JP2009303042A - Digital/analog conversion circuit, solid-state imaging apparatus, camera system and method for analog conversion of digital code - Google Patents

Digital/analog conversion circuit, solid-state imaging apparatus, camera system and method for analog conversion of digital code Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a D/A conversion technique which is effective for reducing noise in a lateral streak shape in an image, while avoiding increase in current consumption of a D/A converter. <P>SOLUTION: A digital/analog (D/A) conversion circuit includes a regulator which outputs a reference voltage from a driver; and an analog voltage output section, to which the reference voltage output from the regulator is supplied, for outputting an analog voltage corresponding to an input code. Then, control is performed for varying the size of the driver inside the regulator, according to the input code. Thus, a gate voltage of the driver is suppressed from being varied by re-regulation, or the like, and the transient response property required for the regulator can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタル・アナログ変換回路とデジタルコードのアナログ変換方法、及びそのデジタル・アナログ変換回路を備えた固体撮像装置、並びにその固体撮像装置を備えたカメラシステムに関する。   The present invention relates to a digital / analog conversion circuit, a digital code analog conversion method, a solid-state imaging device including the digital-analog conversion circuit, and a camera system including the solid-state imaging device.

固体撮像装置として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のイメージセンサが知られている。CMOSイメージセンサは、CMOS LSIの製造プロセスをベースに作られるため、このプロセスを流用してイメージセンサ以外の機能を同一のチップ内に容易に組み込むことができる。この特性を利用して、アナログ・デジタル・コンバータ(ADC)を画素の列毎に設け、画素が出力する画素値(アナログ電圧値)からデジタルデータへの変換処理を各列で並行して行うことが行われている。この方式は、カラムADC方式と呼ばれている。   A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor is known as a solid-state imaging device. Since a CMOS image sensor is manufactured based on a CMOS LSI manufacturing process, functions other than the image sensor can be easily incorporated in the same chip by using this process. Using this characteristic, an analog-digital converter (ADC) is provided for each column of pixels, and conversion processing from pixel values (analog voltage values) output by the pixels to digital data is performed in parallel in each column. Has been done. This method is called a column ADC method.

カラムADC方式の場合に、画素値をA/D(Analog/Digital)変換する構成の詳細については、後述する実施の形態で詳細に説明するが、簡単に示す以下のような原理による。即ち、各画素の画素値を読み出す周期でカウンタを動作させ、そのカウンタのカウント値で示されるコードに対応して、電圧レベルが順に変化するスロープ波形を作成する。このスロープ波形の作成は、コードの値に応じたアナログ電圧波形を得る処理であり、D/A(Digital/Analog)変換に相当する。作成されたスロープ波形は、各画素値を読み出す周期に連動してレベルの上下を繰り返すことになる。
そのようにして作成されたアナログ電圧のスロープ波形を、比較器の一方の入力端に供給する。また、この比較器の他方の入力端に、そのとき読み出した画素値を供給し、スロープ波形が画素値を越えたタイミングを検出し、そのタイミングのカウント値をラッチさせる。そのラッチされたカウント値が、該当する画素のデジタルデータとなって出力される。
In the case of the column ADC system, details of the configuration for A / D (Analog / Digital) conversion of pixel values will be described in detail in an embodiment to be described later. That is, the counter is operated at a cycle of reading the pixel value of each pixel, and a slope waveform in which the voltage level changes in order corresponding to the code indicated by the count value of the counter is created. The creation of the slope waveform is a process of obtaining an analog voltage waveform corresponding to the code value, and corresponds to D / A (Digital / Analog) conversion. The created slope waveform repeats up and down levels in conjunction with the cycle of reading each pixel value.
The analog voltage slope waveform thus generated is supplied to one input terminal of the comparator. Further, the pixel value read at that time is supplied to the other input terminal of the comparator, the timing at which the slope waveform exceeds the pixel value is detected, and the count value at that timing is latched. The latched count value is output as digital data of the corresponding pixel.

図11は、このようなA/D変換を行う場合の比較器に供給されるスロープ波形の例を示したものである。この例では、スロープ波形電圧Vaは、1回のA/D変換を行うごとにレベルが順に低下する波形であり、次のA/D変換を行う毎にレベルが元に復帰する。   FIG. 11 shows an example of the slope waveform supplied to the comparator when such A / D conversion is performed. In this example, the slope waveform voltage Va is a waveform whose level decreases in order each time one A / D conversion is performed, and the level returns to the original each time the next A / D conversion is performed.

このような、カラムADC方式によりA/D変換を行う固体撮像素子については、例えば特許文献1に記載されている。
特開2007−59991号公報
Such a solid-state imaging device that performs A / D conversion by the column ADC method is described in Patent Document 1, for example.
JP 2007-59991 A

ところで、カラムADC方式の場合には、行方向に配置された画素の出力信号を、複数のA/D変換器で同時にA/D変換処理し、これを列方向に繰り返すことにより、1フレーム分の画素信号を全てデジタル変換する構成としてある。このため、横方向に並んだ画素は、同時にA/D変換処理されるが、縦方向に上下に並んだ画素は、A/D変換処理されるタイミングが異なる。
このため、A/D変換処理時にノイズの影響を受けると、上下の列で影響を受けるノイズ量が異なる可能性があり、そのような場合には、デジタル変換される画像として、横筋状のノイズが発生してしまう問題があった。
特に上述したスロープ電圧の基準電圧(DACリファレンス電圧)をシリーズレギュレータなどで得ている場合、このシリーズレギュレータの電源リップル耐性の不足からDACリファレンスに電源ノイズが重畳して、横筋状のノイズが発生することがあった。
By the way, in the case of the column ADC system, the output signals of the pixels arranged in the row direction are simultaneously subjected to A / D conversion processing by a plurality of A / D converters, and this is repeated in the column direction, thereby one frame worth. The pixel signals are all digitally converted. For this reason, pixels arranged in the horizontal direction are simultaneously subjected to A / D conversion processing, but pixels arranged vertically in the vertical direction have different timings for A / D conversion processing.
For this reason, if affected by noise during A / D conversion processing, the amount of noise affected by the upper and lower columns may be different. In such a case, horizontal streak noise is used as the digitally converted image. There was a problem that would occur.
In particular, when the reference voltage (DAC reference voltage) of the slope voltage described above is obtained by a series regulator or the like, the power supply noise is superimposed on the DAC reference due to insufficient power supply ripple resistance of the series regulator, and horizontal streak noise is generated. There was a thing.

ここで、例えばスロープ電圧は、電流値が時間的に一定の変化率で単調に増減する様に、複数の定電流源をデジタル制御して固定抵抗に流し、その抵抗体の両端に生じる電圧差から得ることが出来る。また、A/D変換においてゲインを調整する場合には、スロープ電圧生成時に制御される複数の定電流源の値を一律にデジタル的に増減する仕組みを用意し、スロープ電圧の傾斜を高精度に変化させる技術が特許文献1によって提案されている。   Here, for example, the slope voltage is a voltage difference generated between both ends of the resistor by digitally controlling a plurality of constant current sources so that the current value monotonously increases and decreases at a constant rate of change with time. Can be obtained from In addition, when adjusting the gain in A / D conversion, a mechanism is provided to uniformly increase or decrease the values of a plurality of constant current sources controlled at the time of slope voltage generation so that the slope of the slope voltage can be adjusted with high accuracy. A technique for changing is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707.

シリーズレギュレータの電源リップル耐性を向上させるには、出力端子に容量を接続するか、レギュレータ自身の電源端子にローパスフィルタを挿入するのが簡単である。また熱ノイズ抑制の観点からもシリーズレギュレータの帯域は適度に下げておくことが望ましい。しかし、この様な手段を用いるとレギュレータの負荷変動に対する過渡応答特性を著しく損なうことになる。過渡応答特性を損なうと、A/D変換の終了から次のAD変換開始の間や、フレーム間でゲイン調整が生じた際の急激な負荷変動に、レギュレータの応答スピードが間に合わないといった問題があった。
例えば図11のスロープ電圧の例では、スロープ電圧Vaが最も下がった状態から、最も上がった状態になったとき、図11に破線で示した電圧Vbのように、過渡応答特性の不足により、歪んだスロープ電圧となってしまう。この歪みは、負荷電流が急に少なくなりDACリファレンスが目標値より上昇するために発生している。
To improve the power supply ripple resistance of the series regulator, it is easy to connect a capacitor to the output terminal or insert a low-pass filter to the power supply terminal of the regulator itself. From the viewpoint of thermal noise suppression, it is desirable to reduce the bandwidth of the series regulator appropriately. However, when such a means is used, the transient response characteristic with respect to the load fluctuation of the regulator is remarkably impaired. If the transient response characteristics are impaired, there is a problem that the response speed of the regulator is not in time for sudden load fluctuations when gain adjustment occurs between the end of A / D conversion and the next AD conversion or between frames. It was.
For example, in the example of the slope voltage shown in FIG. 11, when the slope voltage Va changes from the lowest state to the highest state, distortion occurs due to insufficient transient response characteristics, such as the voltage Vb indicated by the broken line in FIG. It becomes a slope voltage. This distortion occurs because the load current suddenly decreases and the DAC reference rises above the target value.

シリーズレギュレータは、出力端子と電源端子の間に分圧抵抗を挿入し、出力電圧の分圧成分と基準電圧をエラーアンプにて比較し、目標電圧との誤差を減少させる方向にドライバのゲート電圧を制御して定電圧を出力するように構成された負帰還回路である。このため基本的に負荷変動に対する応答遅延を避けることが出来ない。よって、イメージセンサのDACリファレンスに適用する場合には、この応答遅延を動作上問題とならない程度に抑えることと同時に負荷変動が起こりにくい構成をとる必要がある。   The series regulator inserts a voltage dividing resistor between the output terminal and the power supply terminal, compares the divided component of the output voltage and the reference voltage with an error amplifier, and reduces the error from the target voltage in the direction of the driver gate voltage. Is a negative feedback circuit configured to output a constant voltage. For this reason, it is basically impossible to avoid a delay in response to load fluctuations. Therefore, when applied to a DAC reference of an image sensor, it is necessary to adopt a configuration in which the response delay is suppressed to such an extent that it does not cause an operation problem, and at the same time, a load fluctuation hardly occurs.

例えば、D/A変換器ではスロープ電圧の出力値に応じて固定抵抗に流す電流値を変化させているが、DACリファレンスにかかる負荷変動を抑制するために固定抵抗を通さないパスで無効電流を流し続け、スロープ電圧の上昇、または降下に伴って負荷電流が変動しない構成とすることがあった。
これと同様に、ゲイン調整時においても定電流の総和が変わらない様に無効電流を流し続ける様にすれば、全動作を通じて負荷が一定となり、レギュレータの過渡応答特性を下げても問題は生じない。
しかしながらこれでは消費電流が大きくなりシステム全体としての性能が劣化する。
For example, in the D / A converter, the current value that flows through the fixed resistor is changed according to the output value of the slope voltage, but in order to suppress the load fluctuation applied to the DAC reference, the reactive current is passed through the path that does not pass through the fixed resistor. In some cases, the load current does not fluctuate as the slope voltage rises or falls.
Similarly, if the reactive current is kept flowing so that the total constant current does not change during gain adjustment, the load will be constant throughout the entire operation, and there will be no problem even if the transient response characteristics of the regulator are lowered. .
However, this increases current consumption and degrades the performance of the entire system.

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、D/A変換器の消費電流増加を避けながら、イメージでの横筋状のノイズ低減に有効な技術を提案することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to propose a technique effective for reducing horizontal streak noise in an image while avoiding an increase in current consumption of a D / A converter.

