JP2010154562A - Ad converter, solid state imaging device, and semiconductor device - Google Patents

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JP2010154562A JP2010066643A JP2010066643A JP2010154562A JP 2010154562 A JP2010154562 A JP 2010154562A JP 2010066643 A JP2010066643 A JP 2010066643A JP 2010066643 A JP2010066643 A JP 2010066643A JP 2010154562 A JP2010154562 A JP 2010154562A
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豪 浅山
Noriyuki Fukushima
範之 福島
Yoshikazu Nitta
嘉一 新田
Yoshitoku Muramatsu
良徳 村松
Seiki Amano
清貴 天野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an AD converter employing a DA converter capable of controlling a slope of a reference signal for single-slope integration AD conversion with high accuracy; a solid state imaging device; and a semiconductor device. <P>SOLUTION: A gain control is applied to a first DA conversion section 302 for achieving a reference signal based on a DA output current I<SB>gain</SB>achieved by a second DA conversion section 304. Each of current source cells 353, 355 within a current cell section 350 has an own operation current defined by a bias voltage V<SB>bias</SB>corresponding to the DA output current I<SB>gain</SB>. In the first DA conversion section 302, a lower bit control section 330 performs a frequency-division operation and selects a low-order current source cell 533 of a weighted current value using a (1/2^k) frequency-divided clock signal. An upper bit control section 340 employs, as a shift clock signal, a predetermined frequency-divided clock signal produced through the frequency-division operation of the lower bit control section 330, sequentially changes a shift output of each shift register in a shift register section 342 into H, and, using this shift output, sequentially selects an upper order current source cell 355 of the same weighted current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタル信号をアナログ信号に変換するDA(Digital to Analogue )変換装置を備えたAD変換装置や、撮像装置などの半導体装置に関する。たとえば、行列状に配列されたセル配列構造の電流源セルを備える電流源セルマトリクスを利用したDA変換の仕組みに関する。   The present invention relates to an AD conversion device including a DA (Digital to Analogue) conversion device that converts a digital signal into an analog signal, and a semiconductor device such as an imaging device. For example, the present invention relates to a DA conversion mechanism using a current source cell matrix including current source cells having a cell arrangement structure arranged in a matrix.

電子機器においては、デジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換装置が種々使用されている。   In electronic devices, various DA converters that convert digital signals into analog signals are used.

たとえば、光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   For example, a physical quantity distribution detecting semiconductor device in which a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form in various fields. It is used.

たとえば、映像機器の分野では、物理量のうちの光(電磁波の一例)を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。ここで“固体”とは半導体製であることを意味している。   For example, in the field of video equipment, CCD (Charge Coupled Device) type, MOS (Metal Oxide Semiconductor) type or CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) type solid-state imaging devices that detect light (an example of electromagnetic waves) in physical quantities are used. It is used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device). Here, “solid” means made of semiconductor.

また、固体撮像装置の中には、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子(APS;Active Pixel Sensor /ゲインセルともいわれる)構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、CMOS型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。   Further, in some solid-state imaging devices, an amplifying solid-state imaging device (APS; Active Pixel Sensor) that has a driving transistor for amplification in a pixel signal generation unit that generates a pixel signal corresponding to the signal charge generated in the charge generation unit. There is an amplification type solid-state imaging device including a pixel having a configuration (also called a gain cell). For example, many CMOS solid-state imaging devices have such a configuration.

このような増幅型固体撮像装置において画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素が配列されている画素部に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を任意に選択して読み出すようにしている。つまり、増幅型固体撮像装置は、アドレス制御型の固体撮像装置の一例である。   In such an amplification type solid-state imaging device, in order to read out a pixel signal to the outside, address control is performed on a pixel unit in which a plurality of unit pixels are arranged, and signals from individual unit pixels are arbitrarily selected. I am trying to read it out. That is, the amplification type solid-state imaging device is an example of an address control type solid-state imaging device.

たとえば、単位画素がマトリクス状に配されたX−Yアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子は、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造などの能動素子(MOSトランジスタ)を用いて画素を構成している。すなわち、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷(光電子)を前記能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。   For example, an amplification type solid-state imaging device which is a kind of XY address type solid-state imaging device in which unit pixels are arranged in a matrix form an active element (MOS transistor) such as a MOS structure in order to give the pixel itself an amplification function. ) To form a pixel. That is, signal charges (photoelectrons) accumulated in a photodiode which is a photoelectric conversion element are amplified by the active element and read out as image information.

この種のX−Yアドレス型固体撮像素子では、たとえば、画素トランジスタが2次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン(行)ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。ここで、MOS(CMOSを含む)型においては、アドレス制御の一例として、1行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出して外部に出力する方式が多く用いられている。また、画素部から読み出されたアナログの画素信号を、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置;Analog Digital Converter)にてデジタル信号に変換してから外部に出力する方式が採られることもある(たとえば特許文献1,2を参照)。   In this type of XY address type solid-state imaging device, for example, a plurality of pixel transistors are arranged in a two-dimensional matrix to form a pixel unit, and a signal charge corresponding to incident light for each line (row) or each pixel. Accumulation is started, and a current or voltage signal based on the accumulated signal charge is sequentially read out from each pixel by addressing. Here, in the MOS (including CMOS) type, as an example of address control, a method of simultaneously accessing one row, reading out pixel signals from the pixel unit in units of rows, and outputting them to the outside is often used. In addition, there is a case where an analog pixel signal read from the pixel unit is converted into a digital signal by an analog-digital converter (AD converter; Analog Digital Converter) and then output to the outside ( For example, see Patent Documents 1 and 2).

特開2000−152082号公報JP 2000-152082 A 特開2002−232291号公報JP 2002-232291 A

上記特許文献1,2に記載のように、AD変換の方式には回路規模や処理速度や分解能などの観点から様々なものがあり、その中には、アナログの単位信号とデジタル信号に変換するための単調に変化する参照信号とを比較するとともに、この比較処理と並行してカウント処理を行ない、比較処理が完了した時点のカウント値に基づいて単位信号のデジタル信号を取得する、いわゆるシングルスロープ積分型あるいはランプ信号比較型といわれるAD変換方式があり、単調に変化する参照信号の生成に、DA変換装置を使用することがある。   As described in Patent Documents 1 and 2 above, there are various AD conversion methods from the viewpoint of circuit scale, processing speed, resolution, and the like. Among them, conversion into analog unit signals and digital signals is performed. A so-called single slope that obtains a digital signal of a unit signal based on a count value at the time when the comparison processing is completed. There is an AD conversion method called an integral type or a ramp signal comparison type, and a DA converter is sometimes used to generate a monotonically changing reference signal.

一方、シングルスロープ積分型といわれるAD変換方式においては、比較回路に供給する参照信号の傾きを変えることでAD変換処理対象のアナログ信号に対してゲイン調整を加えた結果のデジタルデータを得ることができる。参照信号の傾きの調整精度が、アナログ信号に対するゲイン調整の調整精度に関わるので、高精度のゲイン調整が要求される場合には、参照信号の変化率の調整に高精度が要求されることになる。   On the other hand, in the AD conversion method referred to as a single slope integration type, digital data can be obtained as a result of applying gain adjustment to an analog signal subject to AD conversion processing by changing the slope of the reference signal supplied to the comparison circuit. it can. Since the adjustment accuracy of the slope of the reference signal is related to the adjustment accuracy of the gain adjustment with respect to the analog signal, a high accuracy is required to adjust the change rate of the reference signal when a high-accuracy gain adjustment is required. Become.

この参照信号の変化率の調整に当たっては、たとえば、DA変換出力として基準の変化率で生成された参照信号をアナログ増幅器を用いて、アナログ増幅器に対するゲイン調整によるアナログゲイン調整で対処することが考えられる。しかしながら、アナログゲインを調整することは、精度の点で難点があり、たとえば、12ビット以上の精度で微調整したり、参照電位のバラツキを少なくしたりすることは困難である。   In adjusting the change rate of the reference signal, for example, it may be possible to deal with the reference signal generated at the standard change rate as the DA conversion output by analog gain adjustment by gain adjustment for the analog amplifier. . However, it is difficult to adjust the analog gain in terms of accuracy. For example, it is difficult to make fine adjustment with accuracy of 12 bits or more or to reduce variations in the reference potential.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、DA変換出力のゲインを高精度に調整することのできる仕組みを提供することを目的とする。たとえば、いわゆるシングルスロープ積分型といわれるAD変換方式において使用される単調に一定方向に変化する参照信号をDA変換出力として得る際に、参照信号の傾きを高精度に調整することのできる仕組みを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mechanism capable of adjusting the gain of a DA conversion output with high accuracy. For example, it provides a mechanism that can adjust the slope of a reference signal with high accuracy when a reference signal that changes monotonically and in a certain direction used in the so-called single slope integration type AD conversion method is obtained as a DA conversion output. The purpose is to do.

本発明によれば、アナログ信号をデジタル信号に変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、前記アナログ信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較する比較部と、この比較部における比較処理と並行して、所定のカウントクロックでカウント処理を行ない、前記比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備えたAD変換装置であって、前記参照信号生成部は、デジタル入力信号の値に応じた前記参照信号を得る第1のDA変換部と、デジタルゲイン制御入力信号の値に応じたアナログのゲイン制御出力信号を得る第2のDA変換部とを備え、前記第2のDA変換部により生成されたゲイン制御出力信号に基づいて前記第1のDA変換部により生成される前記参照信号のゲインを調整することを特徴とするAD変換装置が提供される。
また本発明によれば、複数の画素と、前記複数の画素から読みだされたアナログの画素信号をデジタル信号に変換するAD変換装置とを備えた、固体撮像装置であって、前記AD変換装置は、アナログ信号をデジタル信号に変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、前記アナログ信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較する比較部と、この比較部における比較処理と並行して、所定のカウントクロックでカウント処理を行ない、前記比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備え、前記参照信号生成部は、デジタル入力信号の値に応じた前記参照信号を得る第1のDA変換部と、デジタルゲイン制御入力信号の値に応じたアナログのゲイン制御出力信号を得る第2のDA変換部とを備え、前記第2のDA変換部により生成されたゲイン制御出力信号に基づいて前記第1のDA変換部により生成される前記参照信号のゲインを調整することを特徴とする固体撮像装置が提供される。
さらに本発明によれば、入射された電磁波に対応する電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部により生成された電荷に応じたアナログの単位信号を生成する単位信号生成部を単位構成要素内に含む有効領域を備え、かつ前記単位信号をデジタル信号に変換する機能要素として、前記単位信号をデジタル信号に変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、前記単位信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較する比較部と、この比較部における比較処理と並行して、所定のカウントクロックでカウント処理を行ない、前記比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備えた、物理量分布検知のための半導体装置であって、前記参照信号生成部は、デジタル入力信号の値に応じた前記参照信号を得る第1のDA変換部と、デジタルゲイン制御入力信号の値に応じたアナログのゲイン制御出力信号を得る第2のDA変換部とを備え、前記第2のDA変換部により生成されたゲイン制御出力信号に基づいて前記第1のDA変換部により生成される前記参照信号のゲインを調整することを特徴とする半導体装置が提供される。
According to the present invention, a reference signal generation unit that generates a reference signal for converting an analog signal into a digital signal, a comparison unit that compares the analog signal and the reference signal generated by the reference signal generation unit, In parallel with the comparison process in the comparison unit, the AD conversion apparatus includes a counter unit that performs a count process with a predetermined count clock and holds a count value when the comparison process in the comparison unit is completed, The reference signal generator includes a first DA converter that obtains the reference signal according to the value of the digital input signal, and a second DA that obtains an analog gain control output signal according to the value of the digital gain control input signal. A reference signal generated by the first DA converter based on the gain control output signal generated by the second DA converter. AD conversion apparatus characterized by adjusting the emission is provided.
According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device including a plurality of pixels and an AD converter that converts an analog pixel signal read from the plurality of pixels into a digital signal. A reference signal generation unit that generates a reference signal for converting an analog signal into a digital signal, a comparison unit that compares the analog signal and the reference signal generated by the reference signal generation unit, and a comparison unit In parallel with the comparison process, the counter unit performs a count process with a predetermined count clock and holds a count value at the time when the comparison process in the comparison unit is completed, and the reference signal generation unit includes a digital input signal A first D / A converter that obtains the reference signal according to a value, and a second D that obtains an analog gain control output signal according to the value of the digital gain control input signal A solid-state imaging device comprising: a converter; and adjusting a gain of the reference signal generated by the first DA converter based on a gain control output signal generated by the second DA converter An apparatus is provided.
Furthermore, according to the present invention, a charge generation unit that generates a charge corresponding to an incident electromagnetic wave, and a unit signal generation unit that generates an analog unit signal corresponding to the charge generated by the charge generation unit are included in the unit component. And a reference signal generation unit that generates a reference signal for converting the unit signal into a digital signal, and the unit signal and the reference signal as a functional element that converts the unit signal into a digital signal. A comparison unit that compares the reference signal generated by the generation unit, and a count value at the time when the comparison process in the comparison unit is completed by performing a count process with a predetermined count clock in parallel with the comparison process in the comparison unit And a counter unit for holding a physical quantity distribution, wherein the reference signal generation unit converts the value of the digital input signal to A first DA converter that obtains the reference signal and a second DA converter that obtains an analog gain control output signal corresponding to the value of the digital gain control input signal, and the second DA converter. The semiconductor device is characterized in that the gain of the reference signal generated by the first DA converter is adjusted based on the gain control output signal generated by step (1).

つまり、アナログ出力信号を得る第1のDA変換部に対して、第2のDA変換部で得られたゲイン制御出力信号に基づいてゲイン制御を加えるようにした。デジタル制御で第1のDA変換部により生成されるアナログ出力信号のゲインを調整するので、調整の高精度化が簡単に実現できるようになるのである。アナログ出力信号として、シングルスロープ積分型AD変換方式において使用される参照信号を第1のDA変換部により生成すると、参照信号の傾きを調整でき、結果的には、AD変換処理対象のアナログ信号に対してゲイン調整を加えることができる。   That is, gain control is applied to the first DA converter that obtains the analog output signal based on the gain control output signal obtained by the second DA converter. Since the gain of the analog output signal generated by the first DA converter is adjusted by digital control, it is possible to easily achieve high accuracy of adjustment. When the reference signal used in the single slope integration type AD conversion method is generated as the analog output signal by the first DA conversion unit, the slope of the reference signal can be adjusted. On the other hand, gain adjustment can be added.

なお、好ましくは、第1および第2のDA変換部は、ともに、電流出力型DA変換回路構成を採用するのがよい。   Preferably, both the first and second DA converters adopt a current output type DA converter circuit configuration.

特に、第1のDA変換部に関しては、デジタル入力を上位ビットと下位ビットとに分けて電流源セルを選択制御する構成を採るのがよい。このため、先ず、上位ビット制御部により選択制御される上位電流源セル部には、同一の定電流を出力する複数の上位電流源セルを設け、下位ビット制御部により選択制御される下位電流源セル部には、ビットの重付け電流を出力する下位定電流源セルを設ける。   In particular, the first DA converter may be configured to select and control the current source cell by dividing the digital input into upper bits and lower bits. For this reason, first, the upper current source cell unit that is selectively controlled by the upper bit control unit is provided with a plurality of upper current source cells that output the same constant current, and the lower current source that is selectively controlled by the lower bit control unit. The cell portion is provided with a lower constant current source cell that outputs a bit weighting current.

ここで、下位ビット制御部は、入力されたカウントクロックに基づいて分周動作を行なう分周器を使用することで、2のべき乗分の1の分周クロックをビットデータとして生成し、この分周クロック(つまりビットデータ)を選択制御信号として使用して、対応する電流値に重付けされた下位電流源セルを選択する。また、上位ビット制御部は、下位ビット制御部の分周動作における桁上がりもしくは桁下がりを示す信号をシフトクロックとして使用してシフトレジスタのシフト出力を順次アクティブにしていき、このシフト出力を選択制御信号として使用することで上位電流源セルを順次選択する。   Here, the lower bit control unit uses a frequency divider that performs a frequency dividing operation based on the input count clock to generate a frequency-divided clock that is a power of 2 as bit data. A peripheral clock (that is, bit data) is used as a selection control signal to select a lower current source cell superimposed on a corresponding current value. In addition, the upper bit control unit sequentially activates the shift register shift output using a signal indicating a carry or a carry in the frequency division operation of the lower bit control unit as a shift clock, and selectively controls the shift output. The upper current source cells are sequentially selected by using them as signals.

下位ビット制御部はカウントクロックに基づいて分周動作を行なうし、上位ビット制御部は、この分周動作に付随して生成される桁上がりもしくは桁下がりを示す信号をシフトクロックとして使用しシフト動作を行なうので、下位ビット制御部と上位ビット制御部とは、独立した動作ではなく連係(同期)した動作を行なうようになるし、上位ビット制御部は、確実に次のビットデータに対応した電流源セルを選択できるようになる。   The lower bit control unit performs a frequency division operation based on the count clock, and the upper bit control unit uses a signal indicating a carry or a carry generated accompanying the frequency division operation as a shift clock to perform a shift operation. Therefore, the lower bit control unit and the upper bit control unit perform linked (synchronized) operations instead of independent operations, and the upper bit control unit reliably performs the current corresponding to the next bit data. The source cell can be selected.

本発明によれば、アナログ出力信号を得る第1のDA変換部に対して、第2のDA変換部で得られたゲイン制御出力信号に基づいてゲイン制御を加えるようにした。第2のDA変換部にて生成されるゲイン制御出力信号の精度は、デジタルゲイン制御入力信号の精度に依存するが、デジタル値で制御できるので、たとえばデジタルゲイン制御入力信号のビット数を大きくすることで高精度化が容易に実現できる。   According to the present invention, gain control is applied to the first DA converter that obtains the analog output signal based on the gain control output signal obtained by the second DA converter. The accuracy of the gain control output signal generated by the second DA conversion unit depends on the accuracy of the digital gain control input signal, but can be controlled by a digital value. For example, the number of bits of the digital gain control input signal is increased. Therefore, high accuracy can be easily realized.

本発明に係る半導体装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state imaging device which is one Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention. 固体撮像装置において使用される参照信号生成部のDA変換回路(DAC)の機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of the DA converter circuit (DAC) of the reference signal production | generation part used in a solid-state imaging device. 図1に示した固体撮像装置のカラムAD回路における基本動作である信号取得差分処理を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining signal acquisition difference processing, which is a basic operation in the column AD circuit of the solid-state imaging device shown in FIG. 1. 参照信号生成部の基本構成例を示す図である。It is a figure which shows the basic structural example of a reference signal production | generation part. 第1DA変換部の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of a 1st DA conversion part. 第2DA変換部の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of a 2nd DA conversion part. 外部入力コードと電流源セルとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between an external input code and a current source cell. 電流源セル部に設けられる各電流源セルの基本的な構成例(基本電流源セルの概念図)を示した図である。It is the figure which showed the basic structural example (conceptual figure of a basic current source cell) of each current source cell provided in a current source cell part. 第1DA変換部と第2DA変換部の接続態様の詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the connection mode of a 1st DA converter and a 2nd DA converter. DA変換部における全体の動作を説明する図である。It is a figure explaining the whole operation | movement in a DA converter. 第2DA変換部を利用したAD変換処理時のゲイン調整の事例を説明する図(その1)である。It is FIG. (1) explaining the example of the gain adjustment at the time of AD conversion process using a 2nd DA converter. 第2DA変換部を利用したAD変換処理時のゲイン調整の事例を説明する図(その2)である。It is FIG. (2) explaining the example of the gain adjustment at the time of AD conversion process using a 2nd DA converter.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS撮像素子をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS撮像素子は、全ての画素がNMOSあるいはPMOSよりなるものであるとして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS image sensor, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS image sensor will be described on the assumption that all pixels are made of NMOS or PMOS.

ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。   However, this is merely an example, and the target device is not limited to a MOS imaging device. All the semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form, and all implementations described later. Forms are applicable as well.

<固体撮像装置の構成>
図1は、本発明に係る半導体装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。なお、このCMOS固体撮像装置は、電子機器の一態様でもある。
<Configuration of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. This CMOS solid-state imaging device is also an aspect of electronic equipment.

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)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、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;Analog Digital Converter)などが列並列に設けられているものである。   The solid-state imaging device 1 has 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 form). The signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital conversion unit (ADC), etc. are provided in parallel in a column. It is.

“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し、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 with respect to the pixel unit (imaging unit) 10 (an output side arranged on the lower side of the drawing) when the device is viewed in plan view. Or one end side in the column direction with respect to the pixel portion 10 (the output side disposed on the lower side of the figure) and the other end side on the opposite side (see FIG. May be arranged separately on the upper side). 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。   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).

カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、画素部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路(スイッチ)を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が必要になる。   Except for the column type, in any form, since a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) commonly use one CDS processing function unit and digital conversion unit, they are supplied from the pixel unit 10 side. A switching circuit (switch) that supplies pixel signals for a plurality of columns to one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided. Depending on the subsequent processing, it is necessary to take measures such as providing a memory for holding the output signal.

何れにしても、複数の垂直信号線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で、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。   In any case, the signal processing of each pixel signal is read out in units of pixel columns by adopting a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). By performing the processing later, the configuration in each unit pixel can be simplified and the number of pixels of the image sensor can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced as compared with the case where the same signal processing is performed in each unit pixel.

また、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。   In addition, since a plurality of signal processing units arranged in parallel in a column can simultaneously process pixel signals for one row, one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided on the output circuit side or outside the device. Therefore, the signal processing unit can be operated at a low speed as compared with the case where processing is performed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like. In other words, when the power consumption and bandwidth performance are the same, the entire sensor can be operated at high speed.

なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。   In the case of a column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like, and has an advantage that a switching circuit (switch) is unnecessary. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.

図1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 shown in FIG. 1, 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 shape), 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.

なお、カラム処理部26の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路などをカラム処理部26と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部26の前段でAGCを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部26の後段でAGCを行なう場合にはデジタル増幅となる。nビットのデジタルデータを単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。   In addition, an AGC (Auto Gain Control) circuit having a signal amplification function or the like can be provided in the same semiconductor region as the column processing unit 26 as needed before or after the column processing unit 26. When AGC is performed before the column processing unit 26, analog amplification is performed. When AGC is performed after the column processing unit 26, digital amplification is performed. If the n-bit digital data is simply amplified, the gradation may be lost. Therefore, it is preferable to perform digital conversion after amplification by analog.

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の近傍に点線で示すように、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 drawing, as shown by a dotted 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 higher 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 or the high-speed clock generated by the clock conversion unit 23.

クロック変換部23で生成された高速クロックを源とする信号を用いることで、AD変換処理などを高速に動作させることができるようになる。また、高速クロックを用いて、高速の計算を必要とする動き抽出や圧縮処理を行なうことができる。また、カラム処理部26から出力されるパラレルデータをシリアルデータ化してデバイス外部に映像データD1を出力することもできる。こうすることで、AD変換されたデジタルデータのビット分よりも少ない端子で高速動作出力する構成を採ることができる。   By using a signal derived from the high-speed clock generated by the clock converter 23, AD conversion processing and the like can be operated at high speed. Also, motion extraction and compression processing requiring high-speed calculation can be performed using a high-speed clock. Also, the parallel data output from the column processing unit 26 can be converted into serial data and the video data D1 can be output outside the device. By doing so, it is possible to adopt a configuration in which high-speed operation output is performed with a smaller number of terminals than the number of bits of AD-converted digital data.

クロック変換部23は、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逓倍回路を内蔵している。このクロック変換部23は、通信・タイミング制御部20から低速クロックCLK2を受け取り、それを元にして2倍以上高い周波数のクロックを生成する。クロック変換部23の逓倍回路としては、k1を低速クロックCLK2の周波数の倍数としたときk1逓倍回路を設ければよく、周知の様々な回路を利用することができる。   The clock converter 23 includes a multiplier circuit that generates a pulse having a clock frequency faster than the input clock frequency. The clock conversion unit 23 receives the low-speed clock CLK2 from the communication / timing control unit 20, and generates a clock having a frequency twice or more higher based on the low-speed clock CLK2. As a multiplication circuit of the clock converter 23, a k1 multiplication circuit may be provided when k1 is a multiple of the frequency of the low-speed clock CLK2, and various known circuits can be used.

図1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. 1, for simplification, some of the rows and columns are omitted, but in reality, in each row and each column, dozens to thousands of unit pixels 3 are arranged, 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).

画素内アンプとしては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。   As the intra-pixel amplifier, for example, a floating diffusion amplifier configuration is used. As an example, with respect to the charge generation unit, a read selection transistor that is an example of a charge readout unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor that is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor, and a floating diffusion As a CMOS sensor having a source follower-amplifying transistor, which is an example of a detection element for detecting a change in potential, a sensor composed of four general-purpose transistors can be used.

あるいは、特許第2708455号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線(DRN)に接続された増幅用トランジスタと、電荷生成部をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線(TRF)を介して走査される読出選択用トランジスタ(転送ゲート部)を有する、3つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。   Alternatively, as described in Japanese Patent No. 2708455, an amplifying transistor connected to a drain line (DRN) for amplifying a signal voltage corresponding to the signal charge generated by the charge generating unit, and the charge generating unit It is also possible to use a transistor composed of three transistors, each having a reset transistor for resetting and a read selection transistor (transfer gate portion) scanned from a vertical shift register via a transfer wiring (TRF). .

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)の電磁波(本例では光)が入射される受光面には、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, color separation composed of a combination of a plurality of color filters for capturing a color image on a light receiving surface on which electromagnetic waves (light in this example) of each charge generation unit (such as a photodiode) in the pixel unit 10 is incident. Any color filter of the filter is provided.

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 illustrated example uses a basic color filter of a so-called Bayer array, and unit pixels 3 arranged in a square lattice are three color colors of red (R), green (G), and blue (B). In order to correspond to the filter, the repeating unit of the color separation filter is arranged by 2 pixels × 2 pixels to constitute the pixel unit 10.

たとえば、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。   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.

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。   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)の機能ブロックと、端子5aを介してマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して動作モードなどを指令するデータDATA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とを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 20 is a master via 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 of a predetermined timing, and a terminal 5a. A communication interface functional block that receives the clock CLK0, receives data DATA for instructing an operation mode and the like via the terminal 5b, and outputs data including information of the solid-state imaging device 1;

たとえば、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い、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のがよい。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). (In) Scan (access) to read (vertical) scan, and then access the row direction, which is the arrangement direction of vertical columns, and read out pixel signals (in this example, digitized pixel data) to the output side (horizontal) scan By performing reading, it is preferable to speed up reading of pixel signals and pixel data. 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 via 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 the 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(Analog Digital Converter)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 (Analog Digital Converter) circuit that converts an analog signal into, for example, 10-bit digital data using, for example, a 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、たとえば、特許公報第2532374号や学術文献“コラム間FPNのないコラム型AD変換器を搭載したCMOSイメージセンサ”(映情学技法,IPU2000−57,pp.79−84)などに示されているシングルスロープ積分型(あるいはランプ信号比較型)の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. In this case, for example, Japanese Patent Publication No. 2532374 and academic literature “CMOS image sensor equipped with column AD converter without inter-column FPN” (film science technique, IPU2000-57, pp. 79-84), etc. A single slope integration type (or ramp signal comparison type) AD conversion method shown in FIG. 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、詳細は後述するが、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。   Although the details of the configuration of the ADC circuit will be described later, the analog processing target signal is converted into digital data based on the time from the start of conversion until the reference voltage RAMP matches the processing target signal voltage. As a mechanism for this, in principle, the ramp-shaped reference voltage RAMP is supplied to the comparator (voltage comparator), and at the same time, counting with the 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.

また、この際、回路構成を工夫することで、AD変換とともに、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル(ノイズレベル)と真の(受光光量に応じた)信号レベルVsig との差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。   At this time, by devising the circuit configuration, the signal level (noise level) immediately after the pixel reset and true (for the voltage mode pixel signal input via the vertical signal line 19 as well as AD conversion) are true ( It is possible to perform processing for obtaining a difference from the signal level Vsig (in accordance with the amount of received light). Thereby, it is possible to remove a noise signal component called fixed pattern noise (FPN) or reset noise.

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.

<カラムAD回路と参照信号生成部の詳細>
参照信号生成部27は、画素部10における色分解フィルタを構成する色フィルタの色の種類や配列に応じて、AD変換用の参照信号を発生する機能要素であるDA変換回路(DAC;Digital Analog Converter)を個別に備える。詳細については後述するが、本実施形態の参照信号生成部27は、電流出力型のDA変換回路を採用している。
<Details of column AD circuit and reference signal generator>
The reference signal generation unit 27 is a DA conversion circuit (DAC; Digital Analog) that is a functional element that generates a reference signal for AD conversion in accordance with the color type and arrangement of the color filters constituting the color separation filter in the pixel unit 10. Converter) is provided separately. Although details will be described later, the reference signal generation unit 27 of the present embodiment employs a current output type DA converter circuit.

使用する画素部10(デバイス)を決めると、色分解フィルタにおける色フィルタの色の種類や配列は決まり、2次元格子位置における任意位置の色フィルタが何色であるのかを一義的に特定することができる。色フィルタの行方向および列方向の各繰返しサイクルも、その配列によって一義的に決まり、列並列に設けた各カラムAD回路25が処理対象とする1つの処理対象行には、色分解フィルタで使用される全色分ではなく、繰返しサイクルで決まるより少ない所定色の組合せの画素信号のみが存在することなる。   When the pixel unit 10 (device) to be used is determined, the color type and arrangement of the color filters in the color separation filter are determined, and the number of the color filter at an arbitrary position in the two-dimensional grid position is uniquely specified. Can do. Each repetition cycle in the row direction and the column direction of the color filter is also uniquely determined by the arrangement, and one column to be processed by each column AD circuit 25 provided in parallel with the column is used in the color separation filter. There are only pixel signals of a predetermined combination of colors that are less than the total number of colors that are determined and that are determined by the repetition cycle.

本実施形態では、この性質に着目し、比較回路とカウンタとでAD変換回路を構成するに当たり、比較回路に供給するAD変換用の参照信号を発生する機能要素である、色対応の個別の参照信号生成出力部の一例であるDA変換回路を、色分解フィルタで使用される全色分設けるのではなく、先ず画素信号の読出単位である行方向に関して、色フィルタの繰返しサイクル内に存在する所定色の色フィルタの組合せに応じた数分だけとすることで、2次元における色フィルタの繰返しサイクル内に存在する色フィルタの全色分より少なくする。たとえば、処理対象行が何れであっても、その行内にはx(xは2以上の正の整数)色しか存在しない場合、そのx色に対応した色別の参照信号を比較回路に供給すればよく、x個のDA変換回路を用意すればよい。   In this embodiment, paying attention to this property, when configuring an AD conversion circuit with a comparison circuit and a counter, individual reference corresponding to color, which is a functional element that generates a reference signal for AD conversion supplied to the comparison circuit A DA conversion circuit as an example of a signal generation output unit is not provided for all the colors used in the color separation filter, but first, a predetermined number that exists in the repetition cycle of the color filter with respect to the row direction as a pixel signal readout unit. Only a few minutes according to the combination of color filters is used, so that the total number of color filters existing in the two-dimensional color filter repetition cycle is reduced. For example, if there is only x (x is a positive integer greater than or equal to 2) colors in any row to be processed, a reference signal for each color corresponding to the x color is supplied to the comparison circuit. It suffices to prepare x DA conversion circuits.

