JP2006303601A - Correlated double sampling circuit and solid-state imaging apparatus employing the same - Google Patents
Correlated double sampling circuit and solid-state imaging apparatus employing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006303601A JP2006303601A JP2005118455A JP2005118455A JP2006303601A JP 2006303601 A JP2006303601 A JP 2006303601A JP 2005118455 A JP2005118455 A JP 2005118455A JP 2005118455 A JP2005118455 A JP 2005118455A JP 2006303601 A JP2006303601 A JP 2006303601A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- input
- double sampling
- correlated double
- sampling circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
本発明は、たとえば相関二重サンプリング回路およびこれを用いた固体撮像装置に関し、オフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタを設け、回路利得を可変した場合でも利得によらず安定した入力信号オフセットのキャンセルを行う。 The present invention relates to, for example, a correlated double sampling circuit and a solid-state imaging device using the same, and a capacitor that holds an offset cancellation level is provided, and even when the circuit gain is varied, stable input signal offset cancellation is performed regardless of the gain. .
図7に特許文献2に示された従来例のCDS(Correlated Double Sampling Circuit;相関二重サンプリング)回路150を示す。
このCDS回路150はSW(スイッチ)を切り換え、異なる動作モードをするように設定されている。
FIG. 7 shows a conventional CDS (Correlated Double Sampling Circuit)
The
サンプリング動作を行うサンプリングモード(リセット)期間、利得1の帰還がかかり、ボルテージフォロアとなっている。このリセット期間(q1)、入力信号と参照レベル(Vref)がサンプリングされる。
アンプとホールド動作を行うアンプ、ホールドモード(q2)期間、出力端子Toutの信号Voは、
[数1]
Vo=Cs/Cfb(V1−V2)+Vref ・・・(1)
と表される。
ここで、V1,V2はそれぞれ第1および第2時間位相(q1期間、q2期間)のCCDからの入力信号レベルである。
During the sampling mode (reset) period in which the sampling operation is performed, feedback of gain 1 is applied, and the voltage follower is formed. During this reset period (q1), the input signal and the reference level (Vref) are sampled.
The amplifier that performs the hold operation with the amplifier, the hold mode (q2) period, the signal Vo of the output terminal Tout is:
[Equation 1]
Vo = Cs / Cfb (V1-V2) + Vref (1)
It is expressed.
Here, V1 and V2 are input signal levels from the CCD in the first and second time phases (q1 period, q2 period), respectively.
しかしながら、式(1)において、(V1−V2)はOP AMP152の利得の係数Cs/Cfb倍されているが、参照電源から供給される参照レベルVrefは利得倍されていない。すなわち、V1とV2は利得と関係あるが、Vrefは利得が変わっても変化しない。
したがって、サンプリング(入力)キャパシタ151、帰還キャパシタ154の少なくともどちらかを可変させてこの回路の利得を制御し、かつ参照電源の参照レベルVrefを可変させてCCDオフセットをキャンセルする場合、参照電源から供給される参照レベルVrefを回路利得に合わせて大きく変化させなくてはならず、安定性を求める上で不利である。
Therefore, when the gain of the circuit is controlled by changing at least one of the sampling (input)
相関二重サンプリング回路を用いたイメージセンサ信号処理回路などでは、回路利得が可変の場合でも、参照レベルVrefを変化させることなく、オフセットキャンセル状態を維持する。
また、イメージセンサ信号処理回路の動作を高速化かつ安定させる。
In an image sensor signal processing circuit or the like using a correlated double sampling circuit, an offset cancel state is maintained without changing the reference level Vref even when the circuit gain is variable.
In addition, the operation of the image sensor signal processing circuit is speeded up and stabilized.
本発明の相関二重サンプリング回路は、相関二重サンプリング回路において、アンプと、画像信号を受ける入力端と、第1および第2の時間位相において前記アンプの入力に接続される入力キャパシタと、前記第2の時間位相において前記アンプの出力に接続される帰還キャパシタと、前記第2の位相時間において、前記入力キャパシタと前記帰還キャパシタとが接続されるノードと前記アンプの入力との間に接続されるオフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタと、前記第1の時間位相において、前記オフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタに第1の参照レベルを入力する手段とを有する。
本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子から出力された画像信号が供給され、該画像信号を相関二重サンプリング回路に供給し、該入力信号のオフセットをキャンセルした出力信号をフィードバック回路に供給して基準値を用いて演算し、帰還して前記入力信号の黒レベルの誤差を補正する固体撮像装置であって、前記相関二重サンプリング回路は、アンプと、前記画像信号を受ける入力端と、第1および第2の時間位相において前記アンプの入力に接続される入力キャパシタと、前記第2の時間位相において前記アンプの出力に接続される帰還キャパシタと、前記第2の位相時間において、前記入力キャパシタと前記帰還キャパシタとが接続されるノードと前記アンプの入力との間に接続されるオフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタと、前記第1の時間位相において、前記オフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタに第1の参照レベルを入力する手段とを有する。
The correlated double sampling circuit of the present invention is the correlated double sampling circuit, wherein the amplifier, the input terminal for receiving the image signal, the input capacitor connected to the input of the amplifier at the first and second time phases, A feedback capacitor connected to the output of the amplifier in a second time phase, and a node connected to the input capacitor and the feedback capacitor in the second phase time and connected to the input of the amplifier. And a means for inputting a first reference level to the capacitor holding the offset cancellation level in the first time phase.