本発明は、基準電圧をドライバから出力するレギュレータと、そのレギュレータから出力される基準電圧が供給されて、入力したコードに応じたアナログ電圧を出力するアナログ電圧出力部とを備えた構成とする。そして、レギュレータ内のドライバのサイズを、入力したコードに応じて可変させる制御を行う。   The present invention includes a regulator that outputs a reference voltage from a driver, and an analog voltage output unit that is supplied with the reference voltage output from the regulator and outputs an analog voltage corresponding to the input code. Then, control is performed to vary the size of the driver in the regulator according to the input code.

本発明によると、レギュレータ内のドライバのサイズを、入力したコードに応じて可変することで、ドライバのゲート電圧が再調整などによって変化することが抑制され、レギュレータに求められる過渡応答特性を下げることが可能となる。このようにしてレギュレータの電源リップル耐性を向上させることで、ノイズの影響によるスロープ電圧の歪みをなくすことができ、スロープ電圧波形を使用した画素信号のデジタル変換などを、正確に行えるようになる。この結果、デジタル変換された画素データに、横筋状のノイズが発生することを阻止できるようになる。   According to the present invention, by changing the size of the driver in the regulator according to the input code, it is possible to suppress the change in the gate voltage of the driver due to readjustment, etc., and to reduce the transient response characteristic required for the regulator. Is possible. By improving the power supply ripple resistance of the regulator in this way, distortion of the slope voltage due to the influence of noise can be eliminated, and digital conversion of the pixel signal using the slope voltage waveform can be performed accurately. As a result, it is possible to prevent horizontal streak noise from occurring in the digitally converted pixel data.

本発明によると、レギュレータのドライバが供給する電流と負荷の関係を常に一定に保つことが可能となり、ドライバのゲート電圧を高速に制御する必要がなくなる。その結果、レギュレータのエラーアンプに要求されるスピードが低くなり、レギュレータ自身の電源端子にローパスフィルタを挿入したり、出力段に大きな容量を接続するなどして、ノイズ対策や、リップル除去能力の向上が容易に行えるようになる。
また本発明の回路構成を用いることで、従来負荷変動を抑制するために流していた無効電流を流す必要がなくなり、システム全体の省電力化に大きく貢献する。
According to the present invention, the relationship between the current supplied by the regulator driver and the load can be kept constant, and the gate voltage of the driver need not be controlled at high speed. As a result, the speed required for the error amplifier of the regulator is reduced. Inserting a low-pass filter into the power supply terminal of the regulator or connecting a large capacitor to the output stage improves noise suppression and ripple removal capability. Can be easily performed.
Further, by using the circuit configuration of the present invention, it is not necessary to flow the reactive current that has been flown in order to suppress the load fluctuation in the past, which greatly contributes to power saving of the entire system.

以下、本発明の実施の形態の例を、図1〜図10を参照して説明する。本実施の形態においては、以下の順序で説明する。
1.第1の実施の形態[基本的な構成例:図1〜図6]
2.第2の実施の形態[基本的な構成例に加えてゲイン用DACを備え、ゲイン制御用ドライバとレギュレータのドライバを連動させる構成例:図7、図8]
3.第3の実施の形態[基本的な構成を用いてゲイン用DACを備え、ゲイン制御用ドライバとレギュレータのドライバを連動させる例:図9、図10]
なお、以下の説明においては、デジタル・アナログ変換をDAC、アナログ・デジタル変換をADCと略して称する場合もある。
Examples of embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. This embodiment will be described in the following order.
1. First embodiment [basic configuration example: FIGS. 1 to 6]
2. 2. Second Embodiment [Configuration Example with Gain DAC in addition to Basic Configuration Example and Linking Gain Control Driver and Regulator Driver: FIGS. 7 and 8]
3. Third Embodiment [Example in which a gain DAC is provided using a basic configuration, and a gain control driver and a regulator driver are linked to each other: FIGS. 9 and 10]
In the following description, digital / analog conversion may be abbreviated as DAC and analog / digital conversion may be abbreviated as ADC.

1.第1の実施の形態の例
[デジタル・アナログ変換回路の構成]
図1は、本実施の形態の例の、デジタル・アナログ変換回路の構成例である。
本実施の形態のデジタル・アナログ変換回路は、DACリファレンス用レギュレータ100を備える。DACリファレンス用レギュレータ100は、デジタル・アナログ変換用基準電圧(DACリファレンス電圧)を生成させる。DACリファレンス用レギュレータ100は、定電圧を出力するように構成された負帰還回路であり、DACリファレンス電圧を得るためのPチャンネル型の電界効果トランジスタで構成されるドライバ105を備える。本例のドライバ105は、サイズを複数段階に可変出来る構成としてある。そのドライバサイズを可変させる構成としては、例えば複数の電界効果トランジスタを並列接続して、動作させるトランジスタの選択で、サイズを可変させる。このサイズを可変させる具体的な構成例については後述する。
1. Example of First Embodiment [Configuration of Digital / Analog Conversion Circuit]
FIG. 1 is a configuration example of a digital / analog conversion circuit of the example of the present embodiment.
The digital / analog conversion circuit of the present embodiment includes a DAC reference regulator 100. The DAC reference regulator 100 generates a digital / analog conversion reference voltage (DAC reference voltage). The DAC reference regulator 100 is a negative feedback circuit configured to output a constant voltage, and includes a driver 105 configured by a P-channel field effect transistor for obtaining a DAC reference voltage. The driver 105 of this example is configured to be variable in size in a plurality of stages. As a configuration for changing the driver size, for example, a plurality of field effect transistors are connected in parallel, and the size is changed by selecting a transistor to be operated. A specific configuration example for changing the size will be described later.

このPチャンネル型の電界効果トランジスタのドライバ105は、ソースを電源電圧Vddが得られる端子に接続してあり、ドレインを、抵抗器112を介してDAC出力端子111に接続してある。
ドライバ105のゲートは、エラーアンプ102の出力により制御される。エラーアンプ102は、抵抗器112で分圧されたレギュレータ100の出力電圧と、電圧源101からの基準電圧とを比較して、目標とする電圧との誤差を検出して、その誤差をドライバ105のゲートに供給する。ドライバ105と抵抗器112との接続点には、可変抵抗器103及びコンデンサ104の一端が接続してあり、可変抵抗器103及びコンデンサ104の他端を接地させてある。そして、可変抵抗器103で分圧された電圧信号を、エラーアンプ102に入力させる。このように構成したことで、エラーアンプ102でDACリファレンス用レギュレータ100の出力と目標電圧とを比較して、目標電圧との誤差を減少させる方向にドライバのゲート電圧を制御して定電圧を出力するようになる。
The driver 105 of this P-channel type field effect transistor has a source connected to a terminal from which the power supply voltage Vdd can be obtained, and a drain connected to the DAC output terminal 111 via a resistor 112.
The gate of the driver 105 is controlled by the output of the error amplifier 102. The error amplifier 102 compares the output voltage of the regulator 100 divided by the resistor 112 with the reference voltage from the voltage source 101, detects an error from the target voltage, and detects the error from the driver 105. Supply to the gate. One end of the variable resistor 103 and the capacitor 104 is connected to a connection point between the driver 105 and the resistor 112, and the other end of the variable resistor 103 and the capacitor 104 is grounded. Then, the voltage signal divided by the variable resistor 103 is input to the error amplifier 102. With this configuration, the error amplifier 102 compares the output of the DAC reference regulator 100 with the target voltage, and outputs a constant voltage by controlling the gate voltage of the driver in a direction that reduces the error from the target voltage. To come.

そして、抵抗器112とDAC出力端子111との接続点を、Nチャンネル型の電界効果トランジスタで構成されるランプ波用DAC110のドレインに接続する。なお、以下の説明では、このDAC110を構成するトランジスタに、符号110を付して説明する場合もある。このランプ波用DAC110を構成する電界効果トランジスタは、ソースを接地電位部に接続し、ゲートをトランジスタ122のゲートに接続する。ランプ波用DAC110を構成するトランジスタは、可変構成としてあり、そのトランジスタの可変設定で、DAC出力端子111から出力される電圧が決まる。トランジスタ110の設定と、上述したレギュレータ100のドライバ105のサイズの設定は、連動して設定される構成としてある。その設定される構成としては、例えば複数の電界効果トランジスタを並列接続して、動作させるトランジスタの選択で、サイズを可変させる。このサイズを可変させる具体的な構成例についても後述する。   Then, the connection point between the resistor 112 and the DAC output terminal 111 is connected to the drain of the ramp DAC 110 composed of an N-channel field effect transistor. In the following description, the transistor constituting the DAC 110 may be described with reference numeral 110. The field effect transistor constituting the ramp wave DAC 110 has a source connected to the ground potential portion and a gate connected to the gate of the transistor 122. The transistors constituting the ramp-wave DAC 110 are variable, and the voltage output from the DAC output terminal 111 is determined by the variable setting of the transistors. The setting of the transistor 110 and the setting of the size of the driver 105 of the regulator 100 described above are configured in conjunction with each other. As the configuration to be set, for example, a plurality of field effect transistors are connected in parallel, and the size is varied by selecting a transistor to be operated. A specific configuration example for changing the size will also be described later.

ランプ波用DAC110を構成する電界効果トランジスタとゲートが接続されたトランジスタ122は、Nチャンネル型の電界効果トランジスタである。このトランジスタ122は、電流源121からの電流がドレインに供給され、ソースを接地電位部に接続してある。電流源121は、電源Vddを電源として一定の電流を供給する。
トランジスタ110とトランジスタ122はカレントミラー接続としてある。
A transistor 122 having a gate connected to a field effect transistor constituting the ramp DAC 110 is an N-channel field effect transistor. In this transistor 122, the current from the current source 121 is supplied to the drain, and the source is connected to the ground potential portion. The current source 121 supplies a constant current using the power source Vdd as a power source.
The transistors 110 and 122 are in a current mirror connection.

このような構成として、DAC出力端子111から出力される電圧を、画素信号をデジタル変換するための基準電圧として供給する。固体撮像装置内でデジタル変換する構成については、固体撮像装置の全体構成を説明する際に後述する。   With such a configuration, the voltage output from the DAC output terminal 111 is supplied as a reference voltage for digital conversion of the pixel signal. The configuration for digital conversion in the solid-state imaging device will be described later when the overall configuration of the solid-state imaging device is described.

図2は、図1に示したレギュレータ100のドライバ105と、ランプ波用DAC110を構成するトランジスタについての詳細な構成例を示したものである。この図2は、図1中に破線で囲って示すA部の構成を示すものである。   FIG. 2 shows a detailed configuration example of the driver 105 of the regulator 100 shown in FIG. 1 and the transistors constituting the ramp-wave DAC 110. FIG. 2 shows the configuration of the A portion surrounded by a broken line in FIG.

図2の例では、図1に示したドライバ105は、2個のトランジスタを直列したものを、並列に複数組用意する。即ち、2個のPチャンネル型の電界効果トランジスタQ11,Q12を用意し、トランジスタQ11のソースを電源Vddに接続し、トランジスタQ11のドレインをトランジスタQ12のソースに接続する。トランジスタQ12のドレインを、抵抗器12を介してDAC出力端子111側に接続する。   In the example shown in FIG. 2, the driver 105 shown in FIG. 1 prepares a plurality of sets of two transistors in series. That is, two P-channel field effect transistors Q11 and Q12 are prepared, the source of the transistor Q11 is connected to the power supply Vdd, and the drain of the transistor Q11 is connected to the source of the transistor Q12. The drain of the transistor Q12 is connected to the DAC output terminal 111 side through the resistor 12.