なお、色対応の変化特性や初期値を持つ個別の参照信号を比較回路に供給するという観点では、処理対象行の切替えに対処する必要がある。このためには、x個のDA変換回路のそれぞれについて、さらに、行方向と直交する列方向について、その時点の処理色に対する参照信号を供給するための切替機構を設けるのがよい。   Note that it is necessary to deal with switching of the processing target row from the viewpoint of supplying individual reference signals having color-related change characteristics and initial values to the comparison circuit. For this purpose, it is preferable to provide a switching mechanism for supplying a reference signal for the current processing color in each of the x DA conversion circuits in the column direction orthogonal to the row direction.

つまり、読出単位に応じた行方向とは異なる方向である異方向、すなわち垂直列方向に関しては、カラー画素の色特性に対応した変化特性(具体的には傾き)や、黒基準や回路オフセット成分などの色特性とは異なる非色特性の観点で規定された初期値を持って変化する色対応参照信号生成部を、垂直列方向における色フィルタの繰返しサイクル内に存在する所定色の色フィルタの組合せに応じた数分だけ、個別のDA変換回路(参照信号生成出力部)のそれぞれに設け、その色対応の参照信号生成出力部にて生成されるそれぞれの参照信号の何れか一方を選択して比較回路に供給する選択部を設ける構成にする。   In other words, with respect to a different direction that is different from the row direction according to the readout unit, that is, the vertical column direction, a change characteristic (specifically, a slope) corresponding to the color characteristic of the color pixel, a black reference, and a circuit offset component A color-corresponding reference signal generator that changes with an initial value defined in terms of non-color characteristics different from color characteristics such as the color characteristics of a color filter of a predetermined color that exists in the repetition cycle of the color filter in the vertical column direction. Provided for each individual DA converter circuit (reference signal generation / output unit) by the number corresponding to the combination, and selects one of the reference signals generated by the reference signal generation / output unit corresponding to the color. Thus, a selection unit for supplying to the comparison circuit is provided.

この場合、たとえばベイヤ配列のように、2次元における色フィルタの繰返しサイクル内に、同色の色フィルタが存在する場合、この同色の色フィルタに関しては、個別のDA変換回路(参照信号生成出力部)のそれぞれが、1つの色対応参照信号生成部を兼用(共用)する構成とすることもできる。   In this case, for example, when the same color filter exists in the two-dimensional color filter repetition cycle as in the Bayer array, an individual DA conversion circuit (reference signal generation output unit) is used for the same color filter. Each can also be configured to share (shared) one color-corresponding reference signal generation unit.

何れの構成でも、参照信号生成出力部の一例である各DA変換回路のそれぞれは、処理対象行が切り替わることで、その処理対象行に存在する所定色の組合せが切り替わることに応じて、DA変換回路が発する参照信号(アナログ基準電圧)の変化特性(具体的には傾き)を、色フィルタすなわちアナログの画素信号の特性に応じて切り替えて出力する。また、初期値に関しては、たとえば黒基準や回路のオフセット成分など、色特性とは異なる観点に基づいて設定することとなる。   In any configuration, each DA conversion circuit, which is an example of the reference signal generation output unit, performs DA conversion in response to switching of a predetermined color combination existing in the processing target row when the processing target row is switched. The change characteristic (specifically, the slope) of the reference signal (analog reference voltage) generated by the circuit is switched and output according to the characteristic of the color filter, that is, the analog pixel signal. The initial value is set based on a viewpoint different from the color characteristics such as black reference and circuit offset component.

こうすることで、参照電圧発生器(本例ではDA変換回路に相当)やこの参照電圧発生器からの配線を色分解フィルタを構成する色フィルタの数よりも少なくすることができる。また、色フィルタごとに参照電圧発生器を用意した場合に必要とされていた(特許文献1参照)、各参照電圧発生器からのアナログ基準電圧(本例の参照信号に相当)を選択的に出力する垂直列ごとの選択手段(マルチプレクサ)も不要となるので、回路規模を縮小できる。カラー画素に応じた参照信号を比較器の入力側に伝達する信号線の数を、カラー画像を撮像するための色フィルタの色成分の数よりも少なくすることができる。   By doing so, the number of reference voltage generators (corresponding to DA conversion circuits in this example) and wiring from the reference voltage generators can be made smaller than the number of color filters constituting the color separation filter. Further, it is necessary when a reference voltage generator is prepared for each color filter (see Patent Document 1), and an analog reference voltage (corresponding to the reference signal in this example) from each reference voltage generator is selectively used. Since the selection means (multiplexer) for each vertical column to be output is not required, the circuit scale can be reduced. The number of signal lines for transmitting reference signals corresponding to the color pixels to the input side of the comparator can be made smaller than the number of color components of the color filter for capturing a color image.

なお、本実施形態では採用しないが、個別のDA変換回路(参照信号生成出力部)のそれぞれに対して、処理対象行が切り替わるごとに、その切り替えに伴う色フィルタの配列の繰返単位を構成する色の組合せの変更に応じて、対応するカラー画素の色特性に対応した変化特性(具体的には傾き)や、黒基準や回路オフセット成分などの色特性とは異なる観点に基づく初期値を、通信・タイミング制御部20から設定するようにしてもよい。こうすることで、個別のDA変換回路(参照信号生成出力部)のそれぞれに色対応参照信号生成部や色対応参照信号生成部の何れかを選択する選択部を設ける必要がなくなる。   Although not employed in the present embodiment, each time the processing target row is switched for each individual DA conversion circuit (reference signal generation output unit), a repeating unit of the color filter array associated with the switching is configured. The initial value based on a different viewpoint from the color characteristics such as the black characteristics and the circuit offset component, and the change characteristics corresponding to the color characteristics of the corresponding color pixel (specifically, the slope) The communication / timing control unit 20 may be set. By doing so, it is not necessary to provide a selection unit for selecting either the color-corresponding reference signal generation unit or the color-corresponding reference signal generation unit in each of the individual DA conversion circuits (reference signal generation output units).

つまり、考え方としては、変化特性(具体的には傾き)や初期値を、処理対象行が切り替わるごとに、その切り替えに伴う色フィルタの配列の繰返単位を構成する色の組合せの変更に応じて、DA変換回路に設定するようにすれば、色フィルタのそれぞれに応じた色対応参照信号生成部と色対応参照信号生成部を処理対象行に応じて切り替える選択部を設ける必要がなく、参照信号生成部27の全体構成の規模をさらに縮小することができる。ただしこの場合、参照信号生成部27の制御系の処理が複雑になる可能性がある。   In other words, the idea is to change the change characteristics (specifically, the slope) and the initial value according to the change in the combination of colors that constitute the repeating unit of the color filter array that accompanies the switching each time the processing target row is switched. Thus, if the DA conversion circuit is set, there is no need to provide a selection unit that switches between the color-corresponding reference signal generation unit corresponding to each color filter and the color-corresponding reference signal generation unit according to the processing target row. The scale of the overall configuration of the signal generation unit 27 can be further reduced. However, in this case, the processing of the control system of the reference signal generator 27 may be complicated.

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。よって、本例では、奇数列に対応したDA変換回路27aと偶数列に対応
したDA変換回路27bとを設けることとする。
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. Therefore, in this example, a DA conversion circuit 27a corresponding to an odd number column and a DA conversion circuit 27b corresponding to an even number column are provided.

さらに、各DA変換回路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 DA converter circuit 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.

この際には、共通の色特性を持つ色フィルタに対応する複数の電圧比較部252a,252bに、それぞれ独立した共通参照信号線251a,251bを介して実質的に直接に伝達するように構成する。共通参照信号線251a,251bを介して実質的に直接に伝達するとは、共通参照信号線251a,251bと、それに対応する列の電圧比較部252a,252b(それぞれ複数がである)との間には、マルチプレクサなどの選択手段が存在しないことを意味する。この点は、各アナログ参照電圧発生装置から出力される参照信号を垂直列ごとに設けられる比較器の入力側まで伝達し、それぞれの比較器の入力側直前に各アナログ参照電圧発生装置からの参照信号の何れか1つを選択的に出力する選択手段(マルチプレクサ)を設けている特許文献1の構成とは大きく異なる。   In this case, it is configured so as to be transmitted substantially directly to the plurality of voltage comparison units 252a and 252b corresponding to the color filters having common color characteristics via the independent common reference signal lines 251a and 251b. . Transmitting substantially directly through the common reference signal lines 251a and 251b means between the common reference signal lines 251a and 251b and the voltage comparison units 252a and 252b (each of which has a plurality of columns) corresponding to the common reference signal lines 251a and 251b. Means that there is no selection means such as a multiplexer. This is because the reference signal output from each analog reference voltage generator is transmitted to the input side of the comparator provided for each vertical column, and the reference from each analog reference voltage generator immediately before the input side of each comparator. This is greatly different from the configuration of Patent Document 1 in which selection means (multiplexer) for selectively outputting any one of the signals is provided.

各DA変換回路27a,27b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)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 として供給するようになっている。なお、図示を割愛しているが、ノイズ防止用のフィルタを設けるとよい。   Each DA converter circuit 27a, 27b starts counting clocks CKdaca, CKdacb (count clock CK0 and count clock CK0 from the communication / timing control unit 20 from an initial value indicated by control data CN4 (CN4a, CN4b) from the communication / timing control unit 20. The stepped sawtooth wave (ramp voltage) is generated in synchronization with each other, and the generated sawtooth wave is converted into an AD conversion signal to each column AD circuit 25 corresponding to the column processing unit 26. Reference signals (ADC reference signals) RAMPa and RAMPb are supplied. Although illustration is omitted, a filter for preventing noise may be provided.

DA変換回路27a,27bは、本実施形態特有の機能として、所定位置の画素信号Vxにおける信号成分Vsig について電圧比較部252とカウンタ部254とを用いてAD変換処理を行なう際には、それぞれが発する参照信号RAMPa ,RAMPb の初期電圧を、画素の特性や回路ばら付きを反映させて、リセット成分ΔVについてのAD変換処理時とは異なる値に設定するとともに、色フィルタの配列を考慮して画素特性に適合するようにそれぞれの傾きβa,βbを設定する点に特徴を有する。   The DA conversion circuits 27a and 27b have functions unique to the present embodiment, when performing AD conversion processing on the signal component Vsig in the pixel signal Vx at a predetermined position using the voltage comparison unit 252 and the counter unit 254, respectively. The initial voltages of the reference signals RAMPa and RAMPb to be emitted are set to values different from those at the time of AD conversion processing for the reset component ΔV, reflecting pixel characteristics and circuit variation, and the pixel is considered in consideration of the arrangement of color filters. It is characterized in that the respective inclinations βa and βb are set so as to match the characteristics.

具体的には、先ず信号成分Vsig についての参照信号RAMPa ,RAMPb の初期電圧Vas、Vbsに関しては、任意の複数の黒基準を生成する画素から得られる信号を元に算出されたものとする。なお、黒基準を生成する画素は、カラー画素外に配置された電荷生成部32をなす光電変換素子としてのフォトダイオードなど上に遮光層を有する画素とする。その配置場所や配置数などの配置形態および遮光手段は、特に限定されず、公知の仕組みを採ることができる。   Specifically, first, it is assumed that the initial voltages Vas and Vbs of the reference signals RAMPa and RAMPb for the signal component Vsig are calculated based on signals obtained from pixels that generate an arbitrary plurality of black references. The pixel that generates the black reference is a pixel having a light shielding layer on a photodiode or the like as a photoelectric conversion element that forms the charge generation unit 32 arranged outside the color pixel. The arrangement form such as the arrangement location and the number of arrangements and the light shielding means are not particularly limited, and a known mechanism can be adopted.

また、この初期電圧は、各DA変換回路27a,27bの特性によりそれぞれ生じる固有のばらつき成分を含むものとする。通常は、各初期電圧Vas、Vbsは、リセット成分ΔVについての参照信号RAMPa ,RAMPb の初期電圧Var、Vbrに対して、それぞれオフセットOFFa,OFFb分だけ低くする。   The initial voltage includes inherent variation components caused by the characteristics of the DA converter circuits 27a and 27b. Normally, the initial voltages Vas and Vbs are made lower by offsets OFFa and OFFb than the initial voltages Var and Vbr of the reference signals RAMPa and RAMPb for the reset component ΔV, respectively.

リセット成分ΔVについての参照信号RAMPa ,RAMPb の初期電圧Var、Vbrを同じにしていても、通常は、オフセットOFFa,OFFb分は異なる値となるので、信号成分Vsig についての参照信号RAMPa ,RAMPb の初期電圧Vas、Vbsは異なるものとなる。   Even if the initial voltages Var and Vbr of the reference signals RAMPa and RAMPb for the reset component ΔV are the same, the offsets OFFa and OFFb usually have different values, so that the initial values of the reference signals RAMPa and RAMPb for the signal component Vsig are different. The voltages Vas and Vbs are different.

なお信号成分Vsig についての参照信号RAMPa ,RAMPb の初期電圧Vas、Vbsは、黒基準を生成する画素から得られる信号以外にも任意のオフセットを含むものとしてもよい。   Note that the initial voltages Vas and Vbs of the reference signals RAMPa and RAMPb for the signal component Vsig may include an arbitrary offset in addition to the signal obtained from the pixel generating the black reference.

参照信号生成部27の各DA変換回路27a,27bが行なうオフセットOFFa,OFFb分の制御は、たとえば任意の複数の黒基準を生成する基準画素から得られる信号を元に初期電圧を算出する機能を通信・タイミング制御部20に持たせ、この通信・タイミング制御部20からの制御データCN4で示される初期値に基づいて行なうようにしてもよい。もちろん、DA変換回路27a,27bが、初期電圧を算出する機能を持ち、自身で初期電圧を算出するようにしてもよい。   The control for the offsets OFFa and OFFb performed by the DA conversion circuits 27a and 27b of the reference signal generation unit 27 has a function of calculating an initial voltage based on signals obtained from, for example, any reference pixel that generates a plurality of black references. The communication / timing control unit 20 may be provided, and may be performed based on an initial value indicated by the control data CN4 from the communication / timing control unit 20. Of course, the DA conversion circuits 27a and 27b may have a function of calculating the initial voltage and calculate the initial voltage by themselves.

あるいは、チップ内の通信・タイミング制御部20やDA変換回路27a,27bに、参照電圧の初期電圧を算出する機能を持つのではなく、チップ外の外部システムで黒基準を生成する基準画素から得られる信号を元に初期電圧を算出し、端子5bを介して動作モードの一部として初期電圧を示す情報を通信・タイミング制御部20に通知し、この通信・タイミング制御部20からの制御データCN4で参照信号生成部27に通知するようにしてもよい。   Alternatively, the communication / timing control unit 20 and the DA conversion circuits 27a and 27b in the chip do not have a function of calculating an initial voltage of the reference voltage, but are obtained from a reference pixel that generates a black reference by an external system outside the chip. The initial voltage is calculated based on the received signal, information indicating the initial voltage is notified to the communication / timing controller 20 as a part of the operation mode via the terminal 5b, and the control data CN4 from the communication / timing controller 20 is transmitted. May be notified to the reference signal generator 27.

なお、参照信号生成部27が発する階段状の参照信号、詳しくはDA変換回路27aが発する参照信号RAMPa およびDA変換回路27bが発する参照信号RAMPb は、クロック変換部23からの高速クロック、たとえば逓倍回路で生成される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に基づき生成するよりも高速に変化させることができる。   Note that the stepped reference signal generated by the reference signal generation unit 27, specifically, the reference signal RAMPa generated by the DA conversion circuit 27a and the reference signal RAMPb generated by the DA conversion circuit 27b are a high-speed clock from the clock conversion unit 23, for example, a multiplier circuit. By generating based on the multiplied clock generated in step (1), it is possible to change the speed faster than that based on the master clock CLK0 input via the terminal 5a.

通信・タイミング制御部20から参照信号生成部27のDA変換回路27aに供給する制御データCN4a,CN4bは、比較処理ごとのランプ電圧の傾き(変化の度合い;時間変化量)を指示する情報も含んでいる。   The control data CN4a and CN4b supplied from the communication / timing control unit 20 to the DA conversion circuit 27a of the reference signal generation unit 27 also include information for instructing the ramp voltage gradient (degree of change; amount of time change) for each comparison process. It is out.

カラムAD回路25は、参照信号生成部27のDA変換回路27a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 DA conversion circuit 27a 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,...). ,...), 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.

通信・タイミング制御部20は、電圧比較部252が画素信号のリセット成分ΔVと信号成分Vsig の何れについて比較処理を行なっているのかに応じてカウンタ部254におけるカウント処理のモードを切り替える制御部の機能を持つ。この通信・タイミング制御部20から各カラムAD回路25のカウンタ部254には、カウンタ部254がダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかを指示するための制御信号CN5が入力されている。   The communication / timing control unit 20 functions as a control unit that switches the count processing mode in the counter unit 254 according to which of the reset component ΔV and the signal component Vsig of the pixel signal the voltage comparison unit 252 is performing comparison processing. have. A control signal CN5 for instructing whether the counter unit 254 operates in the down count mode or the up count mode is input from the communication / timing control unit 20 to the counter unit 254 of each column AD circuit 25. Yes.

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.

n個のラッチの組合せでnビットのカウンタ部254を実現でき、2系統のn個のラッチで構成されるデータ記憶部の回路規模に対して半分になる。加えて、列ごとのカウンタ部が不要になるから、全体としては、大幅にコンパクトになる。   An n-bit counter unit 254 can be realized by a combination of n latches, which is halved with respect to the circuit scale of a data storage unit composed of two systems of n latches. In addition, since a counter unit for each column is not necessary, the overall size is significantly reduced.

ここで、カウンタ部254は、詳細は後述するが、カウントモードに拘わらず共通のアップダウンカウンタ(U/D CNT)を用いて、ダウンカウント動作とアップカウント動作とを切り替えて(具体的には交互に)カウント処理を行なうことが可能に構成されている点に特徴を有する。また、カウンタ部254は、カウント出力値がカウントクロックCK0に同期して出力される同期カウンタを使用する。   Here, although details will be described later, the counter unit 254 uses a common up / down counter (U / D CNT) regardless of the count mode to switch between the down count operation and the up count operation (specifically, It is characterized in that it can be configured to perform count processing (alternately). The counter unit 254 uses a synchronous counter in which the count output value is output in synchronization with the count clock CK0.

なお、同期カウンタの場合、すべてのフリップフロップ(カウンタ基本要素)の動作がカウントクロックCK0で制限される。よって、より高周波数動作が要求される場合には、カウンタ部254としては、その動作制限周波数が最初のフリップフロップ(カウンタ基本要素)の制限周波数でのみ決められるため高速動作に適する非同期カウンタの使用がより好ましい。   In the case of a synchronous counter, the operations of all flip-flops (counter basic elements) are limited by the count clock CK0. Therefore, when higher frequency operation is required, the counter unit 254 uses an asynchronous counter suitable for high speed operation because its operation limit frequency is determined only by the limit frequency of the first flip-flop (counter basic element). Is more preferable.

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.

このような構成のカラムAD回路25は、先にも述べたように、垂直信号線19(H1,H2,…)ごとに配置され、列並列構成のADCブロックであるカラム処理部26が構成される。   As described above, the column AD circuit 25 having such a configuration is arranged for each of the vertical signal lines 19 (H1, H2,...), And constitutes a column processing unit 26 that is an ADC block having a column parallel configuration. The

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。先にも述べたように、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. As described above, the horizontal signal line 18 has a signal line corresponding to the n-bit width which is the bit width of the column AD circuit 25, and passes through n sense circuits corresponding to the respective output lines (not shown). Then, the output circuit 28 is connected.

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(本例ではHレベルからLレベルへ遷移)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 (in this example, transition from H level to L level).

カウンタ部254は、参照信号生成部27から発せられる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し、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 generated from the reference signal generation unit 27, and the counter unit 254 is notified of the inverted information of the comparator output. Then, the count operation is stopped and 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、本実施形態の説明としては直接関連しないため特に図示しないが、その他の各種信号処理回路なども、固体撮像装置1の構成要素に含まれる場合がある。   Although not specifically illustrated because it is not directly related to the description of the present embodiment, other various signal processing circuits may be included in the components of the solid-state imaging device 1.

<参照信号生成部の機能説明>
図2は、固体撮像装置1において使用される参照信号生成部27のDA変換回路(DAC)の機能を説明する図である。
<Functional description of reference signal generator>
FIG. 2 is a diagram for explaining the function of the DA conversion circuit (DAC) of the reference signal generation unit 27 used in the solid-state imaging device 1.

DA変換回路27a,27bは、通信・タイミング制御部20からDAC用のカウントクロックCKdac の供給を受け、カウントクロックCKdaca,CKdacbに同期して、たとえば線形的に減少する階段状の鋸歯状波(ランプ波形)を生成し、カラムAD回路25の電圧比較部252に、この生成した鋸歯状波をAD変換用の参照電圧(ADC基準信号)として供給する。   The DA conversion circuits 27a and 27b are supplied with the DAC count clock CKdac from the communication / timing control unit 20, and are synchronized with the count clocks CKdaca and CKdacb, for example, in a stepwise sawtooth wave (ramp). Waveform) is generated, and the generated sawtooth wave is supplied to the voltage comparison unit 252 of the column AD circuit 25 as a reference voltage (ADC standard signal) for AD conversion.

ここで、DA変換回路27a,27bは、先ず、制御データCN4に含まれている比較処理ごとのランプ電圧の初期値を指示する情報に基づき初期電圧を設定するとともに、制御データCN4に含まれている比較処理ごとのランプ電圧の傾き(変化率)を指示する情報に基づき、1クロック当たりの電圧変化分ΔRAMPを設定し、単位時間(カウントクロックCKdac )ごとに1ずつカウント値を変化させるようにする。実際には、カウントクロックCKdac の最大カウント数(たとえば10ビットで1024など)に対しての最大電圧幅を設定するだけでよい。初期電圧を設定するための回路構成はどのようなものであってもよい。   Here, the DA conversion circuits 27a and 27b first set the initial voltage based on the information indicating the initial value of the lamp voltage for each comparison process included in the control data CN4, and are included in the control data CN4. Based on the information indicating the slope (rate of change) of the ramp voltage for each comparison process, the voltage change ΔRAMP per clock is set, and the count value is changed by 1 for each unit time (count clock CKdac). To do. Actually, it is only necessary to set the maximum voltage width for the maximum count number (for example, 1024 in 10 bits) of the count clock CKdac. Any circuit configuration may be used for setting the initial voltage.

こうすることで、DA変換回路27a,27bは、制御データCN4に含まれている初期値を示す電圧(たとえば3.0V)から、1つのカウントクロックCKdaca,CKdacbごとにΔRAMPずつ電圧を低下させる。   Thus, the DA conversion circuits 27a and 27b decrease the voltage by ΔRAMP for each count clock CKdaca and CKdacb from the voltage (for example, 3.0V) indicating the initial value included in the control data CN4.

また、単位画素3からの画素信号(詳しくは真の信号成分)に対する係数を設定する際は、通信・タイミング制御部20は、係数1を設定するカウントクロックCKdac1の基準周期に対して1/m分周したカウントクロックCKdacmをDA変換回路27aに供給する。DA変換回路27aは、制御データCN4に含まれている初期値を示す電圧(たとえば3.0V)から、1つのカウントクロックCKdacmごとにΔRAMPずつ電圧を低下させる。   When setting the coefficient for the pixel signal (specifically, the true signal component) from the unit pixel 3, the communication / timing control unit 20 is 1 / m with respect to the reference cycle of the count clock CKdac1 for setting the coefficient 1. The divided count clock CKdacm is supplied to the DA converter circuit 27a. The DA conversion circuit 27a reduces the voltage by ΔRAMP for each count clock CKdacm from the voltage (for example, 3.0V) indicating the initial value included in the control data CN4.

こうすることで、電圧比較部252に供給される参照信号RAMPa ,RAMPb の傾きが、カウントクロックCKdac1(=CK0)で参照信号RAMPa ,RAMPb を生成する場合に対して、1/m倍となり、カウンタ部254にては、同じ画素電圧に対して、カウント値がm倍となる、すなわち係数としてmを設定できる。   As a result, the slopes of the reference signals RAMPa and RAMPb supplied to the voltage comparison unit 252 are 1 / m times that when the reference signals RAMPa and RAMPb are generated with the count clock CKdac1 (= CK0). In the unit 254, the count value becomes m times the same pixel voltage, that is, m can be set as a coefficient.

つまり、カウントクロックCKdaca,CKdacbの周期を調整することで参照信号RAMPa,RAMPb の傾きを変えることができる。たとえば、基準に対して1/m分周したクロックを使うと傾きが1/mとなる。カウンタ部254でのカウントクロックCK0を同一とすれば、カウンタ部254にては、同じ画素電圧に対して、カウント値がm倍となる、すなわち係数としてmを設定できる。つまり、参照信号RAMPa ,RAMPb の傾きを変えることで、後述する差分処理時の係数を調整することができる。   That is, the slopes of the reference signals RAMPa and RAMPb can be changed by adjusting the periods of the count clocks CKdaca and CKdacb. For example, if a clock divided by 1 / m with respect to the reference is used, the slope becomes 1 / m. If the count clocks CK0 in the counter unit 254 are the same, the counter unit 254 can set the count value to m times the same pixel voltage, that is, m can be set as a coefficient. That is, by changing the slopes of the reference signals RAMPa and RAMPb, it is possible to adjust the coefficient at the time of differential processing described later.

図2から分かるように、参照信号RAMPa ,RAMPb の傾きが大きい程、単位画素3に蓄積された情報量に掛かる係数は小さく、傾きが小さい程係数が大きいことになる。たとえば、カウントクロックCKdac1の基準周期に対して1/2分周したカウントクロックCKdac2を与えることで、係数を“2”に設定でき、1/4分周したカウントクロックCKdac4を与えることで、係数を“4”に設定できる。なお、n/m分周したカウントクロックCKdacnm を与えることで、係数をm/nに設定することもできる。   As can be seen from FIG. 2, the larger the inclination of the reference signals RAMPa and RAMPb, the smaller the coefficient applied to the amount of information stored in the unit pixel 3, and the smaller the inclination, the larger the coefficient. For example, the coefficient can be set to “2” by giving the count clock CKdac2 divided by ½ with respect to the reference period of the count clock CKdac1, and the coefficient can be set by giving the count clock CKdac4 divided by ¼. Can be set to “4”. The coefficient can be set to m / n by giving the count clock CKdacnm divided by n / m.

傾きを調整することでAD変換時にアナログゲインを制御できることになる。つまり、係数を調整することで参照電圧の傾きを調整できるのであるが、参照電圧の傾きを変えることで、単位時間当たりの参照信号の振幅を調整でき、これは比較対象である画素信号に対してのゲイン調整として機能させることができるようになる。またこの傾きを、DA変換中に動的に切り替えることで、アナログ信号に対してγ(ガンマ)補正を加えた形態でAD変換処理ができるようにもなる。   By adjusting the inclination, the analog gain can be controlled during AD conversion. In other words, the slope of the reference voltage can be adjusted by adjusting the coefficient, but the amplitude of the reference signal per unit time can be adjusted by changing the slope of the reference voltage, which is compared to the pixel signal to be compared. It can function as all gain adjustments. Further, by dynamically switching this inclination during DA conversion, AD conversion processing can be performed in a form in which γ (gamma) correction is added to the analog signal.

このように、カウントクロックCKdacmごとにΔRAMPずつ電圧を変化(本例では低下)させるようにしつつ、参照信号生成部27に与えるカウントクロックCKdacnm の周期を調整することで、簡単かつ精度よく係数を設定することができる。なお、画素信号の信号成分Vsig についてのカウント処理のモードを調整することで係数の符号(+/−)を指定することができる。   As described above, the coefficient is set easily and accurately by adjusting the cycle of the count clock CKdacnm supplied to the reference signal generation unit 27 while changing the voltage by ΔRAMP (decrease in this example) for each count clock CKdacm. can do. Note that the sign (+/−) of the coefficient can be designated by adjusting the count processing mode for the signal component Vsig of the pixel signal.

なお、ここで示した参照信号RAMPa ,RAMPb の傾きを利用した係数の設定手法は一例であって、このような手法に限定されない。たとえば、参照信号生成部27に与えるカウントクロックCKdaca,CKdacbの周期を一定にしつつ、カウンタ出力値をx、制御データCN4に含まれているランプ電圧の傾き(変化率)βとするとy=α(初期値)−β*xによって算出されるゲイン設定用の制御電位を出力するなど、制御データCN4に含まれているランプ電圧の傾き(変化率)を指示する情報(つまりゲイン制御信号)により、1つのカウントクロックCKdac ごとの電圧変化分ΔRAMPを調整するなど、任意の回路を用いることができる。   The coefficient setting method using the slopes of the reference signals RAMPa and RAMPb shown here is merely an example, and the present invention is not limited to such a method. For example, if the period of the count clocks CKdaca and CKdacb supplied to the reference signal generator 27 is constant, the counter output value is x and the slope (change rate) β of the ramp voltage included in the control data CN4 is y = α ( (Initial value) By the information (that is, gain control signal) indicating the slope (rate of change) of the lamp voltage included in the control data CN4, such as outputting a control potential for gain setting calculated by -β * x, Arbitrary circuits can be used, such as adjusting the voltage change ΔRAMP for each count clock CKdac.

たとえば、ランプ電圧の傾きすなわちRAMPスロープの傾きβの調整は、たとえばクロック数を変える以外に、単位電流源の電流量を変えることによって、クロック当たりのΔRAMPを調整することで実現できる。   For example, the slope of the ramp voltage, that is, the slope β of the RAMP slope can be adjusted by adjusting ΔRAMP per clock by changing the amount of current of the unit current source in addition to changing the number of clocks, for example.

オフセットを与え得るα(初期値)や傾きを与え得るβ(係数)の設定手法は、カウントクロックCKdaca,CKdacbごとに少しずつ電圧変化するランプ波形を発生させる回路構成に応じたものとすればよい。一例としては、ランプ波形を発生させる回路を、定電流源の組合せと、その定電流源の何れか(1つもしくは任意数の複数)を選択する選択回路とで構成する場合、オフセットを与えるα(初期値)や傾きを与えるβ(係数)は何れも、定電流源を用いて、その定電流源に流れる電流を調整することで実現できる。この点については、後で詳しく説明する。   The setting method of α (initial value) that can provide an offset and β (coefficient) that can provide a slope may be set in accordance with a circuit configuration that generates a ramp waveform that gradually changes voltage for each of the count clocks CKdaca and CKdacb. . As an example, when a circuit that generates a ramp waveform is composed of a combination of constant current sources and a selection circuit that selects any one of the constant current sources (one or a plurality of arbitrary numbers), α giving an offset Both (initial value) and β (coefficient) that gives a slope can be realized by using a constant current source and adjusting the current flowing through the constant current source. This point will be described in detail later.

参照信号の生成手法に拘わらず、参照信号を、カラー画素の色特性に応じた傾きを持つとともに、たとえば黒基準や回路のオフセット成分など、色特性とは異なる観点に基づく初期値を持つようにすることで、色特性の観点と色特性とは異なる観点の双方について好適な参照信号を用いてAD変換処理を行なうことができるようになる。   Regardless of the method of generating the reference signal, the reference signal has an inclination corresponding to the color characteristic of the color pixel and has an initial value based on a viewpoint different from the color characteristic, such as a black reference or an offset component of the circuit. By doing so, it becomes possible to perform AD conversion processing using a reference signal suitable for both the viewpoint of color characteristics and the viewpoint different from the color characteristics.

