JP2011055535A - Sequential comparison type a/d converter and imaging device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a time required for processing when performing over sampling, and thereby to reduce a conversion time of an A/D conversion, in a sequential comparison type A/D converter. <P>SOLUTION: In over sampling, in the first A/D conversion processing, an N-bit digital value of an analog signal is found in N steps. Then, in the second and subsequent A/D conversion processing, A/D conversion processing is not performed for high-order n bits of the N-bit digital value obtained in the first A/D conversion processing and it is left fixed, and A/D conversion is started from the low-order bits equal to or lower than the (N-n)th bit, that is, from the middle of the bits. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、逐次比較型A/D変換器、逐次比較型A/D変換器の制御方法、固体撮像装置および撮像装置に関する。   The present invention relates to a successive approximation A / D converter, a control method for a successive approximation A / D converter, a solid-state imaging device, and an imaging device.

A/D変換器の一種として、逐次比較型A/D変換器がある。逐次比較型A/D変換器は、一つの比較器で大小比較を何度も繰り返して実行する。より具体的には、先ず、最大振幅(フルスケール;FS)の1/2の電圧と入力電圧とを比較する。このときの比較結果は、デジタル値の最上位のビット(MSB;Most Significant Bit)に対応する。   One type of A / D converter is a successive approximation A / D converter. The successive approximation A / D converter repeatedly performs a size comparison with a single comparator. More specifically, first, a voltage having a half of the maximum amplitude (full scale; FS) is compared with the input voltage. The comparison result at this time corresponds to the most significant bit (MSB: Most Significant Bit) of the digital value.

続いて、最上位ビットの値に応じてさらに半分の(1/4)FSだけ高いまたは低い、FS/4または3FS/4の電圧と入力電圧とを再び比較する。このときの比較結果がその次のビットの値になる。以降、同様の手順を繰り返すことで、N回のステップでA/D変換処理を完了する。   Subsequently, the FS / 4 or 3FS / 4 voltage, which is higher or lower by a half (1/4) FS depending on the value of the most significant bit, is again compared with the input voltage. The comparison result at this time becomes the value of the next bit. Thereafter, the same procedure is repeated to complete the A / D conversion process in N steps.

この種の逐次比較型A/D変換器において、変換時間の短縮を図る技術として、前i回(i≧2)のA/D変換の結果から、i回とも同じであった上位ビットを検出し、固定して今回の逐次比較に適用する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In this type of successive approximation type A / D converter, as a technique for shortening the conversion time, the upper bits that were the same i times are detected from the results of the previous i times (i ≧ 2) A / D conversion. However, a technique that is fixed and applied to this successive comparison is known (for example, see Patent Document 1).

特開2006−108893号公報JP 2006-108893 A

ところで、逐次比較型A/D変換器において、オーバーサンプリングによって加算平均をとることで、入力信号に含まれるノイズ成分を低減できる。ここに、オーバーサンプリングとは、N回のステップで完了するA/D変換処理を複数回実行することで、複数のデジタルデータを得ることを言う。また、加算平均とは、オーバーサンプリングによって得た複数のデータを足し合わせて平均化することを言う。n個のデータを足し合わせることで、信号成分がn倍、ノイズ成分が√n倍になる。そして、その平均をとることでS/Nを向上できる。   By the way, in the successive approximation A / D converter, the noise component included in the input signal can be reduced by taking the averaging by oversampling. Here, oversampling means obtaining a plurality of digital data by executing A / D conversion processing that is completed in N steps a plurality of times. In addition, the averaging means that a plurality of data obtained by oversampling are added and averaged. By adding n pieces of data, the signal component becomes n times and the noise component becomes √n times. And S / N can be improved by taking the average.

ここで、逐次比較型A/D変換器において、NビットのA/D変換とM回のオーバーサンプリングを行う場合の通常のA/D変換動作について考える。一例として、10ビット(N=10)のA/D変換と4回(M=4)のオーバーサンプリングを行う場合には、図13に示すように、先ず、1サイクル(周期T)当たり1ビットのA/D変換処理を10サイクル行う。引き続いて、初回と同じ10ビット分10サイクルのA/D変換処理を4回繰り返して実行する。   Here, a normal A / D conversion operation in the case of performing N-bit A / D conversion and M oversampling in the successive approximation A / D converter will be considered. As an example, when 10-bit (N = 10) A / D conversion and four times (M = 4) oversampling are performed, as shown in FIG. 13, first, 1 bit per cycle (period T). The A / D conversion process is performed 10 cycles. Subsequently, the same 10-bit A / D conversion processing for 10 bits as the first time is repeated four times.

このように、従来の一般的な逐次比較型A/D変換器は、NビットのA/D変換処理にN回の比較を行う必要があることから、入力信号のオーバーサンプリングをM回行う場合に、N×(M+1)回の比較動作が必要になるためにA/D変換の変換時間が長くなる。一方、特許文献1記載の変換時間を短縮する技術は、オーバーサンプリングによる加算平均を想定していない。すなわち、特許文献1記載の変換時間を短縮する技術をそのまま、オーバーサンプリングによる加算平均に適用したとしても、オーバーサンプリングを行う場合の処理にかかる時間、ひいてはA/D変換の変換時間を短縮することはできない。   As described above, the conventional general successive approximation type A / D converter needs to perform the N-time comparison in the N-bit A / D conversion processing, and therefore, when the input signal is oversampled M times. In addition, since N × (M + 1) comparison operations are required, the conversion time for A / D conversion becomes long. On the other hand, the technique for shortening the conversion time described in Patent Document 1 does not assume addition averaging by oversampling. That is, even if the technique for shortening the conversion time described in Patent Document 1 is applied to addition averaging by oversampling as it is, the time required for processing when oversampling is performed, and hence the conversion time for A / D conversion is reduced. I can't.

そこで、本発明は、オーバーサンプリングを行う場合の処理にかかる時間、ひいてはA/D変換の変換時間を短縮することが可能な逐次比較型A/D変換器、逐次比較型A/D変換器の制御方法、固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention relates to a successive approximation type A / D converter and a successive approximation type A / D converter that can shorten the time required for processing in the case of oversampling, and consequently the conversion time of A / D conversion. It is an object to provide a control method, a solid-state imaging device, and an imaging device.

本発明によれば、オーバーサンプリング処理を行う逐次比較型A/D変換器であって、変換対象のアナログ信号と参照信号とを1ビットごと逐次比較し、前記変換対象のアナログ信号と前記参照信号との大小比較に応じた論理値を示す比較結果信号を出力する、AD変換処理を行う比較器と、前記比較器から出力される前記比較結果信号を保持する記憶回路と、前記比較器におけるAD変換処理および前記記憶回路における記憶処理を複数回行うオーバーサンプリング処理を行い、次の参照信号に用いるビット列を算出する、制御部と、前記制御部から出力される前記ビット列をデコードし、当該デコードした結果に応じたアナログ形式の前記参照信号を生成して前記比較器に入力する、参照信号生成部とを具備し、
前記制御部の前記演算制御部は、前記変換対象のアナログ信号に対する前記比較器でのA/D変換処理を複数回実行するオーバーサンプリングを行う際に、1回目のA/D変換処理では前記変換対象のアナログ信号をA/D変換してNビットのデジタル値を得、2回目以降のA/D変換処理では1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットを固定し、(N−n)ビット以下の下位ビットからA/D変換を開始するように前記参照信号を制御する、逐次比較型A/D変換器が提供される。
また本発明によれば、上記逐次比較型A/D変換器の制御方法が提供される。
また本発明によれば、上記逐次比較型A/D変換器を用いた固体撮像装置が提供される。
また本発明によれば、上記逐次比較型A/D変換器を用いた撮像装置が提供される。
According to the present invention, a successive approximation A / D converter that performs oversampling processing, sequentially compares an analog signal to be converted and a reference signal bit by bit, and converts the analog signal to be converted and the reference signal. A comparison result signal indicating a logical value corresponding to a magnitude comparison with the comparator, a comparator for AD conversion processing, a storage circuit for holding the comparison result signal output from the comparator, and an AD in the comparator Performs oversampling processing for performing conversion processing and storage processing in the storage circuit a plurality of times, calculates a bit string used for the next reference signal, decodes the bit string output from the control unit, and performs the decoding A reference signal generation unit that generates the analog reference signal according to a result and inputs the reference signal to the comparator;
The arithmetic control unit of the control unit performs the conversion in the first A / D conversion process when performing oversampling in which the A / D conversion process in the comparator is performed a plurality of times on the analog signal to be converted. A / D conversion is performed on the target analog signal to obtain an N-bit digital value. In the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are obtained. A successive approximation A / D converter is provided which controls the reference signal so as to start and start A / D conversion from lower bits of (N−n) bits or less.
The present invention also provides a method for controlling the successive approximation A / D converter.
The present invention also provides a solid-state imaging device using the successive approximation A / D converter.
According to the present invention, an imaging device using the successive approximation A / D converter is provided.

上記構成逐次比較型A/D変換器において、A/D変換処理を複数回実行するオーバーサンプリングを行う際に、最初のA/D変換処理ではアナログ信号についてNビットのデジタル値を求める。このときのA/D変換処理は、N回のステップでA/D変換を行う通常のA/D変換処理である。そして、2回目以降のA/D変換処理によってオーバーサンプリングが行われる。このとき、1回目のA/D変換処理の際に入力されるアナログ信号と2回目以降のA/D変換処理の際に入力されるアナログ信号との間の相関が高ければ、上位側のnビットのデジタル値が変化しないことになる。   In the above-described successive approximation A / D converter, when oversampling is performed in which the A / D conversion process is performed a plurality of times, an N-bit digital value is obtained for the analog signal in the first A / D conversion process. The A / D conversion process at this time is a normal A / D conversion process in which A / D conversion is performed in N steps. Then, oversampling is performed by the second and subsequent A / D conversion processes. At this time, if the correlation between the analog signal input in the first A / D conversion process and the analog signal input in the second and subsequent A / D conversion processes is high, the upper n The digital value of the bit will not change.

