JP2008306695A - Data transfer circuit, solid-state imaging element, and camera system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、データ転送回路、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子、およびカメラシステムに関するものである。 The present invention relates to a data transfer circuit, a solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor, and a camera system.
近年、CCDに代わる固体撮像素子(イメージセンサ)として、CMOSイメージセンサが注目を集めている。
これは、CCD画素の製造に専用プロセスを必要とし、また、その動作には複数の電源電圧が必要であり、さらに複数の周辺ICを組み合わせて動作させる必要があるため、システムが非常に複雑化するといった処々の問題を、CMOSイメージセンサが克服しているからである。
In recent years, CMOS image sensors have attracted attention as solid-state imaging devices (image sensors) that replace CCDs.
This requires a dedicated process for manufacturing the CCD pixel, requires a plurality of power supply voltages for its operation, and further requires a combination of a plurality of peripheral ICs to operate, resulting in a very complicated system. This is because the CMOS image sensor overcomes various problems such as.
CMOSイメージセンサは、その製造には一般的なCMOS型集積回路と同様の製造プロセスを用いることが可能であり、また単一電源での駆動が可能、さらにCMOSプロセスを用いたアナログ回路や論理回路を同一チップ内に混在させることができるため、周辺ICの数を減らす事ができるといった、大きなメリットを複数持ち合わせている。 The CMOS image sensor can be manufactured by using a manufacturing process similar to that of a general CMOS integrated circuit, can be driven by a single power source, and further, an analog circuit or a logic circuit using the CMOS process. Can be mixed in the same chip, so it has several great advantages such as reducing the number of peripheral ICs.
CCDの出力回路は、浮遊拡散層(FD:Floating Diffusion)を有するFDアンプを用いた1チャネル(ch)出力が主流である。
これに対して、CMOSイメージセンサは各画素毎にFDアンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。
これは、画素内に配置されたFDアンプでは十分な駆動能力を得ることは難しく、したがってデータレートを下げることが必要で、並列処理が有利とされているからである。
The output circuit of a CCD is mainly a 1-channel (ch) output using an FD amplifier having a floating diffusion layer (FD).
In contrast, a CMOS image sensor has an FD amplifier for each pixel, and its output is a column parallel output type in which one row in the pixel array is selected and read out in the column direction at the same time. Mainstream.
This is because it is difficult to obtain a sufficient driving capability with an FD amplifier arranged in a pixel, and therefore it is necessary to lower the data rate, and parallel processing is advantageous.
この列並列出力型CMOSイメージセンサの信号出力回路については実に様々なものが提案されているが、その最も進んだ形態のひとつが列毎にアナログ−デジタル変換装置(以下、ADC(Analog digital converter)と略す)を備え、デジタル信号として画素信号を取り出すタイプである。 Various signal output circuits of this column parallel output type CMOS image sensor have been proposed, and one of the most advanced forms is an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC (Analog digital converter)) for each column. And a pixel signal is extracted as a digital signal.
このような列並列型のADCを搭載したCMOSイメージセンサは、たとえば非特許文献1や特許文献1に開示されている。
A CMOS image sensor equipped with such a column parallel ADC is disclosed in Non-Patent
図1は、列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) equipped with a column parallel ADC.
この固体撮像素子1は、撮像部としての画素アレイ部2、行走査回路3、列走査回路4、タイミング制御回路5、ADC群6、デジタル−アナログ変換装置(以下、DAC (Digital − Analog converter)と略す)7、カウンタ8、およびセンスアンプ回路(S/A)を含むデータ出力回路9を有する。
The solid-
画素アレイ部2は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む単位画素2−1がマトリックス状(行列状)に配置されて構成される。
また、固体撮像素子1においては、画素アレイ部2の信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御回路5、行アドレスや行走査を制御する行走査回路3、そして列アドレスや列走査を制御する列走査回路4が配置される。
The
In the solid-
ADC群6は、DAC7により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと、行線H0、H1…毎に単位画素2−1から列線V0、V1…を経由し得られるアナログ信号とを比較する比較器6−1と、比較時間をカウントするカウンタ8のカウント結果を保持するメモリ装置6−2とからなるADCが複数配列されている。
ADC群6は、nビットデジタル信号変換機能を有し、各列線V0、V1…毎に配置され、列並列ADCブロック6−3が構成される。
各メモリ装置62の出力は、2nビット幅の水平転送線6−4に接続されている。
そして、それぞれの水平転送線6−4に対応した2n個のセンス回路、データ出力回路9および出力回路が配置される。
The ADC group 6 includes a ramp waveform RAMP in which the reference voltage generated by the
The ADC group 6 has an n-bit digital signal conversion function and is arranged for each column line V0, V1,... To constitute a column parallel ADC block 6-3.
The output of each memory device 62 is connected to a horizontal transfer line 6-4 having a 2n-bit width.
Then, 2n sense circuits,
ここで、固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)1の動作を、図2のタイミングチャートと図1のブロック図とに関連付けて説明する。 Here, the operation of the solid-state imaging device (CMOS image sensor) 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. 2 and the block diagram of FIG.
任意の行Hxの単位画素2−1から列線V0、V1…への1回目の読み出しが安定した後、DAC7により比較器6−1に対して、参照電圧を時間変化させた階段状のランプ波形PAMPを入力し、任意の列線Vxの電圧との比較を比較器6−1にて行う。
ランプ波形RAMPの階段波入力と並行して、カウンタ8で1回目のカウントがなされる。
ここで、RAMPとVxの電圧が等しくなったとき比較器6−1の出力は反転し、同時にメモリ装置6−2に比較期間に応じたカウントが保持される。この1回目の読み出し時は、単位画素2−1のリセット成分ΔVを読み出しており、リセット成分ΔV内には、単位画素2−1毎にばらつく雑音がオフセットとして含まれている。
しかし、このリセット成分ΔVのばらつきは一般に小さく、またリセットレベルは全画素共通なため、任意の列線Vxの出力はおおよそ既知である。
したがって、1回目のリセット成分ΔV読み出し時には、ランプ波形(RAMP)電圧を調整することにより比較期間を短くすることが可能である。この例では7ビット分のカウント期間(128クロック)でΔVの比較を行っている。
After the first reading from the unit pixel 2-1 in the arbitrary row Hx to the column lines V0, V1,... Is stabilized, the
In parallel with the staircase wave input of the ramp waveform RAMP, the
Here, when the voltages of RAMP and Vx become equal, the output of the comparator 6-1 is inverted, and at the same time, a count corresponding to the comparison period is held in the memory device 6-2. At the time of the first reading, the reset component ΔV of the unit pixel 2-1 is read, and noise that varies for each unit pixel 2-1 is included as an offset in the reset component ΔV.
However, since the variation of the reset component ΔV is generally small and the reset level is common to all pixels, the output of an arbitrary column line Vx is approximately known.
Therefore, at the time of reading the reset component ΔV for the first time, the comparison period can be shortened by adjusting the ramp waveform (RAMP) voltage. In this example, ΔV is compared in a count period (128 clocks) of 7 bits.
2回目の読み出しは、リセット成分ΔVに加え単位画素2−1毎の入射光量に応じた信号成分を読み出し、1回目の読み出しと同様の動作を行う。
すなわち、任意の行Hxの単位画素2−1から列線V0、V1…への2回目の読み出しが安定した後、DAC7により比較器6−1に対して、参照電圧を時間変化させた階段状のランプ波形RAMPを入力し、任意の列線Vxの電圧との比較を比較器6−1にて行う。
ランプ波形RAMPの階段波入力と並行して、カウンタ8で2回目のカウントがなされる。
ここで、RAMPとVxの電圧が等しくなったとき比較器6−1の出力は反転し、同時にメモリ装置6−2内に比較期間に応じたカウントが保持される。
この時、1回目のカウントと2回目のカウントとでは、メモリ装置6−2内の異なった場所に保持される。
以上のAD変換期間終了後、列走査回路4により、メモリ装置6−2に保持された1回目と2回目のそれぞれnビットのデジタル信号が2n本の水平転送線6−4を経て、データ出力回路9で検出され、順次減算回路で、(2回目の信号)−(1回目の信号)がなされた後、外部に出力され、その後、順次行毎に同様の動作が繰り返され、2次元画像が生成される。
That is, after the second reading from the unit pixel 2-1 in any row Hx to the column lines V0, V1,... Is stabilized, the
In parallel with the staircase wave input of the ramp waveform RAMP, the
Here, when the voltages of RAMP and Vx become equal, the output of the comparator 6-1 is inverted, and at the same time, a count corresponding to the comparison period is held in the memory device 6-2.
At this time, the first count and the second count are held at different locations in the memory device 6-2.
After the end of the AD conversion period, the column scanning circuit 4 outputs the first and second n-bit digital signals held in the memory device 6-2 through 2n horizontal transfer lines 6-4 and outputs data. The signal is detected by the
上述したような固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)では、列並列読み出し方式を採用しているため、行方向の走査(垂直走査)は非常に低速だが、列方向の走査(水平走査)は、1H(水平走査)時間内に1行分のデータをすべて読みきらなければならないため、非常に高速となる。 Since the solid-state imaging device (CMOS image sensor) as described above employs a column parallel reading method, scanning in the row direction (vertical scanning) is very slow, but scanning in the column direction (horizontal scanning) is 1H. (Horizontal scanning) Since all the data for one line must be read in time, the processing becomes very fast.
ところが、上述したような固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)では、水平転送線は、非常に長く、たとえば7mm程度の長さが有り、寄生容量や、寄生抵抗等により、センス回路に近い側と遠い側で検知時間にバラツキが発生する。 However, in the solid-state imaging device (CMOS image sensor) as described above, the horizontal transfer line is very long, for example, about 7 mm in length, and is far from the side closer to the sense circuit due to parasitic capacitance, parasitic resistance, and the like. Variation in detection time occurs on the side.
一般的に、広範囲に配置されている各カラムのカウンタラッチの各データを、データ転送線を用いてシリアル読み出しする際、センスアンプ回路を含むデータ出力回路9のデータラッチタイミングに対し、全ての箇所からのデータ読み出しを同時に行う。
この場合、データ出力回路は近い箇所からのデータと遠い箇所からのデータを常に同じタイミングでラッチする必要がある。
しかし、ポイントが非常に広範囲にわたる場合、配線遅延が大きすぎると同じタイミングでのラッチが困難となる。転送速度(クロック周波数)が大きくなる程、この配線遅延の影響は大きい。
In general, when the data of the counter latches of each column arranged over a wide range is serially read out using the data transfer line, all the locations with respect to the data latch timing of the
In this case, it is necessary for the data output circuit to always latch the data from the near place and the data from the far place at the same timing.
However, when the points are very wide, latching at the same timing becomes difficult if the wiring delay is too large. As the transfer rate (clock frequency) increases, the influence of this wiring delay is greater.
近年、イメージセンサは多画素、高速化だけでなく、1眼レフカメラ市場の拡大にともない、イメージセンサの大型化もかなり進んでおり、この配線遅延による影響は、イメージセンサの列(水平)走査高速化の妨げとなっている。 In recent years, image sensors have not only increased the number of pixels and the speed, but also with the expansion of the single-lens reflex camera market, the size of image sensors has increased considerably. The influence of this wiring delay is the image sensor row (horizontal) scanning. This hinders speeding up.
本発明は、データ出力回路への転送線上の配線遅延による影響を低減でき、データ出力回路におけるデータの取り込みを的確かつ高精度に行うことが可能で、ひいては走査の高速化を図ることが可能なデータ転送回路、固体撮像素子、およびカメラシステムを提供することにある。 The present invention can reduce the influence of the wiring delay on the transfer line to the data output circuit, can accurately take in the data in the data output circuit, and thus can increase the scanning speed. The object is to provide a data transfer circuit, a solid-state imaging device, and a camera system.
本発明の第1の観点のデータ転送回路は、データを転送する複数の転送線と、上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、上記転送線は、上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、上記走査部は、上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、上記取り込みクロック供給部は、上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する。 A data transfer circuit according to a first aspect of the present invention includes a plurality of transfer lines that transfer data, and a plurality of data output units that detect data transferred through the transfer lines and capture the detected data in synchronization with a capture clock A plurality of holding units arranged in parallel for holding data corresponding to the input level and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal, and outputting the plurality of data to the capture clock A capture clock supply unit that supplies the clock signal, a clock supply unit that supplies at least a master clock, and a scanning unit that generates the selection signal in synchronization with the drive clock and outputs the selection signal to the holding unit, The line is wired in the parallel arrangement direction of the holding units and connected to the corresponding data output unit arranged in the direction, and the scanning unit corresponds to the parallel arrangement of the holding units. A plurality of selection signal generation units that are arranged and output the selection signal to a corresponding holding unit in synchronization with the supplied drive clock, and a master clock is propagated and supplied to the plurality of selection signal generation units as a drive clock. A clock supply line, and the capture clock supply unit supplies the master clock or a clock based on the master clock to the plurality of data output units as the capture clock.