<固体撮像装置の動作>
図3は、図1に示した固体撮像装置1のカラムAD回路25における基本動作である信号取得差分処理を説明するためのタイミングチャートである。
<Operation of solid-state imaging device>
FIG. 3 is a timing chart for explaining signal acquisition difference processing which is a basic operation in the column AD circuit 25 of the solid-state imaging device 1 shown in FIG.

画素部10の各単位画素3で感知されたアナログの画素信号をデジタル信号に変換する仕組みとしては、たとえば、所定の傾きで下降するランプ波形状の参照信号RAMPと単位画素3からの画素信号における基準成分や信号成分の各電圧とが一致する点を探し、この比較処理で用いる参照信号RAMPの生成時点から、画素信号における基準成分や信号成分に応じた電気信号と参照信号とが一致した時点までをカウントクロックでカウント(計数)することで、基準成分や信号成分の各大きさに対応したカウント値を得る手法を採る。   As a mechanism for converting an analog pixel signal sensed by each unit pixel 3 of the pixel unit 10 into a digital signal, for example, a ramp-wave reference signal RAMP descending with a predetermined inclination and a pixel signal from the unit pixel 3 are used. Find the point where the voltage of the reference component or signal component matches, and from the time of generation of the reference signal RAMP used in this comparison process, the point of time when the electrical signal corresponding to the reference component or signal component in the pixel signal matches the reference signal A method of obtaining a count value corresponding to each size of the reference component and the signal component by counting (counting) up to the count clock.

ここで、垂直信号線19から出力される画素信号は、時間系列として、基準成分としての画素信号の雑音を含むリセット成分ΔVの後に信号成分Vsig が現れるものである。1回目の処理を基準成分(リセット成分ΔV)について行なう場合、2回目の処理は基準成分(リセット成分ΔV)に信号成分Vsig を加えた信号についての処理となる。以下具体的に説明する。   Here, the pixel signal output from the vertical signal line 19 is such that the signal component Vsig appears after the reset component ΔV including the noise of the pixel signal as a reference component as a time series. When the first process is performed on the reference component (reset component ΔV), the second process is performed on a signal obtained by adding the signal component Vsig to the reference component (reset component ΔV). This will be specifically described below.

1回目の読出しのため、先ず通信・タイミング制御部20は、モード制御信号CN5をローレベルにしてカウンタ部254をダウンカウントモードに設定するとともに、リセット制御信号CN6を所定期間アクティブ(本例ではハイレベル)にしてカウンタ部254のカウント値を初期値“0”にリセットさせる(t9)。そして、任意の行Vαの単位画素3から垂直信号線19(H1,H2,…)への1回目の読出しが安定した後、通信・タイミング制御部20は、参照信号生成部27に向けて、参照信号RAMPa ,RAMPb 生成用の制御データCN4a,CN4bを供給する。   For the first reading, the communication / timing control unit 20 first sets the mode control signal CN5 to the low level to set the counter unit 254 to the down-count mode and activates the reset control signal CN6 for a predetermined period (high in this example). Level) and the count value of the counter unit 254 is reset to the initial value “0” (t9). Then, after the first reading from the unit pixel 3 of the arbitrary row Vα to the vertical signal lines 19 (H1, H2,...) Is stabilized, the communication / timing control unit 20 moves toward the reference signal generation unit 27. Control data CN4a and CN4b for generating reference signals RAMPa and RAMPb are supplied.

これを受けて、参照信号生成部27においては、先ず、Vα行上に存在する一方の色(奇数列のRまたはG)のカラー画素特性に合わせた傾きβaを持ち全体として鋸歯状(RAMP状)に時間変化させた階段状の波形(RAMP波形)を持った参照信号RAMPa をDA変換回路27aにて生成し、奇数列に対応するカラムAD回路25の電圧比較部252の一方の入力端子RAMPに、比較電圧として供給する。   In response to this, the reference signal generation unit 27 first has a slope βa that matches the color pixel characteristics of one color (R or G in the odd number column) existing on the Vα row, and has a sawtooth shape (RAMP shape) as a whole. ) To generate a reference signal RAMPa having a stepped waveform (RAMP waveform) that is time-varying in the DA converter circuit 27a, and one input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252 of the column AD circuit 25 corresponding to the odd number column. Is supplied as a comparison voltage.

同様に、Vα行上に存在する他方の色(偶数列のGまたはB)のカラー画素特性に合わせた傾きβbを持ち全体として鋸歯状(RAMP状)に時間変化させた階段状の波形(RAMP波形)を持った参照信号RAMPb をDA変換回路27bにて生成し、偶数列に対応するカラムAD回路25の電圧比較部252の一方の入力端子RAMPに、比較電圧として供給する。   Similarly, a stepped waveform (RAMP) that has a slope βb that matches the color pixel characteristics of the other color (G or B in the even column) existing on the Vα row and is time-changed in a sawtooth shape (RAMP shape) as a whole. A reference signal RAMPb having a waveform) is generated by the DA conversion circuit 27b and supplied as a comparison voltage to one input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252 of the column AD circuit 25 corresponding to the even column.

電圧比較部252は、このRAMP波形の比較電圧と画素部10から供給される任意の垂直信号線19(Hα)の画素信号電圧とを比較する。   The voltage comparison unit 252 compares the RAMP waveform comparison voltage with the pixel signal voltage of an arbitrary vertical signal line 19 (Hα) supplied from the pixel unit 10.

また、電圧比較部252の入力端子RAMPへの参照信号RAMPa ,RAMPb の入力と同時に、電圧比較部252における比較時間を、行ごとに配置されたカウンタ部254で計測するために、参照信号生成部27から発せられるランプ波形電圧に同期して(t10)、カウンタ部254のクロック端子に通信・タイミング制御部20からカウントクロックCK0を入力し、1回目のカウント動作として、初期値“0”からダウンカウントを開始する。すなわち、負の方向にカウント処理を開始する。   Further, simultaneously with the input of the reference signals RAMPa and RAMPb to the input terminal RAMP of the voltage comparator 252, a reference signal generator is used to measure the comparison time in the voltage comparator 252 with the counter unit 254 arranged for each row. In synchronization with the ramp waveform voltage emitted from the counter 27 (t10), the count clock CK0 is input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal of the counter unit 254, and the initial count value “0” is decreased as the first count operation Start counting. That is, the count process is started in the negative direction.

電圧比較部252は、参照信号生成部27からのランプ状の参照信号RAMPと垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧Vxとを比較し、双方の電圧が同じになったときに、コンパレータ出力をHレベルからLレベルへ反転させる(t12)。つまり、リセット成分Vrst に応じた電圧信号と参照信号RAMPとを比較して、リセット成分Vrst の大きさに対応した時間経過後にアクティブロー(L)のパルス信号を生成して、カウンタ部254に供給する。   The voltage comparison unit 252 compares the ramp-shaped reference signal RAMP from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage Vx input via the vertical signal line 19, and when both voltages become the same, The comparator output is inverted from H level to L level (t12). That is, the voltage signal corresponding to the reset component Vrst is compared with the reference signal RAMP, and an active-low (L) pulse signal is generated after a time corresponding to the magnitude of the reset component Vrst and supplied to the counter unit 254. To do.

この結果を受けて、カウンタ部254は、コンパレータ出力の反転とほぼ同時にカウント動作を停止し、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(t12)。つまり、電圧比較部252に供給するランプ状の参照信号RAMPの生成とともにダウンカウントを開始し、比較処理によってアクティブロー(L)のパルス信号が得られるまでクロックCK0でカウント(計数)することで、リセット成分Vrst の大きさに対応したカウント値を得る。   In response to this result, the counter unit 254 stops the counting operation almost simultaneously with the inversion of the comparator output, and latches (holds / stores) the count value at that time as pixel data, thereby completing the AD conversion (t12). . In other words, down-counting is started with the generation of the ramp-shaped reference signal RAMP supplied to the voltage comparison unit 252, and counting (counting) with the clock CK0 until an active-low (L) pulse signal is obtained by the comparison process, A count value corresponding to the magnitude of the reset component Vrst is obtained.

通信・タイミング制御部20は、所定のダウンカウント期間を経過すると(t14)、電圧比較部252への制御データの供給と、カウンタ部254へのカウントクロックCK0の供給とを停止する。これにより、電圧比較部252は、ランプ状の参照信号RAMPの生成を停止する。   When a predetermined down-count period has elapsed (t14), the communication / timing control unit 20 stops supplying control data to the voltage comparison unit 252 and supply of the count clock CK0 to the counter unit 254. As a result, the voltage comparison unit 252 stops generating the ramp-shaped reference signal RAMP.

この1回目の読出し時は、画素信号電圧VxにおけるリセットレベルVrst を電圧比較部252で検知してカウント動作を行なっているので、単位画素3のリセット成分ΔVを読み出していることになる。   In the first reading, the reset level Vrst in the pixel signal voltage Vx is detected by the voltage comparison unit 252 and the count operation is performed. Therefore, the reset component ΔV of the unit pixel 3 is read.

このリセット成分ΔV内には、単位画素3ごと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Vrst は概ね全画素共通であるので、任意の垂直信号線19の画素信号電圧Vxにおけるリセット成分ΔVの出力値はおおよそ既知である。   The reset component ΔV includes noise that varies for each unit pixel 3 as an offset. However, since the variation of the reset component ΔV is generally small and the reset level Vrst is generally common to all pixels, the output value of the reset component ΔV in the pixel signal voltage Vx of the arbitrary vertical signal line 19 is approximately known.

したがって、1回目のリセット成分ΔVの読出し時には、RAMP電圧を調整することにより、ダウンカウント期間(t10〜t14;比較期間)を短くすることが可能である。本実施形態では、リセット成分ΔVについての比較処理の最長期間を、7ビット分のカウント期間(128クロック)にして、リセット成分ΔVの比較を行なっている。   Therefore, at the time of reading the reset component ΔV for the first time, it is possible to shorten the down-count period (t10 to t14; comparison period) by adjusting the RAMP voltage. In this embodiment, the comparison of the reset component ΔV is performed by setting the longest period of the comparison process for the reset component ΔV to a count period (128 clocks) of 7 bits.

続いての2回目の読出し時には、リセット成分ΔVに加えて、単位画素3ごとの入射光
量に応じた電気信号成分Vsig を読み出し、1回目の読出しと同様の動作を行なう。すなわち、先ず通信・タイミング制御部20は、モード制御信号CN5をハイレベルにしてカウンタ部254をアップカウントモードに設定する(t18)。そして、任意の行Vαの単位画素3から垂直信号線19(H1,H2,…)への2回目の読出しが安定した後、通信・タイミング制御部20は、信号成分Vsig についてのAD変換処理のため、参照信号RAMPa生成用の制御データCN4a(ここではオフセットOFFaと傾きβaを含む)をDA変換回路27aに供給するとともに、参照信号RAMPb生成用の制御データCN4b(ここではオフセットOFFbと傾きβbを含む)をDA変換回路27bに供給する。
In the subsequent second reading, in addition to the reset component ΔV, the electric signal component Vsig corresponding to the amount of incident light for each unit pixel 3 is read, and the same operation as the first reading is performed. That is, first, the communication / timing control unit 20 sets the mode control signal CN5 to high level and sets the counter unit 254 to the up-count mode (t18). After the second reading from the unit pixel 3 in the arbitrary row Vα to the vertical signal lines 19 (H1, H2,...) Is stabilized, the communication / timing control unit 20 performs AD conversion processing on the signal component Vsig. Therefore, the control data CN4a for generating the reference signal RAMPa (here, including the offset OFFa and the inclination βa) is supplied to the DA conversion circuit 27a, and the control data CN4b for generating the reference signal RAMPb (here, the offset OFFb and the inclination βb is set). Are supplied to the DA converter circuit 27b.

これを受けて、参照信号生成部27においては、先ず、Vα行上に存在する一方の色(奇数列のRまたはG)のカラー画素特性に合わせた傾きβaを持ち全体として鋸歯状(RAMP状)に時間変化させた階段状の波形(RAMP波形)を持つとともに、リセット成分ΔV用の初期値Varに対してオフセットOFFaだけ下がった参照信号RAMPa をDA変換回路27aにて生成し、奇数列に対応するカラムAD回路25の電圧比較部252の一方の入力端子RAMPに、比較電圧として供給する。   In response to this, the reference signal generation unit 27 first has a slope βa that matches the color pixel characteristics of one color (R or G in the odd number column) existing on the Vα row, and has a sawtooth shape (RAMP shape) as a whole. ), A reference signal RAMPa having a step-like waveform (RAMP waveform) changed with time and reduced by the offset OFFa with respect to the initial value Var for the reset component ΔV is generated by the DA converter circuit 27a, and the odd-numbered columns are generated. A comparison voltage is supplied to one input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252 of the corresponding column AD circuit 25.

同様に、Vα行上に存在する他方の色(偶数列のGまたはB)のカラー画素特性に合わせた傾きβbを持ち全体として鋸歯状(RAMP状)に時間変化させた階段状の波形(RAMP波形)を持つとともに、リセット成分ΔV用の初期値Vbrに対してオフセットOFFbだけ下がった参照信号RAMPb をDA変換回路27bにて生成し、偶数列に対応するカラムAD回路25の電圧比較部252の一方の入力端子RAMPに、比較電圧として供給する。   Similarly, a stepped waveform (RAMP) that has a slope βb that matches the color pixel characteristics of the other color (G or B in the even column) existing on the Vα row and is time-changed in a sawtooth shape (RAMP shape) as a whole. And a reference signal RAMPb that is lower than the initial value Vbr for the reset component ΔV by the offset OFFb is generated by the DA conversion circuit 27b, and the reference signal RAMPb of the column AD circuit 25 corresponding to the even number column A comparison voltage is supplied to one input terminal RAMP.

電圧比較部252は、このRAMP波形の比較電圧と画素部10から供給される任意の垂直信号線19(Vx)の画素信号電圧とを比較する。   The voltage comparison unit 252 compares the RAMP waveform comparison voltage with the pixel signal voltage of an arbitrary vertical signal line 19 (Vx) supplied from the pixel unit 10.

先にも述べたように、このときの各参照電圧の初期電圧は、任意の複数の黒基準を生成する画素から得られる信号を元に算出されたものであり、DA変換回路27aから発せられる参照信号RAMPa とDA変換回路27bから発せられる参照信号RAMPb とでそれぞれ生ずる固有のばらつき成分を含む異なった値(オフセットOFFaおよびオフセットOFFb)となる。また、参照電圧の初期電圧は、黒基準を生成する画素から得られる信号以外にも任意のオフセットを含む場合もある。   As described above, the initial voltage of each reference voltage at this time is calculated based on a signal obtained from a pixel that generates an arbitrary plurality of black standards, and is generated from the DA conversion circuit 27a. Different values (offset OFFa and offset OFFb) including inherent variation components respectively generated by the reference signal RAMPa and the reference signal RAMPb emitted from the DA conversion circuit 27b are obtained. In addition, the initial voltage of the reference voltage may include an arbitrary offset in addition to the signal obtained from the pixel that generates the black reference.

電圧比較部252の入力端子RAMPへの参照信号RAMPa ,RAMPa の入力と同時に、電圧比較部252における比較時間を、行ごとに配置されたカウンタ部254で計測するために、参照信号生成部27から発せられるランプ波形電圧に同期して(t20)、カウンタ部254のクロック端子に通信・タイミング制御部20からカウントクロックCK0を入力し、2回目のカウント動作として、1回目の読出し時に取得された単位画素3のリセット成分ΔVに対応するカウント値から、1回目とは逆にアップカウントを開始する。すなわち、正の方向にカウント処理を開始する。   Simultaneously with the input of the reference signals RAMPa and RAMPa to the input terminal RAMP of the voltage comparison unit 252, in order to measure the comparison time in the voltage comparison unit 252 with the counter unit 254 arranged for each row, from the reference signal generation unit 27 In synchronization with the generated ramp waveform voltage (t20), the count clock CK0 is input from the communication / timing control unit 20 to the clock terminal of the counter unit 254, and the unit acquired at the time of the first reading as the second counting operation From the count value corresponding to the reset component ΔV of the pixel 3, up-counting is started contrary to the first time. That is, the count process starts in the positive direction.

電圧比較部252は、参照信号生成部27からのランプ状の参照信号RAMPと垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧Vxとを比較し、双方の電圧が同じになったときに、コンパレータ出力をHレベルからLレベルへ反転させる(t22)。つまり、信号成分Vsig に応じた電圧信号と参照信号RAMPとを比較して、信号成分Vsig の大きさに対応した時間経過後にアクティブロー(L)のパルス信号を生成して、カウンタ部254に供給する。   The voltage comparison unit 252 compares the ramp-shaped reference signal RAMP from the reference signal generation unit 27 with the pixel signal voltage Vx input via the vertical signal line 19, and when both voltages become the same, The comparator output is inverted from H level to L level (t22). That is, the voltage signal corresponding to the signal component Vsig is compared with the reference signal RAMP, and an active low (L) pulse signal is generated after a time corresponding to the magnitude of the signal component Vsig, and supplied to the counter unit 254. To do.

この結果を受けて、カウンタ部254は、コンパレータ出力の反転とほぼ同時にカウント動作を停止し、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(t22)。つまり、電圧比較部252に供給するランプ状の参照信号RAMPの生成とともにダウンカウントを開始し、比較処理によってアクティブロー(L)のパルス信号が得られるまでクロックCK0でカウント(計数)することで、信号成分Vsig の大きさに対応したカウント値を得る。   In response to this result, the counter unit 254 stops the counting operation almost simultaneously with the inversion of the comparator output, and latches (holds / stores) the count value at that time as pixel data, thereby completing the AD conversion (t22). . In other words, down-counting is started with the generation of the ramp-shaped reference signal RAMP supplied to the voltage comparison unit 252, and counting (counting) with the clock CK0 until an active-low (L) pulse signal is obtained by the comparison process, A count value corresponding to the magnitude of the signal component Vsig is obtained.

通信・タイミング制御部20は、所定のダウンカウント期間を経過すると(t24)、電圧比較部252への制御データの供給と、カウンタ部254へのカウントクロックCK0の供給とを停止する。これにより、電圧比較部252は、ランプ状の参照信号RAMPの生成を停止する。   When the predetermined down-count period has elapsed (t24), the communication / timing control unit 20 stops the supply of control data to the voltage comparison unit 252 and the supply of the count clock CK0 to the counter unit 254. As a result, the voltage comparison unit 252 stops generating the ramp-shaped reference signal RAMP.

この2回目の読出し時は、画素信号電圧Vxにおける信号成分Vsig を電圧比較部252で検知してカウント動作を行なっているので、単位画素3の信号成分Vsig を読み出していることになる。   At the time of the second reading, the signal component Vsig in the pixel signal voltage Vx is detected by the voltage comparison unit 252 and the counting operation is performed. Therefore, the signal component Vsig of the unit pixel 3 is read out.

ここで、本実施形態においては、カウンタ部254におけるカウント動作を、1回目の読出し時にはダウンカウント、2回目の読出し時にはアップカウントとしているので、カウンタ部254内で自動的に、式(1)で示す減算が行なわれ、この減算結果に応じたカウント値がカウンタ部254に保持される。   Here, in the present embodiment, the counting operation in the counter unit 254 is down-counting at the first reading, and up-counting at the second reading, and therefore, automatically in the counter unit 254, using equation (1) The count value corresponding to the subtraction result is held in the counter unit 254.

Figure 2010154562
Figure 2010154562

ここで、式(1)は、式(2)のように変形でき、結果としては、カウンタ部254に保持されるカウント値は信号成分Vsig に応じたものとなる。   Here, equation (1) can be transformed into equation (2). As a result, the count value held in the counter unit 254 is in accordance with the signal component Vsig.

Figure 2010154562
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つまり、上述のようにして、1回目の読出し時におけるダウンカウントと2回目の読出し時におけるアップカウントといった、2回の読出しとカウント処理によるカウンタ部254内での減算処理によって、単位画素3ごとのばらつきを含んだリセット成分ΔVとカラムAD回路25ごとのオフセット成分とを除去することができ、単位画素3ごとの入射光量に応じた信号成分Vsig に黒基準成分の補正を加えた信号についてのデジタルデータのみを簡易な構成で取り出すことができる。この際、回路ばらつきやリセット雑音も除去できる利点がある。   That is, as described above, each unit pixel 3 is subtracted in the counter unit 254 by two readings and counting processes, such as down-counting at the first reading and up-counting at the second reading. The reset component ΔV including variations and the offset component for each column AD circuit 25 can be removed, and the digital signal about the signal obtained by correcting the black reference component to the signal component Vsig corresponding to the amount of incident light for each unit pixel 3. Only data can be retrieved with a simple configuration. At this time, there is an advantage that circuit variations and reset noise can be removed.

よって、本実施形態のカラムAD回路25は、アナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するデジタル変換部としてだけでなく、CDS(Correlated Double Sampling;相関2重サンプリング)処理機能部としても動作することとなる。   Therefore, the column AD circuit 25 of the present embodiment operates not only as a digital conversion unit that converts an analog pixel signal into digital pixel data but also as a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit. It will be.

また、式(2)で得られるカウント値が示す画素データは正の信号電圧を示すので、補数演算などが不要となり、既存のシステムとの親和性が高い。   In addition, since the pixel data indicated by the count value obtained by Expression (2) indicates a positive signal voltage, a complement calculation or the like is unnecessary, and the compatibility with existing systems is high.

ここで、2回目の読出し時は、入射光量に応じた信号成分Vsig を読み出すので、光量の大小を広い範囲で判定するために、アップカウント期間(t20〜t24;比較期間)を広く取り、電圧比較部252に供給するランプ電圧を大きく変化させる必要がある。   Here, at the time of the second reading, the signal component Vsig corresponding to the amount of incident light is read out. Therefore, in order to determine the amount of light in a wide range, a wide up-count period (t20 to t24; comparison period) is taken, and the voltage It is necessary to change the lamp voltage supplied to the comparison unit 252 greatly.

そこで本実施形態では、信号成分Vsig についての比較処理の最長期間を、10ビット分のカウント期間(1024クロック)にして、信号成分Vsig の比較を行なっている。つまり、リセット成分ΔV(基準成分)についての比較処理の最長期間を、信号成分Vsig についての比較処理の最長期間よりも短くする。リセット成分ΔV(基準成分)と信号成分Vsig の双方の比較処理の最長期間すなわちAD変換期間の最大値を同じにするのではなく、リセット成分ΔV(基準成分)についての比較処理の最長期間を信号成分Vsigについての比較処理の最長期間よりも短くすることで、2回に亘るトータルのAD変換期間が短くなるように工夫する。   Therefore, in the present embodiment, the comparison of the signal component Vsig is performed by setting the longest comparison period for the signal component Vsig to a count period of 10 bits (1024 clocks). That is, the longest period of the comparison process for the reset component ΔV (reference component) is made shorter than the longest period of the comparison process for the signal component Vsig. The longest period of comparison processing of both the reset component ΔV (reference component) and the signal component Vsig, that is, the maximum value of the AD conversion period is not made the same, but the longest period of comparison processing for the reset component ΔV (reference component) is signaled. By making it shorter than the longest period of the comparison process for the component Vsig, the total AD conversion period of two times is devised.

この場合、1回目と2回目との比較ビット数が異なるが、通信・タイミング制御部20から制御データを参照信号生成部27に供給して、この制御データに基づいて参照信号生成部27にてランプ電圧を生成するようにすることで、ランプ電圧の傾きすなわち参照信号RAMPの変化率を1回目と2回目とで同じにする。デジタル制御でランプ電圧を生成するので、ランプ電圧の傾きを1回目と2回目とで同じにすることが容易である。これにより、AD変換の精度を等しくできるため、アップダウンカウンタによる式(1)で示した減算結果が正しく得られる。   In this case, although the number of comparison bits is different between the first time and the second time, control data is supplied from the communication / timing control unit 20 to the reference signal generation unit 27, and the reference signal generation unit 27 based on the control data By generating the ramp voltage, the slope of the ramp voltage, that is, the rate of change of the reference signal RAMP is made the same for the first time and the second time. Since the ramp voltage is generated by digital control, it is easy to make the slope of the ramp voltage the same at the first time and the second time. As a result, the precision of AD conversion can be made equal, and the subtraction result represented by the expression (1) by the up / down counter can be obtained correctly.

2回目のカウント処理が完了した後の所定のタイミングで(t28)、通信・タイミング制御部20は水平走査回路12に対して画素データの読出しを指示する。これを受けて、水平走査回路12は、制御線12cを介してカウンタ部254に供給する水平選択信号CH(i)を順次シフトさせる。   At a predetermined timing after completion of the second count process (t28), the communication / timing control unit 20 instructs the horizontal scanning circuit 12 to read out pixel data. In response, the horizontal scanning circuit 12 sequentially shifts the horizontal selection signal CH (i) supplied to the counter unit 254 via the control line 12c.

こうすることで、カウンタ部254に記憶・保持した式(2)で示されるカウント値、すなわちnビットのデジタルデータで表された画素データが、n本の水平信号線18を介して、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から出力され、その後、順次行ごとに同様の動作が繰り返されることで、2次元画像を表す映像データD1が得られる。   In this way, the count value represented by the expression (2) stored and held in the counter unit 254, that is, the pixel data represented by n-bit digital data is sequentially transferred via the n horizontal signal lines 18. Video data D1 representing a two-dimensional image is obtained by outputting from the output terminal 5c to the outside of the column processing unit 26 or the chip having the pixel unit 10 and then repeating the same operation for each row.

以上説明したように、固体撮像装置によれば、アップダウンカウンタを用いつつ、その処理モードを切り替えて2回に亘ってカウント処理を行なうようにした。また、行列状に単位画素3が配列された構成において、カラムAD回路25を垂直列ごとに設けた列並列カラムAD回路で構成した。   As described above, according to the solid-state imaging device, the count process is performed twice by switching the processing mode while using the up / down counter. Further, in the configuration in which the unit pixels 3 are arranged in a matrix, the column AD circuit 25 is configured by a column parallel column AD circuit provided for each vertical column.

ここで、比較回路とカウンタとでAD変換回路を構成するに当たり、比較回路に供給するAD変換用の参照信号を発生する機能要素であるDA変換回路を、カラー画像撮像に使用する色分解フィルタにおける色フィルタの全色分を用意するのではなく、色の種類や配列で決まる色の繰返しサイクルに応じた所定色の組合せに応じた分だけ設けるようにした。また、処理対象行が切り替わることで、その処理対象行に存在する所定色の組合せが切り替わることに応じて、DA変換回路が発する参照信号(アナログ基準電圧)の変化特性(具体的には傾き)や初期値を、色フィルタすなわちアナログの画素信号の特性に応じて切り替えるようにした。   Here, when the AD conversion circuit is configured by the comparison circuit and the counter, the DA conversion circuit, which is a functional element that generates a reference signal for AD conversion supplied to the comparison circuit, is used in a color separation filter used for color image capturing. Instead of preparing all the colors of the color filter, only the amount corresponding to the combination of the predetermined colors according to the color repetition cycle determined by the type and arrangement of the colors is provided. In addition, a change characteristic (specifically, slope) of the reference signal (analog reference voltage) generated by the DA converter circuit in response to switching of a predetermined color combination existing in the processing target line by switching the processing target line. The initial value is switched according to the characteristics of the color filter, that is, the analog pixel signal.

これにより、参照電圧発生器として機能するDA変換回路や参照電圧発生器からの配線を色分解フィルタを構成する色フィルタの数よりも少なくすることができ、また、色フィルタごとに参照電圧発生器を用意した場合に必要となるアナログ基準電圧(参照信号)を選択的に出力するマルチプレクサも不要となるので、大幅に回路規模が縮小できる。   As a result, the DA converter circuit functioning as a reference voltage generator and the wiring from the reference voltage generator can be made smaller than the number of color filters constituting the color separation filter, and the reference voltage generator is provided for each color filter. A multiplexer that selectively outputs an analog reference voltage (reference signal) required when the circuit is prepared is not required, so that the circuit scale can be greatly reduced.

また、処理対象行に存在する所定色の組合せが切り替わることに応じて、DA変換回路が発する参照信号の変化特性(具体的には傾き)を切替設定するようにしたので、画素部10を構成する各カラー画素の特性に応じて互いに異なる基準電圧を各々生成して比較処理を行なうことによって、単位画素から出力されるアナログの画素信号をデジタルデータに変換する際、各々のカラーに応じて参照信号の傾きを調節することで、各カラーの特性を緻密に制御することができる。   In addition, since the change characteristic (specifically, the slope) of the reference signal generated by the DA converter circuit is switched in accordance with switching of the combination of the predetermined colors existing in the processing target row, the pixel unit 10 is configured. When converting analog pixel signals output from unit pixels into digital data by generating different reference voltages according to the characteristics of each color pixel and performing comparison processing, reference is made according to each color. By adjusting the slope of the signal, the characteristics of each color can be precisely controlled.

加えて、DA変換回路が発する参照信号の初期値をDA変換回路で生ずる固有のばらつき成分や黒基準成分に応じて切替設定するようにしたので、回路ばらつきを補正できるとともに、黒基準成分の補正を加えた信号のみについて簡易な構成でAD変換することができる。   In addition, since the initial value of the reference signal generated by the DA converter circuit is switched and set according to the inherent variation component and black reference component generated in the DA conversion circuit, the circuit variation can be corrected and the black reference component can be corrected. AD conversion can be performed with a simple configuration only for the signal to which the signal is added.

さらに、基準成分(リセット成分)と信号成分との減算処理が2回目のカウント結果として垂直列ごとに直接に取得することができ、基準成分と信号成分のそれぞれのカウント結果を保持するメモリ装置をカウンタ部が備えるラッチ機能で実現でき、AD変換されたデータを保持する専用のメモリ装置をカウンタとは別に用意する必要がない。   Further, a subtraction process between the reference component (reset component) and the signal component can be directly obtained for each vertical column as the second count result, and a memory device that holds the respective count results of the reference component and the signal component is provided. This can be realized by a latch function provided in the counter unit, and it is not necessary to prepare a dedicated memory device for holding AD converted data separately from the counter.

加えて、基準成分と信号成分との差を取るための特別な減算器が不要になる。よって、従来構成よりも、回路規模や回路面積を少なくすることができ、加えて、雑音の増加や電流あるいは消費電力の増大を解消することができる。   In addition, a special subtracter for taking the difference between the reference component and the signal component becomes unnecessary. Therefore, the circuit scale and circuit area can be reduced as compared with the conventional configuration, and in addition, an increase in noise and an increase in current or power consumption can be eliminated.

また、比較部とカウンタ部でカラムAD回路(AD変換部)を構成したので、ビット数によらずカウンタ部を動作させるカウントクロック1本とカウントモードを切り替える制御線とでカウント処理を制御でき、従来構成で必要としていたカウンタ部のカウント値をメモリ装置まで導く信号線が不要になり、雑音の増加や消費電力の増大を解消することができる。   In addition, since the column AD circuit (AD conversion unit) is configured by the comparison unit and the counter unit, the count process can be controlled by one count clock for operating the counter unit and a control line for switching the count mode regardless of the number of bits. A signal line for guiding the count value of the counter unit required in the conventional configuration to the memory device becomes unnecessary, and an increase in noise and an increase in power consumption can be solved.