この点に着目し、2回目以降のA/D変換処理では、1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットについてはA/D変換処理を行わずに固定とし、下位ビットである(N−n)ビットからA/D変換を開始する。ここで、1回目と2回目以降のA/D変換処理の際に入力されるアナログ信号間の相関が高ければ高いほど、デジタル値が変化しない上位側のビット数nが増えることから、A/D変換を開始するビットがより下位側のビットになる。   Focusing on this point, in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are fixed without performing the A / D conversion process. The A / D conversion is started from the (N−n) bits which are the lower bits. Here, since the higher the correlation between the analog signals input in the first and second and subsequent A / D conversion processes, the higher the number n of bits on the higher side where the digital value does not change, the A / D The bit for starting the D conversion becomes the lower bit.

このように、2回目以降のA/D変換処理では、(N−n)ビット以下の下位ビット、即ちビットの途中からA/D変換を開始することで、最上位ビットからA/D変換を開始するビットの1ビット前までの処理が不要となり、その分の処理時間をカットできる。このカットできる1回の処理時間をTとし、オーバーサンプリングの回数をM回とすると、オーバーサンプリング処理全体でカットできる処理時間がT×Mとなる。すなわち、オーバーサンプリングをM回行う場合の処理にかかる時間を、本制御方法を採らない場合に比べてT×Mの時間だけ短縮できる。   In this way, in the second and subsequent A / D conversion processes, A / D conversion is started from the most significant bit by starting A / D conversion from the lower bits of (N−n) bits, that is, in the middle of the bits. Processing up to one bit before the start bit is not required, and the processing time corresponding to that can be cut. If the processing time for one cut can be T and the number of oversampling is M, the processing time that can be cut in the entire oversampling process is T × M. That is, the time required for processing when oversampling is performed M times can be shortened by a time of T × M compared to the case where this control method is not employed.

本発明によれば、オーバーサンプリングを行う際に、2回目以降のA/D変換処理では上位nビットを固定することで、当該nビットについてA/D変換を行わない分だけ処理にかかる時間を短縮できるために、A/D変換の変換時間を短縮することができる。   According to the present invention, when oversampling is performed, in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits are fixed, so that the time required for the process is reduced by not performing A / D conversion for the n bits. Since it can be shortened, the conversion time of A / D conversion can be shortened.

本発明の一実施形態に係る逐次比較型A/D変換器のシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the system configuration | structure of the successive approximation type A / D converter which concerns on one Embodiment of this invention. 参照信号発生部の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of a reference signal generation part. 64個の単位容量Cの中から15個の単位容量Cをランダムに選択するMODE例を示す図である。It is a figure which shows the MODE example which selects 15 unit capacity | capacitances C randomly from 64 unit capacity | capacitances C. 単位容量選択回路の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of a unit capacity | capacitance selection circuit. セルの内部構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the internal structure of a cell. 論理回路の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of a logic circuit. 本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器における戻り値が2ビットである場合の処理シーケンスを示す図である。It is a figure which shows a process sequence in case the return value in a successive approximation type A / D converter which concerns on this embodiment is 2 bits. 3ビットの戻り値を持つA/D変換器の動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement waveform of an A / D converter with a return value of 3 bits. 入力信号がFS/2近傍で誤判定を起こした際の冗長構成でない場合(A)の参照電圧の推移と、冗長構成の場合(B)の参照電圧の推移とを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows transition of the reference voltage of the case (A) when it is not a redundant configuration when an input signal makes an erroneous determination near FS / 2, and the transition of the reference voltage when it is a redundant configuration (B). 本発明が適用されるCMOSイメージセンサの構成例を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram illustrating a configuration example of a CMOS image sensor to which the present invention is applied. 単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit structure of a unit pixel. 本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the imaging device which concerns on this invention. 通常の逐次比較型A/D変換器の処理シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the process sequence of a normal successive approximation type A / D converter.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[システム構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る逐次比較型A/D変換器のシステム構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器10は、比較器11、データメモリ12、参照信号生成部13、制御部14およびデータ変換器15を有する構成となっている。
[System configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a successive approximation A / D converter according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the successive approximation A / D converter 10 according to the present embodiment includes a comparator 11, a data memory 12, a reference signal generator 13, a controller 14, and a data converter 15. ing.

比較器11は、入力信号であるアナログ信号と参照信号生成部13から与えられる参照信号とを逐次比較する。データメモリ12はラッチ回路としての機能を持ち、比較器11の比較結果を記憶する。参照信号生成部13は、例えばD/A変換器によって構成され、制御部14による制御の下に、比較器11においてアナログ信号と逐次比較する参照信号を生成する。この参照信号生成部13の詳細については後述する。   The comparator 11 sequentially compares the analog signal that is the input signal and the reference signal provided from the reference signal generation unit 13. The data memory 12 has a function as a latch circuit and stores the comparison result of the comparator 11. The reference signal generation unit 13 is configured by, for example, a D / A converter, and generates a reference signal that is sequentially compared with an analog signal in the comparator 11 under the control of the control unit 14. Details of the reference signal generator 13 will be described later.

制御部14は、データメモリ12に記憶されている比較器11の比較結果に基づいて、参照信号を生成する参照信号生成部13の制御を行うとともに、外部からの指令の下に、オーバーサンプリングの制御を行う。この制御部14の詳細については後述する。データメモリ12には、比較器11による逐次比較の結果として最終的に、Nビットのデジタルデータが記憶される。データ変換器15は、データメモリ12に記憶されたA/D変換後のデジタルデータを出力する前に、冗長→非冗長の変換と、オーバーサンプリングの回数から補正演算とを行って最終的なNビットのデジタル信号として出力する。   The control unit 14 controls the reference signal generation unit 13 that generates a reference signal based on the comparison result of the comparator 11 stored in the data memory 12, and performs oversampling under an external command. Take control. Details of the control unit 14 will be described later. The data memory 12 finally stores N-bit digital data as a result of the successive approximation by the comparator 11. Before outputting the digital data after A / D conversion stored in the data memory 12, the data converter 15 performs a conversion from redundant to non-redundant and a correction operation based on the number of oversamplings to obtain a final N Output as a bit digital signal.

続いて、参照信号生成部13および制御部14の詳細について説明する。最初に、参照信号生成部13について説明する。   Next, details of the reference signal generation unit 13 and the control unit 14 will be described. First, the reference signal generation unit 13 will be described.

(参照信号発生部)
参照信号生成部13では、当該参照信号生成部13を構成するD/A変換器の特性のバラツキによる誤差が発生する。この誤差は、ノイズとして参照信号に乗る。D/A変換器の特性のバラツキについては、次のような手法を採ることによって抑制できる。
(Reference signal generator)
In the reference signal generation unit 13, an error occurs due to variations in characteristics of the D / A converters constituting the reference signal generation unit 13. This error rides the reference signal as noise. The variation in the characteristics of the D / A converter can be suppressed by adopting the following method.

例えば、D/A変換器を構成する1[LSB(Least Significant Bit)]に対応する素子を分解能分だけ用意し、A/D変換を行う毎に(擬似)ランダムに素子を選択するダイナミックエレメントマッチング手法を採る。このダイナミックエレメントマッチング手法を採ることで、オーバーサンプリングによって誤差が平均化されて抑制される。   For example, elements corresponding to 1 [LSB (Least Significant Bit)] constituting a D / A converter are prepared for the resolution, and dynamic element matching that selects (pseudo) random elements each time A / D conversion is performed. Take the technique. By adopting this dynamic element matching method, errors are averaged and suppressed by oversampling.

ダイナミックエレメントマッチング手法の例としては、参照信号が電流の場合は例えば下記参考文献1があり、参照信号が電圧の場合は例えば下記参考文献2がある。   As an example of the dynamic element matching method, there is the following reference 1 when the reference signal is a current, and there is the following reference 2 when the reference signal is a voltage, for example.

[参考文献1] T. Miki, et. al,“An 80-MHz 8bit CMOS D/A Converter,”IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol sc-21, No6, Dec. 1986.
[参考文献2] G.I.Radolv, et. al,“A Binary-To-Thermometer Decoder with built-in redundancy for improved DAC yield,”Circuits and Systems, ISCAS2006, Proc.
[Reference 1] T. Miki, et. Al, “An 80-MHz 8bit CMOS D / A Converter,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol sc-21, No6, Dec. 1986.
[Reference 2] GIRadolv, et. Al, “A Binary-To-Thermometer Decoder with built-in redundancy for improved DAC yield,” Circuits and Systems, ISCAS2006, Proc.

図1に示すように、参照信号生成部13は、参照信号発生器131、1次デコーダとしての温度計コード変換器132および2次デコーダとしての参照信号発生制御回路133を有する構成となっている。以下に、この参照信号生成部13の具体的な構成について説明する。   As shown in FIG. 1, the reference signal generation unit 13 includes a reference signal generator 131, a thermometer code converter 132 as a primary decoder, and a reference signal generation control circuit 133 as a secondary decoder. . Hereinafter, a specific configuration of the reference signal generation unit 13 will be described.

以下では、参照信号が電圧の場合を例に挙げて、参照信号生成部13の具体的な実施例について説明する。   Hereinafter, a specific example of the reference signal generation unit 13 will be described by taking a case where the reference signal is a voltage as an example.