本発明の第2の観点の固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、データを転送する複数の転送線と、上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、上記転送線は、上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、上記走査部は、上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、上記取り込みクロック供給部は、上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する。 A solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention includes an imaging unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix, a plurality of transfer lines that transfer data, and data that is transferred through the transfer lines. A plurality of data output units that detect and capture detection data in synchronization with the capture clock, hold data corresponding to the input level, and transfer the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal. A plurality of arranged holding units, a capture clock supply unit that supplies the capture clock to the plurality of data output units, a clock supply unit that supplies at least a master clock, and the selection signal in synchronization with the drive clock And a scanning unit that outputs to the holding unit, and the transfer line is wired in a parallel arrangement direction of the holding unit, and is connected to the corresponding data output unit arranged in the direction. The scanning unit is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, and a plurality of selection signal generating units that output the selection signal to the corresponding holding units in synchronization with the supplied drive clock, and a master A clock supply line that propagates a clock and supplies the clock as a drive clock to the plurality of selection signal generation units, and the capture clock supply unit uses the master clock or a clock based on the master clock as the capture clock. The data is supplied to the plurality of data output units.
本発明の第3の観点のカメラシステムは、固体撮像素子と、上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、上記撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、上記固体撮像素子は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、データを転送する複数の転送線と、上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、上記転送線は、上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、上記走査部は、上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、上記取り込みクロック供給部は、上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する。 A camera system according to a third aspect of the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that forms a subject image on the imaging device, and a signal processing circuit that processes an output image signal of the imaging device, The solid-state imaging device detects an image pickup unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix, a plurality of transfer lines that transfer data, and data that is transferred through the transfer line, and synchronizes with an acquisition clock. A plurality of data output units for capturing detection data and a plurality of holding units arranged in parallel for holding data corresponding to the input level and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal A capture clock supply section for supplying the capture clock to the plurality of data output sections, a clock supply section for supplying at least a master clock, and the selection signal in synchronization with the drive clock. The transfer line is wired in the parallel arrangement direction of the holding units, connected to the corresponding data output unit arranged in the direction, and the scanning unit. The unit is arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding unit, and a plurality of selection signal generation units that output the selection signal to the corresponding holding unit in synchronization with the supplied drive clock, and a master clock, A clock supply line that supplies the plurality of selection signal generation units as a drive clock, and the capture clock supply unit uses the master clock or a clock based on the master clock as the capture clock and outputs the plurality of data Supply to the department.
本発明によれば、走査部において、クロック供給線をマスタクロックが伝搬され、駆動クロックとして各選択信号生成部に分配される。
各選択信号生成部においては、供給される駆動クロックに同期して選択信号が生成され、対応する保持部に出力される。
これにより、保持部から対応する転送線にデータが出力され、データ出力部に転送される。データ出力部においては、マスタクロックまたはマスタクロックを基準とする駆動クロックが、取り込みクロックとして供給され、この取り込みクロックに同期してデータの取り込みが行われる。
さらに、駆動クロックの供給線と取り込みクロックの供給線の有する配線負荷を同程度になるように構成されている。
According to the present invention, in the scanning unit, the master clock is propagated through the clock supply line and is distributed to each selection signal generation unit as a drive clock.
In each selection signal generation unit, a selection signal is generated in synchronization with the supplied drive clock and output to the corresponding holding unit.
As a result, data is output from the holding unit to the corresponding transfer line and transferred to the data output unit. In the data output unit, a master clock or a drive clock based on the master clock is supplied as a capture clock, and data is captured in synchronization with the capture clock.
Furthermore, the wiring load of the drive clock supply line and the capture clock supply line is set to be approximately the same.
本発明によれば、データ出力部への転送線上の配線遅延による影響を低減できる。
よって、データ出力部におけるデータの取り込みを的確かつ高精度に行うことができる。
According to the present invention, the influence of wiring delay on the transfer line to the data output unit can be reduced.
Therefore, data can be taken in the data output unit accurately and with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、本発明の一実施形態に係るデータ転送回路を含む列並列ADC搭載固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の構成例を示すブロック図である。図4は、図3のADC、固体撮像素子のデータ転送系のより具体的な構成例を示す図である。 FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) equipped with a column parallel ADC including a data transfer circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a more specific configuration example of the data transfer system of the ADC and the solid-state imaging device of FIG.
この固体撮像素子10は、撮像部としての画素アレイ部11、行走査回路12、列走査回路13、タイミング制御回路14、ADC群15、DAC16、および複数のセンスアンプ(S/A)回路171を含むデータ出力回路(データ検出回路)17を有する。
The solid-
画素アレイ部11は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む単位画素111がM行N列のマトリックス状(行列状)に配置されて構成される。
また、固体撮像素子10においては、画素アレイ部11の信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御回路14、行アドレスや行走査を制御する行走査回路12、そして列アドレスや列走査を制御する列走査回路13が配置される。
The
In the solid-
ADC群15は、DAC16により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと、行線H0、H1…毎に単位画素111から列線V0、V1…を経由し得られるアナログ信号とを比較する画素配列の各列に対応して設けられた(n+1)個の比較器(REF)151と、比較器151の出力を受けてアップダウンカウントを行う非同期アップ/ダウンカウンタ(以下、カウンタラッチという)152とからなるADC15Aが画素配列の各列に対応して各列線V0、V1…毎に配置され、列並列ADCブロック153が構成される。
各カウンタラッチ152の出力は、データ転送線154に接続されている。このデータ転送線154には、データ出力回路17のセンスアンプ回路の入力が接続されている。
The
The output of each
保持回路としての機能を有するカウンタラッチ152は、初期時にはダウンカウント状態に有り、リセットカウントを行い、対応する比較器151の出力COMPOUTiが反転すると、ダウンカウント動作を停止し、カウント値を保持する。
このとき、カウンタラッチ152の初期値は、AD変換の階調の任意の値、たとえば、0とする。このリセットカウント期間は、単位画素111のリセット成分ΔVを読み出している。
カウンタラッチ152は、その後、アップカウント状態にし、入射光量に対応したデータカウントを行い、対応する比較器151の出力COMPOUTiが反転すると、比較期間に応じたカウント値を保持する。
カウンタラッチ152に保持されたカウンタ値は、列走査回路13により走査され、デジタル信号として、データ転送線154を経てセンスアンプ回路171に入力される。
The
At this time, the initial value of the
After that, the
The counter value held in the
列走査回路13は、たとえばスタートパルスSTRおよびマスタクロックMCKが供給されることで活性化され、マスタクロックMCKに応じた(MCKを基準とする)駆動クロックCLKに同期して対応する選択線SELを駆動して、カウンタラッチ152のラッチデータをデータ転送線154に読み出させる。
The
ここで、図3のADC、固体撮像素子のデータ転送系のより具体的な構成例について図4等に関連付けて説明する。 Here, a more specific configuration example of the data transfer system of the ADC and the solid-state imaging device in FIG. 3 will be described with reference to FIG.
カウンタラッチ152−0〜152−nは、たとえば図4に示すように、カウンタCNT/ラッチLTC/ドライブDRVトランジスタ(Tr)が、1ビット分(10bit、12bit等)並んで構成される。そして、ADC15Aとして(n+1)列並んで配置される。
データ転送時は、列走査回路13によって、選択線SEL0〜SELnを通して特定の列が順次選択される。
列走査回路13は、スタートパルスにより、スタート位置が選ばれ、シフトレジスタ等で構成されることにより、順次選択される。
選択された列のドライブトランジスタTrの情報(1or0)の情報は、データ転送線154に読み出され、データ出力回路17のセンスアンプ回路171によって検出され、出力データ処理回路20に出力される。
For example, as shown in FIG. 4, the counter latches 152-0 to 152 -n are configured by a counter CNT / latch LTC / drive DRV transistor (Tr) arranged for 1 bit (10 bits, 12 bits, etc.). The
At the time of data transfer, a specific column is sequentially selected by the
The
Information (1 or 0) of the drive transistor Tr in the selected column is read to the
図5は、本実施形態に係るカウンタラッチ内のドライブトランジスタの具体例を示す回路図である。
ドライブトランジスタDRVTrは、図5に示すように、所定電位(たとえば接地電位)とデータ転送線154との間に直列に接続された、たとえばnチャネルMOS(NMOS)からなるセレクトトランジスタNT1と、NMOSからなるデータトランジスタNT2により構成されている。そして、セレクトトランジスタNT1のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続され、データトランジスタNT2のゲートがラッチLTCの出力に接続されている。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a specific example of the drive transistor in the counter latch according to the present embodiment.
As shown in FIG. 5, the drive transistor DRVTr includes a select transistor NT1 composed of, for example, an n channel MOS (NMOS) connected in series between a predetermined potential (for example, ground potential) and a
列走査回路13の出力により駆動される選択線SEL0〜SELnにより、データ転送線(S/Aバス)154に接続され、ラッチデータにより決まるトランジスタNT2の状態をデータ検出回路であるセンスアンプ回路171で読み出す。
ラッチデータが1のときは、電流パスができ、電流が流れる。また、ラッチデータが0のときは電流パスが遮断され電流が流れない。
The selection line SEL0 to SELn driven by the output of the
When the latch data is 1, a current path is created and current flows. When the latch data is 0, the current path is cut off and no current flows.
本実施形態に係るデータ転送系においては、カウンタラッチ152のラッチデータのデータ転送線154への読み出し、データ転送線154を転送されたデータの検出取り込みは、出力データ処理回路20のデータ入力段に配置されるクロック供給回路21によるマスタクロックMCKに基づく駆動クロックCLKに同期して行われる。
そして、本実施形態においては、センスアンプ回路171から見て、駆動クロックCLKの遅延とデータ転送線(データバス)154上のデータの遅延をキャンセルすることが可能に構成されている。
以下、この駆動クロックCLKの遅延とデータの遅延をキャンセル可能なデータ転送系の構成について複数の例を挙げて説明する。
In the data transfer system according to the present embodiment, reading of the latched data of the
In this embodiment, as viewed from the
Hereinafter, the configuration of the data transfer system capable of canceling the delay of the drive clock CLK and the delay of data will be described with a plurality of examples.
<データ転送系の第1の構成例>
図6は、本実施形態に係るデータ転送系の第1の構成例を示す図である。
<First configuration example of data transfer system>
FIG. 6 is a diagram illustrating a first configuration example of the data transfer system according to the present embodiment.
本実施形態のデータ転送系30における列走査回路13は、基本的にシフトレジスタ131を構成し、マスタクロックMCKに基づく駆動クロックCLKに同期してスタートパルスSTRTを順次シフトして、選択線SEL0〜SELnを駆動する選択信号HSEL0〜HSELnを生成して出力する、たとえばフリップフロップからなる選択信号生成部としてのラッチ131−0〜131−nを有している。
The
図6の列走査回路13においては、駆動クロックCLKが並列に配置されたラッチ131−0〜131−nに均等に伝達されるように、マスタクロックMCKのマスタクロック供給線(配線)LMCK1が、並列に配置されたラッチ131−0〜131−nの配列方向の略中央部に配線されている。
さらに、マスタクロック供給線LMCK1にバッファ132を介して駆動クロックCLKの駆動クロック供給線(配線)LCLK1が接続され、この駆動クロック供給線LCLK1がラッチ131−0〜131−nの配列方向に配線されている。
そして、駆動クロック供給線LCLK1の各ラッチ131−1〜131−nのクロック入力端の近傍から、列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に、駆動クロック分配線LCLK2−0〜LCLK2−nが配線されている。
また、マスタクロック供給線1に並行して、スタートパルスSTRTのスタートクロック供給線LSTRTが列走査回路13のデータ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)の最近端から最遠端まで配線され、さらに列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に配線されて、その端部がラッチ131−0のデータ入力端に接続されている。
In the
Further, a drive clock supply line (wiring) LCLK1 of the drive clock CLK is connected to the master clock supply line LMCK1 via the
Then, from the vicinity of the clock input end of each of the latches 131-1 to 131-n of the drive clock supply line LCLK1, the drive clock distribution line LCLK2 extends in the wiring direction of the column line (direction orthogonal to the wiring direction of the drive clock supply line). −0 to LCLK2-n are wired.
