求11所述的成像装置，其中：
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第一输入端子；
所述数据读取电路包括：产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压低于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率下降；和电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第一输入端子，另一端接收所述斜波信号。
15.根据权利要求14所述的成像装置，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
16.根据权利要求11所述的成像装置，其中：
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第二输入端子；
所述数据读取电路包括：产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压高于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率下降；和
电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第二输入端子，另一端接收所述斜波信号。
17.根据权利要求16所述的成像装置，其中，所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
18.根据权利要求11所述的成像装置，其中：
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第一输入端子；
所述数据读取电路包括：产生斜波信号的斜波信号产生电路，当所述临时数据信号的电压高于所述噪声信号的电压时，所述斜波信号的电压以预定斜率上升；和电容器元件，所述电容器元件的一端连接到所述第一输入端子，另一端接收所述斜波信号。
19.根据权利要求18所述的成像装置，其中所述测量电路包括：
计数器，当所述斜波信号的电压开始变化时，所述计数器启动计数操作；和
测量结果输出电路，响应于所述输出信号的反相，所述测量结果输出电路获取所述计数器的计数器值，以将所获取的计数器值输出作为所述数字值。
20.根据权利要求11所述的成像装置，其中：
所述第一和第二输入端子中的所述一个是所述第二输入端子；并且
所述第一和第二输入端子分别是反相输入端子和正相输入端子。
21.一种用于固态成像器件的数据读取方法，包括以下步骤：
将所述固态成像器件的噪声信号的电压提供到差分放大器的第一输入端子，并且将临时数据信号的电压提供到所述差分放大器的第二输入端子，其中所述临时数据信号是在其上叠加了所述固态成像器件的所述噪声信号的信号，所述差分放大器响应于所述第一和第二输入端子之间的电压的幅度关系变反转的事件发生，使输出信号反相；
在使所述电压的幅度关系反转的方向上改变所述第一和第二输入端子中的一个的电压；以及
测量从当所述第一和第二输入端子中的一个的电压开始变化时，到当所述输出信号被反相时，所述输入端子中的所述一个的电压的变化量，并将测量结果输出为数字值，所述数字值指示通过从所述临时数据信号中除去所述噪声信号而获得的真实数据信号的电压。
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Effective date of registration: 20081024 Address after: Tokyo, Japan Patentee after: FUJITSU MICROELECTRONICS Ltd. Address before: Kanagawa Patentee before: Fujitsu Ltd. |
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Address after: Kanagawa Patentee after: FUJITSU MICROELECTRONICS Ltd. Address before: Tokyo, Japan Patentee before: Fujitsu Microelectronics Ltd. |
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Owner name: SUOSI FUTURE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: FUJITSU SEMICONDUCTOR CO., LTD. Effective date: 20150514 |
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Effective date of registration: 20150514 Address after: Kanagawa Patentee after: SOCIONEXT Inc. Address before: Kanagawa Patentee before: FUJITSU MICROELECTRONICS Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081126 |