The solid-state imaging device of the present invention is supplied with an image signal output from a solid-state imaging device, supplies the image signal to a correlated double sampling circuit, and supplies an output signal in which the offset of the input signal is canceled to a feedback circuit. A solid-state imaging device that calculates using a reference value and feeds back to correct an error in the black level of the input signal, wherein the correlated double sampling circuit includes an amplifier, an input terminal that receives the image signal, An input capacitor connected to the input of the amplifier in first and second time phases, a feedback capacitor connected to the output of the amplifier in the second time phase, and the input in the second phase time A capacitor that holds an offset cancellation level connected between a node to which the capacitor and the feedback capacitor are connected and the input of the amplifier. And Sita, in the first time phase, and a means for inputting a first reference level to the capacitor for holding the offset cancellation level.
本発明の相関二重サンプリング回路では、イメージセンサ信号と参照レベルVrefとに相等しい利得係数が乗じられる。
そのため、本発明による相関二重サンプリング回路を用いたイメージセンサ信号処理回路では、回路利得を可変した場合でも、理想的には参照レベルVrefを変化させることなく、オフセットキャンセル状態を維持することでき、またイメージセンサ信号処理回路の動作を高速化かつ安定させることができる。
更に、理想的には、参照レベル電源から帰還キャパシタの電荷の移動をゼロにする構成も可能であり、低消費電力かつ良好な特性を実現することができる。
In the correlated double sampling circuit of the present invention, the image sensor signal and the reference level Vref are multiplied by the same gain coefficient.
Therefore, the image sensor signal processing circuit using the correlated double sampling circuit according to the present invention can maintain the offset cancel state ideally without changing the reference level Vref even when the circuit gain is varied. In addition, the operation of the image sensor signal processing circuit can be speeded up and stabilized.
Furthermore, ideally, a configuration in which the charge transfer of the feedback capacitor from the reference level power supply is zero is possible, and low power consumption and good characteristics can be realized.
図1に本発明の実施形態例である相関二重サンプリング回路10を示す。
相関二重サンプリング回路10は、入力キャパシタC1(11)、オフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタC3(15)、帰還キャパシタC2(18)、OP AMP16、SW12,SW13,14,17で構成されている。
入力キャパシタ11は入力端子TinとノードN1間に接続され、ノードN1とGND(グランド)間にSW13が接続され、またこのノードN1はSW12の一方の端子に接続されている。SW12の他方の端子はノードN2に接続され、このノードN2はSW14の一方の端子、キャパシタC3(15)の一方の端子と帰還キャパシタC2(18)の一方の端子に接続されている。
キャパシタ15の他方の端子はOP AMP16の反転入力端子とSW17の一方の端子に接続されている。SW17の他方の端子はOP AMP16の出力端子Toutと帰還キャパシタ18の他方の端子に接続され、OP AMP16の非反転入力端子はGNDに接続されている。
FIG. 1 shows a correlated
The correlated
The
The other terminal of the
SW13,14,17は制御パルスφ1(または第1の時間位相とも称する)に同期してON/OFF動作し、またSW12は制御パルスφ2(または第2の時間位相とも称する)に同期してON/OFF動作するが、その制御パルスは逆相でかつタイミングがずれていて、その詳細な波形とそのタイミングは図2に示す。
サンプル(リセット)時である第1の時間位相時、SW13,14,17はONしてショートとし、このときSW12はOFFでオープン状態に設定する。一方アンプモード(ホールド)時である第2の時間位相時、SW13,14,17はOFFでオープン状態にし、そのときSW12はONでショート状態としている。
またSW14の一方の端子にはたとえば参照電源から参照レベル(Vref)が供給され、制御パルスφ1に同期してノードN2に供給される。
SW13, 14, and 17 are turned ON / OFF in synchronization with the control pulse φ1 (or also referred to as the first time phase), and SW12 is turned on in synchronization with the control pulse φ2 (or also referred to as the second time phase). / OFF operation, but the control pulse is out of phase and out of timing, and its detailed waveform and timing are shown in FIG.
During the first time phase, which is the time of sample (reset), SW13, 14, 17 are turned on to short-circuit, and at this time, SW12 is turned off and set to the open state. On the other hand, in the second time phase that is in the amplifier mode (hold), SW13, 14, and 17 are OFF and open, and SW12 is ON and shorted.
For example, a reference level (Vref) is supplied to one terminal of SW14 from a reference power supply, and is supplied to the node N2 in synchronization with the control pulse φ1.
つぎに相関二重サンプリング回路10の動作について、図2のタイミングチャートを用いて説明する。
サンプリングモードの第1の時間位相φ1、すなわちφ1の電圧レベルが時刻t0〜t1、時刻t4〜t5などの期間は“H”(ハイ)レベルであるのでSW13,14,17がONし、ショート状態に設定される。このときφ2の電圧レベルは“L”(ロー)レベルであるので、SW12はOFFし、オープン状態となる。この期間、図2(A)に示すCCDなどのイメージセンサ信号のリセットレベルV1が入力キャパシタC1(11)でサンプリングされる。また、SW14がショートしているので、参照レベルVrefが帰還キャパシタC2(18)およびオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(15)でサンプリングされる。オペアンプ(OP AMP)16の出力端子Toutは反転入力端子接続され、利得1の帰還増幅回路を構成している。また非反転入力端子が接地されているので、反転入力端子も非反転有力端子と電位が等しくなり仮想接地される。この信号接地レベルをOP AMP16でバッファし帰還キャパシタC2およびキャパシタC3に供給している。
Next, the operation of the correlated
The first time phase φ1 of the sampling mode, that is, the voltage level of φ1 is “H” (high) during the period from time t0 to t1, time t4 to t5, etc., so SW13, 14, and 17 are turned on and short-circuited. Set to At this time, since the voltage level of φ2 is “L” (low) level, SW12 is turned OFF and is in an open state. During this period, the reset level V1 of the image sensor signal such as a CCD shown in FIG. 2A is sampled by the input capacitor C1 (11). Since SW14 is short-circuited, the reference level Vref is sampled by the feedback capacitor C2 (18) and the offset cancel level holding capacitor C3 (15). The output terminal Tout of the operational amplifier (OP AMP) 16 is connected to the inverting input terminal, and constitutes a feedback amplification circuit having a gain of 1. Further, since the non-inverting input terminal is grounded, the inverting input terminal has the same potential as the non-inverting dominant terminal and is virtually grounded. This signal ground level is buffered by OP AMP16 and supplied to feedback capacitor C2 and capacitor C3.