In parallel with the master
データ出力回路17−0〜17−nは、各データ転送線154−0〜154−nの端部が接続され、その転送されたデータを増幅し読み出す(検出する)センスアンプ回路171−0〜171−n、およびセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力を取り込みクロックSACKに同期して取り込み、出力データ処理回路20に出力する、たとえばフリップフロップからなるデータ同期回路172−0〜172−nを有している。
The data output circuits 17-0 to 17-n are connected to the ends of the data transfer lines 154-0 to 154-n, and amplify and read (detect) the transferred data. 171-n and the outputs of the sense amplifier circuits 171-0 to 171-n are captured in synchronization with the capture clock SACK and output to the output
図6のデータ転送系30においては、クロック供給回路21から供給されるマスタクロックMCKが取り込みクロック供給部を形成する位相調整部22を介して取り込みクロックSACKとして各データ出力回路17−0〜17−nに供給されるように構成されている。
したがって、図6のデータ転送系30におけるデータ出力回路17−0〜17−nのデータ同期回路172−0〜172−nは位相調整部22を介した取り込むクロックSACKに同期してセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力をラッチする。
位相調整部22は、マスタクロックMCKの列走査回路13内における伝搬遅延、駆動クロックCLKによる選択線SEL0〜SELnの駆動に伴うカウンタラッチ152−0〜152−nからのデータ転送線154−0〜154−nへの読み出し転送処理を考慮して、的確なデータ取り込みが行えるように、マスタクロックMCKの位相を調整する(遅延調整する)。
In the
Therefore, the data synchronization circuits 172-0 to 172-n of the data output circuits 17-0 to 17-n in the
The
また、図6のデータ転送系30においては、たとえばクロック供給回路21の出力端部からスタートパルスSTRTのスタートクロック供給線LSTRTと、マスタクロック供給線LMCK1、駆動クロック供給線LCLK1、および駆動クロック分配線LCLK2−0との間に所定の固定電位、たとえば接地電位に固定され、互いのクロック供給線間の干渉等の影響を抑止するシールド線LSLD1が配線されている。
同様に、マスタクロック供給線LMCK1と、このマスタクロック供給線LMCK1と並行して配線された駆動クロック供給線LCLK1との間、およびマスタクロックMCKの位相調整部22の出力側にかけて、所定の固定電位、たとえば接地電位に固定され、互いのクロック供給線間の干渉等の影響を抑止するシールド線LSLD2が配線されている。
In the
Similarly, a predetermined fixed potential is applied between the master clock supply line LMCK1 and the drive clock supply line LCLK1 wired in parallel with the master clock supply line LMCK1 and to the output side of the
図7は、図6のデータ転送系のタイミングチャートである。
図6のデータ転送系30においては、図7に示すように、まず、列(水平)走査を行うシフトレジスタ131は、クロック供給回路21により供給されるマスタクロックMCKに応じた駆動クロックCLKに同期して動作し、多少の遅れをもって選択線SEL0,SEL1,・・・,SELnによりカウンタラッチ(データ記憶部)152が順に選択されていく。
カウンタラッチ152が選択されると、データ転送線154−0〜154−n上にデータが転送され、データ出力回路17−0〜17−nのセンスアンプ回路171−0〜171−nによって、増幅され、AMPOUT[n:0]として読み出される。
この読み出し信号AMPOUT[n:0]は、最終的にはマスタクロックMCKを位相調整部22で位相調整された(遅延された)取り込みクロックSACKにより同期化し、データ同期回路172−0〜172−nに取り込まれ、出力データ処理回路20へと送られる。
FIG. 7 is a timing chart of the data transfer system of FIG.
In the
When the
This read signal AMPOUT [n: 0] is finally synchronized with the master clock MCK by the acquisition clock SACK whose phase is adjusted (delayed) by the
このような構成を有する図6のデータ転送系30においては、基本的に、位相調整部22の位相調整量を適正に行うことにより、センスアンプ回路171から見て、駆動クロックCLKの遅延とデータ転送線(データバス)154上のデータの遅延をキャンセルすることが可能で、データ転送線154−0〜154−nにおけるデータの転送ばらつきを吸収し、的確なデータ検出、取り込みを行うことが可能である。
In the
ところで、図6のデータ転送系30においては、以下に示す理由により、場合によっては、的確なデータ検出、取り込みを行うことが困難となるおそれがある。
Incidentally, in the
特に、位相調整部22のみで位相調整にはクロック周波数やデータ転送遅延差等により限界があり、位相調整部22で位相調整した取り込みクロックSACKによるデータのデータ同期回路172−0〜172−nへの取り込みが、列(水平)走査回路13の動作の高速化にともない、うまくいかない場合が発生するおそれがある。
その理由として、単に高速だからというだけでなく、データがかなり大きなスキュー(Skew)成分を持つということが上げられる。
In particular, the phase adjustment by only the
The reason for this is not only because of high speed, but also because the data has a fairly large skew component.
また、データのスキュー成分は、大きく4つに分けられる。
1つ目が、各出力アンプ毎、あるいは各データ記憶部のMOSTr毎の、いわゆる製造ばらつきに起因する転送遅延のばらつき成分である。
2つ目が、水平信号線上に流れるデータのパターンが、1・0・1・0・1・0・・・のように動的なパターンか、0・0・0・1・0・0・・・のように、孤立パターンを持ったものか、といった、データのパターンに起因する転送遅延のばらつき成分である。
3つ目が、基板ノイズやクロックノイズなど、ノイズに起因したもので、大きなノイズであれば、1度確定したデータがひっくり返るような症状まで引き起こすが、そこまで行かないにしても、遷移途中のデータにノイズが重複すると、出力アンプの閾値付近でチャタリングのような現象を起こし、データ確定までの時間を要することから、データのスキュー成分となりうる。
そして4つ目に、データがデータ出力回路17のセンスアンプ回路171から見て遠端(図では左端)からやって来るのか、近端(図では右端)からやってくるのか、といった、物理的な距離に起因する転送遅延のばらつき成分である。
The skew component of data is roughly divided into four.
The first is a variation component of transfer delay caused by so-called manufacturing variation for each output amplifier or each MOS Tr of each data storage unit.
The second is whether the pattern of data flowing on the horizontal signal line is a dynamic pattern such as 1 · 0 · 1 · 0 · 1 · 0 ... or 0 · 0 · 0 · 1 · 0 · 0 · This is a variation component of transfer delay caused by a data pattern, such as whether it has an isolated pattern.
The third is caused by noise, such as board noise and clock noise. If it is large noise, it will cause a symptom that the data once confirmed will be turned over. When data overlaps with noise, a phenomenon such as chattering occurs near the threshold value of the output amplifier, and it takes time until data is determined, which may be a data skew component.
The fourth reason is that the data comes from the far end (left end in the figure) or near end (right end in the figure) when viewed from the
これらにより、センスアンプ回路171−0〜171−nのデータ出力AMPOUT[n:0]は、かなり大きなデータ不定期間を持つと共に、図7に示すように、遠端を選択した場合と、近端を選択した場合とで、選択されてからのデータの転送遅延が異なるため、取り込みクロックSACKというひとつのクロックでは適切な取り込みタイミングを設定することが難しくなるおそれがある。また、選択位置によってセットアップ時間(setup Time)か、ホールド時間(Hold Time)のいずれかの設定が厳しくなってしまい、場合によってはすべてのデータを安定して取り込めるタイミングが作りえないという事態も発生するおそれもある。
この転送距離の違いというスキュー成分は、イメージセンサの構造上に必然的に存在するものであり、また近年、多画素、高速化だけでなく、1眼レフカメラ市場の拡大にともない、イメージセンサの大型化もかなり進んでおり、転送距離によるスキュー対策はイメージセンサの列(水平)走査高速化において重要である。
As a result, the data outputs AMPOUT [n: 0] of the sense amplifier circuits 171-0 to 171-n have a considerably large data indefinite period, and when the far end is selected as shown in FIG. Since the data transfer delay after the selection is different from the case where is selected, it may be difficult to set an appropriate capture timing with one clock called the capture clock SACK. In addition, depending on the selected position, either the setup time (setup time) or the hold time (hold time) will become strict, and in some cases, it may not be possible to create a timing that allows stable capture of all data. There is also a risk.
The skew component of the difference in transfer distance is inevitably present in the structure of the image sensor. In recent years, not only with the increase in the number of pixels and the speed, but also with the expansion of the single lens reflex camera market, The increase in size is also progressing considerably, and countermeasures against skew due to the transfer distance are important in increasing the scanning speed (horizontal) of the image sensor.
以上を踏まえて、多画素化、高速化されたCMOSイメージセンサにも十分に対応可能なデータ転送系の構成例について説明する。 Based on the above, a configuration example of a data transfer system that can sufficiently cope with a CMOS image sensor having a large number of pixels and a high speed will be described.
<データ転送系の第2の構成例>
図8は、本実施形態に係るデータ転送系の第2の構成例を示す図である。
<Second configuration example of data transfer system>
FIG. 8 is a diagram illustrating a second configuration example of the data transfer system according to the present embodiment.
図8のデータ転送系30Aが図6のデータ転送系30と異なる点は、列走査回路13内において、マスタクロック供給線LMCK1Aが、並列に配置されたラッチ131−0〜131−nの配列方向の略中央部まででなく、データ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)から最遠端側であるラッチ131−0の形成位置を越えた位置まで配線され、さらに、列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に駆動クロック供給線LCLK1の端部にバッファ132を介して接続するように配線されている。
The
このように、図8のデータ転送系30においては、列走査回路13内で駆動クロック供給線LCLK1がマスタクロック供給線LMCK1Aをデータ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)から最遠端側で折り返すように形成されている。
そして、駆動クロック供給線LCLK1の各ラッチ131−1〜131−nのクロック入力端の近傍から、列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に、駆動クロック分配線LCLK2−0〜LCLK2−nが配線されている。
したがって、図8のデータ転送系30Aにおいては、データ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)から最遠端側に位置するラッチ131−0からセンスアンプ回路171−0〜171−nの入力端から最近端側に位置するラッチ131−nに向かって順番に駆動クロックCLKが供給され、選択線SEL0を駆動する選択信号HSEL0〜HSELnが順番に出力される。
換言すると、図8のデータ転送系30Aにおいては、駆動クロックCLKと各カウンタラッチ152からセンスアンプ回路171−0〜171−nに読み出されるデータの向きが同一となるように配線され、センスアンプ回路171−0〜171−nから見て列走査回路13の駆動クロックCLKの配線容量と抵抗の時定数による遅延とデータ転送線(データバス)154−0〜154−n上のデータの配線容量と抵抗の時定数による遅延をキャンセルするように構成されている。
そして、好適には、駆動クロックCLKの遅延成分とカラムカウンタ(カウンタラッチ)からセンスアンプ回路までの遅延成分の合計が、カラム位置に関わらず一定となるように構成される。これにより、データ出力回路17の駆動のためのタイミングマージンを充分にとることができるため、高速駆動、高速読み出しが可能となっている。
8, in the
Then, from the vicinity of the clock input end of each of the latches 131-1 to 131-n of the drive clock supply line LCLK1, the drive clock distribution line LCLK2 extends in the wiring direction of the column line (direction orthogonal to the wiring direction of the drive clock supply line). −0 to LCLK2-n are wired.
Therefore, in the
In other words, in the
Preferably, the sum of the delay component of the drive clock CLK and the delay component from the column counter (counter latch) to the sense amplifier circuit is constant regardless of the column position. As a result, a sufficient timing margin for driving the
さらに、図8のデータ転送系30Aにおいては、駆動クロック供給線LCLK1の最終端である駆動クロック分配線LCLK2−nとの接続端部がラッチ131−0〜131−nの併設方向(行線の配線方向)であってクロック供給回路21の配置側に延設され、リピータ23を介した後、列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に配線され、位相(遅延)調整部22Aを介して取り込みクロックSACKが生成されるように構成されている。
Further, in the
また、マスタクロック供給線LMCK1Aに並行して、スタートパルスSTRTのスタートクロック供給線LSTRTが列走査回路13のデータ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)の最近端から最遠端まで配線され、さらに列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に配線されて、その端部がラッチ131−0のデータ入力端に接続されている。 In parallel with the master clock supply line LMCK1A, the start clock supply line LSTRT of the start pulse STRT is a data input terminal of the data output circuits 17-0 to 17-n of the column scanning circuit 13 (input terminal of the sense amplifier circuit 171). Are wired from the nearest end to the farthest end, and are further wired in the column line wiring direction (direction orthogonal to the driving clock supply line wiring direction), and the end thereof is connected to the data input terminal of the latch 131-0. ing.