参照信号を電圧とした場合、参照信号発生器131は複数個の単位容量Cによって構成される。具体的には、図2に示すように、複数個の単位容量Cの各一端が共通に接続されており、各他端にはスイッチSWによって正側参照電圧Vrefpと負側参照電圧Vrefnとが選択的に印加されるようになっている。   When the reference signal is a voltage, the reference signal generator 131 includes a plurality of unit capacitors C. Specifically, as shown in FIG. 2, one end of each of the plurality of unit capacitors C is connected in common, and a positive reference voltage Vrefp and a negative reference voltage Vrefn are connected to each other end by a switch SW. It is applied selectively.

単位容量CおよびスイッチSWを含むセル21は、分解能分だけ2次元アレイ状に配置される。ここで、一例として、単位容量Cの数を64個とし、当該64個の単位容量Cの中から15個の単位容量Cをランダムに選択する場合を考える。その選択のMODEとしては、図3に示すように、64個の単位容量Cの中から下側の15個を選択するMODE(A)や、右側の15個を選択するMODE(B)等が考えられる。図3(A),(B)において、ハッチングで示した部分が選択された単位容量(セル)を示している。以下では、図3(A)のMODEをMode1と呼び、図3(B)のMODEをMode2と呼ぶこととする。   The cells 21 including the unit capacitors C and the switches SW are arranged in a two-dimensional array corresponding to the resolution. Here, as an example, let us consider a case where the number of unit capacitors C is 64, and 15 unit capacitors C are randomly selected from the 64 unit capacitors C. As the selected MODE, as shown in FIG. 3, MODE (A) for selecting the lower 15 units from among 64 unit capacitors C, MODE (B) for selecting the 15 units on the right side, and the like. Conceivable. 3A and 3B, hatched portions indicate selected unit capacities (cells). Hereinafter, the MODE in FIG. 3A is referred to as Mode1, and the MODE in FIG. 3B is referred to as Mode2.

図4は、単位容量Cの数が64個の場合の単位容量選択回路の構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the unit capacitor selection circuit when the number of unit capacitors C is 64.

図4において、単位容量CおよびスイッチSWを含むセル21が2次元アレイ状に配置されて容量アレイ部22を構成している。この容量アレイ部22は、図1の参照信号発生器131に相当する。容量アレイ部22の周囲には、Xデコーダ23およびYデコーダ24が配置されている。Xデコーダ23およびYデコーダ24は、バイナリコードから温度計コードに1次変換する1次デコーダである。すなわち、Xデコーダ23およびYデコーダ24は、図1の温度計コード変換器132に相当する。   In FIG. 4, cells 21 including unit capacitors C and switches SW are arranged in a two-dimensional array to form a capacitor array unit 22. The capacitor array unit 22 corresponds to the reference signal generator 131 in FIG. An X decoder 23 and a Y decoder 24 are arranged around the capacitor array unit 22. The X decoder 23 and the Y decoder 24 are primary decoders that perform primary conversion from binary code to thermometer code. That is, the X decoder 23 and the Y decoder 24 correspond to the thermometer code converter 132 of FIG.

図5に、単位容量CおよびスイッチSWを含むセル21の構成の一例を示す。図5に示すように、セル21は、単位容量CおよびスイッチSWに加えて、論理回路25とインバータ26とを有する構成となっている。論理回路25は、後述するように、2次デコーダとしての機能を持っている。すなわち、論理回路25は、図1の参照信号発生制御回路133に相当する。   FIG. 5 shows an example of the configuration of the cell 21 including the unit capacitor C and the switch SW. As shown in FIG. 5, the cell 21 has a configuration including a logic circuit 25 and an inverter 26 in addition to the unit capacitor C and the switch SW. As will be described later, the logic circuit 25 has a function as a secondary decoder. That is, the logic circuit 25 corresponds to the reference signal generation control circuit 133 in FIG.

論理回路25には、Xデコーダ23からデコード結果Xj ,Xaj+1 が入力され、Yデコーダ24からデコード結果Yi ,Yai+1 が入力される。論理回路25の出力は、直接スイッチSWに供給されるとともに、インバータ26で反転されてスイッチSWに供給される。 The logic circuit 25 receives the decoding results X j and Xa j + 1 from the X decoder 23 and the decoding results Y i and Ya i + 1 from the Y decoder 24. The output of the logic circuit 25 is directly supplied to the switch SW, inverted by the inverter 26, and supplied to the switch SW.

図6に、論理回路25の構成の一例を示す。図6に示すように、論理回路25は、OR回路251およびAND回路252によって構成されている。Mode1(A)では、OR回路251でデコード結果Xj ,Yi+1 の論理和がとられる。そして、AND回路252でOR回路251の論理和結果とデコード結果Yi との論理積がとられる。その結果、Mode1(A)では、Ya=Y、Xa=0がAND回路252の論理積結果として得られる。 FIG. 6 shows an example of the configuration of the logic circuit 25. As illustrated in FIG. 6, the logic circuit 25 includes an OR circuit 251 and an AND circuit 252. In Mode 1 (A), the OR circuit 251 performs a logical sum of the decoding results X j and Y i + 1 . Then, the AND circuit 252 calculates the logical product of the logical sum result of the OR circuit 251 and the decoded result Y i . As a result, in Mode 1 (A), Ya = Y and Xa = 0 are obtained as the logical product result of the AND circuit 252.

一方、Mode2(B)では、OR回路251でデコード結果Xj+1 ,Yi の論理和がとられる。そして、AND回路252でOR回路251の論理和結果とデコード結果Xj との論理積がとられる。その結果、Mode1(B)では、Ya=0、Xa=XがAND回路252の論理積結果として得られる。 On the other hand, in Mode 2 (B), the OR circuit 251 performs a logical sum of the decoding results X j + 1 and Y i . Then, the AND circuit 252 calculates the logical product of the logical sum result of the OR circuit 251 and the decoded result X j . As a result, in Mode 1 (B), Ya = 0 and Xa = X are obtained as the logical product result of the AND circuit 252.

上述したことから明らかなように、単位容量Cを選択する単位容量選択回路は、1次デコーダである温度計コード変換器132と、2次デコーダである参照信号発生制御回路133とによって構成されている。   As is apparent from the above description, the unit capacity selection circuit for selecting the unit capacity C is constituted by the thermometer code converter 132 as the primary decoder and the reference signal generation control circuit 133 as the secondary decoder. Yes.

続いて、上記構成の単位容量選択回路の動作について説明する。ここでは、一例として、容量アレイ部22のセル数を64個としていることから、セル21を選択するための信号として6ビットの信号が用いられる。   Next, the operation of the unit capacitor selection circuit having the above configuration will be described. Here, as an example, since the number of cells of the capacity array unit 22 is 64, a 6-bit signal is used as a signal for selecting the cell 21.

先ず、セル21を選択するために、上位3MSB、下位3LSBがXデコーダ23およびYデコーダ24に入力される。この入力された上位3MSB、下位3LSBの信号は、Xデコーダ23およびYデコーダ24でそれぞれ3ビットのバイナリコードから8ビットの温度計コードに変換(1次変換)されて容量アレイ部22に入力される。ここで、Xデコーダ23にLSBが入力され、Yデコーダ24にMSBが入力され場合はMode1になり、Xデコーダ23にMSBが入力され、Yデコーダ24にLSBが入力され場合はMode2になる(図3参照)。   First, in order to select the cell 21, the upper 3 MSB and the lower 3 LSB are input to the X decoder 23 and the Y decoder 24. The input upper 3MSB and lower 3LSB signals are converted from the 3-bit binary code to the 8-bit thermometer code (primary conversion) by the X decoder 23 and the Y decoder 24, respectively, and input to the capacitance array unit 22. The Here, when the LSB is input to the X decoder 23 and the MSB is input to the Y decoder 24, Mode 1 is set, and when the MSB is input to the X decoder 23 and LSB is input to the Y decoder 24, Mode 2 is set (see FIG. 3).

一例として、入力信号として15[LSB]が入力され、64個の単位容量Cから15個を選択する場合、Y方向上位3ビットには001、X方向下位3ビットには111が入力される。このとき、MODEはMODE1になる。MODE1では先ず、Yデコーダ24により上位は00000011(001)に変換され、下位は01111111(111)に変換される。この場合、選択される単位容量Cは、図3(A)に示すように、2次元アレイ状に配置された64個の単位容量Cの下側の15個となる。   As an example, when 15 [LSB] is input as an input signal and 15 are selected from 64 unit capacitors C, 001 is input to the upper 3 bits in the Y direction and 111 is input to the lower 3 bits in the X direction. At this time, MODE becomes MODE1. In MODE1, first, the Y decoder 24 converts the upper part into 00000011 (001) and the lower part into 01111111 (111). In this case, as shown in FIG. 3A, the unit capacitors C to be selected are the 15 units below 64 unit capacitors C arranged in a two-dimensional array.

一方、MODE2の場合は、上位が00000011に変換され、下位は01111111に変換される。このMODE2場合、選択される単位容量Cは、図3(B)に示すように、2次元アレイ状に配置された64個の単位容量Cの右側の15個となる。このMODE1、MODE2での出力信号を加算平均(オーバーサンプル)することにより、単位容量Cの容量値のバラツキによる誤差が補正可能となる。   On the other hand, in the case of MODE2, the upper part is converted to 00000011 and the lower part is converted to 01111111. In the case of MODE 2, the unit capacity C to be selected is 15 on the right side of the 64 unit capacities C arranged in a two-dimensional array as shown in FIG. By averaging the output signals of MODE1 and MODE2 (oversampling), an error due to variation in the capacitance value of the unit capacitance C can be corrected.