一方、アンプ、ホールドモードの第2の時間位相φ2すなわち、時刻t2〜t3、時刻t6〜t7などの期間、φ2の電圧が“H”レベルで(図2(C))、φ1の電圧が“L”レベル(図2(B))である。
このとき、φ2の電圧が“H”レベルであるからSW12はON状態になり、ショートされる。一方φ1の電圧は“L”レベルであるので、SW13,14,17はOFFになりオープン状態となる。
このSWの接続状態において、CCDなどのイメージセンサ信号の輝度レベルV2が入力される(図2(A))。SW13,14,17がOFFでSW12がON状態であるので、キャパシタC1(11),C2(15)がOP AMP16に接続され、その結果帰還増幅回路を形成し、下記の伝達関数を実現する。
[数2]
Vo=C1/C2*(V1−V2+Vref) ・・・(2)
ここで*印は乗算記号を表す。
On the other hand, during the second time phase φ2 of the amplifier and hold mode, that is, during the period of time t2 to t3, time t6 to t7, etc., the voltage of φ2 is at “H” level (FIG. 2C), and the voltage of φ1 is “ L ″ level (FIG. 2B).
At this time, since the voltage of φ2 is at “H” level, SW12 is turned on and short-circuited. On the other hand, since the voltage of φ1 is at the “L” level, SW13, 14, and 17 are turned off and are in an open state.
In this SW connection state, a luminance level V2 of an image sensor signal such as a CCD is input (FIG. 2A). Since SW13, 14, and 17 are OFF and SW12 is ON, capacitors C1 (11) and C2 (15) are connected to OP AMP16. As a result, a feedback amplifier circuit is formed, and the following transfer function is realized.
[Equation 2]
Vo = C1 / C2 * (V1-V2 + Vref) (2)
Here, * represents a multiplication symbol.
式(2)から、リセットレベルV1と輝度レベルV2の差がOP AMP16の回路利得C1/C2で増幅される。これにより、従来技術と同様、イメージセンサの低周波雑音を除去することができる。
さらに、参照電源から供給される参照レベルVrefも同様にOP AMP16の回路利得C1/C2で増幅されていることを示している。
このことから、リセットレベルV1と輝度レベルV2と参照電源から供給される参照レベルVrefが同時にOP AMP16の利得C1/C2倍され、ゲイン(利得)を可変した場合、参照レベルVrefがリセットレベルV1と輝度レベルV2の差と同様に同じ利得倍されて、追従している。したがって、利得を可変した場合でも、その都度参照レベルVrefの参照(電圧)レベルを利得変化分調整する必要がなく、またこれに伴う調整回路も不要となる。
なお、入力キャパシタC1と帰還キャパシタC2の少なくともどちらか一方の値を可変とすることで、OP AMP16の回路利得の可変制御が可能となる。
From Equation (2), the difference between the reset level V1 and the luminance level V2 is amplified by the circuit gain C1 / C2 of the OP AMP16. Thereby, the low frequency noise of an image sensor can be removed like a prior art.
Furthermore, it is shown that the reference level Vref supplied from the reference power supply is also amplified with the circuit gain C1 / C2 of the OP AMP16.
Therefore, when the reset level V1, the luminance level V2, and the reference level Vref supplied from the reference power supply are simultaneously multiplied by the gain C1 / C2 of the OP AMP16 and the gain (gain) is varied, the reference level Vref becomes the reset level V1. Similar to the difference in luminance level V2, the same gain is multiplied and followed. Therefore, even when the gain is varied, it is not necessary to adjust the reference (voltage) level of the reference level Vref each time the gain changes, and an adjustment circuit associated therewith is not necessary.
Note that by making at least one of the input capacitor C1 and the feedback capacitor C2 variable, the circuit gain of the
図3に本発明の相関二重サンプリング回路30の他の実施形態例を示す。この相関二重サンプリング回路30と図1に示した相関二重サンプリング回路10との相違点は、第1の時間位相φ1における帰還キャパシタC2(38)およびオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(35)の接地レベルが、オペアンプOP AMP36によるバッファを介さずに直接、信号接地により与えられることである。
FIG. 3 shows another embodiment of the correlated
つぎに。図3に示した相関二重サンプリング回路30の回路構成とその動作について述べる。
相関二重サンプリング回路30は、入力キャパシタC1(31)、オフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(35)、帰還キャパシタC2(38)、OP AMP36、SW32,SW33,34とSW37,39,40で構成されている。このSW37,39,40の接続構成が図1の回路構成と異なっている。
入力キャパシタ31は入力端子TinとノードN1間に接続され、ノードN1とGND(グランド)間にSW33が接続され、またこのノードN1はSW32の一方の端子に接続されている。SW32の他方の端子はノードN2に接続され、このノードN2はSW34の一方の端子、キャパシタC3(35)の一方の端子と帰還キャパシタC2(38)の一方の端子に接続されている。
キャパシタ35の他方の端子はOP AMP36の反転入力端子とSW37の一方の端子に接続されている。SW37の他方の端子はOP AMP16の非反転入力端子とGNDに接続されている。帰還キャパシタ38の他方の端子はSW39とSW40の一方の端子に接続され、SW39の他方の端子はGNDに、またSW40の他方の端子はOP AMP36の出力端子Toutにそれぞれ接続されている。
Next. The circuit configuration and operation of the correlated
The correlated
The
The other terminal of the
SW33,34,37,39は制御パルスφ1(第1の時間位相)に同期してON/OFF動作し、またSW32,40は制御パルスφ2(第2の時間位相)に同期してON/OFF動作する。
サンプル(リセット)時SW33,34,37はONにしてショートにし、このときSW32,40はOFFでオープン状態に設定する。一方アンプ、ホールドモード時、SW33,34,37はOFFでオープン状態にし、そのときSW32、40はONでショート状態としている。
またSW34の一方の端子にはたとえば参照電源から参照レベル(Vref)が供給され、制御パルスφ1に同期してノードN2に供給され、帰還キャパシタC2(38)とオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(35)にサンプリングされる。
SW33, 34, 37, 39 are turned on / off in synchronization with the control pulse φ1 (first time phase), and SW32, 40 are turned on / off in synchronization with the control pulse φ2 (second time phase). Operate.