図8のデータ転送系30Aにおいては、たとえばクロック供給回路21の出力端部からスタートパルスSTRTのスタートクロック供給線LSTRTと、マスタクロック供給線LMCK1、および駆動クロック分配線LCLK2−0との間に所定の固定電位、たとえば接地電位に固定され、互いのクロック供給線間の干渉等の影響を抑止するシールド線LSLD1Aが配線されている。
同様に、マスタクロック供給線LMCK1Aと、このマスタクロック供給線LMCK1Aと並行して配線された駆動クロック供給線LCLK1との間、駆動クロック供給線LCLK1の駆動クロック分配線LCLK2−0〜LCLK2−nの配線側、並びにマスタクロックMCKの位相調整部22の出力側にかけて、所定の固定電位、たとえば接地電位に固定され、互いのクロック供給線間の干渉等の影響を抑止するシールド線LSLD2A,LSLD3Aが配線されている。
また、図8におけるスタートクロック供給線LSTRTに対するシールド線LSLD1Aの配線側と対向する反対側(図8中の下方)には電源配線等が形成されることから、電源配線とスタートクロック供給線LSTRTとの間にシールド線LSLD4Aが配線されている。
なお、スタートクロック供給線LSTRTではなく、電源配線に近接してマスタクロック供給線LMCK1Aが配線されている場合には、このマスタクロック供給線LMCK1Aと電源配線との間にシールド線LSLD4Aが配線される。
In the
Similarly, between the master clock supply line LMCK1A and the drive clock supply line LCLK1 wired in parallel with the master clock supply line LMCK1A, the drive clock distribution lines LCLK2-0 to LCLK2-n of the drive clock supply line LCLK1 Shield lines LSLD2A and LSLD3A that are fixed to a predetermined fixed potential, for example, a ground potential and suppress the influence of interference between the clock supply lines, are wired on the wiring side and the output side of the
Further, since the power supply wiring and the like are formed on the opposite side (downward in FIG. 8) opposite to the wiring side of the shield line LSLD1A with respect to the start clock supply line LSTRT in FIG. 8, the power supply wiring and the start clock supply line LSTRT A shield line LSLD4A is routed between them.
When the master clock supply line LMCK1A is wired close to the power supply wiring instead of the start clock supply line LSTRT, the shield line LSLD4A is wired between the master clock supply line LMCK1A and the power supply wiring. .
図9は、図8のデータ転送系30Aのタイミングチャートを示す図である。
FIG. 9 is a timing chart of the
図9において、(A)は図8のクロック供給回路21におけるマスタクロックMCKの出力端の波形を、(B)は駆動クロック供給線LCLK1のデータ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)から最遠端側であるラッチ131−0へのクロック供給端の波形を、(C)は駆動クロック供給線LCLK1のデータ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)から最近端側であるラッチ131−nへのクロック供給端の波形を、(D)は位相調整部22Aの出力から最近端のデータ出力回路17−nのデータ同期回路172−nのクロック入力端波形を、(E)は位相調整部22Aの出力から最遠端のデータ出力回路17−0のデータ同期回路172−0のクロック入力端波形を、(F)は列走査回路13のラッチ131−0から出力されるカラム選択信号(選択パルス)SEL0を、(G)は列走査回路13のラッチ131−0から出力されるカラム選択信号(選択パルス)SELn(たとえばn=4000)を、(H)は最上段のカウンタラッチ152−0のデータ転送線154−0への読み出しデータ(転送データ)を、(I)はデータ転送線154−0の転送データのセンスアンプ回路171−0への入力端におけるデータを、(J)はデータ転送線154−nの転送データのセンスアンプ回路171−nへの入力端におけるデータを、(K)はデータ出力回路17−0におけるデータ同期回路172−0の出力データを、(L)はデータ出力回路17−nにおけるデータ同期回路172−nの出力データを、それぞれ示している。
9A shows the waveform of the output terminal of the master clock MCK in the
図9からわかるように、図8のデータ転送系30Aは、駆動クロックCLKと各カラムのカウンタラッチ152−0〜152−nからセンスアンプ回路171−0〜171−nに読み出されるデータの向きを同一になるように、駆動クロック供給線LCLK1とデータ転送線154−0〜154−nが配線されていることから、センスアンプ回路171−0〜171−nから見て駆動クロックCLKの遅延とデータ転送線(データバス)上のデータの遅延がキャンセルされている。
すなわち、図8のデータ転送系30Aによれば、駆動クロックCLKの遅延成分と各カラムのカウンタラッチからセンスアンプ回路171−0〜171−nまでの遅延成分の合計が、カラム位置に関わらず一定となる。
このために、センスアンプ回路171−0〜171−nおよびデータ同期回路172−0〜172−nの駆動のためのタイミングマージンを充分にとることができるため、高速駆動、高速読み出しが可能になっている。
As can be seen from FIG. 9, the
That is, according to the
Therefore, a sufficient timing margin for driving the sense amplifier circuits 171-0 to 171-n and the data synchronization circuits 172-0 to 172-n can be secured, so that high-speed driving and high-speed reading are possible. ing.
図8のデータ転送系30Aについてさらに考察する。
たとえば、データ出力回路17に隣接(近接)したカラムN1が選択された場合、データ出力回路17におけるクロックとデータのタイミング差Tdiff_nは次のようになる。
Consider further the
For example, when the column N1 adjacent (close) to the
Tdiff_n ≒ T1 Tdiff_n ≒ T1
一方、データ出力回路17から離れたカラムF1が選択された場合、データ出力回路におけるクロックとデータのタイミング差Tdiff_fは次のようになる。
On the other hand, when the column F1 away from the
Tdiff_f ≒ T2 Tdiff_f ≒ T2
そして、物理レイアウトから T1 ≒ T2 となるため、次の関係が得られる。 Since T1 ≒ T2 from the physical layout, the following relationship is obtained.
Tdiff_f ≒ Tdiff_n Tdiff_f ≒ Tdiff_n
以上より、データのタイミング差は、選択されるカラムの場所によりほぼ同一となる。これは、選択されるカラムの場所に依存せず、一定であることを意味する。
したがって、このときの後段回路の動作周波数Fは、次のようになる。
As described above, the data timing difference is substantially the same depending on the location of the selected column. This means that it is constant regardless of the location of the selected column.
Accordingly, the operating frequency F of the subsequent circuit at this time is as follows.
F = 2 x 1/( Tdiff_f − Tdiff_n) = ∞ F = 2 x 1 / (Tdiff_f − Tdiff_n) = ∞
これは、実際の動作周波数の上限は、後段回路そのものの上限動作周波数で律速されるが、カラム選択場所によるタイミング制約が発生しないことを意味する。 This means that the upper limit of the actual operating frequency is limited by the upper limit operating frequency of the subsequent circuit itself, but there is no timing constraint due to the column selection location.
このように、図8のデータ転送系30Aによれば、駆動クロックCLKの遅延成分と各カラムのカウンタラッチからセンスアンプ回路171−0〜171−nまでの遅延成分の合計が、カラム位置に関わらず一定となることから、センスアンプ回路171−0〜171−nおよびデータ同期回路172−0〜172−nの駆動のためのタイミングマージンを充分にとることができるため、高速駆動、高速読み出しが可能になるという利点がある。
As described above, according to the
<データ転送系の第3の構成例>
図10は、本実施形態に係るデータ転送系の第3の構成例を示す図である。図11は図10の回路をより具体的に示す図である。
<Third configuration example of data transfer system>
FIG. 10 is a diagram illustrating a third configuration example of the data transfer system according to the present embodiment. FIG. 11 is a diagram more specifically showing the circuit of FIG.
図10および図11のデータ転送系30Bは、列(水平)走査のデータスキュー問題のうち、特に転送距離依存の問題を解決可能に構成されている。
The
初めに、図10に関連付けて第3の構成例の基本原理を説明する。
このデータ転送系30Bが図6のデータ転送系30と異なる点は、カウンタラッチの各ビット(bit)に対応したデータ記憶部とは別に、固定のデータを書き込んだ擬似クロック記憶部24−0〜24−nを有し、1・0・1・0・・・・の連続データを撮像データと一緒に擬似クロック転送線25に読み出すように構成されている点にある。
データ転送系30Bにおいて、擬似クロック転送線25に読み出されたデータは、センスアンプ回路26、位相調整部27を経由して、AMPOUT[n:0]の取り込みタイミングに対して適切な位相へと設定し、そのままデータ同期回路172−0〜172−nの取り込みクロックSACKDとして用いられる。
このような構成にすることにより、データとクロックは常に同じだけの転送距離をもつため、転送距離に起因した転送遅延はデータもクロックも常に同様の値を持つことになる。
よって、先に説明した4つのスキュー成分のうち、4つ目の転送距離に起因するスキュー成分は的確にキャンセルされ、データ取り込みのマージンが拡大し、安定してデータを取り込めるようになる。
First, the basic principle of the third configuration example will be described with reference to FIG.
The
In the
By adopting such a configuration, since the data and the clock always have the same transfer distance, the transfer delay due to the transfer distance always has the same value for both the data and the clock.
Therefore, among the four skew components described above, the skew component due to the fourth transfer distance is canceled accurately, the data capture margin is expanded, and the data can be stably captured.
図11は、図10をさらに具体化した構成を示している。
データ転送系30Bにおいて、図11に示すように、擬似クロック記憶部24−0〜24−nの構成は、カウンタラッチ152−0〜152−nの出力段であるドライブトランジスタDRVTrと同様の構成を有する。
すなわち、擬似クロック記憶部24−0〜24−nは、図11に示すように、所定電位(たとえば接地電位)と擬似クロック転送線25との間に直列に接続された、たとえばNMOSからなるセレクトトランジスタPNT1と、NMOSからなるデータトランジスタPNT2により構成されている。
セレクトトランジスタPNT1のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続されている。
そして、偶数の符号を付した(図11では奇数列の)擬似クロック記憶部24−0,24−2,・・・,24−n−1におけるデータトランジスタPNT2のゲートがインバータINV1を介して接地電位に接続されている。
これに対して、奇数の符号を付した(図11では偶数列の)擬似クロック記憶部24−1,24−3,・・・,24−nにおけるデータトランジスタPNT2のゲートが接地電位に直接接続されている。
FIG. 11 shows a configuration that further embodies FIG.
In the
That is, the pseudo clock storage units 24-0 to 24-n are, as shown in FIG. 11, select circuits composed of, for example, NMOSs connected in series between a predetermined potential (for example, ground potential) and the pseudo
The gate of the select transistor PNT1 is connected to select lines SEL0 to SELn driven by the
Then, the gates of the data transistors PNT2 in the pseudo clock storage units 24-0, 24-2,..., 24-n-1 (even numbers in FIG. 11) are grounded via the inverter INV1. Connected to potential.
On the other hand, the gates of the data transistors PNT2 in the pseudo clock storage units 24-1, 24-3,..., 24-n with odd numbers (even columns in FIG. 11) are directly connected to the ground potential. Has been.
このように、本例において、擬似クロック記憶部24−0〜24−nは、基本構成はカウンタラッチ152−0〜152−nと同様であるが、データ格納用のラッチを持たず、代わりにデータトランジスタPTN2のゲートに1を入力するか、0を入力するかをインバータINV1の有無で物理的に埋め込む事で、1・0・1・0・・・・の連続データを作成している。 As described above, in this example, the pseudo clock storage units 24-0 to 24-n have the same basic configuration as the counter latches 152-0 to 152-n, but do not have a latch for storing data. Continuous data of 1, 0, 1, 0,... Is created by physically embedding whether 1 is input or 0 is input to the gate of the data transistor PTN2 with or without the inverter INV1.
本例によれば、撮像部のデータの水平転送時において、高速化の妨げとなっていたデータのスキュー成分のうち、データの転送距離に起因した位置依存成分を除去することができ、イメージセンサの更なる高速化、あるいは大型化に貢献することができる。
また、データとクロックを同様の転送線上を転送するため、チップ間やウエハ間のプロセスばらつきの影響を相対的に吸収しやすい構成となり、歩留まりの向上を図ることができる。また、データ同期化の取り込みマージンを拡大することができるため、設計が容易となり、設計期間、工数の削減をも実現することができる。
According to this example, it is possible to remove a position-dependent component caused by the data transfer distance from the skew component of the data that has hindered the speeding up at the time of horizontal transfer of the data of the image pickup unit. This can contribute to further speeding up or upsizing.
In addition, since data and a clock are transferred on the same transfer line, it is possible to relatively easily absorb the influence of process variations between chips and between wafers, and the yield can be improved. In addition, since the capture margin for data synchronization can be expanded, the design is facilitated, and the design period and man-hours can be reduced.
<データ転送系の第4の構成例>
図12は、本実施形態に係るデータ転送系の第4の構成例を示す図である。
<Fourth Configuration Example of Data Transfer System>
FIG. 12 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the data transfer system according to the present embodiment.