トランジスタQ11のゲートは、エラーアンプ102(図1)の出力端子102aと接続する。トランジスタQ12のゲートには、後述するDACコード生成部116の出力データが、インバータ素子113を介して供給される。また、トランジスタQ12のドレインは、基準電圧出力端子106に接続される。   The gate of the transistor Q11 is connected to the output terminal 102a of the error amplifier 102 (FIG. 1). Output data of a DAC code generation unit 116, which will be described later, is supplied to the gate of the transistor Q12 via the inverter element 113. The drain of the transistor Q12 is connected to the reference voltage output terminal 106.

そして、トランジスタQ11,Q12と並列に、同様の接続構成の組のトランジスタQ13とQ14、Q15とQ16、・・・を所定組数用意する。各組の一方のトランジスタQ11,Q13,Q15のゲートには、エラーアンプ102(図1)の出力端子102aが共通に供給されて、共通にオンオフが制御される。また、各組の他方のトランジスタQ12,Q14,Q16は、それぞれ、DACコード生成部116の異なるビット位置の出力データが、それぞれ別のインバータ素子113,114,115・・・により供給されて、個別にオンオフが制御される。この各組の他方のトランジスタQ12,Q14,Q16が、レギュレータ100のドライバサイズ制御部として機能するものである。   In parallel with the transistors Q11 and Q12, a predetermined number of pairs of transistors Q13 and Q14, Q15 and Q16,. The output terminal 102a of the error amplifier 102 (FIG. 1) is commonly supplied to the gates of the transistors Q11, Q13, and Q15 of each group, and the ON / OFF is commonly controlled. Also, the other transistors Q12, Q14, Q16 of each set are individually supplied with output data at different bit positions of the DAC code generator 116 by different inverter elements 113, 114, 115,. ON / OFF is controlled. The other transistors Q12, Q14, Q16 of each set function as a driver size control unit of the regulator 100.

ランプ波用DAC110を構成するトランジスタについても、2個のトランジスタを直列したものを、並列に複数組用意する。即ち、2個のNチャンネル型の電界効果トランジスタQ21,Q22を用意し、トランジスタQ21のドレインを、抵抗器112とDAC出力端子111との接続点に接続し、トランジスタQ21のソースをトランジスタQ22のドレインに接続する。トランジスタQ22のソースを、接地電位部に接続する。   As for the transistors constituting the ramp-wave DAC 110, a plurality of parallel sets of two transistors are prepared in parallel. That is, two N-channel field effect transistors Q21 and Q22 are prepared, the drain of the transistor Q21 is connected to the connection point between the resistor 112 and the DAC output terminal 111, and the source of the transistor Q21 is connected to the drain of the transistor Q22. Connect to. The source of transistor Q22 is connected to the ground potential portion.

トランジスタQ21のゲートには、DACコード生成部116の出力データが供給されて、オンオフが制御される。トランジスタQ22のゲートは、端子117を介してトランジスタ122(図1)のゲート側と接続される。   The output data of the DAC code generator 116 is supplied to the gate of the transistor Q21 to control on / off. The gate of transistor Q22 is connected to the gate side of transistor 122 (FIG. 1) via terminal 117.

そして、トランジスタQ21,Q22と並列に、同様の接続構成の組のトランジスタQ23とQ24、Q25とQ26、・・・を所定組数用意する。各組の一方のトランジスタQ21,Q23,Q25のゲートは、それぞれ、DACコード生成部116の異なるビット位置の出力データが供給されて、個別にオンオフが制御される。また、各組の他方のトランジスタQ22,Q24,Q26は、端子117を介してトランジスタ122(図1)のゲート側と接続される。   A predetermined number of pairs of transistors Q23 and Q24, Q25 and Q26,... Having the same connection configuration are prepared in parallel with the transistors Q21 and Q22. The gates of one of the transistors Q21, Q23, Q25 in each set are supplied with output data at different bit positions of the DAC code generator 116, and are individually controlled to be turned on / off. The other transistors Q22, Q24, Q26 of each set are connected to the gate side of the transistor 122 (FIG. 1) via a terminal 117.

図2では、DACコード生成部116から3ビット(3本)の信号線が出力される厚生について示したが、実際には、DACコード生成部116で生成されるデジタル値のビット数に対応した信号線が出力され、ドライバ105に相当するトランジスタ組(トランジスタQ11,Q12など)と、ランプ波用DAC110を構成するトランジスタ組(トランジスタQ21,Q22など)とを、それぞれビット数(つまり信号線数)だけ用意する。   In FIG. 2, welfare in which a 3-bit (three) signal line is output from the DAC code generation unit 116 is shown, but in actuality, it corresponds to the number of bits of the digital value generated by the DAC code generation unit 116. A signal line is output, and a transistor group (transistors Q11, Q12, etc.) corresponding to the driver 105 and a transistor group (transistors Q21, Q22, etc.) constituting the ramp DAC 110 are each in the number of bits (that is, the number of signal lines). Just prepare.

[回路の動作及び効果]
図3の波形図は、図2の構成の各トランジスタの制御状態を示した図である。
図3の例では、ドライバ105に相当するトランジスタ組と、ランプ波用DAC110を構成するトランジスタ組とを、用意した例である。
図3(a)〜(c)に示すように、DACコード生成部116の出力コード値に応じて、並列に用意された複数のトランジスタQ21,Q23,Q25,・・・の内のオンするトランジスタの数が制御されて、オン数に応じた電圧値がDAC出力端子111に得られる。本例の場合には、このDAC出力端子111に得られる電圧値が、1画素の信号を読み出す期間ごとに順に低くなるランプ波となるように、DACコード生成部116の出力コード値を設定してある。
[Circuit operation and effects]
The waveform diagram of FIG. 3 is a diagram showing a control state of each transistor having the configuration of FIG.
In the example of FIG. 3, a transistor set corresponding to the driver 105 and a transistor set constituting the ramp DAC 110 are prepared.
As shown in FIGS. 3A to 3C, a transistor that is turned on among a plurality of transistors Q21, Q23, Q25,... Prepared in parallel according to the output code value of the DAC code generation unit 116. The voltage value corresponding to the ON number is obtained at the DAC output terminal 111. In the case of this example, the output code value of the DAC code generation unit 116 is set so that the voltage value obtained at the DAC output terminal 111 becomes a ramp wave that decreases in order for each pixel signal readout period. It is.

そして、この複数のトランジスタQ21,Q23,Q25,・・・の内のオンするトランジスタの数の制御に連動して、ドライバ105を構成するトランジスタQ12,Q14,Q16,・・・の内のオンするトランジスタの数の制御についても行う構成としてある。即ち、図3(a)〜(c)に示すトランジスタQ21,Q23,Q25のオンに連動して、図3(d)〜(f)に示すトランジスタQ12,Q14,Q16のオン制御も行われる。   Then, the transistors Q12, Q14, Q16,... Constituting the driver 105 are turned on in conjunction with the control of the number of transistors that are turned on among the plurality of transistors Q21, Q23, Q25,. It is also configured to control the number of transistors. That is, the transistors Q12, Q14, and Q16 shown in FIGS. 3D to 3F are turned on in conjunction with the transistors Q21, Q23, and Q25 shown in FIGS.

以上説明したように、レギュレータのドライバを構成するトランジスタを複数組に分割して、それぞれの組のトランジスタを、DACコードにより制御される構成としたことで、適正な制御が行われる。即ち、DACコードにより選択されていないトランジスタにおいても、エラーアンプの出力がゲートに供給され、一方のトランジスタQ11,Q13,Q15のゲート・ソース間の電圧は常に適正な電圧に充電される。そして、他方のトランジスタQ12,Q14,Q16がコード変更によってオフ状態からオン状態に遷移した場合、最小のセットリングタイムで電流を供給することが可能となる。
また、DACコードによって定電流源の値が変化した場合には、ドライバを構成するトランジスタの電流能力も同様の割合で増減し、その結果、ドライバを構成するトランジスタのゲート電圧は常に一定値を保つようになる。したがって、スロープ電圧が変動して、負荷変動が生じてもエラーアンプの出力を大きく上下させる必要がなくなる。
As described above, the transistors constituting the regulator driver are divided into a plurality of sets, and each set of transistors is controlled by the DAC code, whereby appropriate control is performed. That is, even in a transistor not selected by the DAC code, the output of the error amplifier is supplied to the gate, and the voltage between the gate and source of one of the transistors Q11, Q13, and Q15 is always charged to an appropriate voltage. When the other transistors Q12, Q14, and Q16 transition from the off state to the on state due to the code change, it is possible to supply current with the minimum settling time.
In addition, when the value of the constant current source is changed by the DAC code, the current capability of the transistor constituting the driver also increases / decreases at the same rate, and as a result, the gate voltage of the transistor constituting the driver always maintains a constant value. It becomes like this. Therefore, even if the slope voltage fluctuates and a load fluctuates, it is not necessary to greatly increase or decrease the output of the error amplifier.

このため、レギュレータの応答スピードを下げたとしてもデジタル変換に支障をきたすことなく、DAC用のリファレンス電圧を目標値に保つことが可能となる。また、本実施の形態の構成では、スロープ電圧を直接生成する目的以外に無効電流を流し続ける必要がなくなるので、システム全体の省電力化に大きく寄与する。このことは、特に本実施の形態の固体撮像装置を、バッテリなどで駆動されるカメラ装置に適用した場合に、大きな効果を有する。   For this reason, even if the response speed of the regulator is lowered, the DAC reference voltage can be maintained at the target value without causing any trouble in digital conversion. Further, in the configuration of the present embodiment, it is not necessary to continue the reactive current except for the purpose of directly generating the slope voltage, which greatly contributes to power saving of the entire system. This has a great effect particularly when the solid-state imaging device of the present embodiment is applied to a camera device driven by a battery or the like.

[固体撮像装置の全体構成例]
次に、図4を参照して、本実施の形態の構成が適用される固体撮像装置の全体構成例について説明する。
図4は、図1及び図2の構成が適用される固体撮像装置の例として、CMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。
固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有する。各画素からの画素信号の出力は、電圧信号であって、その画素信号処理に、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC)などが列並列に設けられている。
[Example of overall configuration of solid-state imaging device]
Next, an example of the overall configuration of a solid-state imaging device to which the configuration of the present embodiment is applied will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) as an example of the solid-state imaging device to which the configuration of FIGS. 1 and 2 is applied.
The solid-state imaging device 1 includes a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to an incident light amount is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix). . A pixel signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital conversion unit (ADC), and the like are provided in parallel in the pixel signal processing. ing.

“列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素部(撮像部)10に対して列方向の一方の端縁側(図4の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよい。或いは、画素部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。   “The CDS processing function unit and the digital conversion unit are provided in parallel with the column” means that a plurality of CDS processing function units and digital conversion units are provided substantially in parallel with the vertical signal line 19 in the vertical column. Means that Each of the plurality of functional units is arranged only on one edge side in the column direction (the output side arranged on the lower side in FIG. 4) with respect to the pixel unit (imaging unit) 10 when the device is viewed in plan view. It may be in the form of being made. Alternatively, the pixel portion 10 is arranged separately on one edge side in the column direction (output side arranged on the lower side in the figure) and the other edge side (upper side in the figure) on the opposite side. It may be in the form. In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs readout scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

たとえば、列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型に限らず、隣接する複数(たとえば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、N本おき(Nは正の整数;間にN−1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型として説明する。   For example, as a typical example in which a CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column, a CDS processing function unit and a digital conversion unit are arranged for each vertical column in a portion called a column area provided on the output side of the imaging unit. And is a column type that sequentially reads out to the output side. In addition to the column type, a configuration in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns), or every N (N is It is also possible to adopt a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to N vertical signal lines 19 (vertical columns) of a positive integer (with N−1 lines in between). In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.