つまり、AD変換装置を同一チップ上に搭載した固体撮像装置1において、電圧比較部252とカウンタ部254とを対にしてAD変換部としてのカラムAD回路25を構成するとともに、カウンタ部254の動作としてダウンカウントとアップカウントとを組み合わせて使用しつつ、処理対象信号の基本成分(本実施形態ではリセット成分)と信号成分との差をデジタルデータにすることで、回路規模や回路面積や消費電力、あるいは他の機能部と間のインタフェース用配線の数や、この配線によるノイズや消費電流などの問題を解消することができる。   That is, in the solid-state imaging device 1 in which the AD conversion device is mounted on the same chip, the voltage comparison unit 252 and the counter unit 254 are paired to configure the column AD circuit 25 as an AD conversion unit, and the operation of the counter unit 254 By using a combination of down-counting and up-counting as a digital data, the difference between the basic component of the signal to be processed (the reset component in this embodiment) and the signal component is converted into digital data. Alternatively, problems such as the number of interface wirings with other functional units, noise and current consumption due to the wirings can be solved.

なお、図示を割愛するが、カウンタ部254の後段に、このカウンタ部254の保持したカウント結果を保持するnビットのメモリ装置としてのデータ記憶部を設けてもよい。データ記憶部には、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。データ記憶部は、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、カウンタ部254から取り込んだカウント値を保持する。水平走査回路12は、カラム処理部26の各電圧比較部252とカウンタ部254とが、それぞれが担当する処理を行なうのと並行して、各データ記憶部が保持していたカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。このような構成にすると、パイプライン処理が実現できる。   Although not shown, a data storage unit as an n-bit memory device that holds the count result held by the counter unit 254 may be provided at the subsequent stage of the counter unit 254. A control pulse is input to the data storage unit from the horizontal scanning circuit 12 through the control line 12c. The data storage unit holds the count value fetched from the counter unit 254 until there is an instruction by the control pulse through the control line 12c. The horizontal scanning circuit 12 reads the count values held by the data storage units in parallel with the voltage comparison units 252 and the counter units 254 of the column processing unit 26 performing the processes that they are responsible for. Has the function of the scanning unit. With this configuration, pipeline processing can be realized.

すなわち、カウンタ部254の動作前(t6)に、通信・タイミング制御部20からのメモリ転送指示パルスCN8に基づき、前行Hx−1の処理時におけるカウント結果をデータ記憶部に転送する。   That is, before the operation of the counter unit 254 (t6), based on the memory transfer instruction pulse CN8 from the communication / timing control unit 20, the count result at the time of processing of the previous row Hx-1 is transferred to the data storage unit.

図3に示した動作では、処理対象の画素信号における2回目の読出処理、すなわちAD変換処理が完了した後でなければ画素データをカラム処理部26の外部に出力することができないので、読出処理には制限があるのに対して、カウンタ部254の後段にデータ記憶部を設けると、処理対象の画素信号における1回目の読出処理(AD変換処理)に先立って前回の減算処理結果を示すカウント値をデータ記憶部に転送することができ、読出処理には制限がない。   In the operation shown in FIG. 3, the pixel data cannot be output to the outside of the column processing unit 26 until the second reading process for the pixel signal to be processed, that is, the AD conversion process is completed. However, if a data storage unit is provided after the counter unit 254, a count indicating the result of the previous subtraction process prior to the first reading process (AD conversion process) for the pixel signal to be processed is provided. The value can be transferred to the data storage unit, and the reading process is not limited.

よって、このような構成を採ることで、カウンタ部254のカウント動作すなわちAD変換処理と、カウント結果の水平信号線18への読出動作とを独立して制御可能であり、AD変換処理と外部(先ずは水平信号線18)への信号の読出動作とを独立・並行して行なうパイプライン動作が実現できる。   Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to independently control the counting operation of the counter unit 254, that is, the AD conversion processing, and the reading operation of the count result to the horizontal signal line 18, and the AD conversion processing and the external ( First, a pipeline operation can be realized in which the signal reading operation to the horizontal signal line 18) is performed independently and in parallel.

<参照信号生成部の基本構成>
図4は、参照信号生成部27の基本構成例を示す図である。本実施形態の参照信号生成部27は、その基本構成として、電流出力型のDA変換回路を採用している点と、カラムAD回路25の電圧比較部252に供給する参照信号(ランプ電圧)の傾きすなわちRAMPスロープの傾きβを調整する機構として、DA変換処理において使用されるカウントクロック数(つまりクロック周波数)を変える以外に、単位電流源の電流量をデジタル制御により変えることによって、クロック当たりのΔRAMPを調整する機構を備えている点に特徴を有する。なお、電流出力型のDA変換回路は、行列状に配列されたセル配列を備える電流源セルマトリクス形のものとなっている。
<Basic configuration of reference signal generator>
FIG. 4 is a diagram illustrating a basic configuration example of the reference signal generation unit 27. The reference signal generation unit 27 of the present embodiment employs a current output type DA converter circuit as its basic configuration, and the reference signal (ramp voltage) supplied to the voltage comparison unit 252 of the column AD circuit 25. As a mechanism for adjusting the slope, that is, the slope β of the RAMP slope, in addition to changing the count clock number (that is, the clock frequency) used in the DA conversion process, the current amount of the unit current source is changed by digital control, so that It is characterized in that it has a mechanism for adjusting ΔRAMP. The current output type DA converter circuit is of a current source cell matrix type having a cell arrangement arranged in a matrix.

従来、この電流出力型のDA変換回路としては、同一の定電流を生成すべく所定の電流値に重付けされた複数の電流源セルを使用し、この電流源セルの中から多ビットデジタル入力信号のデータ値に応じた電流源セルを選択して、この選択電流源セルの定電流出力を加算出力させることにより、デジタル入力信号値に応じたアナログ電流出力を得るようにしたものが提供されている。   Conventionally, this current output type DA converter circuit uses a plurality of current source cells superimposed on a predetermined current value to generate the same constant current, and a multi-bit digital input is selected from these current source cells. An analog current output corresponding to a digital input signal value is obtained by selecting a current source cell corresponding to the signal data value and adding the constant current output of the selected current source cell. ing.

電流源セルを選択するための回路方式としては、デコード方式やバイナリ方式や、その両者を組み合わせた複合方式のものを中心として多数の方式が採用されているが、中でも、上位ビットと下位ビットの2段階に分けてデジタル入力信号をアナログ信号に変換する方式が広く知られている(たとえば特開平11−17545号公報を参照)。   As a circuit method for selecting a current source cell, a number of methods are adopted mainly for a decoding method, a binary method, and a composite method combining both of them. A method of converting a digital input signal into an analog signal in two stages is widely known (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-17545).

しかしながら従来の複合方式の構成では、入力デジタル信号に対して、上位ビット側では10進法にデコードされ、下位ビット側ではバイナリ方式に分割する方式が用いられており、さらにデコード方式では、マトリクス状に配列された定電流源セルの選択をデコードとラッチで行なう。そのため入力デジタル信号が高速になると、デコード方式とバイナリ方式で分割された装置を同時に動作させることと、高速かつ確実にデコードとラッチを動作させてセルを選択するのが困難となる。その結果として、グリッチの発生やミスコードの発生原因を生成し安定な動作の実現を困難としてしまう。   However, in the conventional composite system configuration, the input digital signal is decoded in the decimal system on the upper bit side and divided into the binary system on the lower bit side. The constant current source cells arranged in (1) are selected by decoding and latching. Therefore, when the input digital signal becomes high speed, it becomes difficult to simultaneously operate the devices divided by the decoding method and the binary method, and to select the cell by operating the decoding and latching at high speed and surely. As a result, the cause of occurrence of glitches and miscodes is generated, making it difficult to realize stable operation.

また、たとえば、色分離フィルタの配列に応じた色対応の参照信号を供給する際には、色に応じた変化率(たとえば減少率)で変化する参照信号を比較器に供給する必要がある。この際には、色別に適合させるべく、変化率の設定に高精度が要求される。   Further, for example, when supplying a color-corresponding reference signal corresponding to the arrangement of the color separation filters, it is necessary to supply a reference signal that changes at a change rate (for example, a decrease rate) corresponding to the color to the comparator. In this case, high accuracy is required for setting the rate of change in order to adapt to each color.

また、ダイナミックレンジを確保するために、入力光が少ない暗部での撮像の際には、撮像信号のゲイン(アナログゲイン)を調整した上でデジタルデータを得る必要がある。この際にも、入力光に適合させるべく、変化率の設定に高精度が要求される。   Further, in order to ensure a dynamic range, it is necessary to obtain digital data after adjusting the gain (analog gain) of an imaging signal when imaging in a dark part with little input light. Also in this case, high accuracy is required for setting the rate of change in order to adapt to the input light.

この参照信号の変化率の調整に当たっては、たとえば、基準の変化率で生成された参照信号をアナログ増幅器を用いて、そのゲイン調整で対処することが考えられる。しかしながら、アナログゲインを調整することは、精度の点で難点があり、たとえば、12ビット以上の精度で微調整したり、参照電位のバラツキを少なくしたりすることは困難である。   In adjusting the rate of change of the reference signal, for example, it is conceivable to deal with the reference signal generated at the standard rate of change by adjusting its gain using an analog amplifier. However, it is difficult to adjust the analog gain in terms of accuracy. For example, it is difficult to make fine adjustment with accuracy of 12 bits or more or to reduce variations in the reference potential.

そこで、本実施形態では、このような問題を解消し得る仕組みを採用する。以下具体的に説明する。   Therefore, in the present embodiment, a mechanism that can solve such a problem is adopted. This will be specifically described below.

図4(A)に示すように、参照信号生成部27(DA変換回路27a,27b)をなす本実施形態のDA変換部300は、所定の傾きと初期値とを持つ参照信号RAMPの生成に主体的に作用する機能部分である第1DA変換部302と、第1DA変換部302において生成される参照信号の傾きの制御(ゲイン制御)に主体的に作用する機能部分である第2DA変換部304とを備えている。なお、第1DA変換部302は、スロープ状の参照電圧を生成するスロープ(Slope )部(スロープ型のDA変換部)としての主体的機能部であり、また第2DA変換部304は、第1DA変換部302を制御するプログラマブルゲインアンプ(PGA;Programmable Gain Amp )部としての主体的機能部である。   As shown in FIG. 4A, the DA converter 300 of this embodiment, which forms the reference signal generator 27 (DA converter circuits 27a and 27b), generates a reference signal RAMP having a predetermined slope and an initial value. A first DA converter 302 that is a functional part that acts independently, and a second DA converter 304 that is a functional part that acts mainly on the control (gain control) of the slope of the reference signal generated in the first DA converter 302. And. The first DA conversion unit 302 is a main function unit as a slope (slope type DA conversion unit) that generates a slope-like reference voltage, and the second DA conversion unit 304 is a first DA conversion unit. This is a main function unit as a programmable gain amplifier (PGA) unit that controls the unit 302.

第1および第2DA変換部302,304は、それぞれ所定の重付けの出力電流値を生成する電流源セルが複数個設けられた電流源セル部350,750と、電流源セルの選択動作を制御するDAC制御部310,710を備えており、この電流源セルの選択動作をデジタル処理にて制御し、選択された電流源セルから出力される電流の加算処理によりDA変換を行なう電流出力型のDA変換回路構成となっている。   First and second DA converters 302 and 304 control current source cell units 350 and 750 provided with a plurality of current source cells that generate predetermined weighted output current values, and current source cell selection operations, respectively. DAC control units 310 and 710 for controlling the current source cell are selected by digital processing, and DA conversion is performed by adding the current output from the selected current source cell. It has a DA conversion circuit configuration.

ここで、第2DA変換部304の出力側には、電流量調整用の電流源セル(以下ゲイン調整電流源セルともいう)308が設けられている。第2DA変換部304は、デジタル処理にて各電流源セルが選択制御され、差動電流出力の内の一方に基づいてDAC出力端子DACgain にて電流加算し、この加算電流Igainをゲイン調整電流源セル308に供給する。ゲイン調整電流源セル308は、加算電流Igainに基づく制御電圧(ゲイン制御出力信号)Vbaisを電流制御線592を介して第1DA変換部302の各電流源セルに供給するようになっている。制御電圧Vbaisを制御すれば参照信号RAMPの傾きを制御できる。つまり、第1DA変換部302によって生成されるシングルスロープ積分型AD変換方式において使用される参照信号RAMPの傾きを、第2DA変換部304によるデジタル制御によって調整する構成となっている。   Here, on the output side of the second DA converter 304, a current source cell for adjusting the amount of current (hereinafter also referred to as a gain adjusting current source cell) 308 is provided. In the second DA converter 304, each current source cell is selected and controlled by digital processing, the current is added at the DAC output terminal DACgain based on one of the differential current outputs, and this added current Igain is gain-adjusted current source. Supply to cell 308. The gain adjustment current source cell 308 supplies a control voltage (gain control output signal) Vbais based on the addition current Igain to each current source cell of the first DA converter 302 via the current control line 592. By controlling the control voltage Vbais, the slope of the reference signal RAMP can be controlled. That is, the slope of the reference signal RAMP used in the single slope integration AD conversion method generated by the first DA converter 302 is adjusted by digital control by the second DA converter 304.

ここで、第1DA変換部302と第2DA変換部304との間は、ゲイン調整電流源セル308を介してカレントミラーで接続されるようになっている。すなわち、このゲイン調整電流源セル308が、電流源セル部350内の各電流源セルとの間でカレントミラーを構成するようになっている。   Here, the first DA converter 302 and the second DA converter 304 are connected by a current mirror via a gain adjustment current source cell 308. That is, the gain adjustment current source cell 308 forms a current mirror with each current source cell in the current source cell unit 350.

ゲイン調整電流源セル308は、たとえば図4(B)に示すように、加算電流Igainが供給されるドレインとゲートとが接続され、ソースがアナロググランド線に接続されたNMOS型のトランジスタ790を備えている。このNMOS型のトランジスタ790のゲート(ドレインも)には加算電流に応じたバイアス電圧Vbaisが発生する。このバイアス電圧Vbaisを、第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するNMOS型のトランジスタのゲートと共通接続される電流制御線592に供給するようになっている。   For example, as shown in FIG. 4B, the gain adjustment current source cell 308 includes an NMOS transistor 790 in which a drain and a gate to which an addition current Igain is supplied are connected and a source is connected to an analog ground line. ing. A bias voltage Vbais corresponding to the added current is generated at the gate (also drain) of the NMOS transistor 790. This bias voltage Vbais is supplied to a current control line 592 that is commonly connected to the gates of NMOS transistors constituting each current source cell arranged on the first DA converter 302 side.

なお、図4(B)では、ゲイン調整電流源セル308としてNMOS型のトランジスタ790を用いているが、これは、第2DA変換部304を構成する各電流源セルをPMOS型のトランジスタとする場合であり、図4(C)に示すように、第2DA変換部304を構成する各電流源セルをNMOS型のトランジスタとする場合には、先ず、PMOS型のトランジスタ792で加算電流Igainを受けることになる。   In FIG. 4B, an NMOS transistor 790 is used as the gain adjustment current source cell 308. This is because each current source cell constituting the second DA converter 304 is a PMOS transistor. As shown in FIG. 4C, when each current source cell constituting the second DA converter 304 is an NMOS transistor, first, the PMOS transistor 792 receives the addition current Igain. become.

また、ゲイン調整電流源セル308を構成するトランジスタと第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するトランジスタとが異なる極性(チャネル)のものである場合には、第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するトランジスタとカレントミラーを構成できるように、電流/電流変換部を設ける。   Further, when the transistors constituting the gain adjustment current source cell 308 and the transistors constituting each current source cell arranged on the first DA converter 302 side have different polarities (channels), the first DA converter A current / current conversion unit is provided so that a current mirror can be configured with the transistors constituting each current source cell arranged on the 302 side.

たとえば、図4(C)では、トランジスタ792とカレントミラー接続されたPMOS型のトランジスタ794と、このトランジスタ794から出力される電流を受け取るNMOS型のトランジスタ796とを設け、このトランジスタ796をトランジスタ790と同様に接続する。   For example, in FIG. 4C, a PMOS transistor 794 that is current-mirror connected to the transistor 792 and an NMOS transistor 796 that receives current output from the transistor 794 are provided. Connect in the same way.

つまり、トランジスタ796は、ドレインには、加算電流が供給され、ドレインとゲートとが接続され、ソースがアナロググランド線に接続される。トランジスタ796のゲート(ドレインも)が、第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するNMOS型のトランジスタのゲートと共通接続されるようにする。NMOS型のトランジスタ796のゲート(ドレインも)には加算電流に応じたバイアス電圧Vbaisが発生する。このバイアス電圧Vbaisを、第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するNMOS型のトランジスタのゲートと共通接続される電流制御線592に供給する。   That is, in the transistor 796, an addition current is supplied to the drain, the drain and the gate are connected, and the source is connected to the analog ground line. The gate (also drain) of the transistor 796 is connected in common with the gate of the NMOS transistor constituting each current source cell arranged on the first DA converter 302 side. A bias voltage Vbais corresponding to the added current is generated at the gate (also drain) of the NMOS transistor 796. This bias voltage Vbais is supplied to a current control line 592 that is commonly connected to the gates of the NMOS transistors constituting each current source cell arranged on the first DA converter 302 side.

また、図4(D)では、トランジスタ790とカレントミラー接続されたNMOS型のトランジスタ798と、このトランジスタ798から出力される電流を受け取るPMOS型のトランジスタ799とを設ける。そして、このトランジスタ799のドレインにはトランジスタ798から加算電流が供給されるようにし、またドレインとゲートとを接続し、ソースを電源線に接続する。トランジスタ799のゲート(ドレインも)が、第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するPMOS型のトランジスタのゲートと共通接続されるようにする。PMOS型のトランジスタ799のゲート(ドレインも)には加算電流に応じたバイアス電圧Vbaisが発生する。このバイアス電圧Vbaisを、第1DA変換部302側に配される各電流源セルを構成するPMOS型のトランジスタのゲートと共通接続される電流制御線592に供給する。   4D, an NMOS transistor 798 that is current-mirror connected to the transistor 790 and a PMOS transistor 799 that receives current output from the transistor 798 are provided. An additional current is supplied from the transistor 798 to the drain of the transistor 799, the drain and the gate are connected, and the source is connected to the power supply line. The gate (also drain) of the transistor 799 is connected in common with the gate of the PMOS transistor constituting each current source cell arranged on the first DA converter 302 side. A bias voltage Vbais corresponding to the added current is generated at the gate (also drain) of the PMOS transistor 799. This bias voltage Vbais is supplied to a current control line 592 that is commonly connected to the gate of the PMOS transistor that constitutes each current source cell arranged on the first DA converter 302 side.

何れの構成も、動作的には、ゲイン調整電流源セル308は、第2DA変換部304側で生成される加算電流Igainを電圧信号(上記例ではバイアス電圧Vbais)に変換し、この変換した電圧信号に基づき、第1DA変換部302側の各電流源セルの動作電流値を制御する電流/電圧変換部として機能するものである。   In any operation, the gain adjustment current source cell 308 converts the addition current Igain generated on the second DA converter 304 side into a voltage signal (bias voltage Vbais in the above example), and the converted voltage. It functions as a current / voltage converter that controls the operating current value of each current source cell on the first DA converter 302 side based on the signal.

なお、後述する図9にも示すように、スロープ部としての第1DA変換部302をNMOSで構成し、PGA部としての第2DA変換部304をPMOSで構成し、そのバイアス電位は、PMOS構成の回路出力を折り返しす構成とした方が、以下の点で有利である。第1には、NMOSのゲート電位を作るにはPMOSから出力しないといけない。   As shown in FIG. 9 to be described later, the first DA converter 302 as the slope section is configured by NMOS, the second DA converter 304 as the PGA section is configured by PMOS, and the bias potential thereof is the PMOS configuration. The configuration in which the circuit output is folded is advantageous in the following points. First, in order to create the gate potential of NMOS, it must be output from PMOS.

第2には、バラツキに強い。第2の点についてさらに詳述すれば以下の通りである。たとえば、温度が上がりトランジスタの能力が下がった場合、アンプからの出力は常に一定であるが、同じ電流を流すために深いゲートソース間電位Vgsとなり、この出力がNMOSで構成される折返しに入力されることで、室温時と同じ出力を保つことができるようになる。また、プロセスバラツキなどで、NMOSとPMOSのトランジスタに能力差が生じても上記と同様の論理で安定した出力を得られるようになる。   Second, it is resistant to variation. The second point will be described in further detail as follows. For example, when the temperature rises and the capability of the transistor decreases, the output from the amplifier is always constant, but the deep gate-source potential Vgs is applied to allow the same current to flow, and this output is input to the turn-back configured by NMOS. As a result, the same output as at room temperature can be maintained. Further, even if there is a difference in capability between the NMOS and PMOS transistors due to process variations, a stable output can be obtained with the same logic as described above.

DAC出力端子DACgain にて加算(合成)された第2DA変換部304の出力電流Igainを電流/電圧変換部として機能するゲイン調整電流源セル308にて受け取り、このゲイン調整電流源セル308として、折返し用のトランジスタ790(もしくはトランジスタ792)を設け、そのゲートとドレインを接続した回路構成を採る。   The output current Igain of the second DA conversion unit 304 added (synthesized) at the DAC output terminal DACgain is received by the gain adjustment current source cell 308 functioning as a current / voltage conversion unit. A circuit configuration in which a transistor 790 (or a transistor 792) is provided and the gate and drain thereof are connected is employed.

第1DA変換部302は、電流出力型のDA変換回路の構成を採り、その電流源セルの制御入力端子であるゲートに、電流/電圧変換部として機能するゲイン調整電流源セル308の出力電圧(バイアス電圧Vbais)を供給する構成を採るのである。   The first DA conversion unit 302 has a configuration of a current output type DA conversion circuit, and the output voltage of the gain adjustment current source cell 308 functioning as a current / voltage conversion unit is connected to the gate which is a control input terminal of the current source cell. The bias voltage Vbais) is supplied.

全体としては、第2DA変換部304の電流源セルを構成するPMOSトランジスタと第1DA変換部302の電流源セルを構成するNMOSトランジスタを折り返して使うことでバラツキに強くするのである。   As a whole, the PMOS transistor that constitutes the current source cell of the second DA converter 304 and the NMOS transistor that constitutes the current source cell of the first DA converter 302 are folded back and used, thereby making the variation strong.

これにより、電流源セル部350内の各電流源セルの動作電流をデジタル制御により設定することで、任意の設定されたゲインで動作するDA変換回路が実現できるようになり、各電流源セルの動作電流を調整することで、たとえば、−3dBから20dBまでゲインを可変できる。電流源セル部350をデジタル信号で制御することで、DA変換部300は、所望の入力デジタル信号Dinを所望のゲインでアナログ出力できるDA変換回路として動作可能となる。   Thus, by setting the operating current of each current source cell in the current source cell unit 350 by digital control, a DA converter circuit that operates with an arbitrarily set gain can be realized, and each current source cell By adjusting the operating current, for example, the gain can be varied from -3 dB to 20 dB. By controlling the current source cell unit 350 with a digital signal, the DA conversion unit 300 can operate as a DA conversion circuit capable of analog output of a desired input digital signal Din with a desired gain.

また、詳細は後述するが、特に本実施形態の第2DA変換部304は、電流源セル部750に設けられる単位電流源の一例である各電流源セルの動作電流量を制御する電流量調整用の電流源セルをデジタル制御により駆動することによって、第1DA変換部302におけるDA変換でのクロック当たりの傾き(ΔRAMP)を調整する点に大きな特徴を有している。   Although details will be described later, in particular, the second DA converter 304 of the present embodiment is for adjusting the amount of current for controlling the operating current amount of each current source cell which is an example of a unit current source provided in the current source cell unit 750. This current source cell is driven by digital control, and has a great feature in that the slope per clock (ΔRAMP) in DA conversion in the first DA converter 302 is adjusted.

デジタル制御をたとえば12ビット精度で行なうことで、結果として、電流源セル部350における電流加算量を12ビット精度で調整することができるようになる。このことは、シングルスロープ積分型のAD変換を行なう際に、処理対象の画素信号に対して12ビットといった高精度でアナログゲインを調整した上でデジタルデータを取得することになる。   By performing digital control with, for example, 12-bit accuracy, as a result, the amount of current addition in the current source cell unit 350 can be adjusted with 12-bit accuracy. This means that when performing single slope integration type AD conversion, digital data is acquired after adjusting the analog gain with high accuracy of 12 bits for the pixel signal to be processed.

また、第2DA変換部304による電流源セル部350の各電流源セルに対する動作電流制御は、ゲイン調整電流源セル308との間でカレントミラーを利用して一様に制御可能であるので、一箇所(ここではゲイン調整電流源セル308)への制御によって、電流源セル部350の各電流源セルそれぞれに一様なゲイン調整が可能となる。   In addition, the operation current control for each current source cell of the current source cell unit 350 by the second DA conversion unit 304 can be uniformly controlled using the current mirror with the gain adjustment current source cell 308. By controlling the position (here, the gain adjustment current source cell 308), uniform gain adjustment can be performed for each current source cell of the current source cell unit 350.

参照電圧の振幅制御における精度が、デジタル入力によるゲイン調整用DA変換回路としての第2DA変換部304のデジタル調整精度によって決定されるのである。この第2DA変換部304に対するゲイン設定用のデジタル入力(入力コード)Dgainは、もちろん、外部からの直接入力が可能である。   The accuracy in the amplitude control of the reference voltage is determined by the digital adjustment accuracy of the second DA converter 304 as a gain adjustment DA converter circuit by digital input. Needless to say, the gain setting digital input (input code) Dgain to the second DA converter 304 can be directly input from the outside.

<第1DA変換部の構成>
図5は、第1DA変換部302の具体的な構成例を示す図である。図示するように、第1DA変換部302は、当該第1DA変換部302の全体を制御するとともに定電流源選択制御部の機能も備えたDAC制御部310と、複数の電流源セル(定電流源)を具備してなる電流源セル部350とを備えている。
<Configuration of first DA converter>
FIG. 5 is a diagram illustrating a specific configuration example of the first DA converter 302. As shown in the figure, the first DA converter 302 controls the entire first DA converter 302 and has a function of a constant current source selection controller, and a plurality of current source cells (constant current sources). And a current source cell unit 350.

DAC制御部310は、DAC制御部310内の各部の動作を制御するブロック制御部320と、処理対象の入力デジタル信号Dinの入力段に配され下位ビットの制御処理を担当する下位ビット制御部330と処理対象の入力デジタル信号Dinの入力段に配され上位ビットの制御処理を担当する上位ビット制御部340とを備えている。   The DAC control unit 310 includes a block control unit 320 that controls the operation of each unit in the DAC control unit 310, and a lower bit control unit 330 that is disposed in the input stage of the input digital signal Din to be processed and is in charge of lower bit control processing. And an upper bit control unit 340 that is disposed in the input stage of the input digital signal Din to be processed and is in charge of the upper bit control process.

電流源セル部350は、所定の重み電流を出力する複数種類の下位電流源セル353を持つ下位電流源セル部352と、行列状に配列されそれぞれ同一(一律)の所定の重み電流を出力する上位電流源セル355を持つ上位電流源セル部354とを有する。   The current source cell unit 350 and the lower current source cell unit 352 having a plurality of types of lower current source cells 353 that output a predetermined weight current are arranged in a matrix and each output the same (uniform) predetermined weight current. And an upper current source cell unit 354 having an upper current source cell 355.

下位電流源セル部352には、デジタル入力信号の下位ビットの各ビットに1個ずつ対応する下位側jビットを担当するj個の下位電流源セル353が並列に設けられる。下位電流源セル353の出力端は、各下位電流源セル353の出力電流を合成するための選択出力線396に接続される。選択出力線396は、DAC出力端子DACoutに接続される。   The lower-order current source cell unit 352 is provided with j lower-order current source cells 353 that are responsible for the lower-order j bits corresponding to the lower-order bits of the digital input signal one by one. The output terminal of the lower current source cell 353 is connected to a selection output line 396 for synthesizing the output currents of the lower current source cells 353. The selection output line 396 is connected to the DAC output terminal DACout.

下位電流源セル部352の各下位電流源セル353の電流値の重付けは、上位電流源セル部354の各上位電流源セル355の電流値に対して、それぞれ1/2,1/4,…,1/2^jとされる。各下位電流源セル353は、入力デジタル信号Dinの下位jビットのそれぞれに対応するビットの論理値(“1”または“0”)に応じて、下位ビット制御
部330によって個別に選択されるようになっている。入力デジタル信号Dinの下位jビットに基づいて下位ビット制御部330によって選択された下位電流源セル353の出力電流は、DAC出力端子DACoutにて、一方が基準電圧Vref と接続された基準抵抗398により加算出力される。
The weighting of the current value of each lower current source cell 353 of the lower current source cell unit 352 is 1/2, 1/4, and the current value of each upper current source cell 355 of the upper current source cell unit 354, respectively. ..., 1/2 ^ j. Each lower current source cell 353 is individually selected by the lower bit control unit 330 according to the logical value (“1” or “0”) of the bit corresponding to each of the lower j bits of the input digital signal Din. It has become. The output current of the lower-order current source cell 353 selected by the lower-order bit control unit 330 based on the lower-order j bits of the input digital signal Din is output from the DAC output terminal DACout by one of the reference resistors 398 connected to the reference voltage Vref. Addition output.

上位電流源セル部354には、上位側iビットを担当する少なくとも2^i個(好ましくは(2^i)+y(yは任意)個)の上位電流源セル355が2次元マトリクス状に設けられる。その周りには、各上位電流源セル355を選択するべく、上位電流源セル355のマトリクス配置に応じたマトリクス選択線358を有する。   The upper current source cell unit 354 is provided with at least 2 ^ i (preferably (2 ^ i) + y (y is optional)) upper current source cells 355 in charge of the upper i bits in a two-dimensional matrix. It is done. Around this, a matrix selection line 358 corresponding to the matrix arrangement of the upper current source cells 355 is provided to select each upper current source cell 355.

上位電流源セル部354は、上位ビット制御部340により、デジタル入力信号の上位ビットデータ値に応じた数の上位電流源セル355が選択されるようになっている。選択された上位電流源セル355の出力電流は下位電流源セル部352と同様に、DAC出力端子DACoutにて加算出力される。この加算電流Idac と基準抵抗398の抵抗値Rref との積により、DAC出力端子DACoutの出力電圧が規定される。   In the upper current source cell unit 354, the upper bit control unit 340 selects the number of upper current source cells 355 corresponding to the upper bit data value of the digital input signal. The output current of the selected upper current source cell 355 is added and output at the DAC output terminal DACout, similarly to the lower current source cell unit 352. The product of this added current Idac and the resistance value Rref of the reference resistor 398 defines the output voltage of the DAC output terminal DACout.

ブロック制御部320は、通信・タイミング制御部20から供給される多ビットデジタル信号Dinに基づいて、上位ビット制御部340と下位ビット制御部330とを制御する。一例として、上位iビットについては10進数にデコードし、そのデコード値に基づいてシフトレジスタ部342内のシフトレジスタを制御する。   The block control unit 320 controls the upper bit control unit 340 and the lower bit control unit 330 based on the multi-bit digital signal Din supplied from the communication / timing control unit 20. As an example, the upper i bits are decoded into a decimal number, and the shift register in the shift register unit 342 is controlled based on the decoded value.

またブロック制御部320は、DACモード、DAC開始、あるいはDAC解像度などを制御するための各種の制御信号J320が入力されるようになっており、入力デジタル信号Din(たとえばデコード値)やこれらの制御信号J320に基づいて、下位ビット制御部330を制御する制御信号J330を下位ビット制御部330に供給するとともに、上位ビット制御部340を制御する制御信号J340を上位ビット制御部340に供給する。   The block control unit 320 is supplied with various control signals J320 for controlling the DAC mode, the DAC start, or the DAC resolution, and the input digital signal Din (for example, a decoded value) and the control thereof. Based on the signal J320, a control signal J330 for controlling the lower bit control unit 330 is supplied to the lower bit control unit 330, and a control signal J340 for controlling the upper bit control unit 340 is supplied to the upper bit control unit 340.