At the time of sample (reset), SW33, 34, and 37 are turned on to short-circuit, and at this time, SW32 and 40 are turned off and set to an open state. On the other hand, in the amplifier / hold mode,
Further, for example, a reference level (Vref) is supplied to one terminal of the
つぎに、相関二重サンプリング回路30の動作について説明する。だだし、この回路動作は図1と基本的に同じであるので、詳細な説明は省略する。
サンプリングモードの第1の時間位相φ1では、SW33,34,37,39がONし、ショート状態に設定される。このときφ2の電圧レベルはφ1の電圧と逆相になっているので、SW32,40はOFFし、オープン状態となる。この期間、たとえばイメージセンサ信号のリセットレベルV1が入力キャパシタC1(31)にサンプリングされる。また、SW34がショートしているので、参照レベル(電圧)Vrefが帰還キャパシタC2(38)およびオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(35)にサンプリングされる。
このとき、帰還キャパシタC2(38)とオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(35)の他方の端子はGNDに接地されている。さらに、OP AMP36の反転入力端子と非反転入力端子も同時にGNDに接地されている。
Next, the operation of the correlated
In the first time phase φ1 in the sampling mode, the
At this time, the other terminals of the feedback capacitor C2 (38) and the offset cancel level holding capacitor C3 (35) are grounded to GND. Further, the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the
一方、アンプ、ホールドモードの第2の時間位相φ2の期間、SW32,40はON状態になり、ショートされる。一方同期間、SW33,34,37,39はOFFになりオープン状態となる。
このSWの接続状態において、たとえばイメージセンサ信号の輝度レベルV2が入力される。SW33,34,37,39がOFFでSW32,40がON状態であるので、キャパシタC1,C2がOP AMP16に接続され、その結果帰還増幅回路を形成し、アンプ、ホールド動作を行う。
このときの伝達関数は式(2)と同じであり、参照レベルVrefがOP AMP36の利得倍されるので、利得を可変した場合、参照レベルVrefのレベルを再度調整する必要はない。
またこの場合、図1に示した相関二重サンプリング回路10のようには、オペアンプの入力オフセットがキャンセルされないが、より高速な回路動作をする。
On the other hand, during the second time phase φ2 in the amplifier / hold mode, the
In this SW connection state, for example, the luminance level V2 of the image sensor signal is input. Since SW33, 34, 37 and 39 are OFF and SW32 and 40 are ON, capacitors C1 and C2 are connected to OP AMP16. As a result, a feedback amplifier circuit is formed, and amplifier and hold operations are performed.
The transfer function at this time is the same as that in the equation (2), and the reference level Vref is multiplied by the gain of the
Further, in this case, like the correlated
図4に本発明の他の実施形態例である相関二重サンプリング回路50を示す。
この相関二重サンプリング回路50は図1のそれとは、SWの接続構成と帰還キャパシタC2(61)にサンプリング時に供給する参照レベル(Vref2)が異なっている。
つぎに図4に示した相関二重サンプリング回路50の回路構成について説明する。
入力キャパシタ51は入力端子TinとノードN1間に接続され、ノードN1とGND(グランド)間にSW53が接続され、またこのノードN1はSW52の一方の端子と帰還キャパシタC2(58)に接続されている。SW52の他方の端子はノードN2に接続され、このノードN2はSW54の一方の端子とキャパシタC3(55)の一方の端子に接続されている。
キャパシタC3(55)の他方の端子はOP AMP56の反転入力端子とSW59の一方の端子に接続されている。SW59の他方の端子はOP AMP16の出力端子Toutに接続されている。また、OP AMPの非反転入力端子はGNDに接続されている。
帰還キャパシタC2(58)の他方の端子はSW60とSW61の一方の端子に接続され、SW60の他方の端子はOP AMP56の出力端子Toutに、またSW61の他方の端子は参照レベル(電圧)Vref2を供給する参照電源に接続されている。
FIG. 4 shows a correlated
This correlated
Next, the circuit configuration of the correlated
The
The other terminal of the capacitor C3 (55) is connected to the inverting input terminal of the
The other terminal of feedback capacitor C2 (58) is connected to one terminal of SW60 and SW61, the other terminal of SW60 is connected to output terminal Tout of OP AMP56, and the other terminal of SW61 is set to reference level (voltage) Vref2. Connected to a reference power supply.