図12のデータ転送系30Cが図10および図11のデータ転送系と30Bと異なる点は、差動型のセンスアンプ回路171C−0〜171−nを用いる場合の構成例である点にある。
基本構成はほとんど変わり無いが、差動なのでデータ転送線は各チャネル(ch)あたり2本ずつになり、カウンタラッチ152C−0〜152C−nも、擬似クロック記憶部24C−0〜24C−nも、それぞれデータ転送線154−0P,154−0M〜154−nP,154−nM、擬似クロック転送線25P,25Mに相補的なデータを流すようになっている。
The
Although the basic configuration is almost the same, since it is differential, there are two data transfer lines for each channel (ch), and both the counter latches 152C-0 to 152C-n and the pseudo
カウンタラッチ152C−0〜152C−nは、図12に示すように、所定電位(たとえば接地電位)とデータ転送線154−0M〜154−nMとの間に直列に接続された、NMOSからなるセレクトトランジスタNT1と、NMOSからなるデータトランジスタNT2と、所定電位(たとえば接地電位)とデータ転送線154−0P〜154−nPとの間に直列に接続された、NMOSからなるセレクトトランジスタNT3と、NMOSからなるデータトランジスタNT4と、を有している。
そして、セレクトトランジスタNT1,NT3のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続され、データトランジスタNT2のゲートがラッチLTCの出力に接続され、データトランジスタNT4のゲートがインバータINV2を介してラッチLTCの出力に接続されている。
As shown in FIG. 12, the counter latches 152C-0 to 152C-n are NMOS select switches connected in series between a predetermined potential (for example, ground potential) and data transfer lines 154-0M to 154-nM. A transistor NT1, a data transistor NT2 made of NMOS, a select transistor NT3 made of NMOS connected in series between a predetermined potential (for example, ground potential) and data transfer lines 154-0P to 154-nP, and an NMOS Data transistor NT4.
The gates of the select transistors NT1 and NT3 are connected to selection lines SEL0 to SELn driven by the
擬似クロック記憶部24C−0〜24C−nは、図12に示すように、所定電位(たとえば接地電位)と擬似クロック転送線25Pとの間に直列に接続された、たとえばNMOSからなるセレクトトランジスタPNT1と、NMOSからなるデータトランジスタPNT2と、所定電位(たとえば接地電位)と擬似クロック転送線25Mとの間に直列に接続された、たとえばNMOSからなるセレクトトランジスタPNT3と、NMOSからなるデータトランジスタPNT4と、を有している。
セレクトトランジスタPNT1,PNT3のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続されている。
そして、偶数の符号を付した(図11では奇数列の)擬似クロック記憶部24C−0,24C−2,・・・,24C−n−1におけるデータトランジスタPNT2のゲートがインバータINV1を介して接地電位に接続され、データトランジスタPTN4のゲートが接地電位に直接接続されている。
これに対して、奇数の符号を付した(図11では偶数列の)擬似クロック記憶部24C−1,24C−3,・・・,24C−nにおけるデータトランジスタPNT2のゲートが接地電位に直接接続され、データトランジスタPTN4のゲートがインバータINV3を介して接地電位に接続されている。
As shown in FIG. 12, the pseudo
The gates of the select transistors PNT1 and PNT3 are connected to selection lines SEL0 to SELn driven by the
Then, the gates of the data transistors PNT2 in the pseudo
On the other hand, the gates of the data transistors PNT2 in the pseudo
図12のデータ転送系30Cによれば、差動構成を採用することで、上述した効果に加えて、ノイズマージンが大きくなり、先に説明した4つのスキュー成分のうち3つ目のノイズ起因のものが大幅に減少するという効果を得ることができる。
According to the
<データ転送系の第5の構成例>
図13は、本実施形態に係るデータ転送系の第5の構成例を示す図である。
また、図14は、図13のデータ転送系のタイミングチャートを示す図である。
<Fifth Configuration Example of Data Transfer System>
FIG. 13 is a diagram illustrating a fifth configuration example of the data transfer system according to the present embodiment.
FIG. 14 is a timing chart of the data transfer system of FIG.
図13のデータ転送系30Dが図12のデータ転送系と30Cと異なる点は、データ出力回路においてデータの取り込みを擬似クロックデータのレベル切り替わりのエッジ、具体的には、ハイレベル「1」からローレベル「0」への遷移の際の立ち下りエッジ、およびローレベル「0」からハイレベル「1」への遷移の際の立ち上がりエッジの両エッジを用いて行い、さらに、位相調整部28で位相調整されたマスタクロックを第2の取り込みクロックとして再度取り込み直し、そのデータを出力データ処理回路20に出力するように構成したことにある。
The data transfer system 30D in FIG. 13 is different from the
各データ出力回路17D−0〜17D−nは、センスアンプ回路171D−0〜171D−nの出力とデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力との間に、第1ラッチ173−0〜173−n、第2ラッチ174−0〜174−n、第1スイッチ175−0〜175−n、および第2スイッチ176−0〜176−nを含む取り込み回路177−0〜177−nが配置されている。
具体的には、センスアンプ回路171D−0〜171D−nの出力に第1ラッチ173−0〜173−nおよび第2ラッチ174−0〜174−nが並列に接続され、第1ラッチ173−0〜173−nは位相調整部27による取り込みクロックSACKを反転させてクロック入力端に入力し、第2ラッチ174−0〜174−nは取り込みクロックSACKをクロック入力端に直接入力する。
そして、第1ラッチ173−0〜173−nの出力は第1スイッチ175−0〜175−nを介してデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に接続され、第2ラッチ174−0〜174−nの出力は第2スイッチ176−0〜176−nを介してデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に接続される。
第1スイッチ175−0〜175−nは、取り込みクロックSACKが負入力に供給され、取り込むクロックSACKがローレベルのときに導通し、第1ラッチ173−0〜173−nのラッチデータをデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に供給する。
第2スイッチ176−0〜176−nは、取り込みクロックSACKが供給され、取り込むクロックSACKがハイレベルのときに導通し、第2ラッチ174−0〜174−nのラッチデータをデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に供給する。
このように、第1スイッチ175−0〜175−nと第2スイッチ176−0〜176−nは相補的にオン、オフし、その結果、第1ラッチ173−0〜173−nのラッチデータと第2ラッチ174−0〜174−nのラッチデータがデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に相補的に(交互に)供給される。
このように構成した理由を以下に示す。
Each data output circuit 17D-0 to 17D-n includes a first latch 173-0 between the output of the sense amplifier circuit 171D-0 to 171D-n and the data input of the data synchronization circuit 172D-0 to 172D-n. 173-n, second latches 174-0 to 174-n, first switches 175-0 to 175-n, and capture circuits 177-0 to 177-n including second switches 176-0 to 176-n Has been placed.
Specifically, the first latch 173-0 to 173-n and the second latch 174-0 to 174-n are connected in parallel to the output of the sense amplifier circuits 171D-0 to 171D-n, and the first latch 173- 0-173-n inverts the capture clock SACK by the
The outputs of the first latches 173-0 to 173-n are connected to the data inputs of the data synchronization circuits 172D-0 to 172D-n via the first switches 175-0 to 175-n, and the second latch 174- The outputs of 0 to 174-n are connected to the data inputs of the data synchronization circuits 172D-0 to 172D-n via the second switches 176-0 to 176-n.
The first switches 175-0 to 175-n are turned on when the fetch clock SACK is supplied to the negative input and the fetch clock SACK is at a low level, and the latch data of the first latches 173-0 to 173-n is data-synchronized. Supply to the data inputs of the circuits 172D-0 to 172D-n.
The second switches 176-0 to 176-n are turned on when the fetch clock SACK is supplied and the fetch clock SACK is at a high level, and the latch data of the second latches 174-0 to 174-n is transferred to the data synchronization circuit 172D-.
As described above, the first switches 175-0 to 175-n and the second switches 176-0 to 176-n are turned on and off in a complementary manner. As a result, the latch data of the first latches 173-0 to 173-n The latch data of the second latches 174-0 to 174-n are supplied complementarily (alternately) to the data inputs of the data synchronization circuits 172D-0 to 172D-n.
The reason for this configuration is shown below.
列走査回路13において、シフトレジスタ131はマスタクロックMCKに基づく駆動クロックCLKに同期して動作するが、たとえばクロックツリー構造を採用して駆動クロックCLKを分配する場合、シフトレジスタ131へのクロック配線は長くなる傾向となる。
この場合、ツリー構造も意識しているため、クロックの配線遅延は大きくなる傾向にあり、マスタクロックMCKに対してシフトレジスタ131の各ラッチ131−0〜131−nの出力選択信号HSEL0,HSEL1,・・・,HSELnは、多少の遅れを持って出力されるおそれがある。
選択信号HSEL0,HSEL1,・・・,HSELnによって選択されたカウンタラッチ152−0〜152−n、および擬似クロック記憶部24−0〜24−nは、電流モードで格納データをデータ転送線154−0〜154−n(154−0P〜154−nP,154−0M〜154−nM)および擬似クロック転送線25(25P,25M)に転送するが、これら転送線の入力インピーダンスは0ではないので、電流モードの信号を流しても多少の電圧変動は発生する。
そのため、転送線の寄生容量、抵抗による時定数の充放電時間が必要となるが、出力アンプから見た場合、遠端の方が寄生抵抗の大きい分時定数は大きく、近端の方が時定数は小さく見える。したがって、充放電時間の違いから、遠端と近端のデータでは、転送遅延に差が発生する。
In the
In this case, since the tree structure is also taken into consideration, the clock wiring delay tends to increase, and the output selection signals HSEL0, HSEL1,... Of the latches 131-0 to 131-n of the
The counter latches 152-0 to 152-n selected by the selection signals HSEL0, HSEL1,..., HSELn and the pseudo clock storage units 24-0 to 24-n transfer stored data to the
For this reason, the charge / discharge time of the time constant due to the parasitic capacitance and resistance of the transfer line is required, but when viewed from the output amplifier, the far-end has a larger parasitic resistance and the near-end has a larger time constant. The constant looks small. Therefore, due to the difference in charge / discharge time, there is a difference in transfer delay between the far end data and the near end data.
そのため、データ取り込みのための擬似クロックを、データ同様、擬似クロック転送線上25(25P,25M)を転送する構成を採用しているが、図14のタイミングチャートにあるように、擬似クロックはあくまでデータと同じように埋め込んでいるだけなので、クロック周波数としてはマスタクロックMCKの半分、データと同じ周波数しか持たないことになる。
よって、これを用いてデータを取り込むには、立ち上がりエッジと立ち下りエッジ、両方を用いる必要がある。図13内には、そのための上述した取り込み回路177−0〜177−nの一例を紹介している。
取り込み回路177−0〜177−nは、クロックの立ち上がりエッジでデータを取り込み、クロックのハイレベルH期間はデータを保持する普通のラッチが2個、その出力を選択するスイッチが2つを有する。
For this reason, a configuration is adopted in which the pseudo clock for data capture is transferred on the pseudo clock transfer line 25 (25P, 25M) like the data. However, as shown in the timing chart of FIG. The clock frequency is only half that of the master clock MCK and the same frequency as the data.
Therefore, in order to capture data using this, it is necessary to use both the rising edge and the falling edge. In FIG. 13, an example of the above-described capturing circuits 177-0 to 177-n is introduced.
The capture circuits 177-0 to 177-n capture data at the rising edge of the clock, and have two ordinary latches that hold data and two switches that select the output during the high level H period of the clock.
第1および第2ラッチ173−0〜173−n,174−0〜174−nに供給される取り込みクロックSACKDが、立ち上がった瞬間、2個のラッチのうち第2ラッチ174−0〜173−nがデータをラッチし、取り込みクロックSACKDがハイレベルHの期間は保持される。取り込みクロックSACKDがハイレベルHの期間は、第2スイッチ176−0〜176−nが導通するため、第2ラッチ174−0〜174−nのラッチデータがLAOUT0〜nとして出力される。
次に、取り込みクロックSACKDが立ち下がる瞬間、反転クロックが供給される第1ラッチ173−0〜173−nによりデータが確保、保持され、その後ろのアナログスイッチも第1スイッチ175−0〜175−nが導通状態に、第2スイッチ176−0〜176−nが非導通状態に切り替わる。このため、今度は第1ラッチ173−0〜173−nのラッチデータがLAOUTとして出力されることになる。
At the instant when the capture clock SACD supplied to the first and second latches 173-0 to 173-n and 174-0 to 174-n rises, the second latches 174-0 to 173-n of the two latches Latches the data, and is held while the capture clock SAKD is at the high level H. Since the second switches 176-0 to 176-n conduct during the period when the capture clock SACD is at the high level H, the latch data of the second latches 174-0 to 174-n are output as LAOUT0 to n.
Next, at the moment when the capture clock SAKD falls, data is secured and held by the first latches 173-0 to 173-n to which the inverted clock is supplied, and the analog switches behind the first latches 175-0 to 175- n switches to a conductive state, and the second switches 176-0 to 176-n switch to a non-conductive state. Therefore, this time, the latch data of the first latches 173-0 to 173-n is output as LAOUT.
このようにして、取り込みクロックSACKDの両エッジを用いてデータを取り込み、同期化することができる。なお、この両エッジ対応の同期化取り込み回路は、ラッチ2つのスイッチ2つなので、通常のF/Fと同程度の面積で構成可能である。
取り込みクロックSACKDは、基本的にはどの場所のデータを選択したときでも、データと同じ転送遅延を持っているため、データと同位相で出力されてくる。このままでは、データのエッジが重なった不定期間でデータを取り込むことになってしまうおそれがあるため、位相調整部27によって、データラッチに適切なセットアップ時間およびホールド時間(setup/hold time)が得られるように、適切なところに位相調整される。
こうして確保したセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力データAMPOUT[n:0]の取り込みクロックSACKDに対するセットアップ時間およびホールド時間は、図7に示した第1の構成例と比較して、遠端、近端によらず、いつも一定の値を確保できる。
In this way, data can be captured and synchronized using both edges of the capture clock SACD. Since the synchronization capture circuit corresponding to both edges is composed of two switches with two latches, it can be configured with the same area as a normal F / F.