制御信号J330としては、たとえば分周処理部332の出力を一定の論理レベル(ここではクリア値)にするリセット信号が存在する。また、制御信号J340としては、たとえばシフトレジスタ部342の出力を一定の論理レベル(ここではクリア値やフル値)にするリセット信号およびセット信号が存在する。   As the control signal J330, for example, there is a reset signal for setting the output of the frequency division processing unit 332 to a certain logic level (here, a clear value). As the control signal J340, for example, there are a reset signal and a set signal for setting the output of the shift register unit 342 to a certain logic level (here, a clear value or a full value).

またブロック制御部320には、DA変換用のカウントクロックCKdac が外部クロックとして通信・タイミング制御部20から入力されるようになっており、このカウントクロックCKdac を整形して、内部カウントクロックCKcnt として下位ビット制御部330に供給するようになっている。   Further, the DA control count clock CKdac is input from the communication / timing control unit 20 to the block control unit 320 as an external clock, and the count clock CKdac is shaped and used as the internal count clock CKcnt. The data is supplied to the bit control unit 330.

また、ブロック制御部320は、上位電流源セル部354の上位電流源セル355の使用する数を規定することで、DA変換のデジタル解像度(たとえばiビットの“i”)を規定するべく、その制御のための制御信号J342を上位ビット制御部340に供給するようにもなっている。この制御信号J342としては、たとえば、各シフトレジスタの活性化を制御するイネーブル信号を使用することができる。各シフトレジスタの出力イネーブル(OE)端子に供給するイネーブル信号をアクティブにしたときには、各シフトレジスタの出力が有効となるが、イネーブル信号をインアクティブにして各シフトレジスタの出力を無効とする(たとえば非反転出力端子QをLレベル、反転出力端子xQをHレベルに維持する)ことで、各シフトレジスタの活性化を制御することができるのである。   Further, the block control unit 320 defines the digital resolution of DA conversion (for example, “i” of i bits) by defining the number used by the upper current source cells 355 of the upper current source cell unit 354. A control signal J342 for control is also supplied to the upper bit control unit 340. As this control signal J342, for example, an enable signal for controlling activation of each shift register can be used. When the enable signal supplied to the output enable (OE) terminal of each shift register is activated, the output of each shift register becomes valid, but the enable signal is made inactive to invalidate the output of each shift register (for example, By maintaining the non-inverting output terminal Q at the L level and the inverting output terminal xQ at the H level), the activation of each shift register can be controlled.

たとえば、最大解像度としてiビット分(2^i個)の上位電流源セル355を持つ上位電流源セル部354において、たとえば純粋にビット単位で解像度を制御する場合であれば、x(x≦i)ビットの解像度で使用する場合には、2^x個の上位電流源セル355のみが活性化するように制御する。この場合、制御信号J342としてはi本(制御信号J342_1〜_i)あればよい。   For example, in the upper current source cell unit 354 having the upper resolution current source cells 355 for i bits (2 ^ i) as the maximum resolution, for example, if the resolution is to be controlled purely in bit units, x (x ≦ i When using at a bit resolution, control is performed so that only 2 ^ x upper current source cells 355 are activated. In this case, there may be i (control signals J342_1 to _i) as the control signal J342.

制御信号J342_1は1個目の上位電流源セル355の活性化を制御し、制御信号J342_2は2個目〜2^2個目までの上位電流源セル355の活性化を制御し、以下同様に、制御信号J342_1〜_xは、1+2^(x−1)個目〜2^x個目までの上位電流源セル355の活性化を制御するために使用される。つまり、総数2^i(+y個があってもよい)の上位電流源セル355をx個のブロックに分割し、予め所望のデジタル解像度に対応した上位電流源セル355のみが使用されるように選択しておく。   The control signal J342_1 controls the activation of the first upper current source cell 355, the control signal J342_2 controls the activation of the second to 2 ^ 2 upper current source cells 355, and so on. The control signals J342_1 to _x are used to control activation of the upper current source cells 355 from the 1 + 2 ^ (x-1) th to 2 ^ xth. That is, the total number 2 ^ i (which may be + y) of upper current source cells 355 is divided into x blocks so that only upper current source cells 355 corresponding to a desired digital resolution are used in advance. Select it.

下位ビット制御部330は、ブロック制御部320から供給された内部カウントクロックCKcnt をカウントするカウンタ(つまりクロックを分周する分周器)を具備してなる
分周処理部332と、第1DA変換部302の出力に現われ得るグリッチを抑制する複数のグリッチ抑制回路を具備してなるグリッチ抑制処理部336とを備えている。グリッチ抑制回路は、下位電流源セル部352に設けられる下位電流源セル353の数と同数分(j個)が設けられる。
The lower bit control unit 330 includes a frequency division processing unit 332 including a counter (that is, a frequency divider that divides the clock) that counts the internal count clock CKcnt supplied from the block control unit 320, and a first DA conversion unit. And a glitch suppression processing unit 336 that includes a plurality of glitch suppression circuits that suppress glitches that may appear in the output 302. The same number (j) of glitch suppression circuits as the number of lower current source cells 353 provided in the lower current source cell unit 352 are provided.

分周処理部332は、1クロック期間で1LSBに相当するDA変換を実行可能とするべく設けられており、具体的には、D型フリップフロップ(ラッチ;以下D−FFという)を基本要素に有し、2のべき数分の1を生成する(j−1)個の分周器を有し、事実上のカウントクロックCKcnt そのものの1分周クロックと分周器で分周した(j−1)ビットの下位ビットバイナリ出力、すなわち1/2,1/4,…,1/2^(j−1)の分周クロックを選択制御信号としてグリッチ抑制処理部336の対応するグリッチ抑制回路に供給する。つまり、下位jビットのバイナリデータに相当する出力となる1/2^k(kは0からj−1まで)分周クロックをグリッチ抑制処理部336_j-kに供給する。この分周処理部332は、下位電流源セル部352に設けられるj個の下位電流源セル353に対してのセレクタとして機能する。   The frequency division processing unit 332 is provided so that DA conversion equivalent to 1 LSB can be executed in one clock period. Specifically, a D-type flip-flop (latched; hereinafter referred to as D-FF) is a basic element. Having (j−1) frequency dividers that generate a power of two, and divided by a frequency divider and a frequency divider of the actual count clock CKcnt itself (j− 1) A low-order bit binary output of bits, that is, a divided clock of 1/2, 1/4,..., 1/2 ^ (j−1) is used as a selection control signal to the corresponding glitch suppression circuit of the glitch suppression processing unit 336. Supply. That is, a 1 / 21 / 2k (k is from 0 to j−1) frequency-divided clock that is an output corresponding to the lower-order j-bit binary data is supplied to the glitch suppression processing unit 336_j-k. The frequency division processing unit 332 functions as a selector for the j lower current source cells 353 provided in the lower current source cell unit 352.

グリッチ抑制処理部336は、各分周クロックを、各グリッチ抑制回路によりグリッチ抑制処理を行なってから、1/2^k(kは0〜(j−1))分周クロックに対して1/2^(j−k)の電流値を持つ電流源セルというように、下位電流源セル部352の対応する下位電流源セル353に供給する。たとえば、1分周クロックに対しては1/2^jの電流値を持つ下位電流源セル353_jに接続され、1/2分周クロックに対しては1/2^(j−1)の電流値を持つ下位電流源セル353_j-1に接続され、1/4分周クロックに対しては1/2^(j−2)の電流値を持つ下位電流源セル353_j-2に接続され、以下同様に、1/2^(j−2)分周クロックに対しては1/4の電流値を持つ下位電流源セル353_2に接続され1/2^(j−1)分周クロックに対しては1/2の電流値を持つ下位電流源セル353_1に接続される。   The glitch suppression processing unit 336 performs a glitch suppression process on each frequency-divided clock by each glitch suppression circuit, and then 1 / k with respect to the frequency-divided clock of 1/2 ^ k (k is 0 to (j-1)). The current is supplied to the corresponding lower current source cell 353 of the lower current source cell unit 352 such as a current source cell having a current value of 2 ^ (j−k). For example, it is connected to the lower current source cell 353_j having a current value of 1/2 ^ j for the divided clock of 1 and 1/2 ^ (j-1) of current for the divided clock of 1/2. Is connected to the lower current source cell 353_j-1 having a value, and is connected to the lower current source cell 353_j-2 having a current value of 1/2 ^ (j-2) with respect to the quarter-divided clock. Similarly, the 1/2 ^ (j-2) divided clock is connected to the lower current source cell 353_2 having a current value of 1/4, and the 1/2 ^ (j-1) divided clock is Is connected to the lower current source cell 353_1 having a current value of 1/2.

ここで、グリッチ抑制処理部336は、図示を割愛するが、入力された信号に対しての論理反転(位相反転)機能と、所定のディレイ量Δtの遅延機能とを具備した遅延手段を備えており、この遅延手段により遅延されていない入力信号と当該遅延手段により遅延された反転信号とを相補信号として電流源セル353,355を構成する差動スイッチの各相補入力端子(ここではトランジスタ524,526のゲート端子)に供給する点に特徴を有している。   Here, although not shown, the glitch suppression processing unit 336 includes delay means having a logic inversion (phase inversion) function for an input signal and a delay function of a predetermined delay amount Δt. The complementary input terminals (here, transistors 524) of the differential switches constituting the current source cells 353 and 355 using the input signal not delayed by the delay means and the inverted signal delayed by the delay means as complementary signals. 526 gate terminal).

相補信号を単純に差動スイッチの各相補入力端子に供給すると、差動スイッチへの相補入力の時間的なバラツキ(ディレイ差)のため、電流源セル353,355をなす差動スイッチとして動作するトランジスタ524,526への入力がともにLレベルとなりともにオフとなる状態が存在する場合に、ともにオフ状態のときから選択出力線396におけるDA変換出力に関わるトランジスタ524をオンさせる場合が起こり、このときにグリッジが生じ易い。これは、トランジスタ524,526がともにオフ状態のときには電流源セルからの出力電流が完全にゼロの状態にあり、このような状態から電流源セルを活性化させて突然に出力電流を発生させようとすることが原因であると考えられる。   When a complementary signal is simply supplied to each complementary input terminal of the differential switch, it operates as a differential switch forming current source cells 353 and 355 due to temporal variations (delay difference) of complementary inputs to the differential switch. When both the inputs to the transistors 524 and 526 are at the L level and both are turned off, the transistor 524 related to the DA conversion output in the selected output line 396 is turned on from the time when both are turned off. Gliding is likely to occur. This is because when the transistors 524 and 526 are both off, the output current from the current source cell is completely zero, and the current source cell is activated from such a state to suddenly generate the output current. This is considered to be the cause.

これに対して、グリッチ抑制処理部336を介して電流源セル353,355の差動スイッチとして動作するトランジスタ524,526を制御すれば、トランジスタ526のゲート入力はディレイΔt期間後に活性化(ハイレベル)または不活性化(ローレベル)されるため、トランジスタ524が活性化されディレイΔt後にトランジスタ526が不活性化される過程では、トランジスタ524,526がともにオフ状態のときからトランジスタ524がオンする状態を確実に避けることができ、グリッジの発生を抑制することができる(詳細は後述する図9を参照)。   On the other hand, if the transistors 524 and 526 operating as differential switches of the current source cells 353 and 355 are controlled via the glitch suppression processing unit 336, the gate input of the transistor 526 is activated (high level) after the delay Δt period. Or inactive (low level), the transistor 524 is activated and the transistor 526 is deactivated after the delay Δt. In the process where the transistors 524 and 526 are both off, the transistor 524 is turned on. Can be reliably avoided, and the occurrence of glitches can be suppressed (refer to FIG. 9 for details).

また、下位ビット制御部330は、下位電流源セル部352の各下位電流源セル353を選択するべく、下位電流源セル353の数に応じた選択線338を有し、選択線338を制御することで、デジタル入力信号の下位ビットデータ値に相当する下位電流源セル353を選択する。本構成例の場合、分周処理部332と下位電流源セル部352との間の選択線338上にグリッチ抑制処理部336が設けられることになる。   Further, the lower bit control unit 330 has a selection line 338 corresponding to the number of lower current source cells 353 and controls the selection line 338 in order to select each lower current source cell 353 of the lower current source cell unit 352. Thus, the lower current source cell 353 corresponding to the lower bit data value of the digital input signal is selected. In the case of this configuration example, the glitch suppression processing unit 336 is provided on the selection line 338 between the frequency division processing unit 332 and the lower current source cell unit 352.

グリッチ抑制処理部336は、詳細は後述するが、分周処理部332からの分周クロックに基づいて、正論理出力Qと負論理出力xQとを各出力端子から略同時に出力する(以下相補出力をするともいう)ように構成されており、選択線338としては、それに応じて2本の選択線が各下位電流源セル353(詳細にはその差動スイッチ入力端)に接続されるようになっている。   Although the details will be described later, the glitch suppression processing unit 336 outputs the positive logic output Q and the negative logic output xQ from each output terminal substantially simultaneously based on the frequency-divided clock from the frequency-dividing processing unit 332 (hereinafter referred to as complementary output). As the selection line 338, two selection lines are connected to each lower current source cell 353 (specifically, its differential switch input terminal) accordingly. It has become.

また、下位ビット制御部330は、桁上がり時もしくは桁下がり時を示す信号をシフトクロックCKsrとして上位ビット制御部340のシフトレジスタ部342に供給するシフト制御部333を備えている。たとえば、シフト制御部333は、桁上がり時を示すシフトクロックCKsrを生成するべく、分周処理部332の下位ビットバイナリ出力の内の1/2^(j−1)分周クロックを論理反転するバッファ機能を有するインバータ334を備えている。分周処理部332は、1/2^(j−1)分周クロックをインバータ334を介して逆相にし、その変化エッジの一方を利用することで、シフトクロックCKsrとして、上位ビット制御部340に供給する。   Further, the lower bit control unit 330 includes a shift control unit 333 that supplies a signal indicating a carry time or a carry time to the shift register unit 342 of the upper bit control unit 340 as a shift clock CKsr. For example, the shift control unit 333 logically inverts the 1/2 ^ (j-1) frequency-divided clock in the low-order bit binary output of the frequency division processing unit 332 in order to generate the shift clock CKsr indicating the carry time. An inverter 334 having a buffer function is provided. The frequency division processing unit 332 converts the 1/2 ^ (j-1) frequency-divided clock to the reverse phase via the inverter 334 and uses one of the change edges, so that the upper bit control unit 340 is used as the shift clock CKsr. To supply.

もちろん、シフト制御部333のこのような構成は一例であって、たとえばアップカウント動作時に生成可能なキャリー(Carry )パルスを桁上がり時を示すシフトクロックCKsrとして使用することもできるし、ダウンカウント動作時に生成可能なボロー(Borrow)パルスを桁下がり時を示すシフトクロックCKsrとして使用することもできる。   Of course, such a configuration of the shift control unit 333 is an example. For example, a carry pulse that can be generated during the up-count operation can be used as the shift clock CKsr indicating the carry time, or the down-count operation. A Borrow pulse that can sometimes be generated can be used as the shift clock CKsr indicating the time of the carry-down.

上位ビット制御部340は、上位iビット分(2^i個)のシフトレジスタを具備したシフトレジスタ部342と、第1DA変換部302の出力に現われ得るグリッチを抑制する複数のグリッチ抑制回路を具備してなるグリッチ抑制処理部346とを備えている。グリッチ抑制回路は、上位電流源セル部354に設けられる上位電流源セル355の数と同数分(2^i個)が設けられる。シフトレジスタ部342には、下位ビット制御部330からシフトクロックCKsrが供給されるようになっている。   The upper bit control unit 340 includes a shift register unit 342 including upper i bits (2 ^ i) of shift registers, and a plurality of glitch suppression circuits that suppress glitches that may appear in the output of the first DA converter 302. And a glitch suppression processing unit 346. As many glitch suppression circuits as the number of upper current source cells 355 provided in the upper current source cell unit 354 are provided (2 ^ i). The shift register unit 342 is supplied with a shift clock CKsr from the lower bit control unit 330.

シフトレジスタ部342は、上位iビットの各データ値に相当するDA変換を実行可能とするべく設けられており、具体的には、上位iビットのデジタル信号に順次対応するように縦続接続されたシフトレジスタを備え、下位ビット制御部330から供給されるシフトクロックCKsrに基づいて、そのシフト出力端子を順次所定方向にアクティブに(活性化)することで、入力デジタル信号の上位iビットを10進数にデコードしたデータ値をシフト出力端子に出力する。   The shift register unit 342 is provided so as to be able to execute DA conversion corresponding to each upper-order i-bit data value. Specifically, the shift-register unit 342 is cascade-connected so as to sequentially correspond to the upper-order i-bit digital signal. A shift register is provided, and based on the shift clock CKsr supplied from the lower bit control unit 330, the shift output terminals are sequentially activated (activated) in a predetermined direction, whereby the upper i bits of the input digital signal are converted into decimal numbers. The decoded data value is output to the shift output terminal.

シフトレジスタの各シフト出力は選択制御信号として、それぞれグリッチ抑制処理部346の対応するグリッチ抑制回路に供給される。グリッチ抑制処理部346は、各シフト出力を、各グリッチ抑制回路によりグリッチ抑制処理を行なってから、上位電流源セル部354の対応する上位電流源セル355に供給する。   Each shift output of the shift register is supplied to the corresponding glitch suppression circuit of the glitch suppression processing unit 346 as a selection control signal. The glitch suppression processing unit 346 supplies each shift output to the corresponding upper current source cell 355 of the upper current source cell unit 354 after performing the glitch suppression processing by each glitch suppression circuit.

また、上位ビット制御部340は、上位電流源セル部354の各上位電流源セル355を選択するべく、上位電流源セル355の数に応じたマトリクス選択線348(マトリクス選択線358に対応するもの)を有し、マトリクス選択線348を制御することで、デジタル入力信号の上位ビットデータ値に相当する上位電流源セル355を選択する。本構成例の場合、シフトレジスタ部342と上位電流源セル部354との間のマトリクス選択線348上にグリッチ抑制処理部346が設けられることになる。   In addition, the upper bit control unit 340 selects the upper current source cells 355 of the upper current source cell unit 354 so as to select a matrix selection line 348 corresponding to the number of upper current source cells 355 (corresponding to the matrix selection line 358). ) And the matrix selection line 348 is controlled to select the upper current source cell 355 corresponding to the upper bit data value of the digital input signal. In the case of this configuration example, the glitch suppression processing unit 346 is provided on the matrix selection line 348 between the shift register unit 342 and the upper current source cell unit 354.

グリッチ抑制処理部346は、グリッチ抑制処理部336と同様に、シフトレジスタ部342から出力されるシフト出力に基づいて相補出力をするように構成されており、上位電流源セル部354の周りに配されたマトリクス選択線358としては、各出力Q,xQに応じて2本の選択線が各上位電流源セル355(詳細にはその差動スイッチ入力端)に接続されるようになっている。   Similar to the glitch suppression processing unit 336, the glitch suppression processing unit 346 is configured to perform complementary output based on the shift output output from the shift register unit 342, and is arranged around the upper current source cell unit 354. As the matrix selection line 358, two selection lines are connected to each upper current source cell 355 (specifically, its differential switch input terminal) in accordance with each output Q, xQ.

なお、シフトレジスタ部342は、ブロック制御部320から供給されるデジタル解像度制御用の制御信号J342_1〜_iが、D−FFを基本要素とするシフトレジスタの出力イネーブル端子に供給され、たとえばx(x≦i)ビットの解像度で使用する場合には、予め、2^x個のシフトレジスタのみが活性化するようにされる。   Note that the shift register unit 342 receives the digital resolution control control signals J342_1 to _i supplied from the block control unit 320 to the output enable terminal of the shift register whose basic element is D-FF, for example, x (x ≦ i) When using at a bit resolution, only 2 ^ x shift registers are activated in advance.

制御信号J342_1は1個目のシフトレジスタの活性化を制御し、制御信号J342_2は2個目〜2^2個目までのシフトレジスタの活性化を制御し、以下同様に、制御信号J342_1〜_xは、1+2^(x−1)個目〜2^x個目までのシフトレジスタの活性化を制御するために使用される。つまり、総数2^i(+y個があってもよい)のシフトレジスタをx個のブロックに分割することで、予め所望のデジタル解像度に対応したシフトレジスタのみが使用されるように選択しておき、これにより所望のデジタル解像度に対応した上位電流源セル355のみが使用されるようにする。   The control signal J342_1 controls the activation of the first shift register, the control signal J342_2 controls the activation of the second to 2 ^ 2 shift registers, and similarly, the control signals J342_1 to _x Is used to control the activation of the shift registers from the 1 + 2 ^ (x-1) th to the 2 ^ xth. That is, by dividing the total number of 2 ^ i (which may be + y) shift registers into x blocks, a selection is made in advance so that only shift registers corresponding to the desired digital resolution are used. Thus, only the upper current source cell 355 corresponding to the desired digital resolution is used.

もちろん、デジタル解像度はビット単位で制御することに限らず任意の値zで制御することもできる。たとえば、上位iビットが7ビットで任意のyが8でブロックを4つのシフトレジスタで区切ったzが34の場合、予め設定された所望のデジタル解像度に対応した制御信号がzごとにシフトレジスタに入力される。   Of course, the digital resolution is not limited to being controlled in bit units, but can be controlled by an arbitrary value z. For example, if the upper i bits are 7 bits, an arbitrary y is 8, and z is 34 divided by 4 shift registers, the control signal corresponding to the desired digital resolution set in advance is sent to the shift register for each z. Entered.

上位ビット制御部340は、デジタル入力信号の上位ビットデータ値に相当する数の上位電流源セル355を選択することで、上位ビットデータ分のDA変換を行なう。この際、デジタル解像度に対応した数のシフトレジスタや上位電流源セル355のみが活性化するように制御することで、設定されたデジタル解像度に達した時点以降は事実上DA変換が行なわれないようにする。つまり、上位ビット制御部340は、下位ビット制御部330から供給されるシフトクロックCKsrに基づいて上位ビットデータに基づいてDA変換を開始するととともに、自動的に、所望のデジタル解像度に達した時点でDA変換が停止するようになる。   The upper bit control unit 340 performs DA conversion for the upper bit data by selecting the number of upper current source cells 355 corresponding to the upper bit data value of the digital input signal. At this time, by controlling so that only the number of shift registers and upper current source cells 355 corresponding to the digital resolution are activated, the DA conversion is practically not performed after the set digital resolution is reached. To. In other words, the upper bit control unit 340 starts DA conversion based on the upper bit data based on the shift clock CKsr supplied from the lower bit control unit 330 and automatically reaches a desired digital resolution. DA conversion stops.

シフトレジスタ部342は、下位ビット制御部330から供給されるシフトクロックCKsrに基づいて、縦続接続されたシフトレジスタのシフト出力端子を順次所定方向にアクティブ(活性化)にする。ここで「所定方向」とは、下位ビット制御部330が桁上がり動作時の場合には、シフトアップを示すシフトクロックCKsrが供給されるので、1つの上位電流源セル355がさらに活性化される方向にシフト動作を行なう。一方、下位ビット制御部330が桁下がり動作時の場合には、シフトダウンを示すシフトクロックCKsrが供給されるので、その時点において不活性化している最終段の上位電流源セル355が不活性化される方向にシフト動作を行なう。   Based on the shift clock CKsr supplied from the lower bit control unit 330, the shift register unit 342 sequentially activates (activates) the shift output terminals of the cascaded shift registers in a predetermined direction. Here, the “predetermined direction” means that when the lower bit control unit 330 is in a carry operation, a shift clock CKsr indicating a shift up is supplied, so that one upper current source cell 355 is further activated. Shift operation in the direction. On the other hand, when the lower bit control unit 330 is in the carry-down operation, the shift clock CKsr indicating the downshift is supplied, so that the upper current source cell 355 in the final stage that is inactivated at that time is inactivated. The shift operation is performed in the direction to be performed.

このような動作を、予め使用可能に設定(活性化)された数に対応したシフトレジスタについて連鎖的に行なうことで、所望のデジタル解像度に応じたアナログ電圧を生成することができる。活性化されていないシフトレジスタについては、クロック入力端子CKにシフトクロックCKsrのアクティブエッジが入力されても、前段の非反転出力端子Qの状態に拘わらず非反転出力端子QをLレベル、反転出力端子xQをHレベルに維持する。このため、設定されたデジタル解像度に達した時点以降は事実上DA変換が行なわれないようにすることができ、事実上、所望のデジタル解像度に達した時点で上位ビットについてのDA変換が停止する。   By performing such an operation in a chain for shift registers corresponding to the number set (activated) to be usable in advance, an analog voltage corresponding to a desired digital resolution can be generated. For the shift register that is not activated, the non-inverting output terminal Q is set to the L level and the inverting output regardless of the state of the non-inverting output terminal Q in the previous stage even if the active edge of the shift clock CKsr is input to the clock input terminal CK. The terminal xQ is maintained at the H level. For this reason, DA conversion can be virtually prevented from being performed after the set digital resolution is reached, and in effect, DA conversion for the upper bits is stopped when the desired digital resolution is reached. .

たとえば、デジタル解像度を7ビットとする場合、2^7番目のシフトレジスタがオンした時点で上位ビット制御部340と上位電流源セル部354によるDA変換が停止する。また、所望の入力デジタル値(デジタルコード)の上位ビットデータに達した時点で下位ビット制御部330からのシフトクロックCKsrを停止させることで、上位ビットについてのDA変換を停止させることもできる。   For example, when the digital resolution is 7 bits, DA conversion by the upper bit control unit 340 and the upper current source cell unit 354 stops when the 2 ^ 7th shift register is turned on. Also, the DA conversion for the upper bits can be stopped by stopping the shift clock CKsr from the lower bit control unit 330 when the upper bit data of the desired input digital value (digital code) is reached.

このDA変換が停止するまでにおける選択出力線396に現われる各電流源セル353,355の出力電流を合成して基準抵抗398により電圧に変換すれば、DAC出力端子DACoutの電圧レベルが漸次単調に変化する参照信号を生成することができる。いわゆるシングルスロープ積分型(あるいはランプ信号比較型)のAD変換に際して用いられる参照信号電圧の生成に好適なDA変換装置となるのである。   If the output currents of the current source cells 353 and 355 appearing on the selected output line 396 until the DA conversion is stopped are combined and converted into a voltage by the reference resistor 398, the voltage level of the DAC output terminal DACout gradually changes monotonously. The reference signal to be generated can be generated. This is a DA converter suitable for generating a reference signal voltage used in so-called single slope integration type (or ramp signal comparison type) AD conversion.

また、本実施形態のDA変換部300は、シングルスロープ積分型のAD変換に際して用いられる参照信号電圧生成用のDA変換装置としての適用に限らず、一般的なDA変換装置としても利用することができる。たとえば、入力デジタル信号に対応した値に達した時点でDA変換処理を停止させた状態のDAC出力端子DACoutの電圧レベルを使用すれば、入力デジタル信号に対応したアナログ電圧を得ることができ、結果として、多ビット入力デジタル信号についてのDA変換を行なうことができる。   In addition, the DA converter 300 according to the present embodiment is not limited to being applied as a DA converter for generating a reference signal voltage used for single slope integration type AD conversion, but may be used as a general DA converter. it can. For example, if the voltage level of the DAC output terminal DACout in a state where the DA conversion processing is stopped when reaching a value corresponding to the input digital signal is used, an analog voltage corresponding to the input digital signal can be obtained. As described above, DA conversion can be performed on a multi-bit input digital signal.

なお、前例での停止タイミングの設定は上位ビット側についてのみ説明していたので、このままでは、下位ビット分の精度を補償することができない。しかしながら、下位ビットについても、上位ビット側が停止すべきデータに達しているときに、入力デジタル信号の下位jビットに対応した値に達した時点で内部カウントクロックCKcnt を停止させることで下位ビットについてのDA変換処理を停止させるようにすることができる。この場合、多ビット入力デジタル信号に対応した値に達した時点でDA変換処理を停止させた状態のDAC出力端子DACoutの電圧レベルを使用することで、多ビット入力デジタル信号に正確に対応したアナログ電圧を得ることができ、結果として、多ビット入力デジタル信号についての高精度のDA変換を行なうことができるようになる。   In addition, since the setting of the stop timing in the previous example has been described only for the upper bit side, the accuracy for the lower bits cannot be compensated as it is. However, for the lower bits, when the upper bit side has reached the data to be stopped, the internal count clock CKcnt is stopped when the value corresponding to the lower j bits of the input digital signal is reached. The DA conversion process can be stopped. In this case, the analog level corresponding to the multi-bit input digital signal is accurately obtained by using the voltage level of the DAC output terminal DACout in a state where the DA conversion processing is stopped when the value corresponding to the multi-bit input digital signal is reached. A voltage can be obtained, and as a result, high-precision DA conversion can be performed on a multi-bit input digital signal.

<第2DA変換部の構成>
図6および図7は、第2DA変換部304の具体的な構成例を説明する図である。ここで、図6は、第2DA変換部304の構成例を示す図であり、図7は、外部入力コードと電流源セルとの関係を説明する図である。
<Configuration of second DA converter>
6 and 7 are diagrams for explaining a specific configuration example of the second DA converter 304. Here, FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the second DA converter 304, and FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between the external input code and the current source cell.

図6に示すように、本実施形態の特徴部分である第2DA変換部304は、当該第2DA変換部304の全体を制御するとともに定電流源選択制御部の機能も備えたDAC制御部710と、複数の電流源セル(定電流源)を具備してなる電流源セル部350と同様の構成の電流源セル部750とを備えている。DAC制御部710は、第1DA変換部302にて生成される参照信号の振幅に関わる電流源セル部350内の各電流源セルの動作電流を設定する電流設定部としての機能を備えている。mビットのデジタル信号を、上位sビットと下位tビットに分割し(m=s+t)て制御する点に特徴を有している。   As shown in FIG. 6, the second DA converter 304, which is a characteristic part of the present embodiment, controls the entire second DA converter 304 and also has a DAC controller 710 having a function of a constant current source selection controller. And a current source cell unit 750 having the same configuration as the current source cell unit 350 including a plurality of current source cells (constant current sources). The DAC control unit 710 has a function as a current setting unit that sets the operating current of each current source cell in the current source cell unit 350 related to the amplitude of the reference signal generated by the first DA conversion unit 302. It is characterized in that an m-bit digital signal is controlled by being divided into upper s bits and lower t bits (m = s + t).

たとえば、DAC制御部710は、DAC制御部710内の各部の動作を制御するプリデコーダ720と、処理対象のゲイン設定入力コード(デジタルゲイン制御入力信号)Dgainの入力段に配され下位tビットの制御処理を担当する下位ビット制御部730と処理対象のゲイン設定入力コードDgainの入力段に配され上位sビットの制御処理を担当する上位ビット制御部740とを備えている。   For example, the DAC control unit 710 is arranged in the input stage of the predecoder 720 that controls the operation of each unit in the DAC control unit 710 and the gain setting input code (digital gain control input signal) Dgain to be processed. A lower bit control unit 730 that is in charge of control processing and an upper bit control unit 740 that is arranged in the input stage of the gain setting input code Dgain to be processed and is in charge of control processing of upper s bits.