SW53,54,59,61は制御パルスφ1(第1の時間位相)に同期してON/OFF動作し、またSW52,60は制御パルスφ2(第2の時間位相)に同期してON/OFF動作する。
サンプリング(リセット)時SW53,54,59,61はONしてショート状態になり、このときSW52,60はOFFでオープン状態となる。一方アンプ、ホールドモード時、SW53,54,59,61はOFFでオープン状態にし、そのときSW52,60はONでショート状態としている。
またSW54の一方の端子にはたとえば参照電源から参照レベル(Vref1)が供給され、制御パルスφ1に同期してノードN2に供給される。これと同時にSW61からも参照レベルVref2が帰還キャパシタC2(58)に供給され、その供給された参照レベル(Vref1、Vref2)がサンプリングされる。
SW53, 54, 59, 61 are turned on / off in synchronization with the control pulse φ1 (first time phase), and SW52, 60 are turned on / off in synchronization with the control pulse φ2 (second time phase). Operate.
At the time of sampling (reset), SW53, 54, 59, 61 are turned on to be in a short state, and at this time, SW52, 60 are turned off to be in an open state. On the other hand, in the amplifier / hold mode,
For example, a reference level (Vref1) is supplied to one terminal of the
つぎに相関二重サンプリング回路50の動作について説明する。
サンプリングモードの第1の時間位相φ1では、SW53,54,59,61がONし、ショート状態に設定される。このときφ2はφ1と逆位相であるので、SW52,60はOFFし、オープン状態となる。この期間、たとえばイメージセンサ信号のリセットレベルV1が入力キャパシタC1(51)でサンプリングされる。また、SW54がショートしているので、参照レベルVref1がオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(55)に供給され、またこれと同時に参照レベルVref2が帰還キャパシタC2(58)に供給され、サンプリングされる。
SW59がショートされるので、OP AMP56は、出力端子Toutは反転入力端子接続され、利得1の帰還増幅回路を構成し、また非反転入力端子が接地されているので、反転入力端子も非反転有力端子と電位が等しくなり仮想接地される。
Next, the operation of the correlated
In the first time phase φ1 in the sampling mode, the
Since the
一方、アンプ、ホールドモードの第2の間位相φ2のとき、SW52,60はON状態になり、ショートされる。一方φ1はφと逆位相であるので、SW53,54,59,61はOFFになりオープン状態となる。
このSWの接続状態において、たとえばイメージセンサ信号の輝度レベルV2が入力される。SW53,54,59,61がOFFでSW52,60がON状態であるので、キャパシタC1(51),C2(58)がOP AMP16に接続され、その結果帰還増幅回路を形成し、下記の伝達関数を実現する。
[数3]
Vo=C1/C2*(V1−V2)+(C1+C2)/C2*Vref1
+C2/C2Vref2 ・・・(3)
となるが、式(3)において
Vref2=―Vref1
なる関係が成り立つとき、下記のようになる。
[数4]
Vo=C1/C2*(V1−V2+Vref1) ・・・(4)
これは式(2)の伝達関数と同じである。
したがって、利得を可変した場合でも、その都度参照レベルVrefの電圧を利得変化分調整する必要がなく、またこれに伴う調整回路も不要となる。
なお、入力キャパシタC1(51)と帰還キャパシタC2(58)の少なくともどちらか一方の値を可変とすることで、OP AMP56の回路利得の可変制御が可能となる。
On the other hand, during the second phase φ2 in the amplifier / hold mode,
In this SW connection state, for example, the luminance level V2 of the image sensor signal is input. Since SW53, 54, 59, and 61 are OFF and SW52 and 60 are in the ON state, capacitors C1 (51) and C2 (58) are connected to OP AMP16, thereby forming a feedback amplifier circuit. Is realized.
[Equation 3]
Vo = C1 / C2 * (V1-V2) + (C1 + C2) / C2 * Vref1
+ C2 / C2Vref2 (3)
However, in equation (3)
Vref2 = −Vref1
When the relationship becomes, it becomes as follows.
[Equation 4]
Vo = C1 / C2 * (V1-V2 + Vref1) (4)
This is the same as the transfer function of equation (2).
Therefore, even when the gain is varied, it is not necessary to adjust the voltage of the reference level Vref each time the gain changes, and an adjustment circuit associated therewith is not necessary.
Note that the circuit gain of the
図5に本発明の他の実施形態例である相関二重サンプリング回路70を示す。
この相関二重サンプリング回路70は、参照電源から供給される参照レベルVrefを帰還キャパシタへ供給しない回路構成である。
つぎに図5に示した相関二重サンプリング回路70の回路構成について説明する。
入力キャパシタC1(71)は入力端子TinとノードN1間に接続され、ノードN1とGND(グランド)間にSW73が接続され、またこのノードN1はSW72の一方の端子と帰還キャパシタC2(78)に接続されている。SW72の他方の端子はノードN2に接続され、このノードN2はSW74の一方の端子、キャパシタC3(75)の一方の端子に接続されている。
キャパシタC3(75)の他方の端子はOP AMP76の反転入力端子とSW77の一方の端子に接続されている。SW77の他方の端子はOP AMP76の出力端子Toutに接続されている。また、OP AMPの非反転入力端子はGNDに接続されている。
帰還キャパシタC2(78)の他方の端子はSW79とSW80の一方の端子に接続され、SW80の他方の端子はOP AMP76の出力端子Toutに、またSW79の他方の端子はGNDに接続されている。
FIG. 5 shows a correlated
The correlated
Next, the circuit configuration of the correlated
The input capacitor C1 (71) is connected between the input terminal Tin and the node N1, SW73 is connected between the node N1 and GND (ground), and this node N1 is connected to one terminal of the SW72 and the feedback capacitor C2 (78). It is connected. The other terminal of SW72 is connected to node N2, and this node N2 is connected to one terminal of SW74 and one terminal of capacitor C3 (75).