図4に示すように、固体撮像装置1は、画素形状が概ね正方状の複数の単位画素3が行および列(つまり正方格子状)に配列された画素部(撮像部)10と、画素部10の外側に設けられた駆動制御部7と、カラム処理部26と、カラム処理部26にAD変換用の参照電圧を供給する参照信号生成部27と、出力回路28とを備えている。   As illustrated in FIG. 4, the solid-state imaging device 1 includes a pixel unit (imaging unit) 10 in which a plurality of unit pixels 3 having a substantially square pixel shape are arranged in rows and columns (that is, a square lattice), and a pixel unit. 10 includes a drive control unit 7, a column processing unit 26, a reference signal generation unit 27 that supplies a reference voltage for AD conversion to the column processing unit 26, and an output circuit 28.

駆動制御部7は、画素部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。   The drive control unit 7 has a control circuit function for sequentially reading signals from the pixel unit 10. For example, the drive control unit 7 includes a horizontal scanning circuit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock. And a communication / timing control unit 20 having a function such as generation.

なお、図中、通信・タイミング制御部20の近傍に破線で示すように、高速クロック生成部の一例であって、入力されたクロック周波数よりも高速のクロック周波数のパルスを生成するクロック変換部23を設けるようにしてもよい。通信・タイミング制御部20は、端子5aを介して入力される入力ロック(マスタークロック)CLK0やクロック変換部23で生成された高速クロックに基づいて内部クロックを生成する。   In the figure, as indicated by a broken line in the vicinity of the communication / timing control unit 20, the clock conversion unit 23 is an example of a high-speed clock generation unit that generates a pulse having a clock frequency faster than the input clock frequency. May be provided. The communication / timing control unit 20 generates an internal clock based on the input lock (master clock) CLK0 input via the terminal 5a and the high-speed clock generated by the clock conversion unit 23.

図4では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置されて画素部10が構成される。この単位画素3は、典型的には、受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプとから構成される。   In FIG. 4, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, several tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column, and the pixel unit 10 includes Composed. The unit pixel 3 is typically composed of a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) and an in-pixel amplifier having an amplifying semiconductor element (for example, a transistor).

画素部10は、画像を取り込む有効領域である有効画像領域(有効部)の他に、光学的黒を与える基準画素領域が、有効画像領域の周囲に配されて構成される。一例としては、垂直列方向の上下に数行(たとえば1〜10行)分の光学的黒を与える基準画素が配列され、また、有効画像領域10aを含む水平行における左右に数画素〜数10画素(たとえば3〜40画素)分の光学的黒を与える基準画素が配列される。   In addition to an effective image region (effective portion) that is an effective region for capturing an image, the pixel unit 10 includes a reference pixel region that provides optical black arranged around the effective image region. As an example, reference pixels that give optical black for several rows (for example, 1 to 10 rows) are arranged above and below in the vertical column direction, and several pixels to several tens in the horizontal direction including the effective image region 10a. Reference pixels that provide optical black for pixels (for example, 3 to 40 pixels) are arranged.

光学的黒を与える基準画素は、その受光面側が、フォトダイオードなどからなる電荷生成部に光が入らないように、遮光される。この基準画素からの画素信号は、映像信号の黒基準に使われる。   The reference pixel for providing optical black is shielded on the light receiving surface side so that light does not enter a charge generation unit made of a photodiode or the like. The pixel signal from this reference pixel is used for the black reference of the video signal.

また、この固体撮像装置1は、画素部10をカラー撮像対応にしている。すなわち、画素部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の受光面には、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられている。   Further, in the solid-state imaging device 1, the pixel unit 10 is adapted for color imaging. That is, the light receiving surface of each charge generation unit (photodiode or the like) in the pixel unit 10 is provided with any one of color separation filters including a combination of a plurality of color filters for capturing a color image. Yes.

図4に図示した例は、いわゆるベイヤ(Bayer)配列の基本形のカラーフィルタを用いており、正方格子状に配された単位画素3が赤(R),緑(G),青(B)の3色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が2画素×2画素で配されて画素部10を構成している。   The example shown in FIG. 4 uses a basic color filter of a so-called Bayer array, and unit pixels 3 arranged in a square lattice are red (R), green (G), and blue (B). The repeating unit of the color separation filter is arranged by 2 pixels × 2 pixels so as to correspond to the three-color color filter, thereby constituting the pixel unit 10.

例えば、奇数行奇数列には第1のカラー(赤;R)を感知するための第1のカラー画素を配し、奇数行偶数列および偶数行奇数列には第2のカラー(緑;G)を感知するための第2のカラー画素を配し、偶数行偶数列には第3のカラー(青;B)を感知するための第3のカラー画素を配しており、行ごとに異なったR/G、またはG/Bの2色のカラー画素が市松模様状に配置されている。
このようなベイヤ配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、R/GまたはG/Bの2色が2つごとに繰り返される。
For example, a first color pixel for sensing a first color (red; R) is arranged in an odd-numbered row and an odd-numbered column, and a second color (green; G; ) Is arranged, and the third color pixel for sensing the third color (blue; B) is arranged in the even-numbered row and the even-numbered column, and is different for each row. Further, two color pixels of R / G or G / B are arranged in a checkered pattern.
In the color arrangement of the basic color filter in such a Bayer arrangement, two colors of R / G or G / B are repeated every two in both the row direction and the column direction.

また、駆動制御部7の他の構成要素として、水平走査回路12、垂直走査回路14、および通信・タイミング制御部20が設けられている。水平走査回路12は、カラム処理部26からカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。これらの駆動制御部7の各要素は、画素部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子(撮像デバイス)として構成される。   Further, as other components of the drive control unit 7, a horizontal scanning circuit 12, a vertical scanning circuit 14, and a communication / timing control unit 20 are provided. The horizontal scanning circuit 12 has a function of a reading scanning unit that reads a count value from the column processing unit 26. Each element of these drive control units 7 is formed integrally with a pixel unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to a semiconductor integrated circuit manufacturing technique, and is a solid-state imaging which is an example of a semiconductor system It is configured as an element (imaging device).

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査回路14と、また垂直信号線19を介してカラムAD回路25が垂直列ごとに設けられているカラム処理部26と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査回路14から画素に入る配線全般を示す。   The unit pixel 3 includes a column processing unit 26 in which a vertical scanning circuit 14 is provided via a row control line 15 for row selection, and a column AD circuit 25 is provided for each vertical column via a vertical signal line 19; Each is connected. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning circuit 14.

水平走査回路12や垂直走査回路14は、後述のようにデコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答してシフト動作(走査)を開始するようになっている。このため、行制御線15には、単位画素3を駆動するための種々のパルス信号(たとえば、リセットパルスRST、転送パルスTRF、DRN制御パルスDRNなど)が含まれる。   The horizontal scanning circuit 12 and the vertical scanning circuit 14 include a decoder as will be described later, and start a shift operation (scanning) in response to control signals CN1 and CN2 given from the communication / timing control unit 20. It has become. Therefore, the row control line 15 includes various pulse signals (for example, a reset pulse RST, a transfer pulse TRF, a DRN control pulse DRN, etc.) for driving the unit pixel 3.

通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックを備える。また通信・タイミング制御部20は、端子5aを介してマスタークロックを受け取り、端子5bを介して動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを出力する通信インタフェースの機能ブロックを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 20 includes a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal necessary for the operation of each unit and a pulse signal with a predetermined timing. The communication / timing control unit 20 receives a master clock through the terminal 5a, receives data instructing an operation mode and the like through the terminal 5b, and further outputs data including information on the solid-state imaging device 1. Provide functional blocks.

例えば、水平アドレス信号を水平デコーダ12aへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダ14aへ出力し、各デコーダ12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。   For example, the horizontal address signal is output to the horizontal decoder 12a and the vertical address signal is output to the vertical decoder 14a, and each decoder 12a, 14a receives it and selects a corresponding row or column.

この際、単位画素3を2次元マトリックス状に配置してあるので、画素信号生成部5により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行なう。この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(本例ではデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図ることができる。勿論、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。   At this time, since the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, analog pixel signals generated by the pixel signal generation unit 5 and output in the column direction via the vertical signal lines 19 are arranged in a row unit (column parallel). ) Access and capture (vertical) scan reading. Thereafter, the pixel signal or pixel is read by performing a (horizontal) scan reading in which the pixel signal (in this example, digitized pixel data) is read out to the output side by accessing the row direction which is the arrangement direction of the vertical columns. Data reading speed can be increased. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only the information of the necessary unit pixel 3 is possible by directly addressing the unit pixel 3 to be read out.

また、通信・タイミング制御部20では、端子5aを介して入力されるマスタークロック(マスタークロック)CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを2分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査回路12、垂直走査回路14、カラム処理部26などに供給する。以下、2分周したクロックやそれ以下の周波数のクロック全般を纏めて、低速クロックCLK2という。   In the communication / timing control unit 20, a clock CLK1 having the same frequency as the master clock (master clock) CLK0 input through the terminal 5a, a clock obtained by dividing the clock CLK1, or a low-speed clock obtained by further dividing the device are used as devices. For example, the horizontal scanning circuit 12, the vertical scanning circuit 14, and the column processing unit 26. Hereinafter, the clocks divided by two and all clocks having a frequency lower than that are collectively referred to as a low-speed clock CLK2.

垂直走査回路14は、画素部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。たとえば、垂直方向の読出行を規定する(画素部10の行を選択する)垂直デコーダ14aと、垂直デコーダ14aにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動回路14bとを有する。なお、垂直デコーダ14aは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning circuit 14 selects a row of the pixel unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. For example, a vertical decoder 14a that defines a readout row in the vertical direction (selects a row of the pixel unit 10), and a row control line 15 for the unit pixel 3 on the readout address (in the row direction) defined by the vertical decoder 14a. And a vertical drive circuit 14b for driving by supplying a pulse. Note that the vertical decoder 14a selects a row for electronic shutter, in addition to a row from which a signal is read.

水平走査回路12は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部26のカラムAD回路25を順番に選択し、その信号を水平信号線(水平出力線)18に導くものである。たとえば、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部26内の個々のカラムAD回路25を選択する)水平デコーダ12aと、水平デコーダ12aにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各信号を水平信号線18に導く水平駆動回路12bとを有する。なお、水平信号線18は、たとえばカラムAD回路25が取り扱うビット数n(nは正の整数)分、たとえば10(=n)ビットならば、そのビット数分に対応して10本配置される。   The horizontal scanning circuit 12 sequentially selects the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 in synchronization with the low-speed clock CLK2, and guides the signal to a horizontal signal line (horizontal output line) 18. For example, a horizontal decoder 12a that defines a horizontal readout column (selects each column AD circuit 25 in the column processor 26), and each of the column processors 26 according to a read address defined by the horizontal decoder 12a. A horizontal drive circuit 12b for guiding a signal to the horizontal signal line 18. For example, if the number of horizontal signal lines 18 is n (n is a positive integer) handled by the column AD circuit 25, for example, 10 (= n) bits, 10 horizontal signal lines 18 are arranged corresponding to the number of bits. .

このような構成の固体撮像装置1において、単位画素3から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線19を介して、カラム処理部26のカラムAD回路25に供給される。   In the solid-state imaging device 1 having such a configuration, the pixel signal output from the unit pixel 3 is supplied to the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 via the vertical signal line 19 for each vertical column.

