JP2010187239A - Ad変換器及びこれを用いた固体撮像素子 - Google Patents
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
Abstract
【解決手段】AD変換器は、コンパレータCOMと、コンパレータCOMの+入力端子に接続されたサンプリングスイッチSW1とを備える。サンプリングスイッチSW1は、ゲート60と一方のソース/ドレイン62との間の容量CPが他方のソース/ドレイン61よりも小さいMOSトランジスタからなる。サンプリングスイッチSW1の一方のソース/ドレイン62がコンパレータCOMの+入力端子に接続される。
【選択図】図3
Description
図1は、本発明の第1の実施の形態による固体撮像素子1を示す概略構成図である。本実施の形態による固体撮像素子1は、CMOSイメージセンサとして構成されている。
N型拡散領域61aとそれよりも不純物濃度が低くLDD構造を構成するN型拡散領域61bとから構成されている。同様に、ソース/ドレイン62は、N型拡散領域62aとそれよりも不純物濃度が低くLDD構造を構成するN型拡散領域62bとから構成されている。もっとも、本発明では、必ずしもLDD構造を採用する必要はない。図4において、63はP型拡散領域、64はシリコン酸化膜である。このMOSトランジスタは、図4に示すように、ソース/ドレイン62の方がソース/ドレイン61よりもゲート60とのオーバーラップが少なくなっている。その結果、ソース/ドレイン62とゲート60との間の寄生容量の方が、ソース/ドレイン61とゲート60との間の寄生容量よりも小さくなっている。両者のうち小さい方の寄生容量、すなわち、ソース/ドレイン62とゲート60との間の寄生容量に符号CPを付しているが、大きい方の寄生容量の図示は省略している。この点は、図1及び図3についても同様である。このような構造を持ったMOSトランジスタ自体は、公知である。なお、説明の便宜上、このような構造を持つMOSトランジスタを、非対称性ソース/ドレインMOSトランジスタと呼ぶ。
図9は、本発明の第2の実施の形態による固体撮像素子30を示す概略構成図である。図10は、図9中の1つのカラム回路7を示す拡大回路図である。図9及び図10において、図1及び図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
図13は、本発明の第3の実施の形態による固体撮像素子の1つのカラム回路7を示す拡大回路図であり、図3に対応している。図13において、図3中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
2 画素
4 垂直信号線
7 カラム回路
9 カウンタ
10 制御パルス発生回路
40 信号処理部
60 ゲート
61,62 ソース/ドレイン
CAMP カラムアンプ
C1 第1の容量
C2 第2の容量
COM コンパレータ
CP 寄生容量
LCH ラッチ回路
SW1 第1のサンプリングスイッチ
SW2 第2のサンプリングスイッチ
SW3 切り替えスイッチ
SW4 出力スイッチ
SW5 帰還スイッチ
SW6 スイッチ
Claims (15)
- 第1の入力部の信号と第2の入力部の信号とを比較してその比較結果を示す信号を出力部から出力するコンパレータと、
ゲートと一方のソース/ドレインとの間の容量が前記ゲートと他方のソース/ドレインとの間の容量よりも小さいMOSトランジスタからなり、前記一方のソース/ドレインが前記コンパレータの前記第1の入力部に接続された第1のサンプリングスイッチと、
を備えたことを特徴とするAD変換器。 - 第1の入力部の信号と第2の入力部の信号とを比較してその比較結果を示す信号を出力部から出力するコンパレータと、
ゲートと一方のソース/ドレインとの間の容量が前記ゲートと他方のソース/ドレインとの間の容量よりも小さいMOSトランジスタからなり、前記一方のソース/ドレインが前記コンパレータの前記第1の入力部に接続された第1のサンプリングスイッチと、
アナログの情報信号を前記第1のサンプリングスイッチを介してサンプリングして前記情報信号と漸次変化するランプ信号とが重畳した重畳信号を得て前記重畳信号を前記コンパレータの前記第1の入力部に供給する第1の容量と、
アナログの基準信号をサンプリングして前記基準信号を前記コンパレータの前記第2の入力部に供給する第2の容量と、
を備えたことを特徴とするAD変換器。 - 前記ランプ信号の変化開始時点から前記コンパレータの前記出力部の信号の反転時点までの経過時間に応じたカウント値を得る計時部を備えたことを特徴とする請求項2記載のAD変換器。