Since the capture clock SACD basically has the same transfer delay as the data regardless of the location of the selected data, it is output in the same phase as the data. If this is the case, data may be captured in an indefinite period in which the edges of the data overlap. Therefore, the
The setup time and hold time with respect to the capture clock SAKD of the output data AMPOUT [n: 0] of the sense amplifier circuits 171-0 to 171-n thus secured are far from those of the first configuration example shown in FIG. A constant value can always be secured regardless of the end or the near end.
さて、取り込みクロックSACKDにより同期化を行ったデータLAOUT[n:0]は、同期化により、先に説明した4つのスキュー成分のうち、1つ目のばらつき起因、2つ目のパターン起因、3つ目のノイズ起因の3つの成分は除去された。
ただし、取り込みクロックSACKDによって同期化を行ったために、逆にマスタクロックMCKを基準として見ると、4つ目の位置依存のスキュー成分だけが残った状態となるおそれがある。最終的にはマスタクロックMCKで動作する出力データ処理回路20にデータを渡す必要があるため、マスタクロックMCKに対してデータを同期させる必要がある。
位置依存によるスキュー成分を持ったままマスタクロックMCKに乗り換えることも可能ではあるが、図13においては、再度マスタクロックMCKから位相調整部28を用いて生成された再取り込みマスタクロックMCKDに対して乗り換えを行った後、最終的にマスタクロックMCKに乗り換える構成を例として挙げている。
構成としては、通常のフリップフロップF/Fで、データLATOU[n:0]をマスタクロックMCKDにより取り込み直しているだけだが、取り込みクロックSACKDの位相に合わせて、最も適切なタイミングになるように、再取り込みマスタクロックMCKDの位相を設定している。再取り込みマスタクロックMCKDはMCK基準なので位置依存成分は持たない。
Now, the data LAOUT [n: 0] synchronized by the capture clock SAKD is caused by the first variation, the second pattern, and the third of the four skew components described above by the synchronization. Three components due to the first noise were removed.
However, since synchronization is performed using the capture clock SACD, there is a possibility that only the fourth position-dependent skew component remains when the master clock MCK is used as a reference. Eventually, since it is necessary to pass data to the output
Although it is possible to change to the master clock MCK while having a skew component due to position dependency, in FIG. 13, the transfer is again made to the recapture master clock MKD generated from the master clock MCK using the
As a configuration, the data LATOU [n: 0] is only recaptured by the master clock MCKD with a normal flip-flop F / F, but in accordance with the phase of the capture clock SACD, the most appropriate timing is obtained. The phase of the recapture master clock MCKD is set. Since the recapture master clock MCKD is based on MCK, it does not have a position dependent component.
取り込みクロックSACKDの位置依存成分により、遠端と近端でセットアップ時間およびホールド時間マージンが異なっているが、既に4つのスキュー成分のうち3つは取り除いた状態であることから、図7に示した第1の構成例のように、4つのスキュー成分をいっぺんに取り込みクロックSACKで同期化する場合に比べて、十分なマージンを持って同期化できていることがわかる。
図13の構成においては、4つのスキュー成分のうち、1つ目のばらつき起因、2つ目のパターン起因、3つ目のノイズ起因の3つの成分と、4つ目の位置依存の成分とを2つに分解して、それぞれ取り込みクロックSACKDと、再取り込みマスタクロックMCKDによって同期化することで取り除いているために、それぞれの取り込みのマージンを拡大できていると言うことができる。
Although the setup time and the hold time margin differ between the far end and the near end due to the position-dependent component of the capture clock SAKD, three of the four skew components have already been removed, so that it is shown in FIG. As shown in the first configuration example, it can be seen that the four skew components are captured all at once and synchronized with the clock SACK, so that the synchronization can be performed with a sufficient margin.
In the configuration of FIG. 13, among the four skew components, the three components caused by the first variation, the second pattern, the third noise, and the fourth position-dependent component It can be said that the margin of each capture can be expanded because it is divided into two and removed by synchronizing with the capture clock SAKD and the recapture master clock MCKD.
ところで、上述した各実施形態では、位相調整部22が駆動クロックCLKの列走査回路13内における伝搬遅延、駆動クロックCLKによる選択線SEL0〜SELnの駆動に伴うカウンタラッチ152−0〜152−nからのデータ転送線154−0〜154−nへの読み出し転送処理を考慮して、的確なデータ取り込みが行えるように、マスタクロックMCKの位相を調整(遅延調整)を行っていた。
しかし、列走査回路13内の伝播遅延が駆動クロック供給線LCLK1とデータ転送線154−0〜154−nの配線負荷を主な原因とするのに対して、位相調整部22(22A、27、28)が調整のためにマスタクロックMCKを遅延させ取り込みクロックSACKを生成するのはトランジスタの駆動能力によるものである。すなわち、これら2つの独立な遅延要因がばらついた場合でも的確にデータ取り込みを行うことができるようにするため、列走査回路13に大きなタイミングマージンが必要になる。
By the way, in each of the above-described embodiments, the
However, while the propagation delay in the
以下では、タイミングマージンを確保するための他の方法を実現する構成例について説明する。 Hereinafter, a configuration example for realizing another method for securing a timing margin will be described.
<データ転送系の第6の構成例>
図15は、本実施形態に係る第6の構成例のデータ転送系30Eを示す図である。
第6の構成例のデータ転送系30Eは、図6に示した第1の構成例のデータ転送系を改良した構成となっており、異なる点は以下の2点である。
<Sixth Configuration Example of Data Transfer System>
FIG. 15 is a diagram showing a
The
第1の相違点は、データ出力回路17Eが2段のF/Fから構成されていることである。
すなわち、データ出力回路17Eは、取り込みクロックSACKに同期してセンスアンプ回路171からの出力を取り込むデータ同期回路172Eと、データ同期回路172Eが取り込んだデータをマスタクロックMCKに同期して出力するデータ出力回路178とを有する。
これにより、データ同期回路172Eがデータを確実に取り込み(ラッチし)、データ出力回路178がマスタクロックMCKに同期してデータを出力することにより、出力データ処理回路20との位相関係を保証している。
The first difference is that the
That is, the
Thus, the
第2の相違点は、駆動クロックCLKの配線である駆動クロック供給線LCLK1及び取り込みクロックSACKである取り込みクロック供給線LSACKが、同程度の配線負荷を有することである。
この配線負荷を、図15では抵抗及びコンデンサの形で、駆動クロック供給線LCLK1の配線負荷をRCLK、取り込みクロック供給線LSACKの配線負荷をRSACKとして表現している。
すなわち、図15に示したデータ転送系の第6の構成例では、駆動クロック供給線LCLK1の配線負荷RCLKと同程度の配線負荷を取り込みクロック供給線LSACKに配線負荷RSACKとして有するように構成することにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素を等しくしている。これにより、駆動クロックCLKに同期したデータスキャンと取り込みクロックSACKに同期したデータ取り込み(ラッチ)との位相関係を確定させることができる。
The second difference is that the drive clock supply line LCLK1 that is the wiring of the drive clock CLK and the capture clock supply line LSACK that is the capture clock SACK have the same wiring load.
In FIG. 15, this wiring load is expressed in the form of a resistor and a capacitor, the wiring load of the drive clock supply line LCLK1 is represented as RCLK, and the wiring load of the take-in clock supply line LSACK is represented as RSACK.
That is, the sixth configuration example of the data transfer system illustrated in FIG. 15 is configured so that a wiring load approximately equal to the wiring load RCLK of the drive clock supply line LCLK1 is taken in and is included in the clock supply line LSACK as the wiring load RSACK. Thus, the delay elements of the drive clock CLK and the capture clock SACK are made equal. Thereby, the phase relationship between the data scan synchronized with the drive clock CLK and the data capture (latch) synchronized with the capture clock SACK can be determined.
ところで、駆動クロック供給線LCLK1において、駆動クロックCLKがシフトレジスタ131を駆動するためのゲートが配線負荷RCLKの一部として存在する。図14に示すように、第6の構成例のデータ転送系30Eでは、このゲート負荷をGCLKとして表現している。
ここで、本実施形態の第6の構成例においては、ゲート負荷GSACKと同様のゲート負荷を取り込みクロック供給線LSACK側にもGSACKとして有するように構成することにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素を等しくする。これにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素がより等しくなり、駆動クロックCLKに同期したデータスキャンと取り込みクロックSACKに同期したデータ取り込み(ラッチ)との位相関係をより確定させることができる。
Incidentally, in the drive clock supply line LCLK1, a gate for the drive clock CLK to drive the
Here, in the sixth configuration example of the present embodiment, a gate load similar to the gate load GSACK is provided on the side of the take-in clock supply line LSACK as GSACK, so that the drive clock CLK and the take-in clock SACK are included. Make delay elements equal. As a result, the delay elements of the drive clock CLK and the capture clock SACK become more equal, and the phase relationship between the data scan synchronized with the drive clock CLK and the data capture (latch) synchronized with the capture clock SACK can be further determined.
本実施形態に係るデータ転送系の第6の構成例においては、上述したように駆動クロック供給線LCLK1と取り込みクロック供給線LSACKにおいて、それぞれに同程度の配線負荷RCLK、RSACKを有するように構成することにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素を等しくしているため、位相調整部を設けず位相調整部の遅延要素を排除することができ、駆動クロックCLKによるデータ読み出し(スキャン)と取り込みクロックSACKによるデータ取り込み(ラッチ)との位相関係を確定させることができる。 In the sixth configuration example of the data transfer system according to the present embodiment, the drive clock supply line LCLK1 and the capture clock supply line LSACK are configured to have the same level of wiring loads RCLK and RSACK, respectively, as described above. Thus, since the delay elements of the drive clock CLK and the capture clock SACK are equal, the delay element of the phase adjustment unit can be eliminated without providing the phase adjustment unit, and data reading (scanning) and capture by the drive clock CLK can be performed. The phase relationship with data capture (latching) by the clock SACK can be determined.
<データ転送系の第7の構成例>
次に、本実施形態に係るデータ転送系の第7の構成例について説明する。
図16は、本実施形態に係るデータ転送系の第7の構成例を示す図である。
図16における第7の構成例のデータ転送系30Fでは、取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷GSACKFが、上述した第6の構成例のデータ転送系30Eのゲート負荷GSACKと比較して減少している点において、第6の構成例のデータ転送系30Eと異なっている。
このゲート負荷GSACKFは、0からゲート負荷GCLK以下の範囲で自由に設定が可能であるように構成されている。
<Seventh Configuration Example of Data Transfer System>
Next, a seventh configuration example of the data transfer system according to the present embodiment will be described.
FIG. 16 is a diagram illustrating a seventh configuration example of the data transfer system according to the present embodiment.
In the
This gate load GSACKF is configured to be freely set in the range from 0 to the gate load GCLK.
駆動クロック供給線LCLK1の配線負荷RCLKと、取り込みクロック供給線LSACKの配線負荷RSACKとは、上述した第6の構成例と同様に等しいため、駆動クロックCLKがシフトレジスタ131に入力されるタイミングと、取り込みクロックSACKに同期してデータ同期回路172Eがデータをラッチするタイミングとは、ゲート負荷GCLKとゲート負荷GSACKに起因する遅延だけ異なっている(駆動クロックの方が取り込みクロックに対してゲート負荷の違いに応じた遅延量だけ遅延している)。
Since the wiring load RCLK of the drive clock supply line LCLK1 and the wiring load RSACK of the capture clock supply line LSACK are the same as in the sixth configuration example described above, the timing at which the drive clock CLK is input to the
このように構成することにより、例えば上述した第6の構成例のデータ転送系30Eにおいて駆動クロックCLKの配線負荷RCLK及びゲート負荷GCLKに起因する伝播遅延と取り込みクロックSACKの配線負荷RSACK及びゲート負荷GSACKに起因する伝播遅延とがうまく合わなかった場合でも、第7の構成例のデータ転送系30Fでは、上述したように取り込みクロック供給線LSACK側のゲート負荷GSACKFを自由に設定できるようにした、すなわち、取り込みクロック供給線LSACKの配線負荷を自由に可変であるようにしたため、駆動クロックCLKによる遅延と取り込みクロックSACKによる遅延とがうまく合うように取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷GSACKFを調整することにより、駆動クロックCLKと同期したデータ読み出しと取り込みクロックSACKと同期したデータ取り込み(ラッチ)との位相関係をうまく確定させることができる。
With this configuration, for example, in the
<データ転送系の第8の構成例>
次に、本実施形態に係るデータ転送系の第8の構成例について説明する。
図17は、本実施形態に係る第8の構成例のデータ転送系30Gを示す図である。
図17における第8の構成例のデータ転送系30Gでは、取り込みクロック供給線LSACKが全くゲート負荷を有しないように構成する点において、上述した第6の構成例と異なっている。
<Eighth configuration example of data transfer system>
Next, an eighth configuration example of the data transfer system according to the present embodiment will be described.