電流源セル部750は電流源セル部350に、下位電流源セル部752は下位電流源セル部352に、下位電流源セル753は下位電流源セル353に、上位電流源セル部754は上位電流源セル部354に、上位電流源セル755は上位電流源セル355にそれぞれ対応し電流源セル部350の構成や出力電流の重付けの配分は電流源セル部350と同様であり、nをm,iをs,jに置き換えて考えればよい。   The current source cell unit 750 is in the current source cell unit 350, the lower current source cell unit 752 is in the lower current source cell unit 352, the lower current source cell 753 is in the lower current source cell 353, and the upper current source cell unit 754 is in the upper current. The source cell unit 354 and the upper current source cell 755 correspond to the upper current source cell 355, respectively. The configuration of the current source cell unit 350 and the distribution of output current weighting are the same as those of the current source cell unit 350, and n is m , I may be replaced with s, j.

下位電流源セル753の出力端は、各下位電流源セル753の出力電流を合成するための選択出力線796に接続される。選択出力線796は、DAC出力端子DACgain に接続されており、下位電流源セル部752における選択された下位電流源セル753の出力電流は選択出力線796にて加算されて出力される。また、上位電流源セル部754における選択された上位電流源セル755の出力電流は下位電流源セル部752と同様に、選択出力線796にて電流が加算されて出力される。図5にて示したように、DAC出力端子DACgain には、ゲイン調整電流源セル308が接続される。   The output terminal of the lower current source cell 753 is connected to a selection output line 796 for synthesizing the output current of each lower current source cell 753. The selected output line 796 is connected to the DAC output terminal DACgain, and the output current of the lower current source cell 753 selected in the lower current source cell unit 752 is added by the selected output line 796 and output. In addition, the output current of the selected upper current source cell 755 in the upper current source cell unit 754 is added with the current through the selection output line 796 and output as in the lower current source cell unit 752. As shown in FIG. 5, the gain adjustment current source cell 308 is connected to the DAC output terminal DACgain.

プリデコーダ720には、通信・タイミング制御部20からDACモード切替信号などを含む制御信号J720と、ゲイン設定用のゲイン設定入力コードDgainが供給される。プリデコーダ720は、入力されたmビットのゲイン設定入力コードDgainを上位sビットの情報と下位tビットの情報とに分ける。これにより、プリデコーダ720からは、mビットのデジタル信号における下位tビットの情報が下位ビット制御部730に出力され、mビットのデジタル信号における上位sビットの情報が上位ビット制御部740に出力される。   The predecoder 720 is supplied with a control signal J720 including a DAC mode switching signal from the communication / timing controller 20 and a gain setting input code Dgain for gain setting. The predecoder 720 divides the input m-bit gain setting input code Dgain into upper s-bit information and lower t-bit information. As a result, the pre-decoder 720 outputs the lower t-bit information in the m-bit digital signal to the lower-bit control unit 730, and the upper s-bit information in the m-bit digital signal is output to the upper-bit control unit 740. The

下位ビット制御部730は、プリデコーダ720から供給された下位tビットの情報に基づいて、下位電流源セル部752の各下位電流源セル753を選択するための選択制御信号を生成するデコーダ732と、第2DA変換部304の出力に現われ得るグリッチを抑制する複数のグリッチ抑制回路を具備してなるグリッチ抑制処理部736とを備えている。グリッチ抑制回路は、グリッチ抑制処理部336におけるものと同様のものであり、下位電流源セル部752に設けられる電流源セル753の数と同数分(t個)が設けられる。   The lower bit control unit 730 includes a decoder 732 that generates a selection control signal for selecting each lower current source cell 753 of the lower current source cell unit 752 based on the lower t bit information supplied from the predecoder 720. A glitch suppression processing unit 736 including a plurality of glitch suppression circuits that suppress glitches that may appear in the output of the second DA conversion unit 304. The glitch suppression circuit is the same as that in the glitch suppression processing unit 336, and the same number (t) of current source cells 753 as that of the lower current source cell unit 752 are provided.

デコーダ732は、プリデコーダ720から渡された下位tビットの情報をそのまま出力することで、下位電流源セル部752の各下位電流源セル753を選択するための選択制御信号とする。下位ビット側については、2ビットで重み付けされた電流源セル(バイナリセル)が用意されているからである。   The decoder 732 outputs the low-order t-bit information passed from the pre-decoder 720 as it is to provide a selection control signal for selecting each low-order current source cell 753 of the low-order current source cell unit 752. This is because a current source cell (binary cell) weighted by 2 bits is prepared for the lower bit side.

つまり、デコーダ732は、プリデコーダ720から供給されるtビットのデータに基づき、1LSBに相当するDA変換を実行可能とするべく設けられており、具体的には、(t−1)ビットの下位ビットバイナリ出力、すなわち1/2,1/4,…,1/2^(t−1)のビットデータを選択制御信号としてグリッチ抑制処理部736の対応するグリッチ抑制回路に供給するバイナリ制御方式を採用している。デコーダ732は、下位電流源セル部752に設けられるt個の下位電流源セル753に対してのセレクタとして機能する。   That is, the decoder 732 is provided so as to be able to execute DA conversion corresponding to 1 LSB based on t-bit data supplied from the predecoder 720. Specifically, the decoder 732 has a lower order of (t−1) bits. A binary control method for supplying bit binary output, that is, bit data of 1/2, 1/4,..., 1/2 ^ (t-1) as a selection control signal to a corresponding glitch suppression circuit of the glitch suppression processing unit 736. Adopted. The decoder 732 functions as a selector for the t lower current source cells 753 provided in the lower current source cell unit 752.

上位ビット制御部740は、プリデコーダ720から供給された上位sビットの情報に基づいて、上位電流源セル部754の各上位電流源セル755を選択するための選択制御信号を生成するデコーダ742と、第2DA変換部304の出力に現われ得るグリッチを抑制する複数のグリッチ抑制回路を具備してなるグリッチ抑制処理部746とを備えている。グリッチ抑制回路は、グリッチ抑制処理部346におけるものと同様のものであり、上位電流源セル部754に設けられる上位電流源セル755の数と同数分(2^t個)が設けられる。   The upper bit control unit 740 includes a decoder 742 that generates a selection control signal for selecting each upper current source cell 755 of the upper current source cell unit 754 based on the upper s-bit information supplied from the predecoder 720. And a glitch suppression processing unit 746 that includes a plurality of glitch suppression circuits that suppress glitches that may appear in the output of the second DA conversion unit 304. The glitch suppression circuit is the same as that in the glitch suppression processing unit 346, and is provided in the same number (2 ^ t) as the number of upper current source cells 755 provided in the upper current source cell unit 754.

デコーダ742は、プリデコーダ720から供給される上位sビットの多ビットデジタル信号を10進数にフルデコード(データ変換)し、そのデコード値を、上位電流源セル部754の各上位電流源セル755を選択するための選択制御信号として出力する。このデコーダ742は、上位電流源セル部754に設けられる2^s個の上位電流源セル755に対してのセレクタとして機能する。   The decoder 742 fully decodes (data converts) the upper s-bit multi-bit digital signal supplied from the predecoder 720 into a decimal number, and outputs the decoded value to each upper current source cell 755 of the upper current source cell unit 754. Output as a selection control signal for selection. The decoder 742 functions as a selector for 2 ^ s upper current source cells 755 provided in the upper current source cell unit 754.

デコーダ742の各出力は選択制御信号として、それぞれグリッチ抑制処理部746の対応するグリッチ抑制回路に供給される。グリッチ抑制処理部746は、各出力を、各グリッチ抑制回路によりグリッチ抑制処理を行なってから、上位電流源セル部754の対応する上位電流源セル755に供給する。   Each output of the decoder 742 is supplied to the corresponding glitch suppression circuit of the glitch suppression processing unit 746 as a selection control signal. The glitch suppression processing unit 746 supplies each output to the corresponding upper current source cell 755 of the upper current source cell unit 754 after performing the glitch suppression process by each glitch suppression circuit.

具体的には、図7に示すように、外部より設定されたmビットのデジタルコードのうち、上位sビットは、デコーダ742にてサーモ型にデコードされ、電流出力型DAコンバータ(第2DA変換部304)の上位電流源セル部754に入力される。サーモ型では、たとえば入力コードが7ビットの場合、デコードされた先の出力は2^7−1=127個の電流源セルに接続される。接続方法は、入力が「0000001」で1個の電流源セルがオンし、「0000100」で8個の電流源セルがオンし、「1111111」で127個の電流源セルがオンするようになっている。一方、下位tビットは、前述のように、直接バイナリセル構成の下位電流源セル部752に入力される。したがって、出力電流は外部入力コードに比例した電流値が出力されることになる。   Specifically, as shown in FIG. 7, of the m-bit digital code set from the outside, the upper s bits are decoded into a thermo-type by a decoder 742, and a current output type DA converter (second DA conversion unit) 304) the upper current source cell section 754. In the thermo type, for example, when the input code is 7 bits, the decoded output is connected to 2 ^ 7-1 = 127 current source cells. When the input is “0000001”, one current source cell is turned on, when “0000100” is turned on, eight current source cells are turned on, and when “11111111” is turned on, 127 current source cells are turned on. ing. On the other hand, as described above, the lower t bits are directly input to the lower current source cell unit 752 having a binary cell configuration. Therefore, a current value proportional to the external input code is output as the output current.

このような構成の第2DA変換部304は、mビットのデジタル信号を、上位sビットと下位tビットに分割し(m=s+t)、上位sビットでは上位電流源セル755に対して同じ重みを持つ電流値を上位デジタル信号に応じて生成すべく一律に重付けしたマトリクス型電流源セル構成の上位電流源セル部754を構成し、上位電流源セル部754を上位ビット制御部740により10進数のデコード方式で制御し、下位ビットでは下位電流源セル753に対して2のべき数分の1の重みを持つ電流値を生成すべく重付けされた並列型電流源セルの下位電流源セル部752を構成し、この下位電流源セル部752を下位ビット制御部730によりバイナリ方式で制御するようにしている。   The second DA converter 304 having such a configuration divides the m-bit digital signal into upper s bits and lower t bits (m = s + t), and the upper current source cell 755 has the same weight in the upper s bits. An upper current source cell unit 754 having a matrix type current source cell configuration in which the current values are uniformly assigned in accordance with the upper digital signal is configured, and the upper current source cell unit 754 is converted into a decimal number by the upper bit control unit 740. The lower-order current source cell unit of the parallel-type current source cell, which is controlled in accordance with the decoding method of the above and weighted so as to generate a current value having a power of a fraction of 2 with respect to the lower-order current source cell 753 752 is configured, and the lower-order current source cell unit 752 is controlled by the lower-order bit control unit 730 in a binary manner.

つまり、このような第1DA変換部302および第2DA変換部304を備えたDA変換部300は、高速性と確実にビットをカウントするために、第1DA変換部302としては、クロックカウンタとして動作する分周処理部332と上位ビット制御部340とを用いることで、必要なビット数を上位iビットと下位jビットに分割する。下位jビットに関しては、分周処理部332にて2のべき数分の1を生成するとともに、下位電流源セル部352に設けられるj個の下位電流源セル353に対してのセレクタとして機能する分周処理部332で、下位電流源セル部352の下位電流源セル353を選択駆動する。また、上位iビットに関しては、分周処理部332からのシフトクロックCKsrに基づいて上位ビット制御部340のシフトレジスタを1クロックごとに所定方向に活性化/不活性化させることで、上位電流源セル部354の上位電流源セル355を選択駆動する。   That is, the DA converter 300 including the first DA converter 302 and the second DA converter 304 operates as a clock counter as the first DA converter 302 in order to count bits reliably with high speed. By using the frequency division processing unit 332 and the upper bit control unit 340, the necessary number of bits is divided into upper i bits and lower j bits. Regarding the lower j bits, the frequency division processing unit 332 generates a power of 2 and functions as a selector for the j lower current source cells 353 provided in the lower current source cell unit 352. The frequency division processing unit 332 selectively drives the lower current source cell 353 of the lower current source cell unit 352. For the upper i bits, the shift register of the upper bit control unit 340 is activated / inactivated in a predetermined direction for each clock based on the shift clock CKsr from the frequency division processing unit 332, thereby generating an upper current source. The upper current source cell 355 of the cell unit 354 is selectively driven.

こうすることで、バイナリカウンタ方式で制御される下位電流源セル部352とデコード方式で制御される上位電流源セル部354の動作が連動して行なわれるようになり、入力デジタル信号が高速になっても、バイナリ方式とデコード方式で分割された電流源セル部350をほぼ同時に動作させることができ、その結果として、入力デジタル信号に対応する分の電流源セル353,355を高速かつ確実に選択することがでるようになる。これにより、高速動作時においても、グリッチの発生やミスコードの発生が生じないようにすることができ、安定したDA変換動作が実現可能となる。   By doing so, the operation of the lower current source cell unit 352 controlled by the binary counter method and the upper current source cell unit 354 controlled by the decoding method are performed in conjunction with each other, and the input digital signal becomes faster. However, the current source cell section 350 divided by the binary method and the decoding method can be operated almost simultaneously, and as a result, the current source cells 353 and 355 corresponding to the input digital signal are selected at high speed and reliably. To be able to do. As a result, even during high-speed operation, it is possible to prevent the occurrence of glitches and miscodes, and a stable DA conversion operation can be realized.

つまり、本実施形態の第1DA変換部302は、nビットのデジタル信号を、上位iビットと下位jビットに分割し(n=i+j)、上位ビットでは上位電流源セル355に対して同じ重みを持つ電流値を上位デジタル信号に応じて生成すべく一律に重付けしたマトリクス型電流源セル構成の上位電流源セル部354を構成し、上位電流源セル部354を上位ビット制御部340によりデコード方式で制御し、下位ビットでは下位電流源セル353に対して2のべき数分の1の重みを持つ電流値を生成すべく重付けされた並列型電流源セルの下位電流源セル部352を構成し、この下位電流源セル部352を下位ビット制御部330によりバイナリカウンタ方式で制御するようにしている。   In other words, the first DA converter 302 of the present embodiment divides the n-bit digital signal into upper i bits and lower j bits (n = i + j), and the upper bit has the same weight for the upper current source cell 355. An upper current source cell unit 354 having a matrix type current source cell configuration in which current values are uniformly assigned in accordance with an upper digital signal is configured, and the upper current source cell unit 354 is decoded by an upper bit control unit 340. The lower-order current source cell unit 352 of the parallel-type current source cell that is weighted so as to generate a current value having a power that is a power of two to the lower-order current source cell 353 in the lower-order bits is configured The lower-order current source cell unit 352 is controlled by the lower-order bit control unit 330 using a binary counter method.

そして、下位ビット制御部330における桁上がりもしくは桁下がりに連動して上位ビット制御部340に内蔵のシフトレジスタを桁上がりや桁下がりに対応する方向にシフト動作させることで、入力デジタル値に対応する分の下位の下位電流源セル353と上位の上位電流源セル355の選択動作がほぼ同時に行なわれるようにする点に大きな特徴を有している。こうすることで、グリッチの発生やミスコードの発生を防止し、安定なアナログ参照信号を得、このアナログ参照信号を用いたシングルスロープ積分型のAD変換精度を向上させるようにする。   Then, the upper bit control unit 340 shifts the built-in shift register in the direction corresponding to the carry or the carry in conjunction with the carry or the carry in the lower bit control unit 330, thereby corresponding to the input digital value. The main feature is that the selection operation of the lower upper current source cell 353 and the upper upper current source cell 355 is performed almost simultaneously. By doing so, it is possible to prevent the occurrence of glitches and miscodes, obtain a stable analog reference signal, and improve the single slope integration type AD conversion accuracy using this analog reference signal.

加えて、第1DA変換部302にて生成される参照信号を利用してシングルスロープ積分型のAD変換を行なう際に、第2DA変換部304にて、電流源セル部750の各電流源セル753,755の動作電流をデジタル制御することで、処理対象の画素信号に対して高精度でアナログゲインを調整した上でデジタルデータを取得する点に大きな特徴を有している。   In addition, when single-slope integration AD conversion is performed using the reference signal generated by the first DA converter 302, each current source cell 753 of the current source cell unit 750 is converted by the second DA converter 304. , 755 is digitally controlled to obtain digital data after adjusting the analog gain with high accuracy for the pixel signal to be processed.

特に、スロープ型のDA変換部としての第1DA変換部302の電流源セルをNMOSで構成し、PGA部としての第2DA変換部304の電流源セルをPMOSで構成することで、電源側で出力精度を高くすることができる。これは画素信号にして考えると、低照度側となる。したがって、NMOSの電流源セルで構成されるスロープ型のDA変換部の精度は低照度側で確実となり、固体素子に向いている。何故、電源側で出力精度が高くなるかと言うと、作動スイッチおよび電流源セルを構成するトランジスタが安定に動作するのは、常に飽和状態にある電源側だからである。また、NMOSの電流源セルで構成される第1DA変換部302の出力電流をプロセスバラツキや温度によって左右されないようにするために、第2DA変換部304にてPMOSの電流源セルで作られた電位を与えることで補間関係を構築できる。つまり、低照度側で精度を確実にしたく、バラツキに対して強くさせるためには、第1DA変換部302の電流源セルをNMOSで構成することの利点が高い。   In particular, the current source cell of the first DA converter 302 as a slope type DA converter is configured with NMOS, and the current source cell of the second DA converter 304 as a PGA unit is configured with PMOS, so that output is performed on the power supply side. The accuracy can be increased. This is on the low illuminance side when considered as a pixel signal. Therefore, the accuracy of the slope-type DA converter composed of NMOS current source cells is ensured on the low illuminance side and is suitable for a solid state device. The reason why the output accuracy is high on the power supply side is that the transistors constituting the operation switch and the current source cell operate stably because the power supply side is always in a saturated state. Further, in order to prevent the output current of the first DA converter 302 formed of NMOS current source cells from being influenced by process variations and temperature, the potential generated by the PMOS current source cell in the second DA converter 304. Interpolation relationship can be constructed by giving That is, in order to ensure accuracy on the low illuminance side and to be strong against variations, it is highly advantageous to configure the current source cell of the first DA converter 302 with NMOS.

以下、第2DA変換部304と関わりを持つ主要な機能部の詳細と、その動作の詳細について、具体的に説明する。   Hereinafter, details of the main functional units related to the second DA conversion unit 304 and details of the operations will be specifically described.

<電流源セルの基本構成>
図8は、電流源セル部350,750に設けられる各電流源セル353,355,753,755の基本的な構成例(基本電流源セルの概念図)を示した図である。ここで、図8(A)は、電流源セル353,355に対応する基本電流源セル500を示し、図8(B)は、電流源セル753,755に対応する基本電流源セル800を示す。
<Basic configuration of current source cell>
FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration example (conceptual diagram of the basic current source cell) of each of the current source cells 353, 355, 753, and 755 provided in the current source cell units 350 and 750. 8A shows a basic current source cell 500 corresponding to the current source cells 353 and 355, and FIG. 8B shows a basic current source cell 800 corresponding to the current source cells 753 and 755. .

基本電流源セル500は、相補出力型となっている下位ビット制御部330および上位ビット制御部340に応じて、相補信号を受けて動作するようになっている。   The basic current source cell 500 operates by receiving a complementary signal in accordance with the lower bit control unit 330 and the upper bit control unit 340 which are complementary output types.

たとえば、図8(A)に示すように、基本電流源セル500は、単位電流源510と、この単位電流源510の出力電流を切り替える切替スイッチ520とを有している。   For example, as shown in FIG. 8A, the basic current source cell 500 includes a unit current source 510 and a changeover switch 520 that switches the output current of the unit current source 510.

単位電流源510は、基準電流源として機能するNMOS型のトランジスタ512を有して構成されている。また、切替スイッチ520は、2つのNMOS型のトランジスタ524,526が差動接続されて構成されている。トランジスタ524は差動スイッチ1として機能し、トランジスタ526は差動スイッチ2として機能する。   The unit current source 510 includes an NMOS transistor 512 that functions as a reference current source. The changeover switch 520 is configured by differentially connecting two NMOS transistors 524 and 526. The transistor 524 functions as the differential switch 1, and the transistor 526 functions as the differential switch 2.

トランジスタ512は、ソース端子がアナロググランド線590に接続され、ドレイン端子がトランジスタ524,526のソース端子に共通に接続されている。また、そのゲート端子には、全てのセルに共通して印加されるバイアス電圧Vbaisが電流制御線592を介して電圧振幅制御部760からカレントミラー方式で印加され、電位差Vgsによってトランジスタ512が流す電流の値が左右される。   The transistor 512 has a source terminal connected to the analog ground line 590 and a drain terminal commonly connected to the source terminals of the transistors 524 and 526. In addition, a bias voltage Vbais applied in common to all the cells is applied to the gate terminal from the voltage amplitude control unit 760 through the current control line 592 in a current mirror system, and the current that the transistor 512 flows by the potential difference Vgs. The value of depends on.

切替スイッチ520を構成する2つのトランジスタ524,526は、各ゲート端子にそれぞれ互いに相補的な制御信号Qin,xQin(xは論理反転信号を示す)が入力され、ドレイン端子には、それぞれ引出線594,596が接続されている。たとえば、トランジスタ524のゲート端子にアクティブHの制御信号(非反転入力)Qinが入力され、そのドレイン端子が引出線594に接続され、引出線594が、電流出力用の選択出力線396として使用される。一方、トランジスタ526のゲート端子に制御信号(反転入力)xQinが入力され、そのドレイン端子が引出線596に接続され、この引出線596が、電源Vddに接続される。全体としては、DA変換に関わる選択出力線396に対しては、制御信号(非反転入力)QinとしてアクティブHが入力されトランジスタ524がオンすることで電流源セルがオンするように動作する。   The two transistors 524 and 526 constituting the changeover switch 520 are supplied with respective complementary control signals Qin and xQin (where x represents a logic inversion signal) at their gate terminals, respectively, and lead lines 594 at their drain terminals. , 596 are connected. For example, the active H control signal (non-inverted input) Qin is input to the gate terminal of the transistor 524, the drain terminal thereof is connected to the lead line 594, and the lead line 594 is used as the selection output line 396 for current output. The On the other hand, a control signal (inverted input) xQin is input to the gate terminal of the transistor 526, its drain terminal is connected to the lead line 596, and this lead line 596 is connected to the power supply Vdd. As a whole, the active output is input as the control signal (non-inverted input) Qin to the selection output line 396 related to the DA conversion, and the transistor 524 is turned on so that the current source cell is turned on.

一方、基本電流源セル800も、基本電流源セル500と同様に、相補出力型となっている下位ビット制御部730および上位ビット制御部740に応じて、相補信号を受けて動作するようになっている。   On the other hand, similarly to the basic current source cell 500, the basic current source cell 800 operates by receiving complementary signals in accordance with the lower bit control unit 730 and the upper bit control unit 740 that are complementary output types. ing.

たとえば、図8(B)に示すように、基本電流源セル800は、基本電流源セル500におけるトランジスタのチャネルを逆転させた形態となっており、具体的には、先ず、単位電流源810と、この単位電流源810の出力電流を切り替える切替スイッチ820とを有している。   For example, as shown in FIG. 8B, the basic current source cell 800 has a configuration in which the channel of the transistor in the basic current source cell 500 is reversed. Specifically, first, the unit current source 810 and And a changeover switch 820 for switching the output current of the unit current source 810.

単位電流源810は、基準電流源として機能するPMOS型のトランジスタ812を有して構成されている。また、切替スイッチ820は、2つのPMOS型のトランジスタ824,826が差動接続されて構成されている。トランジスタ824は差動スイッチ1として機能し、トランジスタ826は差動スイッチ2として機能する。   The unit current source 810 includes a PMOS transistor 812 that functions as a reference current source. The changeover switch 820 is configured by differentially connecting two PMOS transistors 824 and 826. The transistor 824 functions as the differential switch 1, and the transistor 826 functions as the differential switch 2.

トランジスタ812は、ソース端子が電源線891に接続され、ドレイン端子がトランジスタ824,826のソース端子に共通に接続されている。また、そのゲート端子には、全てのセルに共通して印加されるバイアス電圧Vbaisgainが電流制御線892を介して印加され、電位差Vgsによってトランジスタ812が流す電流の値が左右される。   The transistor 812 has a source terminal connected to the power supply line 891 and a drain terminal commonly connected to the source terminals of the transistors 824 and 826. A bias voltage Vbaisgain applied to all the cells is applied to the gate terminal via the current control line 892, and the value of the current flowing through the transistor 812 is influenced by the potential difference Vgs.

切替スイッチ820を構成する2つのトランジスタ824,826は、各ゲート端子にそれぞれ互いに相補的な制御信号Qin,xQin(xは論理反転信号を示す)が入力され、ドレイン端子には、それぞれ引出線894,896が接続されている。たとえば、トランジスタ824のゲート端子にアクティブLの制御信号(非反転入力)Qinが入力され、そのドレイン端子が引出線894に接続され、引出線894が、電流出力用の選択出力線796として使用されDAC出力端子DACgain に接続される。一方、トランジスタ826の
ゲート端子に制御信号(反転入力)xQinが入力され、そのドレイン端子が引出線896に接続され、この引出線896が、アナロググランド線890に接続される。全体としては、DA変換に関わる選択出力線796に対しては、制御信号(非反転入力)QinとしてアクティブLが入力されトランジスタ824がオンすることで電流源セルがオンするように動作する。
The two transistors 824 and 826 constituting the changeover switch 820 receive complementary control signals Qin and xQin (x represents a logic inversion signal) at their gate terminals, respectively, and lead lines 894 at their drain terminals, respectively. , 896 are connected. For example, an active-L control signal (non-inverted input) Qin is input to the gate terminal of the transistor 824, its drain terminal is connected to the lead line 894, and the lead line 894 is used as the selection output line 796 for current output. Connected to DAC output terminal DACgain. On the other hand, a control signal (inverted input) xQin is input to the gate terminal of the transistor 826, its drain terminal is connected to the lead line 896, and this lead line 896 is connected to the analog ground line 890. As a whole, the active output is input as the control signal (non-inverted input) Qin to the selection output line 796 related to the DA conversion, and the transistor 824 is turned on so that the current source cell is turned on.

<第1DA変換部と第2DA変換部の接続態様の詳細>
図9は、第1DA変換部302と第2DA変換部304の接続態様の詳細を説明する図である。図4にて説明したように、第2DA変換部304の出力側には、第2DA変換部304のDAC出力端子DACgain にて加算された合成電流を電圧信号(バイアス電圧Vbais)に変換し、この変換した電圧信号に基づき、第1DA変換部302側の各電流源セル353,355の動作電流値を制御する電流/電圧変換部として機能するゲイン調整電流源セル308が設けられており、第1DA変換部302と第2DA変換部304との間は、ゲイン調整電流源セル308を介してカレントミラーで接続されるようになっている。
<Details of connection mode between first DA converter and second DA converter>
FIG. 9 is a diagram for explaining the details of the connection mode between the first DA converter 302 and the second DA converter 304. As described with reference to FIG. 4, on the output side of the second DA converter 304, the combined current added at the DAC output terminal DACgain of the second DA converter 304 is converted into a voltage signal (bias voltage Vbais). Based on the converted voltage signal, a gain adjustment current source cell 308 that functions as a current / voltage conversion unit that controls the operating current value of each current source cell 353, 355 on the first DA conversion unit 302 side is provided. The conversion unit 302 and the second DA conversion unit 304 are connected by a current mirror via a gain adjustment current source cell 308.

電流源セル部350内の個々の電流源セル353,355は、図8(A)に示す基本電流源セル500を採用するが、それぞれに供給する動作電流と、その組合せの数を調整することで、ビット対応の重付け電流値を生成する電流源セル353,355が構成されるようにする。基本的には、トランジスタ512のゲートに与える電位を調整して、所定の出力電流に重付けされた電流値を持つ基本電流源を用意し、その基本電流源に対応して、同電位のゲート入力に対して2のべき乗もしくは2のべき乗分の1で比例する電流を出力できる電流源セルを設ける。   Each of the current source cells 353 and 355 in the current source cell unit 350 employs the basic current source cell 500 shown in FIG. 8A, but the operating current supplied to each current source cell and the number of combinations thereof are adjusted. Thus, the current source cells 353 and 355 for generating the bit corresponding weight current values are configured. Basically, by adjusting the potential applied to the gate of the transistor 512, a basic current source having a current value superimposed on a predetermined output current is prepared, and a gate of the same potential corresponding to the basic current source is prepared. A current source cell capable of outputting a current proportional to an input power of 2 or 1 / power of 2 is provided.

具体的には、先ず、1/2^(j−1)分周クロックに対応する1/2の電流値を持つ下位電流源セル353_1を、図8(A)に示す基本電流源セル500の構成そのもので形成する。出力電流(1/2の電流値)の大きさはトランジスタ512のゲートに入力される電位に依存しており、先にも説明したように電圧振幅制御部360により制御される。   Specifically, first, the lower-order current source cell 353_1 having a current value of 1/2 corresponding to the 1/2 ^ (j-1) frequency-divided clock is changed to the basic current source cell 500 shown in FIG. Form with the structure itself. The magnitude of the output current (1/2 current value) depends on the potential input to the gate of the transistor 512 and is controlled by the voltage amplitude controller 360 as described above.

この下位電流源セル353_1と同様のものを2つ並列に設けることで、上位電流源セル部354に設けられる“1”の電流値を持つ上位電流源セル355を設ける。この上位電流源セル355を、i個(もしくはy個をさらに追加してもよい)用意することで、上位電流源セル部354が構成される。   By providing two cells similar to the lower current source cell 353_1 in parallel, the upper current source cell 355 having a current value of “1” provided in the upper current source cell unit 354 is provided. The upper current source cell unit 354 is configured by preparing i upper current source cells 355 (or y may be further added).

また、1/4,…,1/2^jに重み付けされた下位電流源セル353_2,…,355_jに関しては、先ず、1/2の出力電流を持つ下位電流源セル353_1の出力電流を基準に、カレントミラーで、2^(j−1)個に分流することで、1/2^jに重み付けされた電流を出力する電流源(特に中継電流源セルという)を設ける。そして、この1/2^jの電流値で動作する図8(A)に示す構成の基本電流源セル500を所定の重みの数に相当する分だけ並列に設けることで、1/4,…,1/2^jの重みを持つ定電流を生成する下位電流源セル353_2,…,355_jを形成する。こうすることで、相対比精度を出しやすい同サイズの素子だけを用いて、重みの異なる電流を出力する電流源セルを高精度に構成することができる。   For the lower current source cells 353_2,..., 355_j weighted to 1/4,..., 1/2 ^ j, first, the output current of the lower current source cell 353_1 having 1/2 output current is used as a reference. Then, a current source (in particular, a relay current source cell) that outputs a current weighted to 1/2 ^ j is provided by dividing the current mirror into 2 ^ (j-1). Then, by providing the basic current source cells 500 having the configuration shown in FIG. 8 (A) operating at the current value of 1/2 ^ j in parallel by the amount corresponding to the predetermined weight, 1/4,... , 1/2 ^ j, lower current source cells 353_2,..., 355_j that generate constant currents are formed. In this way, it is possible to configure a current source cell that outputs currents having different weights with high accuracy using only elements of the same size that are easy to achieve relative ratio accuracy.