なお、本例では、MODE1,MODE2の2種類のMODEの場合を例に挙げて説明したが、MODEとしては2種類に限られるものではなく、回路構成に変更を加えることで任意の種類の容量選択パターンとして設計可能であり、セル数も64個に限られるものではない.   In this example, the case of two types of MODE 1 and MODE 2 has been described as an example. However, the MODE is not limited to two types, and any type of capacitance can be obtained by changing the circuit configuration. It can be designed as a selection pattern, and the number of cells is not limited to 64.

(制御部)
続いて、制御部14について説明する。図1に示すように、制御部14は、演算器141、容量制御用メモリ142および冗長データRAM143を有する構成となっている。
(Control part)
Next, the control unit 14 will be described. As shown in FIG. 1, the control unit 14 includes a computing unit 141, a capacity control memory 142, and a redundant data RAM 143.

演算器141は、データメモリ12に格納されている比較器11の比較結果と、冗長データRAM143から与えられる冗長データとから、次の参照信号用のビット列を算出する。容量制御用メモリ142は、演算器141の演算結果、即ち参照信号用のビット列を記憶する。先述した温度計コード変換器132は、容量制御用メモリ142に記憶された演算器141の演算結果を温度計コードに変換することになる。冗長データRAM143は、外部から書込み可能な冗長データを記憶しておく。   The computing unit 141 calculates a bit string for the next reference signal from the comparison result of the comparator 11 stored in the data memory 12 and the redundant data given from the redundant data RAM 143. The capacity control memory 142 stores the calculation result of the calculator 141, that is, the bit string for the reference signal. The thermometer code converter 132 described above converts the calculation result of the calculator 141 stored in the capacity control memory 142 into a thermometer code. The redundant data RAM 143 stores redundant data that can be written from the outside.

(サンプル/ホールド回路について)
図1から明らかなように、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器10では、比較器11の入力信号の端子側にサンプル/ホールド回路を持たないことを特徴の一つとしている。
(Sample / hold circuit)
As is apparent from FIG. 1, the successive approximation A / D converter 10 according to the present embodiment is characterized in that no sample / hold circuit is provided on the terminal side of the input signal of the comparator 11.

通常、逐次比較型A/D変換器は、入力信号の端子側に必ずサンプル/ホールド回路を持っている。この理由は、逐次比較型A/D変換器では、A/D変換中に入力信号の信号レベルが変動すると、正確なA/D変換処理を行うことができないからである。   Normally, the successive approximation A / D converter always has a sample / hold circuit on the terminal side of the input signal. This is because the successive approximation A / D converter cannot perform accurate A / D conversion processing if the signal level of the input signal fluctuates during A / D conversion.

これに対して、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器10は、比較器11の入力信号の端子側にサンプル/ホールド回路を持たず、入力信号のサンプル/ホールドを行わずに逐次比較を行う。サンプル/ホールドを行わないので、比較途中に入力信号が変化するとそれが誤差となる懸念がある。   On the other hand, the successive approximation A / D converter 10 according to the present embodiment does not have a sample / hold circuit on the input signal terminal side of the comparator 11 and sequentially performs the input / output sampling without holding the input signal. Make a comparison. Since sampling / holding is not performed, there is a concern that an error may occur if the input signal changes during the comparison.

しかしながら、逐次比較型A/D変換器10の動作速度が入力信号の変化速度と比較して十分に(所定速度以上)速い場合や、入力信号がA/D変換処理の終了まで直流である場合、サンプル/ホールドを行わなくても高精度にA/D変換を行うことが可能となる。これらの場合の入力信号としては、直流信号を長時間出力する直流電源の電圧や、外部制御により任意の時間に亘って直流信号を出力させることが可能な固体撮像装置の画素出力信号などが挙げられる。   However, when the operation speed of the successive approximation A / D converter 10 is sufficiently high (above a predetermined speed) compared to the input signal change speed, or when the input signal is DC until the end of the A / D conversion process. Therefore, it is possible to perform A / D conversion with high accuracy without performing sample / hold. Examples of the input signal in these cases include a voltage of a DC power source that outputs a DC signal for a long time, a pixel output signal of a solid-state imaging device that can output a DC signal over an arbitrary time by external control, and the like. It is done.

このように、サンプル/ホールド回路を持たないことで、容量Cで構成されるサンプル/ホールド回路を持つ通常のA/D変換器に比較して、容量CのkT/Cノイズが入力信号に重畳しない利点がある。また、サンプル/ホールド回路に使用される容量Cが大きな面積を占めるために、サンプル/ホールド回路が不要となることで、逐次比較型A/D変換器10の縮小化および回路構成の簡略化を図ることができる。   Thus, by not having the sample / hold circuit, the kT / C noise of the capacitor C is superimposed on the input signal compared to a normal A / D converter having a sample / hold circuit composed of the capacitor C. There is no advantage. In addition, since the capacitor C used in the sample / hold circuit occupies a large area, the sample / hold circuit is not required, thereby reducing the size of the successive approximation A / D converter 10 and simplifying the circuit configuration. Can be planned.

(オーバーサンプリング動作)
続いて、上記構成の本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器10で実行されるオーバーサンプリング動作について説明する。ここでは、オーバーサンプリングの回数をM回として説明する。
(Oversampling operation)
Subsequently, an oversampling operation executed by the successive approximation A / D converter 10 according to the present embodiment having the above-described configuration will be described. Here, the number of oversamplings will be described as M times.

最初に、一般的な逐次比較型A/D変換器について説明する。一般的な逐次比較型A/D変換器では、参照信号生成部13は参照信号として、最大振幅(フルスケール;FS)の1/2の電圧を出力し、次いで、さらに半分の(1/4)FSだけ高いまたは低いFS/4または3FS/4を出力する。続いて、さらに半分の(1/8)FSだけ高いまたは低い、さらに半分の(1/16)FSだけ高いまたは低い、……、という具合に参照信号を発生して逐次比較を行う。そして、オーバーサンプリング動作では、N回のステップで完了するA/D変換処理を複数回実行することによって複数のデジタルデータを得る。   First, a general successive approximation A / D converter will be described. In a general successive approximation type A / D converter, the reference signal generation unit 13 outputs a voltage having a half of the maximum amplitude (full scale; FS) as a reference signal, and then a further half (1/4). ) Output FS / 4 or 3FS / 4 higher or lower by FS. Subsequently, a reference signal is generated such that it is higher or lower by half (1/8) FS, higher or lower by half (1/16) FS,. In the oversampling operation, a plurality of digital data is obtained by executing A / D conversion processing that is completed in N steps a plurality of times.

これに対して、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器10では、短時間オーバーサンプリング動作を実現するために、次のような制御を行う。すなわち、最初(1回目)のA/D変換処理では、入力されるアナログ信号について逐次比較によってNビットのデジタル値を求める。このときのA/D変処理は、N回のステップでA/D変換を行う、上述した通常の逐次比較によるA/D変換処理である。   On the other hand, the successive approximation A / D converter 10 according to the present embodiment performs the following control in order to realize a short-time oversampling operation. That is, in the first (first) A / D conversion process, an N-bit digital value is obtained by successive comparison for an input analog signal. The A / D conversion process at this time is an A / D conversion process based on the normal sequential comparison described above, in which A / D conversion is performed in N steps.

そして、2回目以降のA/D変換処理によってオーバーサンプリングを行う。このとき、1回目のA/D変換処理の際に入力されるアナログ信号と2回目以降のA/D変換処理の際に入力されるアナログ信号との間の相関が高ければ(即ち、アナログ信号に変化が無ければ)、上位側のnビットのデジタル値が変化しないことになる。この点に着目し、2回目以降のA/D変換処理、即ちオーバーサンプリング処理では、ビットの途中からA/D変換を開始するようにする。   Then, oversampling is performed by the second and subsequent A / D conversion processes. At this time, if the correlation between the analog signal input in the first A / D conversion process and the analog signal input in the second and subsequent A / D conversion processes is high (that is, the analog signal). If there is no change, the upper n-bit digital value will not change. Focusing on this point, in the second and subsequent A / D conversion processing, that is, oversampling processing, A / D conversion is started in the middle of a bit.

具体的には、2回目以降のA/D変換処理では、1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットについてはA/D変換処理を行わずにそのまま固定とし、(N−n)ビット以下の下位ビットからA/D変換を開始する。すなわち、(N−n)ビット以下の下位ビットのA/D変換をM回繰り返すことによってオーバーサンプリング動作を行う。ここで、1回目と2回目以降のA/D変換処理の際に入力されるアナログ信号間の相関が高ければ高いほど、デジタル値が変化しない上位側のビット数nが増えることから、A/D変換を開始するビットがより下位側のビットになる。   Specifically, in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are fixed without performing the A / D conversion process. , A / D conversion is started from lower bits of (N−n) bits or less. That is, the oversampling operation is performed by repeating A / D conversion of lower bits of (N−n) bits or less M times. Here, since the higher the correlation between the analog signals input in the first and second and subsequent A / D conversion processes, the higher the number n of bits on the higher side where the digital value does not change, the A / D The bit for starting the D conversion becomes the lower bit.

このように、2回目以降のA/D変換処理、即ちオーバーサンプリング処理では、ビットの途中からA/D変換を開始することで、最上位ビットからA/D変換を開始するビットの1ビット前までの処理が不要となるため、その分の処理時間をカットできる。このカットできる1回の処理時間をTとすると、オーバーサンプリング処理全体でカットできる処理時間がT×Mとなる。すなわち、オーバーサンプリングをM回行う場合の処理にかかる時間を、本制御方法を採らない場合に比べてT×Mの時間だけ短縮できる。その結果、A/D変換の変換時間を短縮できる。   In this way, in the second and subsequent A / D conversion processing, that is, oversampling processing, by starting A / D conversion from the middle of the bit, one bit before the bit at which A / D conversion starts from the most significant bit. Therefore, the processing time can be cut. If the processing time for one cut can be T, the processing time that can be cut in the entire oversampling process is T × M. That is, the time required for processing when oversampling is performed M times can be shortened by a time of T × M compared to the case where this control method is not employed. As a result, the conversion time for A / D conversion can be shortened.