FIG. 17 is a diagram showing a
The
本実施形態に係る第8の構成例のデータ転送系30Gの場合、駆動クロックCLKと同期したデータ読み出しは、取り込みクロックSACKに同期したデータ取り込みよりも駆動クロック供給線LCLK1のゲート負荷GCLKの分だけ確実に遅延することになる。しかし、駆動クロックCLKの遅延と取り込みクロックSACKの遅延の主原因は配線負荷RCLK及びRSACKであるため、片方の遅延が大きくなるともう片方の遅延も大きくなる。従って、配線等の製造ばらつき等の原因で遅延状態が変化したとしても、これらのクロックの位相関係は保持され、これによりセットアップタイムのマージン確保が容易となっている。
In the case of the
本第8の構成例におけるタイミングチャートの一例を図18に示す。
図18における(A)はマスタクロックMCKの出力端の波形を、(B)はデータ出力回路17Eから最遠端のラッチ131−0に入力されるクロック供給端の波形を、(C)はデータ出力回路17Eから最近端のラッチ131−nに入力されるクロック供給端の波形を、(D)は取り込みクロックSACKのデータ同期回路172Eに入力されるクロック供給端の波形を、(E)はカウンタラッチ152−0が読み出しデータ転送線154が転送する読み出しデータを、(F)はカウンタラッチ152−nが読み出しデータ転送線154が転送する読み出しデータを、(G)はデータ同期回路172Eの出力データを、(H)はデータ出力回路178の出力データを、それぞれ示している。
図18に示すように、第8の構成例のデータ転送系30Gでは、データ同期回路172Eのタイミングの制御が確実になり、十分なタイミングマージンが確保できる。
An example of a timing chart in the eighth configuration example is shown in FIG.
18A shows the waveform of the output end of the master clock MCK, FIG. 18B shows the waveform of the clock supply end inputted to the farthest end latch 131-0 from the
As shown in FIG. 18, in the
<データ転送系の第9の構成例>
次に、本実施形態に係るデータ転送系の第9の構成例について説明する。
図19は、本実施形態に係る第9の構成例のデータ転送系30Hを示す図である。
第9の構成例のデータ転送系30Hでは、図19に示すように、取り込みクロック供給線LSACKHが駆動クロック供給線LCLK1と比較して短く配線されている。
これにより、取り込みクロック供給線LSACKHの配線負荷RSACKHは、駆動クロック供給線LCLKの配線負荷RCLKよりも小さな値をとることになり、取り込みクロックSACKHは駆動クロックCLKよりも遅延が小さくなる。すなわち、駆動クロックCLKに同期したデータスキャンは、取り込みクロックSACKHに同期したデータ取り込みよりも確実に遅れ、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKHとの位相関係が確定する。このため、第9の構成例のデータ転送系30Hではタイミングマージンを十分に確保することが可能である。
<Ninth Configuration Example of Data Transfer System>
Next, a ninth configuration example of the data transfer system according to the present embodiment will be described.
FIG. 19 is a diagram showing a
In the
As a result, the wiring load RSACKH of the fetch clock supply line LSACKH takes a smaller value than the wiring load RCLK of the drive clock supply line LCLK, and the fetch clock SACKH has a smaller delay than the drive clock CLK. That is, the data scan synchronized with the drive clock CLK is surely delayed from the data capture synchronized with the capture clock SACKH, and the phase relationship between the drive clock CLK and the capture clock SACKH is determined. For this reason, the
なお、図19に示した第9の構成例のデータ転送系30Hでは、上述したデータ転送系の第7の構成例と同様に、ゲート負荷GSACKを駆動クロック側のゲート負荷GCLKよりも小さく構成し、よりタイミングマージンを確保できるように調整してもよい。
In the
また、図19に示した第9の構成例のデータ転送系30Hの変形例として、データ転送系30Hとは反対に、取り込みクロック供給線LSACKHを短くする代わりに、駆動クロック供給線LCLK1を取り込みクロック供給線LSACKよりも長くし、駆動クロックCLK側に取り込みクロックSACKに対する遅延要素を与えるように構成してもよい。同様に、駆動クロック供給線LCLK1に余分なゲート負荷GCLKHを接続し、駆動クロックCLK側に取り込みクロックSACKに対する遅延要素を与えるように構成してもよい。
すなわち、第9の構成例では、駆動クロック供給線LCLK1のゲート負荷を含む配線負荷RCLKを可変にする、或いは、取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷を含む配線負荷RSACKを可変にする、或いは、それらの両方を可変にして、それぞれの供給線の配線負荷を自由に設定できるようにすることにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKとの位相関係を確立し、データスキャンとデータ取り込みとを確実に行うことができるようになる。
なお、各供給線の配線負荷を可変とする方法としては、上述した第6〜第9の構成例においては、供給線の長さ(引き回し)を調節する、取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷GSACKを可変に構成する、等の方法を一例としてあげたが、本発明はこれには限定されず、他の方法でもよい。
Further, as a modification of the
That is, in the ninth configuration example, the wiring load RCLK including the gate load of the drive clock supply line LCLK1 is made variable, or the wiring load RSACK including the gate load of the fetch clock supply line LSACK is made variable, or these Both of these are made variable so that the wiring load of each supply line can be set freely, thereby establishing the phase relationship between the drive clock CLK and the capture clock SACK and reliably performing data scanning and data capture. Will be able to.
As a method of making the wiring load of each supply line variable, in the above-described sixth to ninth configuration examples, the gate load GSACK of the take-in clock supply line LSACK, which adjusts the length of the supply line (running), is used. However, the present invention is not limited to this, and other methods may be used.
以上説明したように、データ転送系の第6〜第9の構成例では、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKそれぞれの供給線の長さ(引き回し)を調整して配線負荷を増大させたり、ゲート負荷を与えたりしてそれぞれのクロックに遅延要素を与え、位相関係を調節することによりタイミングマージンを十分に確保できる。 As described above, in the sixth to ninth configuration examples of the data transfer system, the wiring load is increased by adjusting the lengths (routes) of the supply lines of the drive clock CLK and the capture clock SACK, or the gate load. By providing a delay element to each clock and adjusting the phase relationship, a sufficient timing margin can be secured.
次に、本実施形態に係る固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)10の動作を、図20のタイミングチャートと図3のブロック図とに関連付けて説明する。 Next, the operation of the solid-state imaging device (CMOS image sensor) 10 according to the present embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG. 20 and the block diagram of FIG.
任意の行Hxの単位画素111から列線V0、V1、…への1回目の読み出しが安定した後、DAC16の出力から、参照電圧の基づくランプ波形RAMPを出力する。この参照電圧の基づくランプ波形RAMPは、比較器151の基準電圧REFとして、階段状の波形として入力される。そして、各比較器151において、任意の列線Vxの電圧との比較が行われる。
このとき、カウンタラッチ152は、ダウンカウント状態に有り、リセットカウントを行う。基準電圧REFとVxの電圧が等しくなったとき、比較器151の出力COMPOUTiは反転し、ダウンカウント動作は停止し、カウントが保持される。
このとき、カウンタラッチ152の初期値は、AD変換の階調の任意の値、たとえば、0とする。このリセットカウント期間は、単位画素111のリセット成分ΔVを読み出している。
After the first reading from the
At this time, the
At this time, the initial value of the
その後、入射光量に応じて列線V0、V1、…が安定した後、データカウント期間として、ランプ波形RAMPは、基準電圧REFとして入力され、任意の列線V0、V1、…の電圧との比較が比較器151にて行われる。
階段波であるランプ波形RAMPの入力と並行して、カウンタラッチ152にて、それぞれアップカウントがなされる。基準電圧REFと、Vxが等しくなったとき比較器151の出力COMPOUTiは反転し、比較期間に応じたカウントが保持される。
カウンタラッチ152に保持されたカウンタ値は、列走査回路13により走査され、デジタル信号として、データ転送線154を経てデータ出力回路17のセンスアンプ回路171に入力され、順次デジタル値を検知し、出力される。
Then, after the column lines V0, V1,... Are stabilized according to the amount of incident light, the ramp waveform RAMP is input as the reference voltage REF as a data count period, and compared with the voltages of arbitrary column lines V0, V1,. Is performed by the
In parallel with the input of the ramp waveform RAMP which is a staircase wave, the
The counter value held in the
以上説明したように、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部11と、デジタルデータを転送する複数のデータ転送線154−0〜164−nと、データ転送線154に接続されたデータ出力回路17−0〜17−nと、対応するデータ転送線154に接続され、画素アレイ部11の列線を通して読み出されるアナログ入力レベルに対応したデジタル値を保持しデジタル値をデータ転送線154に転送する複数のカウンタラッチ152−0〜152−nと、複数の保持回路を駆動クロックに同期した選択信号により選択する列走査回路13と、を有し、基本的に、列走査回路13は、クロック供給回路21から供給されるマスタクロックMCKを所定の配線を通してシフトレジスタ131を構成するラッチ131−0〜131−nに分配し、データ出力回路17−0〜17−nは、マスタクロックMCKを基準とするクロックが位相調整された取り込みクロックSACKによりセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力データを取り込むことから、以下の効果を得ることができる。
As described above, the
すなわち、撮像部のデータの水平転送時において、高速化の妨げとなっていたデータのスキュー成分のうち、データの転送距離に起因した位置依存成分を除去することができ、イメージセンサの更なる高速化、あるいは大型化に貢献することができる。
また、データとクロックを同様の転送線上を転送するため、チップ間やウエハ間のプロセスばらつきの影響を相対的に吸収しやすい構成となり、歩留まりの向上を図ることができる。また、データ同期化の取り込みマージンを拡大することができるため、設計が容易となり、設計期間、工数の削減をも実現することができる。
In other words, the position dependent component due to the data transfer distance can be removed from the skew component of the data that has hindered the high speed during the horizontal transfer of the data of the image pickup unit, and the image sensor can be further increased in speed. Can contribute to the increase in size or size.
In addition, since data and a clock are transferred on the same transfer line, it is possible to relatively easily absorb the influence of process variations between chips and between wafers, and the yield can be improved. In addition, since the capture margin for data synchronization can be expanded, the design is facilitated, and the design period and man-hours can be reduced.
なお、以上の説明では、列走査回路13における駆動クロックの分配は、図6や図8に示すように、並列配置されたラッチ131−0〜131−nの略中央部からツリー構造的に均等に分配する方法、あるいは、センスアンプ回路171−0〜171−nの入力から最遠端側のラッチ131−0から順次に分配する方法を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
たとえば図21に示すように、並列配置されたラッチ131−0〜131−nの略中央部から最遠端側および最近端側に分配し、かつ、最遠端側のラッチ131−0および最近端側のラッチ131−nの両側から中央部に向かって分配するように構成することも可能である。
In the above description, the drive clock distribution in the
For example, as shown in FIG. 21, the latches 131-0 to 131-n arranged in parallel are distributed from the substantially central portion to the farthest end side and the nearest end side, and the farthest end latch 131-0 and the nearest end are arranged. It is also possible to configure such that distribution is performed from both sides of the end-side latch 131-n toward the central portion.
このような効果を有する固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。 A solid-state imaging device having such an effect can be applied as an imaging device for a digital camera or a video camera.
図22は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が適用されるカメラシステムの構成の一例を示す図である。 FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a configuration of a camera system to which the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention is applied.