中継電流源セルは、図示を割愛するが、たとえば、下位電流源セル353_1や基本電流源である上位電流源セル355に対して同電位がゲートに供給されるNMOS型のトランジスタと、このトランジスタの出力側(ドレイン端子側)に配され、カレントミラー接続された2つのPMOS型のトランジスタと、PMOS型のトランジスタの一方の出力側(ドレイン端子側)に配されゲートとドレインとが接続された2^(j−1)個のNMOS型のトランジスタ(最終段トランジスタと称する)とで構成する。   Although the relay current source cell is not shown in the figure, for example, an NMOS type transistor in which the same potential is supplied to the gate of the lower current source cell 353_1 and the upper current source cell 355 which is a basic current source, Two PMOS transistors that are arranged on the output side (drain terminal side) and are current mirror connected, and two that are arranged on one output side (drain terminal side) of the PMOS transistor and have a gate and a drain connected to each other. ^ (J-1) NMOS transistors (referred to as final stage transistors).

このような構成により、中継電流源セルの最終段トランジスタは、1/2^jに重み付けされた電流を出力する電流源として機能するようになる。互いに並列接続したMOS型の最終段トランジスタのゲートを同一の基準電圧で制御して定電流動作させ、複数の同特性の最終段トランジスタによって電流源セルの分岐路を形成することにより、精度の高い電流分岐路を形成することができる。   With this configuration, the final stage transistor of the relay current source cell functions as a current source that outputs a current weighted to 1/2 ^ j. The gates of MOS-type final stage transistors connected in parallel with each other are controlled with the same reference voltage to operate at a constant current, and a branch path of a current source cell is formed by a plurality of final stage transistors having the same characteristics, thereby achieving high accuracy. A current branch can be formed.

また、最終段トランジスタの1つと、下位電流源セル353_2,…,355_j内の個々のトランジスタ512とをカレントミラー構成にし、トランジスタ512を持つ図8(A)に示す構成の基本電流源セル500を、それぞれの重み電流値に対応する分だけ並列に設けることで、たとえば下位電流源セル353_2は1/4(=1/2^2)の重みを持つ電流を出力し、下位電流源セル353_3は1/8(=1/2^3)の重みを持つ電流を出力し、下位電流源セル353_4は1/16(=1/2^4)の重みを持つ電流を出力し、下位電流源セル353_j(j=5)は1/32(=1/2^5)の重みを持つ電流を出力するようになる。   Further, one of the final stage transistors and the individual transistors 512 in the lower-order current source cells 353_2,..., 355_j are configured in a current mirror configuration, and the basic current source cell 500 having the configuration shown in FIG. For example, the lower current source cell 353_2 outputs a current having a weight of 1/4 (= 1/2 ^ 2), and the lower current source cell 353_3 A current having a weight of 1/8 (= 1/2 ^ 3) is output, and the lower current source cell 353_4 outputs a current having a weight of 1/16 (= 1/2 ^ 4). 353_j (j = 5) outputs a current having a weight of 1/32 (= 1/2 ^ 5).

このような構成によれば、サイズや形状を極端に異形化した素子を使用することなく、またデジタル入力信号の上位ビットに対応する上位電流源セル部354での素子数を大幅に増やすことなく、相対比精度を出しやすい同サイズの素子だけを使用して、重みの異なる電流源セルを高精度に構成することができ、回路規模をそれほど増大させることなくDA変換の分解能を高めることができる。   According to such a configuration, an element whose size and shape are extremely deformed is not used, and the number of elements in the upper current source cell unit 354 corresponding to the upper bits of the digital input signal is not significantly increased. Using only the same-sized elements that are easy to obtain relative ratio accuracy, current source cells with different weights can be configured with high accuracy, and the resolution of DA conversion can be increased without increasing the circuit scale so much. .

また、上位電流源セル部354はデジタル入力信号の上位ビットのデータ値(10進数)に応じた数が選択されるようにし、下位電流源セル部352は入力信号の下位ビットのビット値(ビットデータそのもの)に応じて選択されるようにすることで、下位電流源セルの追加によりビット分解能を高めることができる。   The upper current source cell unit 354 selects a number corresponding to the data value (decimal number) of the upper bit of the digital input signal, and the lower current source cell unit 352 selects the bit value (bit) of the lower bit of the input signal. The bit resolution can be increased by adding a lower-order current source cell.

加えて、下位電流源セル部352として、所定桁の桁値に対応する基本電流(前例では6ビット目の重み“1”)に対して1/2の重みの電流値を生成する下位電流源セル353_1と、基本電流を2のべき数分の1(1/2^j)に等しく分岐路(前例のトランジスタ532に相当)に分流させることにより1つの分岐路から基本電流に対して2のべき数分の1の電流を出力電流として取り出すようにすることで、同一サイズの素子でもって精度の高い電流源セルを得ることができる。   In addition, as the lower-order current source cell unit 352, a lower-order current source that generates a current value having a weight of 1/2 with respect to a basic current corresponding to a digit value of a predetermined digit (the weight “1” in the sixth bit in the previous example). The cell 353_1 and the basic current are shunted to a branching path (corresponding to the transistor 532 in the previous example) equal to a power of 2 (1/2 ^ j), so that 2 By taking an exponential current as an output current, a highly accurate current source cell can be obtained with elements of the same size.

また、電流源セルをMOSトランジスタを用いた定電流回路で構成するとともに、その定電流回路の電流重付けを複数の同特性のMOSトランジスタの並列接続数によって構成することで、製造バラツキなどの影響を受けることなく、高い相対精度を得ることができる。   In addition, the current source cell is configured by a constant current circuit using MOS transistors, and the current weighting of the constant current circuit is configured by the number of parallel connection of a plurality of MOS transistors having the same characteristics, thereby affecting the influence of manufacturing variations. High relative accuracy can be obtained without receiving.

なお、この例では、1/2の重み電流値を出力する電流源セルを基本要素として上位電流源セル355と下位電流源セル353_1とを構成し、下位電流源セル353_1の動作電流値を2^(j−1)に分流して1/2^j(前例ではj=5であるので1/32)の重み電流値を出力する中継電流源セルを形成し、この1/2^jの重み電流値を出力する電流源セルを基本要素として下位電流源セル部352内の残りの下位電流源セル353_2〜355_jを構成していたが、これは一例に過ぎず、2のべき乗分の1に重み付けされた電流を出力可能な構成であれば、その具体的な構成はどのようなものであってもよい。ただし、上記説明と同様に、重みの異なる電流を高精度に出力することのできるようにする点に留意するのがよい。   In this example, the upper current source cell 355 and the lower current source cell 353_1 are configured with a current source cell that outputs a weighted current value of 1/2 as a basic element, and the operating current value of the lower current source cell 353_1 is 2 A relay current source cell that outputs a weight current value of 1/2 ^ j (1/32 because j = 5 in the previous example) by dividing into ^ (j-1) is formed. The remaining lower current source cells 353_2 to 355_j in the lower current source cell unit 352 are configured with the current source cell that outputs the weighted current value as a basic element. However, this is only an example and is a power of two. Any specific configuration may be used as long as it can output a current weighted with the. However, as in the above description, it should be noted that currents having different weights can be output with high accuracy.

各電流源セル353,355は、分周処理部332もしくはシフトレジスタ部342を構成するD−FF610の反転出力端子xQから出力される信号により制御されるようになっている。具体的には、D−FF610の反転出力端子xQが、縦続接続されたインバータ382,384で構成されている対応するグリッチ抑制処理部336,346に入力され、論理反転および遅延処理を受けることでグリッジ抑制処理が施される。   Each of the current source cells 353 and 355 is controlled by a signal output from the inverting output terminal xQ of the D-FF 610 constituting the frequency division processing unit 332 or the shift register unit 342. Specifically, the inverting output terminal xQ of the D-FF 610 is input to the corresponding glitch suppression processing units 336 and 346 configured by cascade-connected inverters 382 and 384, and undergoes logic inversion and delay processing. A glitch suppression process is performed.

このような構成のグリッチ抑制処理部336,346は、インバータ384により遅延されていないトランジスタ524(差動スイッチ1)用の選択制御信号と、このインバータ384により遅延されたトランジスタ526(差動スイッチ2)用の反転選択制御信号とを相補信号として差動スイッチをなすトランジスタ524,526に供給する。   The glitch suppression processing units 336 and 346 having such a configuration include the selection control signal for the transistor 524 (differential switch 1) not delayed by the inverter 384 and the transistor 526 (differential switch 2) delayed by the inverter 384. ) And the inverted selection control signal are supplied as complementary signals to transistors 524 and 526 forming a differential switch.

グリッチ抑制処理部336,346を介して電流源セル353,355の差動スイッチとして動作するトランジスタ524,526を制御すれば、インバータ384の出力であるトランジスタ526のゲート入力はインバータ382の出力よりもディレイΔt0期間後に活性化(ハイレベル)または不活性化(ローレベル)されるため、トランジスタ524が活性化されディレイΔt0後にトランジスタ526が不活性化される過程では、トランジスタ524,526がともにオフ状態のときからトランジスタ524がオンする状態を確実に避けることができ、グリッジの発生を抑制することができる。電流源セルからの出力は、常にどちらかのスイッチ(トランジスタ524,526)を通り電流を出力できる構造となるからである。   If the transistors 524 and 526 that operate as differential switches of the current source cells 353 and 355 are controlled via the glitch suppression processing units 336 and 346, the gate input of the transistor 526 that is the output of the inverter 384 is greater than the output of the inverter 382. Since the transistor 524 is activated and the transistor 526 is deactivated after the delay Δt0 because the transistor 524 is activated (high level) or deactivated (low level) after the delay Δt0 period, both the transistors 524 and 526 are turned off. From this time, the state where the transistor 524 is turned on can be surely avoided, and the occurrence of glitch can be suppressed. This is because the output from the current source cell has a structure that can always output current through one of the switches (transistors 524 and 526).

一方、電流源セル部750内の個々の電流源セル753,755は、図8(B)に示す基本電流源セル800を採用するが、それぞれに供給する動作電流と、その組合せの数を調整することで、ビット対応の重付け電流値を生成する電流源セル753,755が構成されるようにする。基本的には、トランジスタ812のゲートに与える電位を調整して、所定の出力電流に重付けされた電流値を持つ基本電流源を用意し、その基本電流源に対応して、同電位のゲート入力に対して2のべき乗もしくは2のべき乗分の1で比例する電流を出力できる電流源セルを設ける。このような構成やそれにより得られる効果は、電流源セル部350を構成する電流源セル353,355と同様である。ここでは、同様の説明を割愛する。   On the other hand, each of the current source cells 753 and 755 in the current source cell unit 750 employs the basic current source cell 800 shown in FIG. 8B, but the operating current supplied to each of them and the number of combinations thereof are adjusted. Thus, the current source cells 753 and 755 for generating the bit-related weighting current value are configured. Basically, by adjusting the potential applied to the gate of the transistor 812, a basic current source having a current value superimposed on a predetermined output current is prepared, and a gate having the same potential corresponding to the basic current source is prepared. A current source cell capable of outputting a current proportional to an input power of 2 or 1 / power of 2 is provided. Such a configuration and the effects obtained thereby are the same as those of the current source cells 353 and 355 constituting the current source cell unit 350. Here, the same explanation is omitted.

なお、好ましくは、第1DA変換部302の電流源セル部350を構成する各電流源セル353,355と、第2DA変換部304の電流源セル部750を構成する各電流源セル753,755を、同サイズのトランジスタを用いて構成するのがよい。これは、以下の理由による。   Preferably, the current source cells 353 and 355 constituting the current source cell unit 350 of the first DA converter 302 and the current source cells 753 and 755 constituting the current source cell unit 750 of the second DA converter 304 are combined. It is preferable to use transistors of the same size. This is due to the following reason.

すなわち、NMOSの電流源セルで構成される第1DA変換部302の出力電流をプロセスバラツキや温度によって左右されないようにするために、第2DA変換部304にてPMOSの電流源セルで作られた電位を与えることで補間関係を構築しバラツキを抑えるのであるが、このためには、NMOSとPMOSの本来ある能力の差を考慮する必要がある。   That is, the potential generated by the PMOS current source cell in the second DA converter 304 so that the output current of the first DA converter 302 composed of the NMOS current source cell is not affected by process variations or temperature. In order to suppress the variation by constructing the interpolating relationship, it is necessary to consider the difference between the inherent capabilities of the NMOS and the PMOS.

たとえば、先ず、NMOSトランジスタで構成されたスロープ型DA変換部としての第1DA変換部302のトランジスタのバイアス設定がVgs=Vth+0.3VからVgs=Vth+0.7Vの間でのみ差動スイッチを含めた動作が安定(=飽和)で動作する。Vgs=Vth+0.7Vのスロープ型DA変換部(第1DA変換部302)の電流源セル1個の出力電流が30uAで、PGA部としての第2DA変換部304の出力電流が300uAであれば、折返し比は10となる。このとき、NMOSトランジスタの能力がPMOSトランジスタの能力の2倍であれば、スロープ型DA変換部(第1DA変換部302)とPGA部(第2DA変換部304)の折返し比を5に設定すると、補完関係が成立しバラツキに強い構成を採ることができる。   For example, first, the operation including the differential switch only when the bias setting of the transistor of the first DA converter 302 as the slope type DA converter composed of NMOS transistors is between Vgs = Vth + 0.3V and Vgs = Vth + 0.7V. Operates stably (= saturated). If the output current of one current source cell of the slope DA conversion unit (first DA conversion unit 302) of Vgs = Vth + 0.7V is 30 uA and the output current of the second DA conversion unit 304 as the PGA unit is 300 uA, it will be folded. The ratio is 10. At this time, if the capability of the NMOS transistor is twice the capability of the PMOS transistor, if the folding ratio of the slope DA converter (first DA converter 302) and the PGA unit (second DA converter 304) is set to 5, A complementary relationship is established and a configuration that is resistant to variation can be adopted.

各電流源セル753,755は、デコーダ732もしくはデコーダ742の反転出力端子xQから出力される信号により制御されるようになっている。その反転出力端子xQが、縦続接続されたインバータ382,384で構成されている対応するグリッチ抑制処理部736,746に入力され、論理反転および遅延処理を受けることでグリッジ抑制処理が施される。グリッチ抑制処理部736,746の動作は、グリッチ抑制処理部336,346の動作と同様である。   Each current source cell 753, 755 is controlled by a signal output from the inverting output terminal xQ of the decoder 732 or the decoder 742. The inverted output terminal xQ is input to the corresponding glitch suppression processing units 736 and 746 configured by cascade-connected inverters 382 and 384, and undergoes logic inversion and delay processing to perform glitch suppression processing. The operations of the glitch suppression processing units 736 and 746 are the same as the operations of the glitch suppression processing units 336 and 346.

第1DA変換部302と第2DA変換部304との間に配される電流/電圧変換部として機能するゲイン調整電流源セル308は、具体的には、所定数(ここではk個とする)のトランジスタ(特に電流分配トランジスタと称する/図ではトランジスタ790)の並列接続の組合せで構成している。そして、この電流分配トランジスタの内の1つと、下位電流源セル353_2,…,355_j内の個々のトランジスタ512とをカレントミラー構成に接続する。こうすることで、第2DA変換部304のDAC出力端子DACgain にて加算出力される電流Igainをk個に分流することができる。   Specifically, the gain adjustment current source cell 308 functioning as a current / voltage conversion unit arranged between the first DA conversion unit 302 and the second DA conversion unit 304 is a predetermined number (here, k pieces). A combination of parallel connections of transistors (particularly referred to as a current distribution transistor / transistor 790 in the figure). Then, one of the current distribution transistors and the individual transistors 512 in the lower current source cells 353_2,..., 355_j are connected in a current mirror configuration. By doing so, the current Igain added and output at the DAC output terminal DACgain of the second DA converter 304 can be divided into k.

このような構成により、ゲイン調整電流源セル308を構成するk個の電流分配トランジスタのそれぞれは、Igain/kに重み付けされた電流を出力する電流源として機能するようになる。互いに並列接続したMOS型の電流分配トランジスタのゲートを同一の基準電圧で制御して定電流動作させ、複数の同特性の電流分配トランジスタによって電流源の分岐路を形成することにより、精度の高い電流分岐路を形成することができる。   With this configuration, each of the k current distribution transistors constituting the gain adjustment current source cell 308 functions as a current source that outputs a current weighted by Igain / k. By controlling the gates of MOS-type current distribution transistors connected in parallel to each other with the same reference voltage and operating at a constant current, and forming a branch path of a current source with a plurality of current distribution transistors having the same characteristics, a highly accurate current A branch path can be formed.

また、電流分配トランジスタの1つと、下位電流源セル353_2,…,355_j内の個々のトランジスタ512とをカレントミラー構成にし、トランジスタ512を持つ図8(A)に示す構成の基本電流源セル500を、それぞれの重み電流値に対応する分だけ並列に設ける。   Further, one of the current distribution transistors and the individual transistors 512 in the lower-order current source cells 353_2,..., 355_j are configured in a current mirror configuration, and the basic current source cell 500 having the configuration shown in FIG. , They are provided in parallel corresponding to the respective weight current values.

このような構成によれば、k個の数を調整することで、電流/電圧変換部として機能するゲイン調整電流源セル308における電流と電圧の変換比を調整することができる。   According to such a configuration, by adjusting the k number, it is possible to adjust the current / voltage conversion ratio in the gain adjustment current source cell 308 functioning as a current / voltage conversion unit.

<全体動作の概要>
図10は、上記のようなDA変換部300における全体の動作を説明する図である。ここでは特に、下位ビット制御部330と上位ビット制御部340を中心とする第1DA変換部302の全体の動作概要をタイミングチャートを用いて説明する。なおここでは、下位jビットが5の場合であって、上位電流源セル部354には2^i個の上位電流源セル355が設けられる場合で示す。
<Overview of overall operation>
FIG. 10 is a diagram for explaining the overall operation of the DA converter 300 as described above. Here, in particular, an overall operation outline of the first DA converter 302 centering on the lower bit controller 330 and the upper bit controller 340 will be described using a timing chart. Here, the case where the lower j bits are 5 and the upper current source cell unit 354 is provided with 2 ^ i upper current source cells 355 is shown.

分周処理部332およびシフトレジスタ部342の各出力がローレベル時に各電流源セル353,355がオンするものとする。したがって、初期値においては、分周処理部332およびシフトレジスタ部342の各出力はHレベルとなり、全ての電流源セル353,355はオフするものとする。   Assume that the current source cells 353 and 355 are turned on when the outputs of the frequency division processing unit 332 and the shift register unit 342 are at a low level. Therefore, at the initial value, the outputs of the frequency division processing unit 332 and the shift register unit 342 are at the H level, and all the current source cells 353 and 355 are turned off.

先ず第1DA変換部302側では、通信・タイミング制御部20からブロック制御部320に供給されるカウントクロックCKdac や入力デジタル信号Dinや制御信号J320による制御の元で動作する。ブロック制御部320は、準備段階として、先ず入力デジタル信号Dinをデコードし、下位ビット制御部330への内部カウントクロックCKcnt の供給を停止する。また、ブロック制御部320は、上位ビット制御部340や下位ビット制御部330に供給するセット信号やリセット信号を操作することで、DA変換の出力制御を行なう。   First, the first DA converter 302 operates under the control of the count clock CKdac, the input digital signal Din, and the control signal J320 supplied from the communication / timing controller 20 to the block controller 320. As a preparatory stage, the block control unit 320 first decodes the input digital signal Din and stops supplying the internal count clock CKcnt to the lower bit control unit 330. Further, the block control unit 320 controls output of DA conversion by operating a set signal and a reset signal supplied to the upper bit control unit 340 and the lower bit control unit 330.

このとき、第2DA変換部304側では、入力されたゲイン設定入力コードDgainに従ってDA変換処理を行ない、ゲイン設定入力コードDgainに対応する電流源セル部750における加算電流に応じたバイアス電圧Vbaisを第1DA変換部302の電流制御線592に供給する。これにより、第1DA変換部302は、第2DA変換部304により制御されるゲイン設定に従った傾きで変化する参照信号を生成するようになる。   At this time, the second DA conversion unit 304 performs DA conversion processing according to the input gain setting input code Dgain, and applies the bias voltage Vbais corresponding to the added current in the current source cell unit 750 corresponding to the gain setting input code Dgain. This is supplied to the current control line 592 of the 1DA converter 302. As a result, the first DA converter 302 generates a reference signal that changes with an inclination in accordance with the gain setting controlled by the second DA converter 304.

具体的には、先ず、第1DA変換部302側では、初期状態にて、ブロック制御部320は、下位ビット制御部330への内部カウントクロックCKcnt を遮断し(Hレベル固定)、これにより、分周処理部332内の分周器として機能する全てのD−FFと、シフトレジスタ部342内の全てのシフトレジスタ(実際にはD−FF)とをリセットする。   Specifically, first, on the first DA conversion unit 302 side, in the initial state, the block control unit 320 cuts off the internal count clock CKcnt to the lower bit control unit 330 (fixed to the H level). All D-FFs functioning as frequency dividers in the frequency processing unit 332 and all shift registers (actually D-FFs) in the shift register unit 342 are reset.

次に、ブロック制御部320は、内部カウントクロックCKcnt を下位ビット制御部330に供給する。その結果、分周処理部332が内部カウントクロックCKcnt に同期してカウント動作を開始し、各分周器の出力(D−FF610の非反転出力Q)がグリッチ抑制処理部336に供給され、このグリッチ抑制処理部336のインバータ382にて位相反転され、さらに遅延素子として機能するインバータ384によってタイミングが制御される。そして、相補信号である2つのクロックQ,xQが、対応する下位電流源セル353に内蔵の差動スイッチ(トランジスタ524,526)に入力され、1/2^k(kはjから1まで)に重付けされた下位電流源セル353がオンする。   Next, the block control unit 320 supplies the internal count clock CKcnt to the lower bit control unit 330. As a result, the frequency division processing unit 332 starts counting operation in synchronization with the internal count clock CKcnt, and the output of each frequency divider (the non-inverted output Q of the D-FF 610) is supplied to the glitch suppression processing unit 336. The phase is inverted by the inverter 382 of the glitch suppression processing unit 336, and the timing is controlled by the inverter 384 functioning as a delay element. Then, two clocks Q and xQ which are complementary signals are input to a differential switch (transistors 524 and 526) incorporated in the corresponding lower current source cell 353, and 1/2 ^ k (k is from j to 1). The lower current source cell 353 superimposed on is turned on.

たとえば、先ず分周処理部332内における1/2^k分周器のスイッチング動作(L→HまたはH→L)は入力クロックの2^(k−1)ごとの立上りエッジ時に行なわれ、2^k個の入力クロックで、その1周期が完結する。これが1/2^k分周という根拠である。   For example, the switching operation (L → H or H → L) of the 1/2 ^ k frequency divider in the frequency division processing unit 332 is performed at the rising edge every 2 ^ (k−1) of the input clock. ^ K input clocks complete one cycle. This is the ground for 1/2 ^ k division.

同時に、分周処理部332によって1/2(j−1)に分周された分周クロックはシフト制御部333によりシフトクロックCKsrに整形された後、上位ビット制御部340の分周処理部332に供給され、一様に重付けされた1倍の下位電流源セル353をスイッチングするために用いられる。   At the same time, the frequency-divided clock divided by ½ (j−1) by the frequency division processing unit 332 is shaped into the shift clock CKsr by the shift control unit 333, and then the frequency division processing unit 332 of the upper bit control unit 340. And is used to switch the uniformly weighted lower current source cell 353.

ここで、シフトレジスタ部342内においては、分周処理部332の1/16分周器から出力される1/16分周クロックに基づいて生成したシフトクロックCKsrを使用してシフト動作するため、16クロックごとに、シフトレジスタの出力が順に活性化していく。たとえば、シフトレジスタの非反転出力がHレベルに遷移するとともに反転出力がLレベルに遷移し、先ず1番目の上位電流源セル355_1がオンする。引き続き、16分周クロックがHレベルに遷移する度に順番にシフトレジスタの非反転出力がHレベルに遷移するとともに反転出力がLレベルに遷移し、対応するk番目の下位電流源セル353_kがオンしていき、制御信号J330,J340がリセット信号を出力しない限り、最後の2^i番目の上位電流源セル355_2^iがオンするまで続けられる。   Here, in the shift register unit 342, a shift operation is performed using the shift clock CKsr generated based on the 1/16 frequency-divided clock output from the 1/16 frequency divider of the frequency division processing unit 332. Every 16 clocks, the output of the shift register is activated sequentially. For example, the non-inverted output of the shift register transitions to the H level and the inverted output transitions to the L level. First, the first upper current source cell 355_1 is turned on. Subsequently, every time the divided clock 16 changes to H level, the non-inverted output of the shift register sequentially changes to H level and the inverted output changes to L level, and the corresponding k-th lower current source cell 353_k is turned on. As long as the control signals J330 and J340 do not output a reset signal, the operation continues until the last 2 ^ i-th upper current source cell 355_2 ^ i is turned on.

このように、下位ビット制御部330と上位ビット制御部340の内部カウントクロックCKcnt に基づく連携した動作により、DA変換部300は、内部カウントクロックCKcnt に同期して、確実に階調を刻むDA変換回路として機能するようになり、第2DA変換部304により設定されたゲイン設定に応じた傾きで漸次増加する方向に変化する参照電圧を高精度で生成することができる。   As described above, the DA conversion unit 300 performs DA conversion for reliably engraving the gradation in synchronization with the internal count clock CKcnt by the cooperative operation based on the internal count clock CKcnt of the lower bit control unit 330 and the upper bit control unit 340. The reference voltage that functions as a circuit and changes in a direction that gradually increases with a slope according to the gain setting set by the second DA converter 304 can be generated with high accuracy.

なお、ここでは、漸次増加する方向に変化する参照電圧を生成するべく、電流源セル部350内の選択された電流源セル353,355による加算電流が増加する方向に電流源セル353,355の選択を制御していたが、電流源セル部350内の選択された電流源セル353,355による加算電流が減少る方向に電流源セル353,355の選択を制御すれば、漸次減少する方向に変化する参照電圧を生成することができる。   Here, in order to generate a reference voltage that changes in a gradually increasing direction, the current source cells 353 and 355 are increased in the direction in which the added current by the selected current source cells 353 and 355 in the current source cell unit 350 increases. Although the selection is controlled, if the selection of the current source cells 353 and 355 is controlled in the direction in which the added current by the selected current source cells 353 and 355 in the current source cell unit 350 is decreased, the selection is gradually decreased. A changing reference voltage can be generated.

<第2DA変換部によるゲイン調整の例>
図11および図12は、第2DA変換部304を利用したAD変換処理時のゲイン調整の事例を説明する図である。ここで、図11(A)は、外部デジタル入力値であるゲイン設定入力コードDgainに対する第2DA変換部304の出力電流Igainの様子を示す図でる。また図11(B)は、外部デジタル入力値であるゲイン設定入力コードDgainに対
するゲイン調整電流源セル308から出力されるゲイン制御用のバイアス電圧Vbaisの様子を示す図である。また、図11(C)は、入力デジタル信号Dinに対する第1DA変換部302にて生成される、あるゲイン設定値における参照信号RAMPの様子を示す図である。また、図11(D)は、第2DA変換部304によりゲイン設定を種々変更した場合における参照信号RAMPの様子を示す図である。
<Example of gain adjustment by the second DA converter>
11 and 12 are diagrams for explaining an example of gain adjustment at the time of AD conversion processing using the second DA converter 304. FIG. Here, FIG. 11A is a diagram illustrating a state of the output current Igain of the second DA conversion unit 304 with respect to the gain setting input code Dgain which is an external digital input value. FIG. 11B is a diagram illustrating a state of the gain control bias voltage Vbais output from the gain adjustment current source cell 308 with respect to the gain setting input code Dgain which is an external digital input value. FIG. 11C is a diagram illustrating a state of the reference signal RAMP at a certain gain setting value generated by the first DA conversion unit 302 for the input digital signal Din. FIG. 11D is a diagram showing the state of the reference signal RAMP when the gain setting is variously changed by the second DA conversion unit 304.

ここで、ある入力nビット値に対して一意に決まる第2DA変換部304の出力電流Igainが電流電圧変換器として機能するゲイン調整電流源セル308に入力される。第2DA変換部304の出力電流Igainは、各電流源セル753,755(上位電流源セル755に関してはビットデータ対応の合成成分)の出力電流をIcell_gain とすると下記式(3)で示すようになり、図11(A)に示すように、線形に変化する。   Here, the output current Igain of the second DA converter 304 that is uniquely determined for a certain input n-bit value is input to the gain adjustment current source cell 308 that functions as a current-voltage converter. The output current Igain of the second DA converter 304 is expressed by the following equation (3), where Icell_gain is the output current of each of the current source cells 753 and 755 (for the upper current source cell 755, the combined component corresponding to bit data). As shown in FIG. 11A, it changes linearly.

Figure 2010154562
Figure 2010154562

この出力電流Igainを、ゲイン調整電流源セル308を構成する折返し用のトランジスタ790(または792)に供給すると、バイアス電圧Vbaisが下記式(4)で示すように一意的に決まる。なお、ここでVthは閾値電圧であり、Kはトランジスタ特有の定数である。式(4)から分かるように、バイアス電位Vbaisは出力電流Igainの√倍に比例し、図11(B)に示すように√倍された電圧値を出力する。   When this output current Igain is supplied to the folding transistor 790 (or 792) constituting the gain adjustment current source cell 308, the bias voltage Vbais is uniquely determined as shown by the following formula (4). Here, Vth is a threshold voltage, and K is a constant unique to the transistor. As can be seen from the equation (4), the bias potential Vbais is proportional to √ times the output current Igain, and outputs a voltage value multiplied by √ as shown in FIG.

Figure 2010154562
Figure 2010154562

第1DA変換部302は、このバイアス電位Vbaisで規定される動作電流にて動作する。その出力電圧Vout は、第1DA変換部302から出力される加算電流Idac と基準抵抗398の抵抗値Rref との積により規定され下記式(5)で示すようになる。   The first DA converter 302 operates with an operating current defined by the bias potential Vbais. The output voltage Vout is defined by the product of the addition current Idac output from the first DA converter 302 and the resistance value Rref of the reference resistor 398, and is expressed by the following equation (5).

Figure 2010154562
Figure 2010154562

ここで、第1DA変換部302から出力される加算電流Idac は、第2DA変換部304から出力される加算電流Igainに基づいてゲイン調整電流源セル308にて生成されるバイアス電位Vbaisによって一意に決定され、各電流源セル353,355(上位電流源セル355に関してはビットデータ対応の合成成分)の出力電流をIcell_dacとすると記式(6)で示すようになる。   Here, the added current Idac output from the first DA converter 302 is uniquely determined by the bias potential Vbais generated in the gain adjustment current source cell 308 based on the added current Igain output from the second DA converter 304. When the output current of each of the current source cells 353 and 355 (the combined component corresponding to the bit data with respect to the upper current source cell 355) is Icell_dac, the following expression (6) is obtained.

Figure 2010154562
Figure 2010154562

式(6)から分かるように、加算電流Idac はゲイン調整電流源セル308にて生成されるバイアス電位Vbaisによって制御され、さらに式(5)から分かるように、加算電流Idac によって出力電圧Vout の振幅が決定される。つまり、ゲイン設定入力コードDgainによって、第1DA変換部302の電流源セル353,355のゲート電圧であるゲイン制御用のバイアス電圧Vbaisが一意に決まり、出力電圧Vout の振幅が一意に決まることになる。結果として、図11(C)に示すように、参照信号RAMPの傾きが、第2DA変換部304に供給されるゲイン設定入力コードDgainに対して一意に決定されることになる。   As can be seen from the equation (6), the addition current Idac is controlled by the bias potential Vbais generated by the gain adjustment current source cell 308. Further, as can be seen from the equation (5), the amplitude of the output voltage Vout is increased by the addition current Idac. Is determined. That is, the gain setting input code Dgain uniquely determines the gain control bias voltage Vbais, which is the gate voltage of the current source cells 353 and 355 of the first DA converter 302, and uniquely determines the amplitude of the output voltage Vout. . As a result, as shown in FIG. 11C, the slope of the reference signal RAMP is uniquely determined with respect to the gain setting input code Dgain supplied to the second DA converter 304.