カラム処理部26の各カラムAD回路25は、1列分の画素の信号を受けて、その信号を処理する。たとえば、各カラムAD回路25は、アナログ信号を、たとえば低速クロックCLK2を用いて、たとえば10ビットのデジタルデータに変換するADC回路を持つ。   Each column AD circuit 25 of the column processing unit 26 receives a pixel signal for one column and processes the signal. For example, each column AD circuit 25 has an ADC circuit that converts an analog signal into, for example, 10-bit digital data using, for example, the low-speed clock CLK2.

カラム処理部26におけるAD変換処理としては、行単位で並列に保持されたアナログ信号を、列ごとに設けられたカラムAD回路25を使用して、行ごとに並列にAD変換する方法を採る。この際にはシングルスロープ積分型と称されるAD変換の手法を使用する。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。   As the AD conversion processing in the column processing unit 26, a method is adopted in which analog signals held in parallel in units of rows are subjected to AD conversion in parallel for each row using the column AD circuit 25 provided for each column. At this time, an AD conversion method called a single slope integration type is used. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel.

ADC回路の構成については、変換開始から参照電圧RAMPと処理対象信号電圧とが一致するまでの時間に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する。このための仕組みとしては、原理的には、コンパレータ(電圧比較器)にランプ状の参照電圧RAMPを供給すると同時にクロック信号でのカウント(計数)を開始し、垂直信号線19を介して入力されたアナログの画素信号を参照電圧RAMPと比較することによってパルス信号が得られるまでカウントすることでAD変換を行なう。   As for the configuration of the ADC circuit, the analog processing target signal is converted into digital data based on the time from the start of conversion until the reference voltage RAMP and the processing target signal voltage match. As a mechanism for this, in principle, a ramp-shaped reference voltage RAMP is supplied to a comparator (voltage comparator), and at the same time, counting with a clock signal is started and input via the vertical signal line 19. By comparing the analog pixel signal with the reference voltage RAMP and counting until a pulse signal is obtained, AD conversion is performed.

このカラムAD回路25でデジタル化された画素データは、水平走査回路12からの水平選択信号により駆動される図示しない水平選択スイッチを介して水平信号線18に伝達され、さらに出力回路28に入力される。なお、10ビットは一例であって、10ビット未満(たとえば8ビット)や10ビットを超えるビット数(たとえば14ビット)など、その他のビット数としてもよい。   The pixel data digitized by the column AD circuit 25 is transmitted to the horizontal signal line 18 through a horizontal selection switch (not shown) driven by a horizontal selection signal from the horizontal scanning circuit 12, and further input to the output circuit 28. The Note that 10 bits is an example, and other bit numbers such as less than 10 bits (for example, 8 bits) and more than 10 bits (for example, 14 bits) may be used.

このような構成によって、電荷生成部としての受光素子が行列状に配された画素部10からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子が行列状に配された画素部10に対応する1枚分の画像すなわちフレーム画像が、画素部10全体の画素信号の集合で示されることとなる。   With such a configuration, pixel signals are sequentially output for each vertical column for each row from the pixel unit 10 in which light receiving elements as charge generation units are arranged in a matrix. Then, one image corresponding to the pixel unit 10 in which the light receiving elements are arranged in a matrix, that is, a frame image, is shown as a set of pixel signals of the entire pixel unit 10.

次に、図4に示した、AD変換用の参照信号を発生する参照信号生成部27について説明する。この参照信号生成部27が、図1及び図2で説明した、DAC110を備える構成要素である。
本例では、固体撮像装置1としては、ベイヤ方式の基本配列のものを使用しており、先にも述べたように、色フィルタの繰返しは2行および2列ごととなる。行単位で画素信号を読み出して、垂直信号線19ごとに、列並列に設けた各カラムAD回路25に画素信号を入力するので、1つの処理対象行には、R/GまたはG/Bの何れか2色のみの画素信号が存在する。ここで、この図4の例では、DAC110として、奇数列に対応したDAC110aと偶数列に対応したDAC110bとを設ける構成としてある。
Next, the reference signal generation unit 27 that generates a reference signal for AD conversion shown in FIG. 4 will be described. The reference signal generation unit 27 is a component including the DAC 110 described with reference to FIGS. 1 and 2.
In this example, as the solid-state imaging device 1, a Bayer-type basic array is used, and as described above, the color filter is repeated every two rows and two columns. The pixel signal is read out in units of rows, and the pixel signal is input to each column AD circuit 25 provided in parallel for each vertical signal line 19. Therefore, one processing target row includes R / G or G / B. There are pixel signals of only two colors. Here, in the example of FIG. 4, as the DAC 110, a DAC 110a corresponding to an odd number column and a DAC 110b corresponding to an even number column are provided.

さらに、各DACから独立に出力されるそれぞれの参照信号RAMPa ,RAMPb をそれぞれ独立した共通参照信号線251a,251b(纏めて251ともいう)で電圧比較部252まで伝達することとする。各共通参照信号線251a,251bには、それぞれ複数の電圧比較部252a(奇数列のもの)、電圧比較部252b(偶数列のもの)が接続される。   Further, the reference signals RAMPa and RAMPb output independently from each DAC are transmitted to the voltage comparison unit 252 through independent common reference signal lines 251a and 251b (collectively referred to as 251). A plurality of voltage comparison units 252a (in odd-numbered columns) and voltage comparison units 252b (in even-numbered columns) are connected to the common reference signal lines 251a and 251b, respectively.

各DAC110a,110bは、通信・タイミング制御部20からの制御データCN4(CN4a,CN4b)で示される初期値から、通信・タイミング制御部20からのカウントクロックCKdaca, CKdacb(カウントクロックCK0と同じでもよい)に同期して、階段状の鋸歯状波(ランプ電圧又はスロープ電圧)を生成して、カラム処理部26の対応する個々のカラムAD回路25に、この生成した鋸歯状波をAD変換用の参照信号(ADC基準信号)RAMPa ,RAMPb として供給する。   Each DAC 110a, 110b may be the same as the count clocks CKdaca, CKdacb (count clock CK0) from the communication / timing control unit 20 from the initial value indicated by the control data CN4 (CN4a, CN4b) from the communication / timing control unit 20. ), A stepped sawtooth wave (ramp voltage or slope voltage) is generated, and the generated sawtooth wave is sent to the corresponding column AD circuit 25 of the column processing unit 26 for AD conversion. Reference signals (ADC reference signals) RAMPa and RAMPb are supplied.

カラムAD回路25は、参照信号生成部27のDAC110aで生成される参照信号RAMPと、行制御線15(V1,V2,…)ごとに単位画素3から垂直信号線19(H1,H2,…)を経由し得られるアナログの画素信号とを比較する電圧比較部(コンパレータ)252と、電圧比較部252が比較処理を完了するまでの時間をカウントし、その結果を保持するカウンタ部254とを備えて構成されnビットAD変換機能を有している。   The column AD circuit 25 includes the reference signal RAMP generated by the DAC 110a of the reference signal generation unit 27 and the vertical signal line 19 (H1, H2,...) From the unit pixel 3 for each row control line 15 (V1, V2,...). A voltage comparison unit (comparator) 252 that compares an analog pixel signal obtained via the counter, and a counter unit 254 that counts the time until the voltage comparison unit 252 completes the comparison process and holds the result. And has an n-bit AD conversion function.

電圧比較部252の一方の入力端子RAMPは、他の電圧比較部252の入力端子RAMPと共通に、参照信号生成部27で生成される階段状の参照信号RAMPが入力され、他方の入力端子には、それぞれ対応する垂直列の垂直信号線19が接続され、画素部10からの画素信号電圧が個々に入力される。電圧比較部252の出力信号はカウンタ部254に供給される。   One input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252 receives the step-like reference signal RAMP generated by the reference signal generation unit 27 in common with the input terminal RAMP of the other voltage comparison unit 252, and inputs to the other input terminal. Are connected to the vertical signal lines 19 of the corresponding vertical columns, and the pixel signal voltages from the pixel unit 10 are individually inputted. The output signal of the voltage comparison unit 252 is supplied to the counter unit 254.

カウンタ部254のクロック端子CKには、他のカウンタ部254のクロック端子CKと共通に、通信・タイミング制御部20からカウントクロックCK0が入力されている。   The count clock CK0 from the communication / timing control unit 20 is input to the clock terminal CK of the counter unit 254 in common with the clock terminals CK of the other counter units 254.

このカウンタ部254は、その構成については図示を割愛するが、ラッチで構成されるデータ記憶部の配線形態を同期カウンタ形式に変更することで実現でき、1本のカウントクロックCK0の入力で、内部カウントを行なうようになっている。カウントクロックCK0も、階段状の電圧波形と同様に、クロック変換部23からの高速クロック(たとえば逓倍クロック)を元に生成することで、端子5aを介して入力されるマスタークロックCLK0より高速にすることができる。   The counter unit 254 is omitted from the illustration of the configuration, but can be realized by changing the wiring form of the data storage unit constituted by the latch to the synchronous counter form. Counting is to be performed. Similarly to the stepped voltage waveform, the count clock CK0 is generated based on a high-speed clock (for example, a multiplied clock) from the clock conversion unit 23, so that the count clock CK0 is faster than the master clock CLK0 input through the terminal 5a. be able to.

カウンタ部254には、水平走査回路12から制御線12cを介して制御パルスが入力される。カウンタ部254は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線12cを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持する。   A control pulse is input to the counter unit 254 from the horizontal scanning circuit 12 through the control line 12c. The counter unit 254 has a latch function for holding the count result, and holds the counter output value until an instruction by a control pulse through the control line 12c is given.

個々のカラムAD回路25の出力側は、水平信号線18に接続されている。水平信号線18は、カラムAD回路25のビット幅であるnビット幅分の信号線を有し、図示しないそれぞれの出力線に対応したn個のセンス回路を経由して出力回路28に接続される。   The output side of each column AD circuit 25 is connected to the horizontal signal line 18. The horizontal signal line 18 has a signal line of an n-bit width which is the bit width of the column AD circuit 25, and is connected to the output circuit 28 via n sense circuits corresponding to the respective output lines (not shown). The

このような構成において、カラムAD回路25は、水平ブランキング期間に相当する画素信号読出期間において、カウント動作を行ない、所定のタイミングでカウント結果を出力する。すなわち、先ず、電圧比較部252では、参照信号生成部27からのランプ波形電圧と、垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧とを比較し、双方の電圧が同じになると、電圧比較部252のコンパレータ出力が反転する。   In such a configuration, the column AD circuit 25 performs a count operation in the pixel signal readout period corresponding to the horizontal blanking period, and outputs a count result at a predetermined timing. That is, first, the voltage comparison unit 252 compares the ramp waveform voltage from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage input via the vertical signal line 19, and if both voltages are the same, the voltage comparison The comparator output of the unit 252 is inverted.

カウンタ部254は、参照信号生成部27からのランプ波形電圧に同期してダウンカウントモードもしくはアップカウントモードでカウント動作を開始しており、コンパレータ出力の反転した情報がカウンタ部254に通知されると、カウント動作を停止する。その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する。   The counter unit 254 starts the count operation in the down-count mode or the up-count mode in synchronization with the ramp waveform voltage from the reference signal generation unit 27, and when the inverted information of the comparator output is notified to the counter unit 254. Stop counting operation. The AD conversion is completed by latching (holding / storing) the count value at that time as pixel data.