The other terminal of the capacitor C3 (75) is connected to the inverting input terminal of the
The other terminal of the feedback capacitor C2 (78) is connected to one terminal of SW79 and SW80, the other terminal of SW80 is connected to the output terminal Tout of OP AMP76, and the other terminal of SW79 is connected to GND.
SW73,74,77,79は制御パルスφ1に同期してON/OFF動作し、またSW72,80は制御パルスφ2に同期してON/OFF動作する。
サンプル(リセット、φ1)時、SW73,74,77,79はONしてショートされ、このときSW72,80はOFFでオープン状態に設定される。一方アンプ、ホールドモード(φ2)時、SW73,74,77,79はOFFでオープン状態にし、そのときSW72,80はONでショート状態としている。
またSW74の一方の端子にはたとえば参照電源から参照レベル(Vref1)が供給され、制御パルスφ1に同期してノードN2に供給される。またこれと同時にSW73,79がONでショートしGNDに接続され、帰還キャパシタC2(78)には参照レベル(電圧)Vrefは供給されない。
SW73, 74, 77, 79 are turned on / off in synchronization with the control pulse φ1, and SW72, 80 are turned on / off in synchronization with the control pulse φ2.
At the time of sample (reset, φ1), SW73, 74, 77, 79 are turned on and shorted, and at this time, SW72, 80 are turned off and set to an open state. On the other hand, in the amplifier / hold mode (φ2),
For example, a reference level (Vref1) is supplied to one terminal of SW74 from a reference power supply, and supplied to the node N2 in synchronization with the control pulse φ1. At the same time,
つぎに、相関二重サンプリング回路70の動作について説明する。だだし、この回路動作は図1と基本的に同じであるので、詳細な説明は省略する。
サンプリングモードの第1の時間位相φ1では、SW73,74,77,79がONし、ショート状態に設定される。このときφ2の電圧レベルはφ1と逆相になっているので、SW72,80はOFFし、オープン状態となる。この期間、たとえばイメージセンサ信号のリセットレベルV1が入力キャパシタC1(71)でサンプリングされる。また、SW74がショートしているので、参照レベルVrefがオフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタC3(75)でサンプリングされる。
このとき、帰還キャパシタC2(78)の両方の端子はGNDに接地されている。さらに、SW77がONでショートしているので、OP AMP76の反転入力端子と非反転入力端子は接続され、利得1の帰還型増幅回路を構成している。
Next, the operation of the correlated
In the first time phase φ1 in the sampling mode,
At this time, both terminals of the feedback capacitor C2 (78) are grounded to GND. Furthermore, since SW77 is ON and short-circuited, the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of
一方、アンプ、ホールドモードの第2の時間位相φ2の期間、SW72,80はON状態になり、ショートされる。一方同期間、SW73,74,77,79はOFFになりオープン状態となる。
このSWの接続状態において、たとえばイメージセンサ信号の輝度レベルV2が入力される。SW73,74,77,79がOFFでSW72,80がON状態であるので、キャパシタC1,C2がOP AMP76に接続され、その結果帰還増幅回路を形成し、アンプ、ホールド動作を行う。
このように、参照電源から参照レベルVrefを帰還キャパシタへの電荷移動が無い構成としたので、より安定した動作が得られる。
On the other hand, during the second time phase φ2 in the amplifier / hold mode,
In this SW connection state, for example, the luminance level V2 of the image sensor signal is input. Since SW73, 74, 77 and 79 are OFF and SW72 and 80 are ON, capacitors C1 and C2 are connected to
In this way, since the reference level Vref from the reference power source has no charge transfer to the feedback capacitor, more stable operation can be obtained.
アンプ、ホールドモードのときの伝達関数は下記の式で表される。
[数5]
Vo=C1/C2*(V1−V2)+(C1/C2+1)*Vref
・・・(5)
この式において、参照電源から供給される参照レベルVrefの項の係数が(C1/C2+1)で、利得C1/C2に1加算した値となり、主信号(V1−V2)と参照レベル(Vref)との利得が厳密には一致しない。しかしながら、C1/C2が1に比べて十分大きい場合は、この違いは無視できる。
The transfer function in the amplifier / hold mode is expressed by the following equation.
[Equation 5]
Vo = C1 / C2 * (V1-V2) + (C1 / C2 + 1) * Vref
... (5)
In this equation, the coefficient of the term of the reference level Vref supplied from the reference power supply is (C1 / C2 + 1), and becomes a value obtained by adding 1 to the gain C1 / C2, and the main signal (V1-V2), the reference level (Vref), and The gains are not exactly the same. However, if C1 / C2 is sufficiently larger than 1, this difference can be ignored.
したがって、利得を可変した場合でも、その都度参照レベルVrefの電圧レベルを利得変化分調整する必要がなく、またこれに伴う調整回路も不要となる。
なお、入力キャパシタC1と帰還キャパシタC2の少なくともどちらか一方の値を可変とすることで、OP AMP76の回路利得の可変制御が可能となる。
Therefore, even when the gain is varied, it is not necessary to adjust the voltage level of the reference level Vref each time the gain changes, and an adjustment circuit associated therewith is also unnecessary.