したがって、図11(D)に示すように、第2DA変換部304に供給するゲイン設定入力コードDgainを調整することでバイアス電位Vbaisを第2DA変換部304により制御すれば、出力電圧Vout の振幅すなわち線形的に変化する参照信号RAMPの傾きを任意に調整できることになる。   Therefore, as shown in FIG. 11D, if the bias potential Vbais is controlled by the second DA converter 304 by adjusting the gain setting input code Dgain supplied to the second DA converter 304, the amplitude of the output voltage Vout, that is, The slope of the reference signal RAMP that changes linearly can be arbitrarily adjusted.

参照信号RAMPの傾きを変えることは参照信号RAMPに対するゲイン調整を意味するが、先にも説明したように、この参照信号RAMPを用いたシングルスロープ積分型のAD変換処理においては、比較対象である画素信号に対してのゲイン調整として機能させることになる。したがって、ゲイン設定入力コードDgainのビット精度で画素信号に対してゲイン調整ができることになり、カラムAD回路25におけるAD変換結果としては、このゲイン調整がされた後のデジタルデータが得られることになる。ゲイン設定入力コードDgainを高精度でデジタル制御すれば、結果として、AD変換処理対象のアナログ信号に対して高精度でゲイン調整ができることになるのである。   Changing the slope of the reference signal RAMP means gain adjustment with respect to the reference signal RAMP, but as described above, the single slope integration type AD conversion process using the reference signal RAMP is a comparison target. It functions as a gain adjustment for the pixel signal. Therefore, the gain adjustment can be performed on the pixel signal with the bit accuracy of the gain setting input code Dgain, and the digital data after the gain adjustment is obtained as the AD conversion result in the column AD circuit 25. . If the gain setting input code Dgain is digitally controlled with high accuracy, as a result, gain adjustment can be performed with high accuracy for the analog signal to be subjected to AD conversion processing.

なお、上記説明では、AD変換処理中には一定のゲイン設定入力コードDgainを第2DA変換部304に供給するようにしていたが、このゲイン設定入力コードDgainをAD変換処理中に動的に調整すれば、第1DA変換部302におけるDA出力の変化特性(いわゆる傾き)を動的に調整することができ、ガンマ補正を加えたAD変換結果が得られるようになる。   In the above description, the constant gain setting input code Dgain is supplied to the second DA converter 304 during the AD conversion process, but this gain setting input code Dgain is dynamically adjusted during the AD conversion process. Then, the change characteristic (so-called inclination) of the DA output in the first DA converter 302 can be dynamically adjusted, and an AD conversion result with gamma correction added can be obtained.

たとえば、図12に示す図では、通信・タイミング制御部20から第2DA変換部304に供給される制御信号J720の1つであるDACモード切替信号がLレベルのとき、プリデコーダ720は、通信・タイミング制御部20から指定された1つのゲイン設定入力コードDgain(図では10bで示す)に基づいてDA変換処理を行なって、そのゲイン設定入力コードDgainに対応するバイアス電圧Vbaisを第1DA変換部302に供給する。   For example, in the diagram shown in FIG. 12, when the DAC mode switching signal, which is one of the control signals J720 supplied from the communication / timing controller 20 to the second DA converter 304, is at L level, the predecoder 720 DA conversion processing is performed based on one gain setting input code Dgain (indicated by 10b in the figure) designated by the timing control unit 20, and the bias voltage Vbais corresponding to the gain setting input code Dgain is converted to the first DA conversion unit 302. To supply.

一方、DACモード切替信号がHレベルのときには、通信・タイミング制御部20から指定された3つのゲイン設定入力コードDgainを、カラムAD回路25におけるAD変換処理中に動的に変更する。たとえば、当初は3つのゲイン設定入力コードDgain_max,Dgain_mid,Dgain_minのうちの最小値Dgain_minに基づいてDA変換処理を行ない、その最小のゲイン設定入力コードDgain_minに対応する最小バイアス電圧Vbaisを第1DA変換部302に供給する。この結果、第1DA変換部302によるDA出力(つまり参照信号RAMP)は、DACモード切替信号=Lのときよりもゆっくりと変化する(傾きが小さい;図では11bで示す)。DA出力をAD変換の参照信号に用いた場合、傾きが小さいときにはAD出力データがより大きくなる。このことは、アナログゲインを大きくしてAD変換を行なっていることを意味する。   On the other hand, when the DAC mode switching signal is at the H level, the three gain setting input codes Dgain designated by the communication / timing control unit 20 are dynamically changed during the AD conversion processing in the column AD circuit 25. For example, DA conversion processing is initially performed based on the minimum value Dgain_min among the three gain setting input codes Dgain_max, Dgain_mid, and Dgain_min, and the minimum bias voltage Vbais corresponding to the minimum gain setting input code Dgain_min is set as the first DA conversion unit. 302 is supplied. As a result, the DA output from the first DA converter 302 (that is, the reference signal RAMP) changes more slowly than when the DAC mode switching signal = L (the inclination is small; indicated by 11b in the figure). When the DA output is used as a reference signal for AD conversion, the AD output data becomes larger when the inclination is small. This means that the analog gain is increased to perform AD conversion.

この後、第2DA変換部304のプリデコーダ720は、第2DA変換部304におけるDACコードが所定値Daに達した段階で、使用するゲイン設定入力コードDgainを中間値Dgain_midに切り替える。このときには、DACモード切替信号=Lのときと同じ傾き(図では10bで示す)で第1DA変換部302によるDA出力が変化する。   Thereafter, the predecoder 720 of the second DA converter 304 switches the gain setting input code Dgain to be used to the intermediate value Dgain_mid when the DAC code in the second DA converter 304 reaches the predetermined value Da. At this time, the DA output by the first DA converter 302 changes with the same slope (indicated by 10b in the figure) as when the DAC mode switching signal = L.

さらに、DACコードが所定値Dbに達した段階で、第2DA変換部304のプリデコーダ720は、使用するゲイン設定入力コードDgainを最大値Dgain_maxに切り替える。このため、第1DA変換部302によるDA出力は、DACモード切替信号=Lのときよりも高速に変化する(傾きが大きい;図では9bで示す))。DA出力をAD変換の参照信号に用いた場合、傾きが大きいときにはAD出力データがより小さくなる。このことは、アナログゲインを小さくしてAD変換を行なっていることを意味する。   Further, when the DAC code reaches the predetermined value Db, the predecoder 720 of the second DA converter 304 switches the gain setting input code Dgain to be used to the maximum value Dgain_max. For this reason, the DA output by the first DA converter 302 changes faster than when the DAC mode switching signal = L (the slope is large; indicated by 9b in the figure)). When DA output is used as a reference signal for AD conversion, AD output data becomes smaller when the slope is large. This means that AD conversion is performed with a reduced analog gain.

なお、この例では、第1DA変換部302によるDA出力(本例では参照信号RAMP)を、線形性を持ちつつ段階的に変化させるようにしているが、ゲイン設定入力コードDgainをさらに多段階に分けて細かに変化させると、たとえば2次関数などの高次関数に従って連続的に漸次変化させることもできる。   In this example, the DA output (reference signal RAMP in this example) by the first DA converter 302 is changed stepwise while having linearity, but the gain setting input code Dgain is further increased in multiple steps. If it is divided and finely changed, it can be changed gradually and gradually according to a higher-order function such as a quadratic function.

これにより、たとえば、入力光が少ない暗部での撮像の際には、撮像信号のゲイン(アナログゲイン)を高ゲインとなるように調整した上でデジタルデータを得ることでダイナミックレンジを確保することができる。一方、入力光が多い明部での撮像の際には、撮像信号のゲイン(アナログゲイン)を低ゲインとなるように調整した上でデジタルデータを得ることで、飽和を防止しつつダイナミックレンジを確保することができる。ワイドダイナミックレンジを実現するだけに留まらず、感度特性にガンマ補正を施し、より自然なセンサ特性を実現することができるようになるのである。   As a result, for example, when capturing an image in a dark part with little input light, the dynamic range can be ensured by obtaining digital data after adjusting the gain (analog gain) of the image signal to be a high gain. it can. On the other hand, when imaging in bright areas where there is a lot of input light, the gain (analog gain) of the imaging signal is adjusted to a low gain, and digital data is obtained, thereby reducing the dynamic range while preventing saturation. Can be secured. In addition to realizing a wide dynamic range, gamma correction is applied to the sensitivity characteristics, and more natural sensor characteristics can be realized.

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

たとえば、上記実施形態で採用した第1DA変換部302および第2DA変換部304の具体的な構成は一例に過ぎず、その他の様々な構成を採用することができる。第1DA変換部302によって生成されるシングルスロープ積分型AD変換方式において使用される参照信号の傾きを、第2DA変換部304によるデジタル制御によって調整するものでればよく、この限りにおいて様々な変形が可能であり、この変形も本願発明となる。   For example, the specific configurations of the first DA converter 302 and the second DA converter 304 employed in the above embodiment are merely examples, and various other configurations can be employed. The slope of the reference signal used in the single slope integration type AD conversion method generated by the first DA conversion unit 302 may be adjusted by digital control by the second DA conversion unit 304. This modification is also possible with the present invention.

また、上記実施形態では、画素部10の読出し側に位置するカラム領域にAD変換機能部を設けていたが、その他の箇所に設けることもできる。たとえば、水平信号線18までアナログで画素信号を出力して、その後にAD変換を行ない出力回路28に渡すような構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the AD conversion function unit is provided in the column region located on the reading side of the pixel unit 10. However, the AD conversion function unit may be provided in other locations. For example, a configuration may be adopted in which pixel signals are output in analog up to the horizontal signal line 18, and then AD conversion is performed and passed to the output circuit 28.

また、上記実施形態では、モード切替え後のカウント処理時に、切替え前の最終カウント値からカウント処理を開始するようにしていたが、カウント出力値がカウントクロックCK0に同期して出力される同期式のアップダウンカウンタを用いる場合には、モード切替時に特段の対処を要することなく、このことを実現できる。   In the above-described embodiment, the count process is started from the final count value before the switching at the time of the count process after the mode switching. However, the synchronous output in which the count output value is output in synchronization with the count clock CK0 is used. When an up / down counter is used, this can be realized without requiring any special measures at the time of mode switching.

しかしながら、動作制限周波数が最初のフリップフロップ(カウンタ基本要素)の制限周波数でのみ決められ高速動作に適する利点がある非同期式のアップダウンカウンタを用いる場合には、カウントモードを切り替えた際、カウント値が破壊されてしまい、切替え前後で値を保ったまま連続しての正常なカウント動作が行なえない問題を有する。よって、モード切替え前のカウント値からモード切替え後のカウント処理を開始可能にする調整処理部を設けることが好ましい。なお、ここでは調整処理部の詳細については説明を割愛する。なお、複数の信号間で加算処理を行なう場合、前段と後段の各カウントモードを同じにすればよく、このような対処は不要である。   However, when using an asynchronous up / down counter that has an advantage that the operation limiting frequency is determined only by the limiting frequency of the first flip-flop (counter basic element) and is suitable for high-speed operation, the count value is changed when the count mode is switched. Is destroyed, and the normal count operation cannot be performed continuously while maintaining the value before and after switching. Therefore, it is preferable to provide an adjustment processing unit that can start the count processing after the mode switching from the count value before the mode switching. Note that the details of the adjustment processing unit are omitted here. When addition processing is performed between a plurality of signals, it is only necessary to set the count modes of the preceding stage and the subsequent stage to be the same, and such a countermeasure is unnecessary.

また、上記実施形態では、画素信号が、時間系列として、同一画素について、リセット成分ΔV(基準成分)の後に信号成分Vsig が現れ、後段の処理部が正極性(信号レベルが大きいほど正の値が大きい)の信号について処理するものに対応して、真の信号成分を求めるに際して、1回目の処理として、リセット成分ΔV(基準成分)について比較処理とダウンカウント処理を行ない、2回目の処理として、信号成分Vsig について比較処理とアップカウント処理を行なうようにしていたが、基準成分と信号成分が現れる時間系列に拘わらず、対象信号成分とカウントモードとの組合せや処理順は任意である。処理手順によっては、2回目の処理で得られるデジタルデータが負の値になることもあるが、その場合には、符号反転や補正演算をするなどの対処をすればよい。   In the above-described embodiment, the pixel signal has a signal component Vsig after the reset component ΔV (reference component) for the same pixel as a time series, and the processing unit in the subsequent stage has a positive polarity (a larger signal level indicates a positive value). When a true signal component is obtained in response to what is processed for a large signal), as a first process, a comparison process and a down-count process are performed for the reset component ΔV (reference component), and a second process is performed. Although the comparison process and the up-count process are performed on the signal component Vsig, the combination and processing order of the target signal component and the count mode are arbitrary regardless of the time series in which the reference component and the signal component appear. Depending on the processing procedure, the digital data obtained in the second processing may become a negative value. In such a case, it is sufficient to take measures such as sign inversion or correction calculation.

もちろん、画素部10のデバイスアーキテクチャとして、信号成分Vsig の後にリセット成分ΔV(基準成分)を読み込まなければならず、後段の処理部が正極性の信号について処理するものである場合には、1回目の処理として、信号成分Vsig について比較処理とダウンカウント処理を行ない、2回目の処理として、リセット成分ΔV(基準成分)について比較処理とアップカウント処理を行なうのが効率的である。   Of course, as the device architecture of the pixel unit 10, the reset component ΔV (reference component) must be read after the signal component Vsig, and when the subsequent processing unit processes positive signals, the first time It is efficient to perform the comparison process and the down-count process for the signal component Vsig as the above process, and the comparison process and the up-count process for the reset component ΔV (reference component) as the second process.

また、上記実施形態では、画素信号が、時間系列として、同一画素について、リセット成分ΔV(基準成分)の後に信号成分Vsig が現れるものとして、蓄積時間の異なる複数の画素信号間での加算演算をするに当たって、画素信号ごとに、真の信号成分を求める差分処理を行なうようにしていたが、リセット成分ΔV(基準成分)を無視できるなど、信号成分Vsig のみを対象としてもよい場合には、真の信号成分を求める差分処理を割愛することができる。   Further, in the above-described embodiment, assuming that the signal component Vsig appears after the reset component ΔV (reference component) for the same pixel as a time series in the above embodiment, the addition calculation is performed between a plurality of pixel signals having different accumulation times. In doing so, the difference processing for obtaining the true signal component is performed for each pixel signal. However, if only the signal component Vsig may be targeted, for example, the reset component ΔV (reference component) can be ignored, the true processing is performed. It is possible to omit the difference processing for obtaining the signal component.

また、上記実施形態では、アップダウンカウンタを動作モードに拘わらず共通に使用しつつ、その処理モードを切り替えてカウント処理を行なうようにしていたが、ダウンカウントモードとアップカウントモードを組み合わせてカウント処理を行なうものであればよく、モード切替可能なアップダウンカウンタを用いた構成に限定されない。   Further, in the above embodiment, the up / down counter is used in common regardless of the operation mode, and the count process is performed by switching the processing mode. However, the count process is performed by combining the down count mode and the up count mode. However, the present invention is not limited to a configuration using an up / down counter capable of mode switching.

また、上記実施形態では、NMOSあるいはPMOSより構成されている単位画素が行列状に配されて構成されたセンサを一例に説明したが、これに限らず、一列に配されたラインセンサにも適用でき上記実施形態で説明したと同様の作用・効果を享受可能である。   In the above-described embodiment, a sensor configured by arranging unit pixels composed of NMOS or PMOS in a matrix is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a line sensor arranged in a row. It is possible to enjoy the same actions and effects as described in the above embodiment.

また、上記実施形態では、アドレス制御により個々の単位画素からの信号を任意選択して読出可能な固体撮像装置の一例として、光を受光することで信号電荷を生成する画素部を備えたCMOSセンサを例に示したが、信号電荷の生成は、光に限らず、たとえば赤外線、紫外線、あるいはX線などの電磁波一般に適用可能であり、この電磁波を受けてその量に応じたアナログ信号を出力する素子が多数配列された単位構成要素を備えた半導体装置に、上記実施形態で示した事項を適用可能である。   In the above-described embodiment, as an example of a solid-state imaging device that can arbitrarily read signals from individual unit pixels by address control, a CMOS sensor including a pixel unit that generates signal charges by receiving light However, the generation of signal charges is not limited to light, and can be applied to electromagnetic waves such as infrared rays, ultraviolet rays, or X-rays in general, and outputs an analog signal corresponding to the amount of the received electromagnetic waves. The matters described in the above embodiments can be applied to a semiconductor device including unit components in which a large number of elements are arranged.

また、上記実施形態で一例として説明したAD変換回路は、固体撮像装置やその他の電子機器に組み込まれて提供されることに限らず、たとえばIC(Integrated Circuit;集積回路)やAD変換モジュールあるいはデータ処理モジュールなどのようにして、単独の装置として提供されてもよい。   In addition, the AD conversion circuit described as an example in the above embodiment is not limited to be provided by being incorporated in a solid-state imaging device or other electronic devices, and for example, an IC (Integrated Circuit), an AD conversion module, or data It may be provided as a single device, such as a processing module.

この場合、比較部とカウンタ部とを備えたAD変換装置(もしくはデータ処理装置)で提供してもよいが、AD変換用の参照信号を生成し比較部に供給する参照信号生成部や、カウンタ部におけるカウント処理のモードを制御する制御部も同一の半導体基板上に配したIC(集積回路)や個別チップなどの組合せでなるモジュールに組み込んで提供してもよい。   In this case, an AD conversion device (or data processing device) including a comparison unit and a counter unit may provide the reference signal generation unit that generates a reference signal for AD conversion and supplies the reference signal to the comparison unit, or a counter The control unit that controls the count processing mode in the unit may also be provided by being incorporated in a module that is a combination of an IC (integrated circuit) or an individual chip disposed on the same semiconductor substrate.

これらを組み込んで提供することで、画像信号を生成する機能を実現するに当たって、比較部とカウンタ部の動作を制御するために必要な機能部を纏めて取り扱うことができ、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、AD変換処理に必要な要素がICやモジュールとして纏まって(一体となって)いるので、固体撮像装置やその他の電子機器の完成品の製造も容易になる。
また、上記実施形態では、光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をするCMOS型の固体撮像装置について例示したが、物理量の変化を検知するあらゆるものに、上記実施形態で説明した仕組みを適用でき、光などに限らず、たとえば、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置(特開2002−7984や特開2001−125734などを参照)など、その他の物理的な変化を検知する仕組みにおいて、アナログ信号をデジタル信号に変換する際の仕組みとして、上記実施形態を同様に適用することができる。
By incorporating and providing these, it is possible to collectively handle the functional units necessary for controlling the operations of the comparison unit and the counter unit in realizing the function of generating the image signal, and handling and management of the members can be performed. It becomes simple. In addition, since elements necessary for AD conversion processing are integrated (integrated) as an IC or a module, it becomes easy to manufacture a finished product of a solid-state imaging device or other electronic devices.
In the above embodiment, the CMOS type solid-state imaging device that is sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation is exemplified. However, in any of the above embodiments, any device that detects a change in physical quantity can be used. The described mechanism can be applied, and is not limited to light or the like. For example, a fingerprint authentication device that detects fingerprint images based on changes in electrical characteristics or optical characteristics based on pressure for information related to fingerprints (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-7984). In other mechanisms for detecting physical changes such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-125734 and the like, the above embodiment can be similarly applied as a mechanism for converting an analog signal into a digital signal.

1…固体撮像装置、3…単位画素、7…駆動制御部、10…画素部、12…水平走査回路、14…垂直走査回路、15…行制御線、18…水平信号線、19…垂直信号線、20…通信・タイミング制御部、24…カウンタ部、25…カラムAD回路、26…カラム処理部、27…参照信号生成部、27a,27b…DA変換回路(参照信号生成出力部)、28…出力回路、300…DA変換部、302…第1DA変換部、304…第2DA変換部、308…ゲイン調整電流源セル(電流/電圧変換部)、310,710…DAC制御部(定電流源選択制御部)、320…ブロック制御部、330…下位ビット制御部、332…分周処理部、333…シフト制御部、336,346…グリッチ抑制処理部、340…上位ビット制御部、342…シフトレジスタ部、350,750…電流源セル部、352,752…下位電流源セル部、353,753…下位電流源セル、354,754…上位電流源セル部、355,755…上位電流源セル、720…プリデコーダ、732,742…デコーダ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 3 ... Unit pixel, 7 ... Drive control part, 10 ... Pixel part, 12 ... Horizontal scanning circuit, 14 ... Vertical scanning circuit, 15 ... Row control line, 18 ... Horizontal signal line, 19 ... Vertical signal 20 ... communication / timing control unit 24 ... counter unit 25 ... column AD circuit 26 ... column processing unit 27 ... reference signal generation unit 27a, 27b ... DA conversion circuit (reference signal generation output unit) 28 ... Output circuit, 300 ... DA converter, 302 ... first DA converter, 304 ... second DA converter, 308 ... gain adjustment current source cell (current / voltage converter), 310,710 ... DAC controller (constant current source) Selection control unit), 320 ... block control unit, 330 ... lower bit control unit, 332 ... frequency division processing unit, 333 ... shift control unit, 336, 346 ... glitch suppression processing unit, 340 ... upper bit control unit, 342 ... Register, 350, 750 ... current source cell, 352, 752 ... lower current source cell, 353, 753 ... lower current source cell, 354, 754 ... upper current source cell, 355, 755 ... upper current source cell 720: Predecoder, 732, 742: Decoder

Claims (9)

アナログ信号をデジタル信号に変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、前記アナログ信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較する比較部と、
この比較部における比較処理と並行して、所定のカウントクロックでカウント処理を行ない、前記比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備えたAD変換装置であって、
前記参照信号生成部は、
デジタル入力信号の値に応じた前記参照信号を得る第1のDA変換部と、
デジタルゲイン制御入力信号の値に応じたアナログのゲイン制御出力信号を得る第2のDA変換部と
を備え、
前記第2のDA変換部により生成されたゲイン制御出力信号に基づいて前記第1のDA変換部により生成される前記参照信号のゲインを調整する
ことを特徴とするAD変換装置。
A reference signal generation unit that generates a reference signal for converting an analog signal into a digital signal, a comparison unit that compares the analog signal and the reference signal generated by the reference signal generation unit,
In parallel with the comparison process in the comparison unit, the AD conversion apparatus includes a counter unit that performs a count process with a predetermined count clock and holds a count value when the comparison process in the comparison unit is completed,
The reference signal generator is
A first DA converter that obtains the reference signal according to a value of a digital input signal;
A second DA converter for obtaining an analog gain control output signal corresponding to the value of the digital gain control input signal,
An AD converter characterized by adjusting a gain of the reference signal generated by the first DA converter based on a gain control output signal generated by the second DA converter.
前記第1のDA変換部は、制御入力端子に供給される情報に応じた所定の重付けの定電流を出力可能な複数の電流源セルを具備し、選択された電流源セルの定電流出力を加算出力することにより前記デジタル入力信号の値に応じた出力電流を前記アナログ出力信号として生成するものであり、
前記第2のDA変換部は、所定の重付けの定電流を出力可能な複数の電流源セルを具備し、選択された電流源セルの定電流出力を加算出力することにより前記デジタルゲイン制御入力信号の値に応じた出力電流を得る第2のDA変換部とを備え、
前記第2のDA変換部により生成された出力電流に基づく前記ゲイン制御出力信号を前記制御入力端子に供給する
ことを特徴とする請求項1に記載のAD変換装置。
The first DA converter includes a plurality of current source cells capable of outputting a constant current having a predetermined weight according to information supplied to a control input terminal, and the constant current output of the selected current source cell Output current corresponding to the value of the digital input signal is generated as the analog output signal.
The second DA converter includes a plurality of current source cells capable of outputting a constant current having a predetermined weight, and adds the constant current output of the selected current source cell to output the digital gain control input. A second DA converter that obtains an output current according to the value of the signal,
The AD converter according to claim 1, wherein the gain control output signal based on the output current generated by the second DA converter is supplied to the control input terminal.
前記AD変換装置は、前記第2のDA変換部により生成された出力電流に応じた電圧信号を生成する電流/電圧変換部を備え、
当該電流/電圧変換部により生成された電圧信号を前記制御入力端子に供給する
ことを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
The AD converter includes a current / voltage converter that generates a voltage signal corresponding to the output current generated by the second DA converter,
The AD converter according to claim 2, wherein a voltage signal generated by the current / voltage converter is supplied to the control input terminal.
複数の画素と、
前記複数の画素から読みだされたアナログの画素信号をデジタル信号に変換するAD変換装置と
を備えた、固体撮像装置であって、
前記AD変換装置は、
アナログ信号をデジタル信号に変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記アナログ信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較する比較部と、
この比較部における比較処理と並行して、所定のカウントクロックでカウント処理を行ない、前記比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備え、
前記参照信号生成部は、
デジタル入力信号の値に応じた前記参照信号を得る第1のDA変換部と、
デジタルゲイン制御入力信号の値に応じたアナログのゲイン制御出力信号を得る第2のDA変換部と
を備え、
前記第2のDA変換部により生成されたゲイン制御出力信号に基づいて前記第1のDA変換部により生成される前記参照信号のゲインを調整する
ことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of pixels;
A solid-state imaging device comprising: an analog-to-digital conversion device that converts analog pixel signals read from the plurality of pixels into digital signals,
The AD converter is
A reference signal generation unit that generates a reference signal for converting an analog signal into a digital signal;
A comparison unit that compares the analog signal with the reference signal generated by the reference signal generation unit;
In parallel with the comparison process in the comparison unit, the counter unit performs a count process with a predetermined count clock, and includes a counter unit that holds a count value when the comparison process in the comparison unit is completed,
The reference signal generator is
A first DA converter that obtains the reference signal according to a value of a digital input signal;
A second DA converter for obtaining an analog gain control output signal corresponding to the value of the digital gain control input signal,
A solid-state imaging device, wherein a gain of the reference signal generated by the first DA converter is adjusted based on a gain control output signal generated by the second DA converter.
前記第1のDA変換部は、制御入力端子に供給される情報に応じた所定の重付けの定電流を出力可能な複数の電流源セルを具備し、選択された電流源セルの定電流出力を加算出力することにより前記デジタル入力信号の値に応じた出力電流を前記アナログ出力信号として生成するものであり、
前記第2のDA変換部は、所定の重付けの定電流を出力可能な複数の電流源セルを具備し、選択された電流源セルの定電流出力を加算出力することにより前記デジタルゲイン制御入力信号の値に応じた出力電流を得る第2のDA変換部とを備え、
前記第2のDA変換部により生成された出力電流に基づく前記ゲイン制御出力信号を前記制御入力端子に供給する
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
The first DA converter includes a plurality of current source cells capable of outputting a constant current having a predetermined weight according to information supplied to a control input terminal, and the constant current output of the selected current source cell Output current corresponding to the value of the digital input signal is generated as the analog output signal.
The second DA converter includes a plurality of current source cells capable of outputting a constant current having a predetermined weight, and adds the constant current output of the selected current source cell to output the digital gain control input. A second DA converter that obtains an output current according to the value of the signal,
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the gain control output signal based on the output current generated by the second DA converter is supplied to the control input terminal.
前記AD変換装置は、前記第2のDA変換部により生成された出力電流に応じた電圧信号を生成する電流/電圧変換部を備え、
当該電流/電圧変換部により生成された電圧信号を前記制御入力端子に供給する
ことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
The AD converter includes a current / voltage converter that generates a voltage signal corresponding to the output current generated by the second DA converter,
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein a voltage signal generated by the current / voltage conversion unit is supplied to the control input terminal.
入射された電磁波に対応する電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部により生成された電荷に応じたアナログの単位信号を生成する単位信号生成部を単位構成要素内に含む有効領域を備え、かつ前記単位信号をデジタル信号に変換する機能要素として、前記単位信号をデジタル信号に変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、前記単位信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較する比較部と、この比較部における比較処理と並行して、所定のカウントクロックでカウント処理を行ない、前記比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備えた、物理量分布検知のための半導体装置であって、
前記参照信号生成部は、
デジタル入力信号の値に応じた前記参照信号を得る第1のDA変換部と、
デジタルゲイン制御入力信号の値に応じたアナログのゲイン制御出力信号を得る第2のDA変換部とを備え、
前記第2のDA変換部により生成されたゲイン制御出力信号に基づいて前記第1のDA変換部により生成される前記参照信号のゲインを調整する
ことを特徴とする半導体装置。
A charge generation unit that generates a charge corresponding to an incident electromagnetic wave, and an effective region including a unit signal generation unit that generates an analog unit signal corresponding to the charge generated by the charge generation unit in a unit component, And as a functional element that converts the unit signal into a digital signal, a reference signal generation unit that generates a reference signal for converting the unit signal into a digital signal, and a reference generated by the unit signal and the reference signal generation unit A comparison unit that compares the signal, and a counter unit that performs a count process with a predetermined count clock in parallel with the comparison process in the comparison unit and holds a count value at the time when the comparison process in the comparison unit is completed A semiconductor device for physical quantity distribution detection provided,
The reference signal generator is
A first DA converter that obtains the reference signal according to a value of a digital input signal;
A second DA converter that obtains an analog gain control output signal corresponding to the value of the digital gain control input signal,
A semiconductor device comprising: adjusting a gain of the reference signal generated by the first DA converter based on a gain control output signal generated by the second DA converter.
前記第1のDA変換部は、制御入力端子に供給される情報に応じた所定の重付けの定電流を出力可能な複数の電流源セルを具備し、選択された電流源セルの定電流出力を加算出力することにより前記デジタル入力信号の値に応じた出力電流を前記アナログ出力信号として生成するものであり、
前記第2のDA変換部は、所定の重付けの定電流を出力可能な複数の電流源セルを具備し、選択された電流源セルの定電流出力を加算出力することにより前記デジタルゲイン制御入力信号の値に応じた出力電流を得る第2のDA変換部とを備え、
前記第2のDA変換部により生成された出力電流に基づく前記ゲイン制御出力信号を前記制御入力端子に供給する
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
The first DA converter includes a plurality of current source cells capable of outputting a constant current having a predetermined weight according to information supplied to a control input terminal, and the constant current output of the selected current source cell Output current corresponding to the value of the digital input signal is generated as the analog output signal.
The second DA converter includes a plurality of current source cells capable of outputting a constant current having a predetermined weight, and adds the constant current output of the selected current source cell to output the digital gain control input. A second DA converter that obtains an output current according to the value of the signal,
The semiconductor device according to claim 7, wherein the gain control output signal based on the output current generated by the second DA converter is supplied to the control input terminal.
前記AD変換装置は、前記第2のDA変換部により生成された出力電流に応じた電圧信号を生成する電流/電圧変換部を備え、
当該電流/電圧変換部により生成された電圧信号を前記制御入力端子に供給する
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
The AD converter includes a current / voltage converter that generates a voltage signal corresponding to the output current generated by the second DA converter,
The semiconductor device according to claim 8, wherein a voltage signal generated by the current / voltage conversion unit is supplied to the control input terminal.
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