一例として、図7に、下位ビットへの戻り値が2ビット(2つ前)である場合のタイミングチャートを示す。ここで、下位ビットへの戻り値が2ビットということは、2LSB分戻って2回目以降のA/D変換処理を実行するということである。オーバーサンプリングされた信号を積分(加算平均)することで、入力信号に含まれるランダムノイズ等のノイズ成分を抑制できるためにS/Nの向上を図ることができる。   As an example, FIG. 7 shows a timing chart in the case where the return value to the lower bits is 2 bits (two before). Here, that the return value to the lower bits is 2 bits means that the A / D conversion process is executed for the second and subsequent times after returning by 2LSB. By integrating (adding and averaging) the oversampled signals, noise components such as random noise included in the input signal can be suppressed, and thus the S / N can be improved.

10ビット(N=10)のA/D変換の場合を例に採ると、通常10クロック(10回のステップ/サイクル)で逐次比較による1回のA/D変換処理が終了する。本実施形態に係るA/D変換では、1回目のA/D変換処理については10クロックに相当する処理時間がかかるものの、2回目以降のA/D変換処理については1回につき2クロック程度に相当する処理時間で済む。したがって、オーバーサンプリングによって4回の加算平均をとる場合に変換時間が、従来のA/D変換では40Tであるのに対して、本実施形態に係るA/D変換では16Tとなり、時間比として0.4に短縮できる。   Taking the case of 10-bit (N = 10) A / D conversion as an example, one A / D conversion process by successive approximation is normally completed in 10 clocks (10 steps / cycle). In the A / D conversion according to the present embodiment, the first A / D conversion process takes a processing time corresponding to 10 clocks, but the second and subsequent A / D conversion processes are about 2 clocks at a time. Corresponding processing time is sufficient. Therefore, the conversion time when taking the average of four times by oversampling is 40T in the conventional A / D conversion, whereas it is 16T in the A / D conversion according to this embodiment, and the time ratio is 0. .4.

因みに、12ビットのA/D変換の場合には、4回の加算平均をとる際の変換時間が、従来のA/D変換では48Tであるのに対して、本実施形態に係るA/D変換では18Tとなり、時間比として0.375に短縮できる。14ビットのA/D変換の場合には、4回の加算平均をとる際の変換時間が、従来のA/D変換では56Tであるのに対して、本実施形態に係るA/D変換では20Tとなり、時間比として0.357に短縮できる。   Incidentally, in the case of 12-bit A / D conversion, the conversion time for taking the four averages is 48T in the conventional A / D conversion, whereas the A / D according to the present embodiment is A / D conversion. In the conversion, 18T is obtained, and the time ratio can be reduced to 0.375. In the case of 14-bit A / D conversion, the conversion time for taking the average of four times is 56T in the conventional A / D conversion, whereas in the A / D conversion according to this embodiment, the conversion time is 56T. 20T, and the time ratio can be reduced to 0.357.

ここで、下位ビットへの戻り値の大きさは入力信号に重畳されているノイズレベルと1[LSB]の大きさによって規定される。ランダムノイズが正規分布をすると仮定し、標準偏差をσ_rとすると、戻り値としては6σ_r以上のLSB値の戻りであれば良い。例えば1LSB=σ_rとすると6LSB以上の戻り値であればよいので3ビット分(8LSB)の戻りであればよい。   Here, the magnitude of the return value to the lower bits is defined by the noise level superimposed on the input signal and the magnitude of 1 [LSB]. Assuming that the random noise has a normal distribution and the standard deviation is σ_r, the return value may be a return of an LSB value of 6σ_r or more. For example, if 1LSB = σ_r, a return value of 6LSB or more is sufficient, so a return of 3 bits (8LSB) is sufficient.

一例として、図8に、3ビットの戻り値を持つA/D変換器の動作波形を示す。当然ながら、このノイズレベルσは搭載する半導体の性能に左右される。なお、図8において、判定閾値は、参照信号生成部13で生成され、比較器11の比較基準となる参照信号に相当する。   As an example, FIG. 8 shows an operation waveform of an A / D converter having a 3-bit return value. Of course, this noise level σ depends on the performance of the mounted semiconductor. In FIG. 8, the determination threshold corresponds to a reference signal that is generated by the reference signal generation unit 13 and serves as a comparison reference for the comparator 11.

ところで、逐次比較型A/D変換器は、入力信号が逐次比較の判定閾値(判定レベル)の近傍に存在していた場合、ノイズなどの外乱の影響によって誤判定を起こす。このような誤判定を抑制するために、本実施形態に係る逐次比較型A/D変換器10では、容量アレイからなる参照信号発生器131に冗長性を持たせる手法を採っている。   By the way, the successive approximation type A / D converter causes an erroneous determination due to the influence of disturbance such as noise when the input signal is present in the vicinity of the determination threshold (determination level) of the successive comparison. In order to suppress such erroneous determination, the successive approximation A / D converter 10 according to the present embodiment employs a technique of providing redundancy to the reference signal generator 131 formed of a capacitor array.

具体的には、制御部14による制御の下に、誤判定が起こった後の判定閾値を所定値だけ広げる(例えば、所定値だけ持ち上げる)ことで、参照信号発生器131に冗長性を持たせる。このように、参照信号発生器131に冗長性を持たせることで、誤判定に対する耐性を上げることができる。   Specifically, under the control of the control unit 14, the reference signal generator 131 is made redundant by widening the determination threshold value after the erroneous determination has occurred by a predetermined value (for example, by increasing the predetermined value). . As described above, by providing the reference signal generator 131 with redundancy, it is possible to increase resistance to erroneous determination.

図9に、入力信号がFS/2近傍で誤判定を起こした際の冗長構成でない場合(A)の参照電圧の推移と、冗長構成の場合(B)の参照電圧の推移とを示す。ここでは、最大振幅FSが64LSB、冗長度が12.7%の場合を例に挙げている。   FIG. 9 shows the transition of the reference voltage when the input signal is not in a redundant configuration when an erroneous determination is caused in the vicinity of FS / 2 (A) and the transition of the reference voltage when the input signal is in a redundant configuration (B). Here, a case where the maximum amplitude FS is 64 LSB and the redundancy is 12.7% is taken as an example.

冗長構成をとらない場合(A)のA/D変換の際の比較の判定閾値は、FS/2,FS/4,FS/8,…の大きさで変化してゆく。この場合、例えば最初の入力信号が外乱などの影響を受けて比較器が誤判定したとすると、誤判定が起こった以降のA/D変換ではエラーデータとなり、信号が回復することはない。   When the redundant configuration is not adopted, the comparison threshold value at the time of A / D conversion in (A) changes with the size of FS / 2, FS / 4, FS / 8,. In this case, for example, if the first input signal is affected by disturbance or the like and the comparator makes an erroneous determination, error data is generated in the A / D conversion after the erroneous determination occurs, and the signal is not recovered.

一方、冗長構成をとった場合(B)のA/D変換の際の比較の判定閾値は、FS/2,FS/4+Red1,(FS/4+Red1)/2+Red2,…となる。ここで、Red1,Red2,…は、判定閾値を持ち上げる際の値(所定値)である。冗長構成をとらない場合(A)のものと比較すると、A/D変換の最初や途中の信号が外乱などの影響を受けて比較器が誤判定を起こしたとしても、冗長構成をとることで、次の判定以降の比較器の出力からデータのリカバリーを可能とする。   On the other hand, when the redundant configuration is adopted, the comparison threshold for A / D conversion in (B) is FS / 2, FS / 4 + Red1, (FS / 4 + Red1) / 2 + Red2,. Here, Red1, Red2,... Are values (predetermined values) when the determination threshold is raised. Compared to the case of (A) when the redundant configuration is not taken, even if the comparator makes a false determination due to the influence of disturbance or the like at the beginning or midway of the A / D conversion, the redundant configuration is taken. Data recovery is possible from the output of the comparator after the next determination.

なお、上記実施形態では、オーバーサンプリングを行う場合に、2回以降のA/D変換処理の全てで上位nビットを固定するとしたが、これは好ましい例であってこれに限られるものではない。すなわち、2回以降の少なくとも1回のA/D変換処理で上位nビットを固定するようにしても、本制御方法を採らない場合に比べてA/D変換の変換時間を短縮することができる。   In the above embodiment, when oversampling is performed, the upper n bits are fixed in all of the A / D conversion processes after the second time. However, this is a preferable example and is not limited thereto. That is, even if the upper n bits are fixed in at least one A / D conversion process after the second time, the conversion time for A / D conversion can be shortened as compared with the case where this control method is not adopted. .

また、上記実施形態では、比較器11の入力信号の端子側にサンプル/ホールド回路を持たない構成を前提としたが、本発明は、サンプル/ホールド回路を持たない構成の逐次比較型A/D変換器への適用に限られるものではない。すなわち、サンプル/ホールド回路を持つ構成の逐次比較型A/D変換器にも適用可能である。ただし、先述したように、サンプル/ホールド回路を持たない構成を採ることで、容量CのkT/Cノイズが入力信号に重畳しないとともに、回路構成の簡略化が図れる利点がある。   In the above embodiment, it is assumed that the input / output terminal side of the comparator 11 does not have a sample / hold circuit. However, the present invention provides a successive approximation type A / D having a configuration without a sample / hold circuit. The application to the converter is not limited. That is, the present invention can also be applied to a successive approximation A / D converter having a configuration having a sample / hold circuit. However, as described above, by adopting the configuration without the sample / hold circuit, there is an advantage that the kT / C noise of the capacitor C is not superimposed on the input signal and the circuit configuration can be simplified.