この後、カウンタ部254は、所定のタイミングで水平走査回路12から制御線12cを介して入力される水平選択信号CH(i)によるシフト動作に基づいて、記憶・保持した画素データを、順次、カラム処理部26外や画素部10を有するチップ外へ出力端子5cから出力する。   Thereafter, the counter unit 254 sequentially stores the stored and held pixel data based on the shift operation by the horizontal selection signal CH (i) input from the horizontal scanning circuit 12 via the control line 12c at a predetermined timing. The data is output from the output terminal 5 c to the outside of the column processing unit 26 and the chip having the pixel unit 10.

なお、図4に示した固体撮像装置(素子)1の構成は、一例を示したものであり、このような構成に限定されるものではない。即ち、例えば図4の例では、DAC110として、2組のDAC110a,110bの2組を設ける構成としたが、このような構成に限定されるものではない。   The configuration of the solid-state imaging device (element) 1 shown in FIG. 4 is an example, and is not limited to such a configuration. That is, for example, in the example of FIG. 4, the DAC 110 is provided with two sets of the DACs 110 a and 110 b, but is not limited to such a configuration.

図4に示した構成において、例えばDAC110a又はDAC110bから出力されるランプ波RAMPの例を示したのが、図5である。
この図5の例では、参照電圧であるランプ波として、クロックに同期して初期電圧から順に低下する構成としてあり、その参照電圧が画素電圧より低下したタイミングのクロックのカウント値が、画素信号のデジタル変換値となる。この図5の参照電圧と画素電圧との比較による画素値のデジタル変換が、1画素の信号を処理する毎に繰り返される。即ち、固体撮像装置を構成するイメージセンサで撮像する画素周期に連動して行われる。
FIG. 5 shows an example of the ramp wave RAMP output from the DAC 110a or the DAC 110b in the configuration shown in FIG.
In the example of FIG. 5, the ramp wave that is the reference voltage is configured to sequentially decrease from the initial voltage in synchronization with the clock, and the clock count value at the timing when the reference voltage is lower than the pixel voltage is the pixel signal. It becomes a digital conversion value. The digital conversion of the pixel value by comparing the reference voltage and the pixel voltage in FIG. 5 is repeated each time a signal of one pixel is processed. That is, it is performed in conjunction with a pixel cycle for imaging by an image sensor constituting the solid-state imaging device.

[カメラシステムの全体構成例]
次に図6を参照して、図4に示した固体撮像装置を備えたカメラシステムの全体構成の概要について説明する。
レンズ305を介して固体撮像装置1に入射した像光に基づいて、固体撮像装置1で各画素信号が生成されて、読み出される。固体撮像装置1から読み出される画素信号は、デジタル変換された画素データである。この画素データは、映像処理部301に供給して、各種映像処理が行われると共に、所定のフォーマットの映像信号とする。映像処理部301で得られた映像信号は、表示部302に供給して表示させ、また記録部303に供給して各種記録媒体に記録させる。また、必要により映像信号を外部に出力させる。
固体撮像装置1での撮像処理及び映像処理部301での映像処理は、クロック生成部304から供給されるクロックに同期して行われる。
また、カメラ内の各部での処理は、制御部306の制御に基づいて実行される。
[Example of overall configuration of camera system]
Next, with reference to FIG. 6, an outline of the overall configuration of the camera system including the solid-state imaging device shown in FIG. 4 will be described.
Based on the image light incident on the solid-state imaging device 1 via the lens 305, each pixel signal is generated and read by the solid-state imaging device 1. The pixel signal read from the solid-state imaging device 1 is pixel data that has been digitally converted. The pixel data is supplied to the video processing unit 301, where various video processing is performed and a video signal having a predetermined format is used. The video signal obtained by the video processing unit 301 is supplied to the display unit 302 to be displayed and supplied to the recording unit 303 to be recorded on various recording media. Further, if necessary, the video signal is output to the outside.
Imaging processing in the solid-state imaging device 1 and video processing in the video processing unit 301 are performed in synchronization with a clock supplied from the clock generation unit 304.
Further, processing in each unit in the camera is executed based on the control of the control unit 306.

この図5に示したカメラシステムとして、図1及び図2に示したDACを備えた固体撮像装置で撮像を行うことで、撮像して得た画像信号に、参照電圧の歪に起因するノイズが含まれなく、横筋状のノイズが発生することを効果的に阻止できるようになる。   As the camera system shown in FIG. 5, the image signal obtained by imaging with the solid-state imaging device having the DAC shown in FIGS. 1 and 2 has noise caused by the distortion of the reference voltage. It is not included, and the occurrence of horizontal streak noise can be effectively prevented.

2.第2の実施の形態
次に、本発明の第2の実施の形態の例について、図7及び図8を参照して説明する。この図7及び図8において、先に説明した図1〜図6に対応する部分には同一符号を付す。図7及び図8は、参照電圧を生成させるためのレギュレータ及びDACの構成を示したものであり、撮像装置の全体構成、及びその撮像装置を備えたカメラシステムの構成については、例えば、第1の実施の形態で説明した構成が適用可能である。
2. Second Embodiment Next, an example of a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIGS. 1 to 6 described above. 7 and 8 show the configurations of the regulator and the DAC for generating the reference voltage. The overall configuration of the imaging device and the configuration of the camera system including the imaging device are, for example, the first one. The configuration described in the embodiment can be applied.

[デジタル・アナログ変換回路の構成]
図7は、レギュレータ及びDACの全体構成を示した図である。
DACリファレンス用レギュレータ100は、DACリファレンス電圧を得るためのPチャンネル型の電界効果トランジスタで構成されるドライバ105を備える。本例のドライバ105は、第1の実施の形態で説明したドライバ105と同様に、サイズを複数段階に可変出来る構成としてある。そのドライバサイズを可変させる構成としては、例えば複数の電界効果トランジスタを並列接続して、動作させるトランジスタの選択で、サイズを可変させる。本実施の形態でのサイズを可変させる具体的な構成例については後述する。
[Configuration of digital / analog converter circuit]
FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of the regulator and the DAC.
The DAC reference regulator 100 includes a driver 105 composed of a P-channel field effect transistor for obtaining a DAC reference voltage. The driver 105 of this example is configured such that the size can be varied in a plurality of stages, like the driver 105 described in the first embodiment. As a configuration for changing the driver size, for example, a plurality of field effect transistors are connected in parallel, and the size is changed by selecting a transistor to be operated. A specific configuration example for changing the size in this embodiment will be described later.

このPチャンネル型の電界効果トランジスタのドライバ105は、ソースを電源電圧Vddが得られる端子に接続してあり、ドレインを、抵抗器112を介してDAC出力端子111に接続してある。
ドライバ105のゲートは、エラーアンプ102の出力により制御される。エラーアンプ102は、抵抗器112で分圧されたレギュレータ100の出力電圧と、電圧源101からの基準電圧とを比較して、目標とする電圧との誤差を検出して、その誤差をドライバ105のゲートに供給する。ドライバ105と抵抗器112との接続点には、可変抵抗器103及びコンデンサ104の一端が接続してあり、可変抵抗器103及びコンデンサ104の他端を接地させてある。そして、可変抵抗器103で分圧された電圧信号を、エラーアンプ102に入力させる。このように構成したことで、エラーアンプ102でDACリファレンス用レギュレータ100の出力と目標電圧とを比較して、目標電圧との誤差を減少させる方向にドライバのゲート電圧を制御して定電圧を出力するようになる。
The driver 105 of this P-channel type field effect transistor has a source connected to a terminal from which the power supply voltage Vdd can be obtained, and a drain connected to the DAC output terminal 111 via a resistor 112.
The gate of the driver 105 is controlled by the output of the error amplifier 102. The error amplifier 102 compares the output voltage of the regulator 100 divided by the resistor 112 with the reference voltage from the voltage source 101, detects an error from the target voltage, and detects the error from the driver 105. Supply to the gate. One end of the variable resistor 103 and the capacitor 104 is connected to a connection point between the driver 105 and the resistor 112, and the other end of the variable resistor 103 and the capacitor 104 is grounded. Then, the voltage signal divided by the variable resistor 103 is input to the error amplifier 102. With this configuration, the error amplifier 102 compares the output of the DAC reference regulator 100 with the target voltage, and outputs a constant voltage by controlling the gate voltage of the driver in a direction that reduces the error from the target voltage. To come.

そして、抵抗器112とDAC出力端子111との接続点を、Nチャンネル型の電界効果トランジスタで構成されるランプ波用DAC110のドレインに接続する。このランプ波用DAC110を構成する電界効果トランジスタは、ソースを接地電位部に接続し、ゲートをトランジスタ122のゲートに接続する。ランプ波用DAC110を構成するトランジスタは、可変構成としてあり、そのトランジスタの可変設定で、DAC出力端子111から出力される電圧が決まる。トランジスタ110の設定と、上述したレギュレータ100のドライバ105のサイズの設定は、連動して設定される構成としてある。その設定される構成としては、例えば複数の電界効果トランジスタを並列接続して、動作させるトランジスタの選択で、サイズを可変させる。   Then, the connection point between the resistor 112 and the DAC output terminal 111 is connected to the drain of the ramp DAC 110 composed of an N-channel field effect transistor. The field effect transistor constituting the ramp wave DAC 110 has a source connected to the ground potential portion and a gate connected to the gate of the transistor 122. The transistors constituting the ramp-wave DAC 110 are variable, and the voltage output from the DAC output terminal 111 is determined by the variable setting of the transistors. The setting of the transistor 110 and the setting of the size of the driver 105 of the regulator 100 described above are configured in conjunction with each other. As the configuration to be set, for example, a plurality of field effect transistors are connected in parallel, and the size is varied by selecting a transistor to be operated.

ランプ波用DAC110を構成する電界効果トランジスタとゲートが接続されたトランジスタ122は、Nチャンネル型の電界効果トランジスタである。このトランジスタ122は、電源電位部Vddと接地電位部との間に、Pチャンネル型の電界効果トランジスタ123を介して接続してある。即ち、トランジスタ123のソースを電源電位部Vddに接続し、トランジスタ123のドレインとトランジスタ122のドレインとを接続し、トランジスタ122のソースを接地電位部に接続させる。トランジスタ123は、ゲイン設定用DACを構成してあり、設定されるゲインにより可変される構成としてある。この可変構成については後述する。   A transistor 122 having a gate connected to a field effect transistor constituting the ramp DAC 110 is an N-channel field effect transistor. The transistor 122 is connected between the power supply potential portion Vdd and the ground potential portion via a P-channel field effect transistor 123. That is, the source of the transistor 123 is connected to the power supply potential portion Vdd, the drain of the transistor 123 is connected to the drain of the transistor 122, and the source of the transistor 122 is connected to the ground potential portion. The transistor 123 constitutes a gain setting DAC and is configured to be variable according to the set gain. This variable configuration will be described later.

トランジスタ123のゲートは、Pチャンネル型の電界効果トランジスタ124と接続してある。トランジスタ124には、電流源125が接続してあり、電源Vddを電源として一定の電流を供給する。
トランジスタ124のゲートとドレインとは接続してあり、トランジスタ123とトランジスタ124とは電流量が等しくなるカレントミラー接続としてある。
このような構成として、DAC出力端子111から出力される電圧を、画素信号をデジタル変換するための基準電圧として供給する。
The gate of the transistor 123 is connected to a P-channel field effect transistor 124. A current source 125 is connected to the transistor 124 and supplies a constant current using the power source Vdd as a power source.
The gate and the drain of the transistor 124 are connected, and the transistor 123 and the transistor 124 are in a current mirror connection in which current amounts are equal.
With such a configuration, the voltage output from the DAC output terminal 111 is supplied as a reference voltage for digital conversion of the pixel signal.