本カメラシステム40は、図22に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子10が適用可能な撮像デバイス41と、この撮像デバイス41の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系、たとえば入射光(像光)を撮像面上に結像させるレンズ42と、撮像デバイス41を駆動する駆動回路(DRV)43と、撮像デバイス41の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)44と、を有する。
As shown in FIG. 22, the
駆動回路43は、撮像デバイス41内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号で撮像デバイス41を駆動する。
The
また、信号処理回路44は、撮像デバイス41の出力信号に対してCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)などの信号処理を施す。
信号処理回路44で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路44で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
The
The image signal processed by the
上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、撮像デバイス41として、先述した固体撮像素子10を搭載することで、高精度なカメラが実現できる。
As described above, a high-precision camera can be realized by mounting the above-described solid-
10・・・固体撮像素子、11・・・画素アレイ部、12・・・行走査回路、13・・・列走査回路、131・・・シフトレジスタ、131−0〜131−n・・・ラッチ、14・・・タイミング制御回路、15・・・ADC群、151・・・比較器、152,152C・・・非同期アップ/ダウンカウンタ、153・・・列並列ADCブロック、154,154−0〜154−n・・・データ転送線、16・・・DAC、17,17D,17E・・・データ出力回路、171,171−0〜171−n,171C,171D・・・センスアンプ(S/A)回路、172.172−0〜172−n,172D,172E・・・データ同期回路、173−0〜173−n・・・第1ラッチ、174−0〜174−n・・・第2ラッチ、175−0〜175−n・・・第1スイッチ、176−0〜176−n・・・第2スイッチ、177−0〜177−n・・・取り込み回路、178・・・データ出力回路、20・・・出力データ処理回路、21・・・クロック供給回路、22,22A,27,28・・・位相調整部、23・・・リピータ、24−0〜24−n,24C・・・擬似クロック記憶部、25,25M,25P・・・擬似クロック転送線、26・・・センスアンプ回路、27・・・位相調整部、28・・・位相調整部、30,30A〜H・・・データ転送系、40・・・カメラシステム、41・・・撮像デバイス、42・・・レンズ、43・・・駆動回路、44・・・信号処理回路、LCLK1・・・駆動クロック供給線、LCLK2・・・駆動クロック分配線、LMCK1,LMCK1A・・・マスタクロック供給線、LSACK,LSACKH・・・クロック供給線、LSLD1〜LSLD4・・・シールド線、LSTRT・・・スタートクロック供給線
DESCRIPTION OF
Claims (22)
上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、
少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、
駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、
マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、
上記取り込みクロック供給部は、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
データ転送回路。 A plurality of transfer lines for transferring data;
A plurality of data output units for detecting the data transferred through the transfer line and capturing the detection data in synchronization with the capture clock;
A plurality of holding units arranged in parallel holding data corresponding to the input level and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal;
A capture clock supply section for supplying the capture clock to the plurality of data output sections;
A clock supply unit for supplying at least a master clock; and
A scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a driving clock and outputs the selection signal to the holding unit;
The transfer line is
Wired in the parallel arrangement direction of the holding units, connected to the corresponding data output unit arranged in the direction,
The scanning unit is
A plurality of selection signal generators arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, and outputting the selection signals to the corresponding holding units in synchronization with a supplied drive clock;
A clock supply line that propagates the master clock and supplies the master clock as a drive clock to the plurality of selection signal generation units,
The capture clock supply unit
A data transfer circuit for supplying the master clock or a clock based on the master clock to the plurality of data output units as the capture clock.
上記クロック供給線によりマスタクロックを上記データ出力部の入力側から最遠端側に伝搬し、当該最遠端に位置する上記選択信号生成部から上記データ出力部の入力側から最近端に位置する上記選択信号生成部に向かって順番に上記駆動クロックを供給する
請求項1記載のデータ転送回路。 The scanning unit is
The master clock is propagated from the input side of the data output unit to the farthest end side by the clock supply line, and is located from the selection signal generation unit located at the farthest end to the nearest end from the input side of the data output unit. The data transfer circuit according to claim 1, wherein the driving clock is supplied in order toward the selection signal generation unit.
上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記駆動クロックの遅延成分と、上記保持部から上記データ出力部の入力までの遅延成分の合計が、上記保持部の配置位置にかかわらず一定である
請求項2記載のデータ転送回路。 The scanning unit is
A drive clock supply line that sequentially propagates the drive clock is wired in the same direction as the transfer line,
3. The data transfer circuit according to claim 2, wherein a sum of a delay component of the drive clock and a delay component from the holding unit to an input of the data output unit is constant regardless of an arrangement position of the holding unit.
上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記取り込みクロック供給部は、
上記駆動クロック供給線を伝搬したクロックを上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項2記載のデータ転送回路。 The scanning unit is
A drive clock supply line that sequentially propagates the drive clock is wired in the same direction as the transfer line,
The capture clock supply unit
The data transfer circuit according to claim 2, wherein a clock propagated through the drive clock supply line is supplied to the plurality of data output units as the capture clock.
マスタクロックを伝搬するマスタクロック供給線が上記駆動クロック供給線に並行するように形成されて、上記データ出力部の入力側から最遠端側で当該駆動クロック供給線に接続され、
少なくとも、上記マスタクロック供給線と上記駆動クロック供給線との間に、固定電位に接続されたシールド線が形成されている
請求項2から4のいずれか一に記載のデータ転送回路。 The scanning unit is
A master clock supply line for propagating the master clock is formed so as to be parallel to the drive clock supply line, and is connected to the drive clock supply line on the farthest end side from the input side of the data output unit,
The data transfer circuit according to claim 2, wherein a shield line connected to a fixed potential is formed at least between the master clock supply line and the drive clock supply line.
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項1記載のデータ転送回路。 A pseudo transfer line wired in the same direction as the transfer line;
A plurality of units arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units and transferring the pseudo data to the corresponding pseudo transfer line in response to the selection signal generated in synchronization with the drive clock based on the master clock A pseudo data storage unit,
The capture clock supply unit
The data transfer circuit according to claim 1, wherein the pseudo data is supplied to the plurality of data output units as the fetch clock.
請求項6記載のデータ転送回路。 The data transfer circuit according to claim 6, wherein the pseudo data by the plurality of pseudo data storage units has the same frequency as the data and is a repeating pattern of 1s and 0s.
上記取り込みクロックとなる擬似データレベル遷移の際の立ち下りエッジ、および立ち上がりエッジの両方に同期して相補的にデータを取り込む取り込み部を有する
請求項7記載のデータ転送回路。 The data output part
The data transfer circuit according to claim 7, further comprising a capturing unit that captures data complementarily in synchronization with both a falling edge and a rising edge at the time of pseudo data level transition as the capturing clock.
上記取り込み部で取り込んだデータを、上記マスタクロックを基準とするクロックで再度取り込むデータ同期回路を有する
請求項8記載のデータ転送回路。 The data output part
The data transfer circuit according to claim 8, further comprising a data synchronization circuit that takes in the data fetched by the fetching unit again with a clock based on the master clock.
請求項1から9のいずれか一に記載のデータ転送回路。 The data transfer circuit according to claim 1, wherein the capture clock supply unit has a function of adjusting a phase of a supply clock.
上記クロック供給線と同程度の配線負荷を有する取り込みクロック供給線を有し、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記取り込みクロック供給線を介して上記複数のデータ出力部に供給する
請求項2に記載のデータ転送回路。 The capture clock supply unit
A capture clock supply line having a wiring load comparable to the clock supply line;
The data transfer circuit according to claim 2, wherein the master clock or a clock based on the master clock is supplied to the plurality of data output units as the capture clock via the capture clock supply line.
請求項11に記載のデータ転送回路。 The data transfer circuit according to claim 11, wherein a wiring load of at least one of the drive clock supply line and the capture clock supply line is variable.
データを転送する複数の転送線と、
上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、
少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、
駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、
マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、
上記取り込みクロック供給部は、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
固体撮像素子。 An imaging unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A plurality of transfer lines for transferring data;
A plurality of data output units for detecting the data transferred through the transfer line and capturing the detection data in synchronization with the capture clock;
A plurality of holding units arranged in parallel holding data corresponding to the input level and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal;
A capture clock supply section for supplying the capture clock to the plurality of data output sections;
A clock supply unit for supplying at least a master clock; and
A scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a driving clock and outputs the selection signal to the holding unit;
The transfer line is
Wired in the parallel arrangement direction of the holding units, connected to the corresponding data output unit arranged in the direction,
The scanning unit is
A plurality of selection signal generators arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, and outputting the selection signals to the corresponding holding units in synchronization with a supplied drive clock;
A clock supply line that propagates the master clock and supplies the master clock as a drive clock to the plurality of selection signal generation units,
The capture clock supply unit
A solid-state imaging device that supplies the master clock or a clock based on the master clock to the plurality of data output units as the capture clock.
上記クロック供給線によりマスタクロックを上記データ出力部の入力側から最遠端側に伝搬し、当該最遠端に位置する上記選択信号生成部から上記データ出力部の入力側から最近端に位置する上記選択信号生成部に向かって順番に上記駆動クロックを供給し、かつ、上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記取り込みクロック供給部は、
上記駆動クロック供給線を伝搬したクロックを上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項13記載の固体撮像素子。 The scanning unit is
The master clock is propagated from the input side of the data output unit to the farthest end side by the clock supply line, and is located from the selection signal generation unit located at the farthest end to the nearest end from the input side of the data output unit. A drive clock supply line that sequentially supplies the drive clock toward the selection signal generation unit and that sequentially propagates the drive clock is wired in the same direction as the transfer line,
The capture clock supply unit
The solid-state imaging device according to claim 13, wherein a clock propagated through the drive clock supply line is supplied to the plurality of data output units as the capture clock.
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項13記載の固体撮像素子。 A pseudo transfer line wired in the same direction as the transfer line;
A plurality of units arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units and transferring the pseudo data to the corresponding pseudo transfer line in response to the selection signal generated in synchronization with the drive clock based on the master clock A pseudo data storage unit,
The capture clock supply unit
The solid-state imaging device according to claim 13, wherein the pseudo data is supplied to the plurality of data output units as the capture clock.
上記クロック供給線と同程度の配線負荷を有する取り込みクロック供給線を有し、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記取り込みクロック供給線を介して上記複数のデータ出力部に供給する
請求項13に記載の固体撮像素子。 The capture clock supply unit
A capture clock supply line having a wiring load comparable to the clock supply line;
The solid-state imaging device according to claim 13, wherein the master clock or a clock based on the master clock is supplied as the capture clock to the plurality of data output units via the capture clock supply line.
請求項16に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 16, wherein a wiring load of at least one of the drive clock supply line and the capture clock supply line is variable.
上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、
上記撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、
データを転送する複数の転送線と、
上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、
少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、
駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、
マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、
上記取り込みクロック供給部は、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
カメラシステム。 A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the image sensor;
A signal processing circuit for processing an output image signal of the imaging device,
The solid-state imaging device is
An imaging unit in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix;
A plurality of transfer lines for transferring data;
A plurality of data output units for detecting the data transferred through the transfer line and capturing the detection data in synchronization with the capture clock;
A plurality of holding units arranged in parallel holding data corresponding to the input level and transferring the data to the corresponding transfer line in response to a selection signal;
A capture clock supply section for supplying the capture clock to the plurality of data output sections;
A clock supply unit for supplying at least a master clock; and
A scanning unit that generates the selection signal in synchronization with a driving clock and outputs the selection signal to the holding unit;
The transfer line is
Wired in the parallel arrangement direction of the holding units, connected to the corresponding data output unit arranged in the direction,
The scanning unit is
A plurality of selection signal generators arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units, and outputting the selection signals to the corresponding holding units in synchronization with a supplied drive clock;
A clock supply line that propagates the master clock and supplies the master clock as a drive clock to the plurality of selection signal generation units,
The capture clock supply unit
A camera system that supplies the master clock or a clock based on the master clock to the plurality of data output units as the capture clock.
上記クロック供給線によりマスタクロックを上記データ出力部の入力側から最遠端側に伝搬し、当該最遠端に位置する上記選択信号生成部から上記データ出力部の入力側から最近端に位置する上記選択信号生成部に向かって順番に上記駆動クロックを供給し、かつ、上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記取り込みクロック供給部は、
上記駆動クロック供給線を伝搬したクロックを上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項18記載のカメラシステム。 The scanning unit is
The master clock is propagated from the input side of the data output unit to the farthest end side by the clock supply line, and is located from the selection signal generation unit located at the farthest end to the nearest end from the input side of the data output unit. A drive clock supply line that sequentially supplies the drive clock toward the selection signal generation unit and that sequentially propagates the drive clock is wired in the same direction as the transfer line,
The capture clock supply unit
19. The camera system according to claim 18, wherein a clock propagated through the drive clock supply line is supplied to the plurality of data output units as the capture clock.
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項18記載のカメラシステム。 A pseudo transfer line wired in the same direction as the transfer line;
A plurality of units arranged corresponding to the parallel arrangement of the holding units and transferring the pseudo data to the corresponding pseudo transfer line in response to the selection signal generated in synchronization with the drive clock based on the master clock A pseudo data storage unit,
The capture clock supply unit
The camera system according to claim 18, wherein the pseudo data is supplied to the plurality of data output units as the capture clock.
上記クロック供給線と同程度の配線負荷を有する取り込みクロック供給線を有し、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記取り込みクロック供給線を介して上記複数のデータ出力部に供給する
請求項18に記載のカメラシステム。 The capture clock supply unit
A capture clock supply line having a wiring load comparable to the clock supply line;
The camera system according to claim 18, wherein the master clock or a clock based on the master clock is supplied to the plurality of data output units via the capture clock supply line as the capture clock.
請求項21に記載のカメラシステム。 The camera system according to claim 21, wherein a wiring load of at least one of the drive clock supply line and the capture clock supply line is variable.
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