[固体撮像装置]
図10は、本発明が適用される固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサの構成例を示すシステム構成図である。
[Solid-state imaging device]
FIG. 10 is a system configuration diagram showing a configuration example of a solid-state imaging device, for example, a CMOS image sensor to which the present invention is applied.

図10に示すように、本適用例に係るCMOSイメージセンサ50は、光電変換素子を含む単位画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)60が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部51とその周辺回路とを有する構成となっている。   As shown in FIG. 10, the CMOS image sensor 50 according to this application example includes unit pixels (hereinafter sometimes simply referred to as “pixels”) 60 including photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix. The pixel array unit 51 and its peripheral circuit are included.

画素アレイ部51の周辺回路は、例えば、垂直走査回路52、カラム回路53、水平走査回路54および出力回路55などからなり、例えば画素アレイ部51と同じチップ(半導体基板)上に集積されている。   The peripheral circuit of the pixel array unit 51 includes, for example, a vertical scanning circuit 52, a column circuit 53, a horizontal scanning circuit 54, and an output circuit 55, and is integrated on the same chip (semiconductor substrate) as the pixel array unit 51, for example. .

画素アレイ部51の行列状の画素配列に対して、画素列ごとに垂直信号線511が配線され、画素行ごとに駆動制御線、例えば転送制御線512、リセット制御線513および選択制御線514が配線されている(図11参照)。   A vertical signal line 511 is wired for each pixel column with respect to the matrix-like pixel arrangement of the pixel array unit 51, and a drive control line such as a transfer control line 512, a reset control line 513, and a selection control line 514 is provided for each pixel row. Wired (see FIG. 11).

垂直走査回路52は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成されている。ここでは、具体的な構成については図示を省略するが、垂直走査回路52は、読出し走査系と掃出し走査系とを有する構成となっている。読出し走査系は、信号を読み出す単位画素について行単位で順に選択走査を行う。   The vertical scanning circuit 52 includes a shift register, an address decoder, and the like. Here, although the illustration of a specific configuration is omitted, the vertical scanning circuit 52 has a configuration including a readout scanning system and a sweep scanning system. The readout scanning system sequentially performs selective scanning in units of rows for unit pixels from which signals are read out.

一方、掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対し、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して当該読出し行の単位画素の
光電変換素子から不要な電荷を掃き出す(リセットする)掃出し走査を行う。この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。
On the other hand, the sweep-out scanning system removes unnecessary charges from the photoelectric conversion elements of the unit pixels of the readout row preceding the readout row by the time of the shutter speed with respect to the readout row where the readout scanning is performed by the readout scanning system. Sweep out (reset) sweep scanning. A so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (reset) unnecessary charges by the sweep scanning system. Here, the electronic shutter operation refers to an operation in which the photoelectric charge of the photoelectric conversion element is discarded and a new exposure is started (photocharge accumulation is started).

読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間
(露光時間)となる。
The signal read by the reading operation by the reading scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding reading operation or electronic shutter operation. The period from the read timing by the previous read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the photocharge accumulation time (exposure time) in the unit pixel.

垂直走査回路52によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線511の各々を通してカラム回路53に供給される。カラム回路53は、画素アレイ部51の画素列ごとに、選択行の各画素60から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を有する信号読出し回路部である。このA/D変換器として、先述した実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を用いることができる。   A signal output from each unit pixel in the pixel row selectively scanned by the vertical scanning circuit 52 is supplied to the column circuit 53 through each vertical signal line 511. The column circuit 53 is a signal readout circuit unit having an A / D converter that converts an analog signal output from each pixel 60 of the selected row into a digital signal for each pixel column of the pixel array unit 51. As the A / D converter, the successive approximation A / D converter according to the above-described embodiment can be used.

カラム回路53は、A/D変換機能の他に、例えばCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)処理等の各種の信号処理機能を持つ場合もある。ここで、CDS処理は、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズを低減するノイズ低減処理である。   The column circuit 53 may have various signal processing functions such as CDS (Correlated Double Sampling) processing in addition to the A / D conversion function. Here, the CDS process is a noise reduction process for reducing fixed pattern noise unique to a pixel such as reset noise and threshold transistor variation of the amplification transistor.

なお、ここでは、カラム回路53を画素アレイ部51の画素配列の単位列ごとに設けるとしたが、複数列ごとに1つずつ設けて、複数列間で1つのカラム回路53を時分割にて使用する構成を採ることも可能である。   Here, the column circuit 53 is provided for each unit column of the pixel array of the pixel array unit 51. However, one column circuit 53 is provided for each of the plurality of columns, and one column circuit 53 is divided between the plurality of columns in a time-sharing manner. It is also possible to adopt a configuration to be used.

水平走査回路54は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部51の画素列ごとに設けられたカラム回路53を、水平選択パルスφH1〜φHnを順次出力することによって順番に選択する。この水平走査回路54による選択走査により、カラム回路53でデジタル化された画素信号が水平信号線56に順番に読み出される。   The horizontal scanning circuit 54 includes a shift register, an address decoder, and the like, and sequentially selects the column circuit 53 provided for each pixel column of the pixel array unit 51 by sequentially outputting horizontal selection pulses φH1 to φHn. By the selective scanning by the horizontal scanning circuit 54, the pixel signals digitized by the column circuit 53 are sequentially read out to the horizontal signal line 56.

出力回路55は、水平信号線56によって伝送される画素信号に対して種々の信号処理を行う。一例として、出力回路55では、黒レベル調整、列ばらつき補正、色関係処理などの信号処理が行われる。また、バッファリング処理だけが行われる場合もある。   The output circuit 55 performs various signal processing on the pixel signal transmitted through the horizontal signal line 56. As an example, the output circuit 55 performs signal processing such as black level adjustment, column variation correction, and color-related processing. In some cases, only buffering processing is performed.

垂直走査回路52、カラム回路53、水平走査回路54および出力回路55等の動作の基準となるタイミング信号や制御信号は、図示せぬタイミング制御回路(タイミングジェネレータ)で生成される。   Timing signals and control signals that serve as references for operations of the vertical scanning circuit 52, the column circuit 53, the horizontal scanning circuit 54, the output circuit 55, and the like are generated by a timing control circuit (timing generator) (not shown).

(画素回路)
図11は、単位画素60の回路構成の一例を示す回路図である。図11に示すように、本回路例に係る単位画素60は、光電変換素子、例えばフォトダイオード61と、例えば転送トランジスタ62、リセットトランジスタ63、増幅トランジスタ64および選択トランジスタ65の4つのトランジスタとを有する構成となっている。
(Pixel circuit)
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the unit pixel 60. As shown in FIG. 11, the unit pixel 60 according to this circuit example includes a photoelectric conversion element, for example, a photodiode 61, and four transistors, for example, a transfer transistor 62, a reset transistor 63, an amplification transistor 64, and a selection transistor 65. It has a configuration.

ここでは、4つのトランジスタ62〜65として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ62、リセットトランジスタ63、増幅トランジスタ64および選択トランジスタ65の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。   Here, as the four transistors 62 to 65, for example, N-channel MOS transistors are used. However, the combination of conductivity types of the transfer transistor 62, the reset transistor 63, the amplification transistor 64, and the selection transistor 65 illustrated here is merely an example, and is not limited to these combinations.

フォトダイオード61は、アノード電極が負側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換する。フォトダイオード61のカソード電極は、転送トランジスタ62を介して増幅トランジスタ64のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ64のゲート電極と電気的に繋がったノード66をFD(フローティングディフュージョン)部と呼ぶ。   The photodiode 61 has an anode electrode connected to a negative power source (for example, ground), and photoelectrically converts received light into photocharge (here, photoelectrons) having a charge amount corresponding to the light amount. The cathode electrode of the photodiode 61 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 64 through the transfer transistor 62. A node 66 electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 64 is called an FD (floating diffusion) portion.

転送トランジスタ62は、フォトダイオード61のカソード電極とFD部66との間に接続されている。転送トランジスタ62のゲート電極には、高レベル(例えば、VDDレベル)がアクティブ(以下、「Highアクティブ」と記述する)の転送パルスTRGが転送制御線512を介して与えられる。これにより、転送トランジスタ62はオン状態となり、フォトダイオード61で光電変換された光電荷をFD部66に転送する。   The transfer transistor 62 is connected between the cathode electrode of the photodiode 61 and the FD unit 66. A transfer pulse TRG whose high level (for example, VDD level) is active (hereinafter referred to as “High active”) is applied to the gate electrode of the transfer transistor 62 via the transfer control line 512. As a result, the transfer transistor 62 is turned on, and the photoelectric charges photoelectrically converted by the photodiode 61 are transferred to the FD unit 66.

リセットトランジスタ63は、ドレイン電極が画素電源VDDに、ソース電極がFD部66にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタ63のゲート電極には、HighアクティブのリセットパルスRSTがリセット制御線513を介して与えられる。これにより、リセットトランジスタ63はオン状態となり、フォトダイオード61からFD部66への信号電荷の転送に先立って、FD部66の電荷を画素電源VDDに捨てることによって当該FD部66をリセットする。   The reset transistor 63 has a drain electrode connected to the pixel power supply VDD and a source electrode connected to the FD unit 66. A high active reset pulse RST is applied to the gate electrode of the reset transistor 63 via the reset control line 513. Accordingly, the reset transistor 63 is turned on, and the FD unit 66 is reset by discarding the charge of the FD unit 66 to the pixel power supply VDD prior to the transfer of the signal charge from the photodiode 61 to the FD unit 66.