そして本実施の形態においては、ランプ波用DAC110の制御状態に連動して、レギュレータ110のドライバ105を制御すると共に、ゲイン設定用DACを構成するトランジスタ123の制御状態に連動して、レギュレータ110のドライバ105を制御する。   In the present embodiment, the driver 105 of the regulator 110 is controlled in conjunction with the control state of the ramp wave DAC 110, and the regulator 110 of the regulator 110 is interlocked with the control state of the transistor 123 constituting the gain setting DAC. The driver 105 is controlled.

図8は、図7に示したレギュレータ100のドライバ105と、ランプ波用DAC110を構成するトランジスタと、ゲイン設定用DACを構成するトランジスタ123についての詳細な構成例を示したものである。この図8は、図7中に破線で囲って示すB部の構成を示すものである。   FIG. 8 shows a detailed configuration example of the driver 105 of the regulator 100 shown in FIG. 7, the transistor constituting the ramp wave DAC 110, and the transistor 123 constituting the gain setting DAC. FIG. 8 shows a configuration of a portion B indicated by a broken line in FIG.

図8の例で、ランプ波用DAC110を構成するトランジスタでドライバ105を制御する構成については、第1の実施の形態で図2に示した構成と同じである。即ち、ランプ波用のDACコード生成部116の出力コードで、トランジスタQ21,Q23,・・・を個別に制御すると共に、インバータ113,114,・・・を介してトランジスタQ12,Q14,・・・を個別に制御する。トランジスタQ22,Q24のゲートは、端子117を介してトランジスタ122(図7)のゲート側と接続される。   In the example of FIG. 8, the configuration in which the driver 105 is controlled by the transistors that constitute the ramp wave DAC 110 is the same as the configuration shown in FIG. 2 in the first embodiment. That is, the transistors Q21, Q23,... Are individually controlled by the output code of the ramp wave DAC code generator 116, and the transistors Q12, Q14,. Are controlled individually. The gates of the transistors Q22 and Q24 are connected to the gate side of the transistor 122 (FIG. 7) via the terminal 117.

そして、レギュレータ内のトランジスタQ12,Q14,・・・と直列に接続されるトランジスタ(図2でのトランジスタQ11,Q13,・・・に相当)として、それぞれの組ごとに複数段に並列接続したトランジスタを用意する。
例えば、トランジスタQ12の組について説明すると、電源電位部Vddを、Pチャンネル型の電界効果トランジスタQ31,Q32を介して、トランジスタQ12に接続してある。そして、このトランジスタ列Q31,Q32と同様の構成のトランジスタ列Q33,Q34及びQ35,Q36を用意して、各トランジスタ列を並列に接続し、トランジスタQ32,Q34,Q36のドレインを、トランジスタQ12のソースに共通に接続する。
Transistors connected in series with the transistors Q12, Q14,... In the regulator (corresponding to the transistors Q11, Q13,... In FIG. 2) are connected in parallel in a plurality of stages for each set. Prepare.
For example, a set of the transistor Q12 will be described. The power supply potential portion Vdd is connected to the transistor Q12 via P-channel type field effect transistors Q31 and Q32. Then, transistor rows Q33, Q34 and Q35, Q36 having the same configuration as the transistor rows Q31, Q32 are prepared, the transistor rows are connected in parallel, and the drains of the transistors Q32, Q34, Q36 are connected to the source of the transistor Q12. Connect in common.

トランジスタQ31,Q33,Q35は、ゲートにレギュレータ100のエラーアンプ102(図7)の出力が供給される。
トランジスタQ32,Q34,Q36は、後述するゲイン設定用DACコード生成部130により制御される。
Transistors Q31, Q33, and Q35 have their gates supplied with the output of error amplifier 102 (FIG. 7) of regulator 100.
The transistors Q32, Q34, and Q36 are controlled by a gain setting DAC code generation unit 130 described later.

レギュレータ内のトランジスタQ14の組についても同様の接続である。即ち、電源電位部Vddを、Pチャンネル型の電界効果トランジスタQ41,Q42を介して、トランジスタQ14に接続してある。そして、このトランジスタ列Q41,Q42と同様の構成のトランジスタ列Q43,Q44及びQ45,Q46を用意して、各トランジスタ列を並列に接続し、トランジスタQ42,Q44,Q46のドレインを、トランジスタQ14のソースに共通に接続する。   The same connection applies to the set of transistor Q14 in the regulator. That is, the power supply potential portion Vdd is connected to the transistor Q14 via the P-channel field effect transistors Q41 and Q42. Then, transistor rows Q43, Q44 and Q45, Q46 having the same configuration as the transistor rows Q41, Q42 are prepared, the transistor rows are connected in parallel, and the drains of the transistors Q42, Q44, Q46 are connected to the source of the transistor Q14. Connect in common.

トランジスタQ41,Q43,Q45は、ゲートにレギュレータ100のエラーアンプ102(図7)の出力が供給される。
トランジスタQ42,Q44,Q46は、後述するゲイン設定用DACコード生成部130により制御される。
Transistors Q41, Q43, and Q45 have their gates supplied with the output of error amplifier 102 (FIG. 7) of regulator 100.
The transistors Q42, Q44, and Q46 are controlled by a gain setting DAC code generation unit 130 described later.

そして、図7のゲイン設定用DACとしてのトランジスタ123に相当するトランジスタとして、2個直列に接続したトランジスタQ51,Q52を用意し、さらに、トランジスタQ53,Q54と、トランジスタQ55,Q56を用意する。そして、各2個のトランジスタ組Q51,Q52とQ53,Q54とQ55,Q56とを、並列に接続する。各トランジスタQ51〜Q56は、Pチャンネル型の電界効果トランジスタである。
各列のトランジスタQ52,54,56のドレインを、図7に示したトランジスタ122のドレインに接続する。トランジスタQ51,Q53,Q55のゲートは、端子124aを介して図7に示したトランジスタ124のゲートに接続する。
Then, two transistors Q51 and Q52 connected in series are prepared as transistors corresponding to the transistor 123 as the gain setting DAC of FIG. 7, and further, transistors Q53 and Q54 and transistors Q55 and Q56 are prepared. Then, each two transistor sets Q51, Q52 and Q53, Q54 and Q55, Q56 are connected in parallel. Each of the transistors Q51 to Q56 is a P-channel type field effect transistor.
The drains of the transistors Q52, 54, and 56 in each column are connected to the drain of the transistor 122 shown in FIG. The gates of the transistors Q51, Q53, and Q55 are connected to the gate of the transistor 124 shown in FIG. 7 through the terminal 124a.

トランジスタQ52,Q54,Q56のゲートは、ゲイン設定用DACコード生成部130の異なるビット位置の出力データが供給されて、個別にオンオフが制御される。また、このゲイン設定用DACコード生成部130の異なるビット位置の出力データにより、トランジスタQ32,Q34,Q36並びにトランジスタQ42,Q44,Q46を制御する。
なお、図8では、DACコード生成部130からの3ビット出力の構成だけを示してあり、他のビット出力についても、同様の構成が組まれて、並列に接続されている。
Output data at different bit positions of the gain setting DAC code generation unit 130 is supplied to the gates of the transistors Q52, Q54, and Q56, and ON / OFF is individually controlled. Further, the transistors Q32, Q34, Q36 and the transistors Q42, Q44, Q46 are controlled by the output data at different bit positions of the gain setting DAC code generator 130.
In FIG. 8, only the configuration of the 3-bit output from the DAC code generation unit 130 is shown, and the same configuration is configured for other bit outputs and connected in parallel.

[回路の効果]
この図7及び図8に示した構成としたことで、スロープ電圧を生成するランプ波用DAC110の他に、ランプ波用DAC110で制御する電流値をデジタル的に増減してスロープ電圧の傾斜を変化させて、AD変換のゲイン調整が可能な機能を兼ね備えた構成にも適用できる。本実施の形態の構成によると、より高精度なDACに対しても応用が可能となる。
[Effect of circuit]
The configuration shown in FIGS. 7 and 8 changes the slope of the slope voltage by digitally increasing and decreasing the current value controlled by the ramp DAC 110 in addition to the ramp DAC 110 that generates the slope voltage. Thus, the present invention can be applied to a configuration having a function capable of adjusting the AD conversion gain. According to the configuration of the present embodiment, it can be applied to a higher-accuracy DAC.

3.第3の実施の形態
次に、本発明の第3の実施の形態の例について、図9及び図10を参照して説明する。この図9及び図10において、先に説明した図1〜図8に対応する部分には同一符号を付す。図9及び図10は、参照電圧を生成させるためのレギュレータ及びDACの構成を示したものであり、撮像装置の全体構成、及びその撮像装置を備えたカメラシステムの構成については、例えば、第1の実施の形態で説明した構成が適用可能である。
3. Third Embodiment Next, an example of a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIG. 9 and 10, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIGS. 1 to 8 described above. 9 and 10 show the configurations of the regulator and the DAC for generating the reference voltage. The overall configuration of the imaging device and the configuration of the camera system including the imaging device are, for example, the first one. The configuration described in the embodiment can be applied.

[デジタル・アナログ変換回路の構成]
図9は、レギュレータ及びDACの全体構成を示した図である。
本実施の形態における、基本的な構成は、第2の実施の形態で図7に示した構成と同じである。即ち、DACリファレンス用レギュレータ100と、ランプ波用DAC110と、ゲイン設定用DAC123とを備える。第2の実施の形態で説明した図7の構成では、レギュレータ100内のドライバ105のサイズの制御を、ランプ波用DAC110でのDACコードと、ゲイン設定用DAC123のDACコードとの双方で制御する構成とした。これに対して本実施の形態では、図9に示すように、レギュレータ100内のドライバ105のサイズの制御を、ゲイン設定用DAC123のDACコードだけで行うようにしたものである。
[Configuration of digital / analog converter circuit]
FIG. 9 is a diagram illustrating the overall configuration of the regulator and the DAC.
The basic configuration in the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 7 in the second embodiment. That is, a DAC reference regulator 100, a ramp wave DAC 110, and a gain setting DAC 123 are provided. In the configuration of FIG. 7 described in the second embodiment, the size control of the driver 105 in the regulator 100 is controlled by both the DAC code in the ramp wave DAC 110 and the DAC code in the gain setting DAC 123. The configuration. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the size of the driver 105 in the regulator 100 is controlled only by the DAC code of the gain setting DAC 123.

図9の基本的な構成については、第2の実施の形態で図7に示した構成と同じである。但し、レギュレータ100内のドライバ105のサイズの制御は、ゲイン設定用DAC123を構成するトランジスタにだけ連動して、ゲイン設定用DACコードだけで行う構成としてある。   The basic configuration of FIG. 9 is the same as the configuration shown in FIG. 7 in the second embodiment. However, the size of the driver 105 in the regulator 100 is controlled only by the gain setting DAC code in conjunction with the transistors constituting the gain setting DAC 123.

図10は、図9に示したレギュレータ100のドライバ105と、ゲイン設定用DACを構成するトランジスタ123についての詳細な構成例を示したものである。この図10は、図9中に破線で囲って示すC部の構成を示すものである。この図10に示した各トランジスタの符号は、図8に示した各トランジスタの符号に対応している。   FIG. 10 shows a detailed configuration example of the driver 105 of the regulator 100 shown in FIG. 9 and the transistor 123 constituting the gain setting DAC. FIG. 10 shows a configuration of a C portion surrounded by a broken line in FIG. The reference numerals of the transistors shown in FIG. 10 correspond to the reference numerals of the transistors shown in FIG.