Note that by making at least one of the values of the input capacitor C1 and the feedback capacitor C2 variable, the circuit gain of the
図6は、本発明の他の実施形態例で、固体撮像装置に相関二重サンプリング回路10を適用したイメージセンサ信号処理回路100である。
このイメージセンサ信号処理回路100は、図1以外の図3〜図5に示した相関二重サンプリング回路も適用できる。
図6のイメージセンサ信号処理回路において、たとえばCCDイメージセンサ120の出力が相関二重サンプリング回路の入力端子Tinに接続され、相関二重サンプリング回路の出力端子は、可変利得アンプ110の入力に接続される。この可変利得アンプ110の出力はADC(アナログ/ディジタル変換回路;A/D変換回路)111に接続され、ディジタルデータを出力する。
ADC111の出力端子は出力端子Toutと減算器113に接続され、この減算器113の他方の入力には基準コード(データ)が供給され、その差データを出力する出力端子が次段の論理回路114に接続される。
論理回路114の出力端子はDAC(ディジタル/アナログ変換回路;D/A変換回路)115に接続され、ここでディジタル信号がアナログ信号に変換される。DAC115の出力端子はバッファ116に接続され、バッファ116の出力はバイパスキャパシタ117とSW104に接続される。
FIG. 6 shows an image sensor
As the image sensor
In the image sensor signal processing circuit of FIG. 6, for example, the output of the
The output terminal of the
The output terminal of the
上述したように、相関二重サンプリング回路(10)の後段には、もう一段可変増幅回路110を配置している。一般的には、前段となる相関二重サンプリング回路の利得制御を粗く、後段の可変増幅回路110の利得制御を細かく設定することが多い。
更にその後段のA/D変換回路111により、アナログ信号(値)がディジタル値に変換され、このA/D変換回路111の出力がイメージセンサ信号処理回路の出力となる。
A/D変換回路111からの出力は、また、減算器113、論理回路114、DA変換回路(DAC)115、バッファ116、バイパスキャパシタ117などの幾つかの回路要素を経て相関二重サンプリング回路に帰還される。
この帰還系により、イメージセンサ120だけでなく、相関二重サンプリング回路(10)、可変増幅回路110およびA/D変換回路111のアナログ回路のオフセットがキャンセルされ、基準となる黒のレベルが、設定された基準コードの値に収束する。
論理回路114では、現時点での基準黒レベルの誤差から、その誤差の補正量を生成する。その補正量はD/A変換回路115により、アナログ量に変換され、バッファ116を介し、参照レベル(Vref)として、相関二重サンプリング回路に帰還される。バッファ(116)出力をバイパスするバイパスキャパシタ117は、相関二重サンプリング回路のスイッチングによるキックバックを吸収し、参照レベルVrefを安定させる。
固体撮像装置に上述した相関二重サンプリング回路を用いることにより、利得を可変した場合でも、その都度参照レベルVrefの電圧レベルを利得変化分調整する必要がなく、またこれに伴う調整回路も不要となる。
As described above, another
Further, the analog signal (value) is converted into a digital value by the A /
The output from the A /
This feedback system cancels not only the
The
By using the above-described correlated double sampling circuit in the solid-state imaging device, even when the gain is varied, it is not necessary to adjust the voltage level of the reference level Vref each time the gain changes, and the adjustment circuit associated therewith is also unnecessary. Become.
10,30,50,70,150…相関二重サンプリング回路、11,31,51,71,101,151…入力キャパシタ、12,13,14,17,32,33,34,37,39,40,52,53,54,59,60,61,72,73,74,77,79,80,102,103,104,107,153,155,156…SW(スイッチ)、15,35,55,75,105…オフセットキャンセルレベル保持用のキャパシタ、16,36,56,76,106,152…オペアンプ(OP AMP)、18,38,58,78,108,154…帰還キャパシタ、100…イメージセンサ信号処理回路、110…可変利得アンプ、111…ADC(AD変換回路;アナログ−ディジタル変換回路)、113…減算器、114…論理回路、115…DAC(DA変換回路;ディジタル−アナログ変換回路)、116…バッファ、117…バイパスキャパシタ(容量)。
10, 30, 50, 70, 150 ... correlated double sampling circuit, 11, 31, 51, 71, 101, 151 ... input capacitor, 12, 13, 14, 17, 32, 33, 34, 37, 39, 40 , 52, 53, 54, 59, 60, 61, 72, 73, 74, 77, 79, 80, 102, 103, 104, 107, 153, 155, 156... SW (switch), 15, 35, 55, 75, 105: Capacitor for holding offset cancel level, 16, 36, 56, 76, 106, 152 ... Operational amplifier (OP AMP), 18, 38, 58, 78, 108, 154 ... Feedback capacitor, 100 ... Image sensor
Claims (10)
アンプと、
入力信号を受ける入力端と、第1および第2の時間位相において前記アンプの入力に接続される入力キャパシタと、
前記第2の時間位相において前記アンプの出力に接続される帰還キャパシタと、
前記第2の位相時間において、前記入力キャパシタと前記帰還キャパシタとが接続されるノードと前記アンプの入力との間に接続されるオフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタと、
前記第1の時間位相において、前記オフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタに第1の参照レベルを入力する手段と
を有する
相関二重サンプリング回路。 In correlated double sampling circuit,
An amplifier,
An input for receiving an input signal; and an input capacitor connected to the input of the amplifier at first and second time phases;
A feedback capacitor connected to the output of the amplifier in the second time phase;
A capacitor for holding an offset cancellation level connected between a node to which the input capacitor and the feedback capacitor are connected and an input of the amplifier in the second phase time;
Means for inputting a first reference level to a capacitor that holds the offset cancellation level in the first time phase.
請求項1記載の相関二重サンプリング回路。 The correlated double sampling circuit according to claim 1, wherein the means for inputting the reference level inputs the first reference level to the feedback capacitor in the first time phase.
請求項1記載の相関二重サンプリング回路。 The correlated double sampling circuit according to claim 1, further comprising means for inputting a second reference level to the feedback capacitor in the first time phase.
請求項3記載の相関二重サンプリング回路。 4. The correlated double sampling circuit according to claim 3, wherein the first reference level and the second reference level are varied so as to cancel each other.
請求項1記載の相関二重サンプリング回路。 The correlated double sampling circuit according to claim 1, wherein the gain of the correlated double sampling circuit changes a value to at least one of the input capacitor and the feedback capacitor.