増幅トランジスタ64は、ゲート電極がFD部66に、ドレイン電極が画素電源VDDにそれぞれ接続されている。そして、増幅トランジスタ64は、リセットトランジスタ63によってリセットされた後のFD部66の電位をリセット信号(リセットレベル)Vresetとして出力する。増幅トランジスタ64はさらに、転送トランジスタ62によって信号電荷を転送した後のFD部66の電位を光蓄積信号(信号レベル)Vsigとして出力する。   The amplification transistor 64 has a gate electrode connected to the FD unit 66 and a drain electrode connected to the pixel power supply VDD. The amplification transistor 64 outputs the potential of the FD unit 66 after being reset by the reset transistor 63 as a reset signal (reset level) Vreset. Further, the amplification transistor 64 outputs the potential of the FD unit 66 after the signal charge is transferred by the transfer transistor 62 as a light accumulation signal (signal level) Vsig.

選択トランジスタ65は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ64のソース電極に、ソース電極が垂直信号線511にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ65のゲート電極には、Highアクティブの選択パルスSELが選択制御線514を介して与えられる。これにより、選択トランジスタ65はオン状態となり、単位画素60を選択状態として増幅トランジスタ64から出力される信号を垂直信号線511に中継する。   For example, the selection transistor 65 has a drain electrode connected to the source electrode of the amplification transistor 64 and a source electrode connected to the vertical signal line 511. A high active selection pulse SEL is applied to the gate electrode of the selection transistor 65 via a selection control line 514. As a result, the selection transistor 65 is turned on, and the unit pixel 60 is selected and the signal output from the amplification transistor 64 is relayed to the vertical signal line 511.

なお、選択トランジスタ65については、画素電源VDDと増幅トランジスタ64のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。   Note that the selection transistor 65 may have a circuit configuration connected between the pixel power supply VDD and the drain of the amplification transistor 64.

また、単位画素60としては、上記構成の4つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。例えば、増幅トランジスタ64と選択トランジスタ65とを兼用した3つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。   The unit pixel 60 is not limited to the pixel configuration including the four transistors having the above configuration. For example, a pixel configuration including three transistors that serve as both the amplification transistor 64 and the selection transistor 65 may be used, and the configuration of the pixel circuit is not limited.

上述したように、カラム回路53にA/D変換器を持つCMOSイメージセンサ50において、A/D変換器として逐次比較型A/D変換器を用い、オーバーサンプリングによって複数枚の画像データを重ね合わせて加算平均をとることでS/Nを向上できる。すなわち、連続して写した複数枚の画像は相関が高いことから、これら複数枚の画像データの加算平均をとることで、画素信号に含まれるノイズ成分を低減できるためにS/Nを向上できる。しかも、先述した実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を用いることで、A/D変換の変換時間を短縮できるために、信号処理の高速化を図ることができる。   As described above, in the CMOS image sensor 50 having the A / D converter in the column circuit 53, a successive approximation A / D converter is used as the A / D converter, and a plurality of pieces of image data are superimposed by oversampling. The S / N can be improved by taking the averaging. That is, since a plurality of images taken continuously have a high correlation, the noise component included in the pixel signal can be reduced by taking the average of the plurality of image data, so that the S / N can be improved. . In addition, by using the successive approximation A / D converter according to the above-described embodiment, the conversion time of A / D conversion can be shortened, so that the speed of signal processing can be increased.

なお、上記適用例では、カラム回路53がA/D変換器を有する構成のCMOSイメー
ジセンサ50を例に挙げたが、出力回路55がA/D変換器を有する構成のCMOSイメージセンサであっても良い。また、CMOSイメージセンサのチップ外にA/D変換器を設けた構成を採ることも可能である。
In the application example described above, the CMOS image sensor 50 having the configuration in which the column circuit 53 includes the A / D converter is taken as an example. However, the CMOS image sensor in which the output circuit 55 includes the A / D converter is described. Also good. It is also possible to adopt a configuration in which an A / D converter is provided outside the chip of the CMOS image sensor.

また、上記適用例では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるCMOSイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はCMOSイメージセンサへの適用に限られるものではない。すなわち、A/D変換器を有する固体撮像装置全般に対して適用可能である。   In the application example, the case where the present invention is applied to a CMOS image sensor in which unit pixels that detect signal charges corresponding to the amount of visible light as physical quantities are arranged in a matrix has been described as an example. The present invention is not limited to application to a CMOS image sensor. That is, the present invention can be applied to all solid-state imaging devices having an A / D converter.

さらに、本発明は、画素アレイ部の各画素を行単位で順に走査して選択行の各画素から信号を読み出す固体撮像装置に限らず、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すX−Yアドレス型の固体撮像装置にも適用可能である。   Furthermore, the present invention is not limited to a solid-state imaging device that sequentially scans each pixel in the pixel array unit in units of rows and reads signals from each pixel in a selected row, and selects any pixel in units of pixels, and selects the selected pixel. The present invention is also applicable to an XY address type solid-state imaging device that reads out signals in units of pixels.

なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。   Note that the solid-state imaging device may be formed as a single chip, or may be in a modular form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. Good.

また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。   In addition, the present invention is not limited to application to a solid-state imaging device, but can also be applied to an imaging device. Here, the imaging apparatus refers to a camera system such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device having an imaging function such as a mobile phone. Note that the above-described module form mounted on an electronic device, that is, a camera module may be used as an imaging device.

[撮像装置]
図12は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図12に示すように、本発明に係る撮像装置100は、レンズ群101等を含む光学系、撮像素子102、カメラ信号処理回路であるDSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108等を有している。そして、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
[Imaging device]
FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the imaging apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 12, the imaging apparatus 100 according to the present invention includes an optical system including a lens group 101 and the like, an imaging element 102, a DSP circuit 103 which is a camera signal processing circuit, a frame memory 104, a display apparatus 105, and a recording apparatus 106. The operation system 107 and the power supply system 108 are included. The DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, the operation system 107, and the power supply system 108 are connected to each other via a bus line 109.

レンズ群101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子102の撮像面上に結像する。撮像素子102は、レンズ群101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子102として、先述した実施形態に係る逐次比較型A/D変換器を有するCMOSイメージセンサが用いられる。   The lens group 101 captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the imaging element 102. The imaging element 102 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the lens group 101 into an electrical signal in units of pixels and outputs the electrical signal. As the image sensor 102, a CMOS image sensor having the successive approximation A / D converter according to the above-described embodiment is used.

表示装置105は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子102で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置106は、撮像素子102で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD
(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
The display device 105 includes a panel type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 102. The recording device 106 converts a moving image or still image captured by the image sensor 102 into a video tape or a DVD.
Recording on a recording medium such as (Digital Versatile Disk).

操作系107は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106および操作系107の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。   The operation system 107 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus under operation by the user. The power supply system 108 appropriately supplies various power supplies serving as operation power supplies for the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, and the operation system 107 to these supply targets.

10…逐次比較型A/D変換器、11…比較器、12…データメモリ、13…参照信号生成部、14…制御部、15…データ変換器、21…セル、22…容量アレイ部、23…Xデコーダ、24…Yデコーダ、50…CMOSイメージセンサ、51…画素アレイ部、52…垂直走査回路、53…カラム回路、54…水平走査回路、55…出力回路、60…単位画素、61…フォトダイオード、62…転送トランジスタ、63…リセットトランジスタ、64…増幅トランジスタ、65…選択トランジスタ、131…参照信号発生器、132…温度計コード変換器(1次デコーダ)、133…参照信号発生制御回路(2次デコーダ)、141…演算器、142…容量制御用メモリ、143…冗長データRAM   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Successive comparison type A / D converter, 11 ... Comparator, 12 ... Data memory, 13 ... Reference signal production | generation part, 14 ... Control part, 15 ... Data converter, 21 ... Cell, 22 ... Capacitance array part, 23 ... X decoder, 24 ... Y decoder, 50 ... CMOS image sensor, 51 ... pixel array unit, 52 ... vertical scanning circuit, 53 ... column circuit, 54 ... horizontal scanning circuit, 55 ... output circuit, 60 ... unit pixel, 61 ... Photodiode 62 ... Transfer transistor 63 ... Reset transistor 64 ... Amplification transistor 65 ... Select transistor 131 ... Reference signal generator 132 ... Thermometer code converter (primary decoder) 133 ... Reference signal generation control circuit (Secondary decoder), 141 ... arithmetic unit, 142 ... capacity control memory, 143 ... redundant data RAM

Claims (9)