図10に示すように、電源電位部Vddを、Pチャンネル型の電界効果トランジスタQ31,Q32を介して、抵抗器112(図8参照)に接続してある。そして、このトランジスタ列Q31,Q32と同様の構成のトランジスタ列Q33,Q34及びQ35,Q36を用意して、各トランジスタ列を並列に接続し、トランジスタQ32,Q34,Q36のドレインを、抵抗器112に共通に接続する。   As shown in FIG. 10, the power supply potential portion Vdd is connected to the resistor 112 (see FIG. 8) via P-channel field effect transistors Q31 and Q32. Then, transistor rows Q33, Q34 and Q35, Q36 having the same configuration as the transistor rows Q31, Q32 are prepared, the transistor rows are connected in parallel, and the drains of the transistors Q32, Q34, Q36 are connected to the resistor 112. Connect in common.

トランジスタQ31,Q33,Q35は、ゲートにレギュレータ100のエラーアンプ102(図7)の出力が供給される。
トランジスタQ32,Q34,Q36は、ゲイン設定用DACコード生成部130により制御される。
Transistors Q31, Q33, and Q35 have their gates supplied with the output of error amplifier 102 (FIG. 7) of regulator 100.
The transistors Q32, Q34, and Q36 are controlled by the gain setting DAC code generator 130.

そして、図9のゲイン設定用DACとしてのトランジスタ123に相当するトランジスタとして、2個直列に接続したトランジスタQ51,Q52を用意し、さらに、トランジスタQ53,Q54と、トランジスタQ55,Q56を用意する。そして、各2個のトランジスタ組Q51,Q52とQ53,Q54とQ55,Q56とを、並列に接続する。各トランジスタQ51〜Q56は、Pチャンネル型の電界効果トランジスタである。
各列のトランジスタQ52,54,56のドレインを、図9に示したトランジスタ122のドレインに接続する。トランジスタQ51,Q53,Q55のゲートは、端子124aを介して図9に示したトランジスタ124のゲートに接続する。
Then, two transistors Q51 and Q52 connected in series are prepared as transistors corresponding to the transistor 123 as the gain setting DAC of FIG. 9, and further, transistors Q53 and Q54 and transistors Q55 and Q56 are prepared. Then, each two transistor sets Q51, Q52 and Q53, Q54 and Q55, Q56 are connected in parallel. Each of the transistors Q51 to Q56 is a P-channel type field effect transistor.
The drains of the transistors Q52, 54, and 56 in each column are connected to the drain of the transistor 122 shown in FIG. The gates of the transistors Q51, Q53, and Q55 are connected to the gate of the transistor 124 shown in FIG. 9 through the terminal 124a.

トランジスタQ52,Q54,Q56のゲートは、ゲイン設定用DACコード生成部130の異なるビット位置の出力データが供給されて、個別にオンオフが制御される。また、このゲイン設定用DACコード生成部130の異なるビット位置の出力データにより、トランジスタQ32,Q34,Q36並びにトランジスタQ42,Q44,Q46を制御する。
なお、図10では、DACコード生成部130からの3ビット出力の構成だけを示してあり、他のビット出力についても、同様の構成が組まれて、並列に接続されている。
Output data at different bit positions of the gain setting DAC code generation unit 130 is supplied to the gates of the transistors Q52, Q54, and Q56, and ON / OFF is individually controlled. Further, the transistors Q32, Q34, Q36 and the transistors Q42, Q44, Q46 are controlled by the output data at different bit positions of the gain setting DAC code generator 130.
In FIG. 10, only the configuration of the 3-bit output from the DAC code generation unit 130 is shown, and the other bit outputs are configured in the same manner and connected in parallel.

この図9及び図10に示した構成としたことでも、精度のよいDACが構成される。特性的には、第2の実施の形態で説明した構成である、レギュレータ内のドライバのサイズの制御を、ランプ波用DACでのDACコードと、ゲイン設定用DACのDACコードとの双方で制御するのが最も好ましい。しかしながら、図8に示したように、回路規模が大きくなってしまい、ここまでの回路を組む構成とするのが現実的でないこともある。   The configuration shown in FIG. 9 and FIG. 10 also constitutes a highly accurate DAC. Characteristically, the control of the size of the driver in the regulator, which is the configuration described in the second embodiment, is controlled by both the DAC code of the ramp wave DAC and the DAC code of the gain setting DAC. Most preferably. However, as shown in FIG. 8, the circuit scale becomes large, and it may not be practical to construct the circuit so far.

ここで、本実施の形態の図9及び図10に示したように、ゲイン設定用DAC123にだけドライバサイズを連動させることでも、エラーアンプの動作が抑制される構成が確保され、良好な特性が得られる。   Here, as shown in FIG. 9 and FIG. 10 of the present embodiment, a configuration in which the operation of the error amplifier is suppressed is ensured even by linking the driver size only to the gain setting DAC 123, and good characteristics are obtained. can get.

本発明の第1の実施の形態による構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example by the 1st Embodiment of this invention. 図1のA部の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the A section of FIG. 図2の各トランジスタの制御状態の例を示すタイミング図である。FIG. 3 is a timing diagram illustrating an example of a control state of each transistor in FIG. 2. 本発明の実施の形態が適用される固体撮像装置の全体構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of whole structure of the solid-state imaging device with which embodiment of this invention is applied. スロープ波形電圧と画素電圧の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of a slope waveform voltage and a pixel voltage. 本発明の実施の形態が適用されるカメラシステムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the camera system with which embodiment of this invention is applied. 本発明の第2の実施の形態による構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example by the 2nd Embodiment of this invention. 図7のB部の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the B section of FIG. 本発明の第2の実施の形態による構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example by the 2nd Embodiment of this invention. 図9のC部の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the C section of FIG. スロープ波形電圧と、その波形が歪んだ場合の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example when the slope waveform voltage and the waveform are distorted.

符号の説明Explanation of symbols

100…DACリファレンス用レギュレータ、101…電圧源、102…エラーアンプ、103…可変抵抗器、104…コンデンサ、105…ドライバ、106…基準電圧入力端子、110…ランプ波用DAC、111…DAC出力端子、112…抵抗器、113,114,115…インバータ素子、116…DACコード生成部、121…電流源、122…トランジスタ、130…ゲイン設定用DACコード生成部、301…映像処理部、302…表示部、303…記録部、304…クロック生成部、305…レンズ、306…制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Regulator for DAC reference, 101 ... Voltage source, 102 ... Error amplifier, 103 ... Variable resistor, 104 ... Capacitor, 105 ... Driver, 106 ... Reference voltage input terminal, 110 ... DAC for ramp wave, 111 ... DAC output terminal DESCRIPTION OF SYMBOLS 112 ... Resistor 113, 114, 115 ... Inverter element 116 ... DAC code generation part 121 ... Current source 122 ... Transistor 130 ... Gain setting DAC code generation part 301 ... Video processing part 302 ... Display , 303 ... Recording unit, 304 ... Clock generation unit, 305 ... Lens, 306 ... Control unit

Claims (7)

基準電圧をドライバから出力するレギュレータと、
前記レギュレータから出力される基準電圧が供給されて、入力したコードに応じたアナログ電圧を出力するアナログ電圧出力部と、
前記レギュレータ内のドライバのサイズを、前記コードに応じて可変させるドライバサイズ制御部と
を具備するデジタル・アナログ変換回路。
A regulator that outputs a reference voltage from a driver;
A reference voltage output from the regulator is supplied, and an analog voltage output unit that outputs an analog voltage according to the input code;
A digital-to-analog converter circuit comprising: a driver size control unit that varies a size of a driver in the regulator according to the code.
前記ドライバとして複数のドライバユニットを備え、
前記ドライバサイズ制御部は、前記コードに応じて前記複数のドライバユニットの内のオンさせるドライバユニットを選択して、ドライバサイズを可変させる構成とした
請求項1記載のデジタル・アナログ変換回路。
The driver comprises a plurality of driver units,
The digital-analog converter circuit according to claim 1, wherein the driver size control unit is configured to select a driver unit to be turned on from the plurality of driver units according to the code and to vary the driver size.
前記複数のドライバユニットのそれぞれを、複数のMOSトランジスタで構成し、
前記複数のMOSトランジスタの内の一方のMOSトランジスタのゲートを、前記レギュレータのエラーアンプの出力で制御し、他方のMOSトランジスタのゲートを、前記コードの値で制御する構成とした
請求項2記載のデジタル・アナログ変換回路。
Each of the plurality of driver units is composed of a plurality of MOS transistors,
The gate of one of the plurality of MOS transistors is controlled by the output of the error amplifier of the regulator, and the gate of the other MOS transistor is controlled by the value of the code. Digital / analog conversion circuit.
前記アナログ電圧出力部は、イメージセンサ内の画素信号をデジタル変換するためのスロープ電圧を、イメージセンサで撮像する画素信号が得られる周期に連動して出力させる
請求項1記載のデジタル・アナログ変換回路。
The digital-to-analog converter circuit according to claim 1, wherein the analog voltage output unit outputs a slope voltage for digitally converting a pixel signal in the image sensor in conjunction with a cycle in which a pixel signal to be imaged by the image sensor is obtained. .
マトリクス状に複数配列された画素部と、
基準電圧をドライバから出力するレギュレータと、
前記レギュレータから出力される基準電圧が供給されて、入力したコードに応じて電圧が順に変化するスロープ電圧を出力するアナログ電圧出力部と、
前記スロープ電圧と前記画素部の出力電圧とを比較して、前記画素部の出力電圧を前記コードに対応したデジタルデータに変換するデジタル変換部と、
前記レギュレータ内のドライバのサイズを、前記コードに応じて可変させるドライバサイズ制御部と
を具備する固体撮像装置。
A plurality of pixel portions arranged in a matrix;
A regulator that outputs a reference voltage from a driver;
An analog voltage output unit that supplies a reference voltage output from the regulator and outputs a slope voltage in which the voltage sequentially changes according to the input code;
A digital converter that compares the slope voltage with the output voltage of the pixel unit and converts the output voltage of the pixel unit into digital data corresponding to the code;
A solid-state imaging device comprising: a driver size control unit configured to vary a size of a driver in the regulator according to the code.
マトリクス状に複数配列された画素部と、
基準電圧をドライバから出力するレギュレータと、
前記レギュレータから出力される基準電圧が供給されて、入力したコードに応じて電圧が順に変化するスロープ電圧を出力するアナログ電圧出力部と、
前記スロープ電圧と前記画素部の出力電圧とを比較して、前記画素部の出力電圧を前記コードに対応したデジタルデータに変換するデジタル変換部と、
前記レギュレータ内のドライバのサイズを、前記コードに応じて可変させるドライバサイズ制御部と、
前記デジタル変換部で変換されたデジタルデータを映像データとする映像処理部と
を具備するカメラシステム。
A plurality of pixel portions arranged in a matrix;
A regulator that outputs a reference voltage from a driver;
An analog voltage output unit that supplies a reference voltage output from the regulator and outputs a slope voltage in which the voltage sequentially changes according to the input code;
A digital converter that compares the slope voltage with the output voltage of the pixel unit and converts the output voltage of the pixel unit into digital data corresponding to the code;
A driver size controller that varies the size of the driver in the regulator according to the code;
And a video processing unit that uses the digital data converted by the digital conversion unit as video data.
レギュレータを構成するドライバから出力される基準電圧を、入力したコードに応じて制御してアナログ電圧出力を得ると共に、
前記ドライバのサイズを、前記コードに応じて可変設定した
デジタルコードのアナログ変換方法。
Control the reference voltage output from the driver that constitutes the regulator according to the input code to obtain an analog voltage output,
A digital code analog conversion method in which a size of the driver is variably set according to the code.
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