前記相関二重サンプリング回路は、
アンプと、
前記画像信号を受ける入力端と、第1および第2の時間位相において前記アンプの入力に接続される入力キャパシタと、
前記第2の時間位相において前記アンプの出力に接続される帰還キャパシタと、
前記第2の位相時間において、前記入力キャパシタと前記帰還キャパシタとが接続されるノードと前記アンプの入力との間に接続されるオフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタと、
前記第1の時間位相において、前記オフセットキャンセルレベルを保持するキャパシタに第1の参照レベルを入力する手段と
を有する
固体撮像装置。 An image signal output from the solid-state imaging device is supplied, the image signal is supplied to a correlated double sampling circuit, and an output signal in which the offset of the image signal is canceled is supplied to a feedback circuit to perform calculation using a reference value. A solid-state imaging device that feeds back and corrects an error of the black level of the input signal,
The correlated double sampling circuit is
An amplifier,
An input for receiving the image signal; and an input capacitor connected to the input of the amplifier at first and second time phases;
A feedback capacitor connected to the output of the amplifier in the second time phase;
A capacitor for holding an offset cancellation level connected between a node to which the input capacitor and the feedback capacitor are connected and an input of the amplifier in the second phase time;
Means for inputting a first reference level to a capacitor holding the offset cancellation level in the first time phase.
請求項6記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the means for inputting the reference level inputs the first reference level to the feedback capacitor in the first time phase.
請求項6記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the correlated double sampling circuit further includes means for inputting a second reference level to the feedback capacitor in the first time phase.
請求項8記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the first reference level and the second reference level are varied so as to cancel each other.
請求項6記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein a gain of the correlated double sampling circuit changes a value of at least one of the input capacitor and the feedback capacitor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005118455A JP2006303601A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Correlated double sampling circuit and solid-state imaging apparatus employing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005118455A JP2006303601A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Correlated double sampling circuit and solid-state imaging apparatus employing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006303601A true JP2006303601A (en) | 2006-11-02 |
Family
ID=37471425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005118455A Pending JP2006303601A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Correlated double sampling circuit and solid-state imaging apparatus employing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006303601A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010183400A (en) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Texas Instr Japan Ltd | Amplifier circuit and imaging apparatus |
US8514306B2 (en) | 2009-09-18 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Correlated double sampling circuit, image sensor including the same, and image processing system including the image sensor |
JP2017050669A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | キヤノン株式会社 | Solid state image sensor and imaging system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0645875A (en) * | 1992-07-24 | 1994-02-18 | Nec Corp | Switched capacitor circuit |
JP2001028716A (en) * | 1999-06-11 | 2001-01-30 | Analog Devices Inc <Adi> | Pixel signal gain amplifier circuit |
JP2002142155A (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-17 | Innotech Corp | Solid image pickup unit and method for driving the same |
-
2005
- 2005-04-15 JP JP2005118455A patent/JP2006303601A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0645875A (en) * | 1992-07-24 | 1994-02-18 | Nec Corp | Switched capacitor circuit |
JP2001028716A (en) * | 1999-06-11 | 2001-01-30 | Analog Devices Inc <Adi> | Pixel signal gain amplifier circuit |
JP2002142155A (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-17 | Innotech Corp | Solid image pickup unit and method for driving the same |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010183400A (en) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Texas Instr Japan Ltd | Amplifier circuit and imaging apparatus |
US8514306B2 (en) | 2009-09-18 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Correlated double sampling circuit, image sensor including the same, and image processing system including the image sensor |
JP2017050669A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | キヤノン株式会社 | Solid state image sensor and imaging system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7148832B2 (en) | Analog digital converter having a function of dynamic adjustment corresponding to the state of the system | |
US6909391B2 (en) | Fully differential reference driver for pipeline analog to digital converter | |
US6400301B1 (en) | amplifying signals in switched capacitor environments | |
JP3046005B2 (en) | Analog / digital conversion circuit | |
US7868810B2 (en) | Amplifier circuit and A/D converter | |
CN110249533B (en) | Signal processing device and signal processing method for Hall sensor | |
US9331683B2 (en) | Ramp signal generator with noise canceling function | |
JP2008178079A (en) | Comparator circuit | |
KR102148801B1 (en) | Ramp Signal Generator, and CMOS Image Sensor Using That | |
JP2001036358A (en) | Variable gain amplifying system | |
US7173556B2 (en) | Amplifier circuit and analog-to-digital circuit using the same | |
US7764214B2 (en) | Analog-to-digital converter for converting input analog signal into digital signal through multiple conversion processings | |
JP2008193743A (en) | Signal processing system, and imaging apparatus | |
JP2009260605A (en) | DeltaSigma MODULATOR AND DeltaSigma TYPE A/D CONVERTER | |
JP2006303601A (en) | Correlated double sampling circuit and solid-state imaging apparatus employing the same | |
JP2009267607A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
US7042383B2 (en) | High speed gain amplifier and method in ADCs | |
US20020030544A1 (en) | System and method providing level shifting in single ended to differential conversion | |
US8471753B1 (en) | Pipelined analog-to-digital converter and method for converting analog signal to digital signal | |
US20070096773A1 (en) | Sample and hold circuit with multiple channel inputs, and analog-digital converter incorporating the same | |
JP2006074084A (en) | Amplifier circuit | |
JP2006303604A (en) | Switched capacitor amplifier circuit and solid state imaging device | |
JP4121969B2 (en) | Analog to digital converter | |
JP2011082766A (en) | Amplification circuit and imaging system | |
JP2009273037A (en) | Sensor apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080306 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100723 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100803 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101130 |