- 前記計時部は、前記変化開始時点からクロック信号をカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント値が入力され前記反転時点における前記カウント値をラッチするラッチ回路と、を有することを特徴とする請求項3記載のAD変換器。
- 前記重畳信号には、前記情報信号及び前記ランプ信号の他に一定レベルも重畳されることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載のAD変換器。
- 前記ランプ信号を発生するランプ信号発生部と、
前記ランプ信号発生部の出力部と一定電位が供給される部位とを切り替えて前記第1の容量の一方電極に接続する切り替え部と、
を備え、
前記第1の容量の他方電極は、前記第1のサンプリングスイッチと前記コンパレータの前記第1の入力部との間に接続されたことを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載のAD変換器。 - 前記基準信号が供給される部位と前記コンパレータの前記第2の入力部との間に接続された第2のサンプリングスイッチを備え、
前記第2の容量の一方電極は、前記第2のサンプリングスイッチと前記コンパレータの前記第2の入力部との間に接続された、
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載のAD変換器。 - 前記コンパレータは、前記第1の入力部の信号と前記第2の入力部の信号とを比較してその比較結果を示す信号を前記出力部から出力するコンパレータ動作と切り替えて、前記第1の入力部の信号に従ったボルテージフォロワ出力信号を前記出力部に出力するボルテージフォロワ動作を行い得るように構成され、
前記ボルテージフォロワ動作時に、前記コンパレータの前記第1の入力部に前記基準信号が入力されるとともに、前記コンパレータの前記出力部からのボルテージフォロワ出力信号となった前記基準信号が前記第2の容量に蓄積される、
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載のAD変換器。 - 前記基準信号が供給される部位が前記情報信号が供給される前記部位と同一であり、
前記コンパレータの前記第1の入力部に対する前記基準信号の入力は、前記第1のサンプリングスイッチを介して行われることを特徴とする請求項8記載のAD変換器。 - 前記コンパレータの前記第2の入力部と前記コンパレータの前記出力部との間を、前記コンパレータ動作時に開放するとともに前記ボルテージフォロワ動作時に接続する帰還スイッチを、備え、
前記第2の容量の一方電極は、前記帰還スイッチと前記コンパレータの前記第2の入力部との間に接続されたことを特徴とする請求項8又は9記載のAD変換器。 - 前記コンパレータ動作時にオフされるとともに前記ボルテージフォロワ動作時にオンされるスイッチと発振防止用容量との直列回路であって、前記コンパレータの所定の2つの部位間に接続された直列回路を、備えたことを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載のAD変換器。
- 2次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、請求項1乃至11のいずれかに記載のAD変換器と、を備え、
前記情報信号が、前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素で光電変換された光情報を含む光信号であることを特徴とする固体撮像素子。 - 前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線を備え、
前記AD変換器は前記各垂直信号線に対応して設けられたことを特徴とする請求項12記載の固体撮像素子。 - 前記各AD変換器の一部の要素が、前記各AD変換器に対して共通に1つ設けられたことを特徴とする請求項13記載の固体撮像素子。
- 前記各垂直信号線に対応して設けられ対応する垂直信号線の信号を処理して前記情報信号及び前記基準信号を得る信号処理部を備え、
前記各信号処理部は、非反転入力部に前記所定電位が印加された演算増幅器、入力容量、帰還容量、及び、クランプ制御信号に応じてオンオフするクランプ制御スイッチを有し、
前記各信号処理部において、(i)対応する垂直信号線が前記入力容量を介して前記演算増幅器の反転入力部に接続され、(ii)前記演算増幅器の前記反転入力部と前記演算増幅器の出力部との間に前記帰還容量及び前記クランプ制御スイッチが並列に接続され、(iii)前記演算増幅器の出力部から前記基準信号及び前記情報信号が出力される、
ことを特徴とする請求項13又は14記載の固体撮像素子。
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