オーバーサンプリング処理を行う逐次比較型A/D変換器であって、
変換対象のアナログ信号と参照信号とを1ビットごと逐次比較し、前記変換対象のアナログ信号と前記参照信号との大小比較に応じた論理値を示す比較結果信号を出力する、AD変換処理を行う比較器と、
前記比較器から出力される前記比較結果信号を保持する記憶回路と、
前記比較器におけるAD変換処理および前記記憶回路における記憶処理を複数回行うオーバーサンプリング処理を行い、次の参照信号に用いるビット列を算出する、制御部と、 前記制御部から出力される前記ビット列をデコードし、当該デコードした結果に応じたアナログ形式の前記参照信号を生成して前記比較器に入力する、参照信号生成部と
を具備し、
前記制御部の前記演算制御部は、
前記変換対象のアナログ信号に対する前記比較器でのA/D変換処理を複数回実行するオーバーサンプリングを行う際に、1回目のA/D変換処理では前記変換対象のアナログ信号をA/D変換してNビットのデジタル値を得、2回目以降のA/D変換処理では1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットを固定し、(N−n)ビット以下の下位ビットからA/D変換を開始するように前記参照信号を制御する、
逐次比較型A/D変換器。
A successive approximation A / D converter that performs oversampling processing,
An AD conversion process is performed in which an analog signal to be converted and a reference signal are sequentially compared bit by bit, and a comparison result signal indicating a logical value corresponding to a magnitude comparison between the analog signal to be converted and the reference signal is output. A comparator;
A storage circuit for holding the comparison result signal output from the comparator;
Performs oversampling processing for performing AD conversion processing in the comparator and storage processing in the storage circuit a plurality of times, calculates a bit string used for the next reference signal, and decodes the bit string output from the control unit A reference signal generation unit that generates the analog reference signal according to the decoded result and inputs the reference signal to the comparator;
The calculation control unit of the control unit is
When performing oversampling in which the A / D conversion process in the comparator is performed a plurality of times on the analog signal to be converted, the analog signal to be converted is A / D converted in the first A / D conversion process. N-bit digital value is obtained, and in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are fixed, and (N−n) bits or less Controlling the reference signal to start A / D conversion from the lower bits of
Successive comparison type A / D converter.
前記下位ビットへの戻り値の大きさは、前記変換対象のアナログ信号に重畳されているノイズレベルと1[LSB]の大きさとによって規定される、
請求項1記載の逐次比較型A/D変換器。
The magnitude of the return value to the lower bits is defined by the noise level superimposed on the analog signal to be converted and the magnitude of 1 [LSB].
The successive approximation A / D converter according to claim 1.
前記比較器でのA/D変換速度が前記変換対象のアナログ信号の変化速度と比較して所定速度以上速い、または前記変換対象のアナログ信号がA/D変換処理の終了まで直流である、
請求項1記載の逐次比較型A/D変換器。
The A / D conversion speed in the comparator is higher than a predetermined speed compared with the change speed of the analog signal to be converted, or the analog signal to be converted is DC until the end of the A / D conversion process.
The successive approximation A / D converter according to claim 1.
前記比較器は、前記変換対象のアナログ信号のサンプル/ホールドを行わずに前記参照信号と逐次比較を行う、
請求項3記載の逐次比較型A/D変換器。
The comparator performs successive comparisons with the reference signal without sampling / holding the analog signal to be converted;
The successive approximation A / D converter according to claim 3.
前記参照信号生成部は、1[LSB]の大きさに対応する単位静電容量が分解能分だけ2次元アレイ状に配置された静電容量アレイ部と、A/D変換を行うごとに前記単位静電容量をランダムに選択する選択回路とを有する、
請求項1記載の逐次比較型A/D変換器。
The reference signal generation unit includes a capacitance array unit in which unit capacitance corresponding to the size of 1 [LSB] is arranged in a two-dimensional array corresponding to the resolution, and the unit every time A / D conversion is performed. A selection circuit that randomly selects a capacitance;
The successive approximation A / D converter according to claim 1.
前記比較器で誤判定が起こってもA/D変換が可能なように判定閾値が所定値よりも広い冗長構成になっている、
請求項1記載の逐次比較型A/D変換器。
The determination threshold has a redundant configuration wider than a predetermined value so that A / D conversion is possible even if an erroneous determination occurs in the comparator.
The successive approximation A / D converter according to claim 1.
オーバーサンプリング処理を行う逐次比較型A/D変換器の制御方法であって、
当該逐次比較型A/D変換器は、変換対象のアナログ信号と参照信号とを1ビットごと逐次比較し、前記変換対象のアナログ信号と前記参照信号との大小比較に応じた論理値を示す比較結果信号を出力する、AD変換処理を行う比較器と、前記比較器から出力される前記比較結果信号を保持する記憶回路と、前記比較器におけるAD変換処理および前記記憶回路における記憶処理を複数回行うオーバーサンプリング処理を行い、次の参照信号に用いるビット列を算出する、制御部と、前記制御部から出力される前記ビット列をデコードし、当該デコードした結果に応じたアナログ形式の前記参照信号を生成して前記比較器に入力する、参照信号生成部とを具備する、
逐次比較型A/D変換器の制御方法であって、
前記変換対象のアナログ信号に対する前記比較器でのA/D変換処理を複数回実行するオーバーサンプリングを行う際に、1回目のA/D変換処理では前記変換対象のアナログ信号をA/D変換してNビットのデジタル値を得、2回目以降のA/D変換処理では1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットを固定し、(N−n)ビット以下の下位ビットからA/D変換を開始するように前記参照信号を制御する、
逐次比較型A/D変換器の制御方法。
A control method of a successive approximation A / D converter that performs oversampling processing,
The successive approximation A / D converter sequentially compares an analog signal to be converted and a reference signal bit by bit, and indicates a logical value corresponding to a magnitude comparison between the analog signal to be converted and the reference signal. A comparator that performs AD conversion processing that outputs a result signal, a storage circuit that holds the comparison result signal output from the comparator, AD conversion processing in the comparator, and storage processing in the storage circuit a plurality of times Performs oversampling processing to be performed, calculates a bit string used for the next reference signal, decodes the bit string output from the control unit, and generates the reference signal in an analog format according to the decoded result And a reference signal generation unit that is input to the comparator.
A control method of a successive approximation A / D converter,
When performing oversampling in which the A / D conversion process in the comparator is performed a plurality of times on the analog signal to be converted, the analog signal to be converted is A / D converted in the first A / D conversion process. N-bit digital value is obtained, and in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are fixed, and (N−n) bits or less Controlling the reference signal to start A / D conversion from the lower bits of
Control method of successive approximation type A / D converter.
光電変換素子を含む画素から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する逐次比較型A/D変換器を有し、
前記逐次比較型A/D変換器は、オーバーサンプリング処理を行う逐次比較型A/D変換器であって、
前記光電変換素子を含む画素から出力される変換対象のアナログ信号と参照信号とを1ビットごと逐次比較し、前記変換対象のアナログ信号と前記参照信号との大小比較に応じた論理値を示す比較結果信号を出力する、AD変換処理を行う比較器と、
前記比較器から出力される前記比較結果信号を保持する記憶回路と、
前記比較器におけるAD変換処理および前記記憶回路における記憶処理を複数回行うオーバーサンプリング処理を行い、次の参照信号に用いるビット列を算出する、制御部と、 前記制御部から出力される前記ビット列をデコードし、当該デコードした結果に応じたアナログ形式の前記参照信号を生成して前記比較器に入力する、参照信号生成部と
を具備し、
前記制御部の前記演算制御部は、
前記変換対象のアナログ信号に対する前記比較器でのA/D変換処理を複数回実行するオーバーサンプリングを行う際に、1回目のA/D変換処理では前記変換対象のアナログ信号をA/D変換してNビットのデジタル値を得、2回目以降のA/D変換処理では1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットを固定し、(N−n)ビット以下の下位ビットからA/D変換を開始するように前記参照信号を制御する、
固体撮像装置。
A successive approximation A / D converter that converts an analog signal output from a pixel including a photoelectric conversion element into a digital signal;
The successive approximation A / D converter is a successive approximation A / D converter that performs oversampling processing,
A comparison of an analog signal to be converted output from a pixel including the photoelectric conversion element and a reference signal sequentially for each bit, and a comparison indicating a logical value according to a magnitude comparison between the analog signal to be converted and the reference signal A comparator that outputs a result signal and performs AD conversion processing;
A storage circuit for holding the comparison result signal output from the comparator;
Performs oversampling processing for performing AD conversion processing in the comparator and storage processing in the storage circuit a plurality of times, calculates a bit string used for the next reference signal, and decodes the bit string output from the control unit A reference signal generation unit that generates the analog reference signal according to the decoded result and inputs the reference signal to the comparator;
The calculation control unit of the control unit is
When performing oversampling in which the A / D conversion process in the comparator is performed a plurality of times on the analog signal to be converted, the analog signal to be converted is A / D converted in the first A / D conversion process. N-bit digital value is obtained, and in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are fixed, and (N−n) bits or less Controlling the reference signal to start A / D conversion from the lower bits of
Solid-state imaging device.
光電変換素子を含む画素から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する逐次比較型A/D変換器を有する固体撮像装置と、
入射光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像する光学系と
を具備し、
前記逐次比較型A/D変換器は、オーバーサンプリング処理を行う逐次比較型A/D変換器であって、
前記光電変換素子を含む画素から出力される変換対象のアナログ信号と参照信号とを1ビットごと逐次比較し、前記変換対象のアナログ信号と前記参照信号との大小比較に応じた論理値を示す比較結果信号を出力する、AD変換処理を行う比較器と、
前記比較器から出力される前記比較結果信号を保持する記憶回路と、
前記比較器におけるAD変換処理および前記記憶回路における記憶処理を複数回行うオーバーサンプリング処理を行い、次の参照信号に用いるビット列を算出する、制御部と、 前記制御部から出力される前記ビット列をデコードし、当該デコードした結果に応じたアナログ形式の前記参照信号を生成して前記比較器に入力する、参照信号生成部と
を具備し、
前記制御部の前記演算制御部は、
前記変換対象のアナログ信号に対する前記比較器でのA/D変換処理を複数回実行するオーバーサンプリングを行う際に、1回目のA/D変換処理では前記変換対象のアナログ信号をA/D変換してNビットのデジタル値を得、2回目以降のA/D変換処理では1回目のA/D変換処理で得たNビットのデジタル値の上位nビットを固定し、(N−n)ビット以下の下位ビットからA/D変換を開始するように前記参照信号を制御する、
撮像装置。
A solid-state imaging device having a successive approximation A / D converter that converts an analog signal output from a pixel including a photoelectric conversion element into a digital signal;
An optical system that forms an image of incident light on the imaging surface of the solid-state imaging device,
The successive approximation A / D converter is a successive approximation A / D converter that performs oversampling processing,
A comparison of an analog signal to be converted output from a pixel including the photoelectric conversion element and a reference signal sequentially for each bit, and a comparison indicating a logical value according to a magnitude comparison between the analog signal to be converted and the reference signal A comparator that outputs a result signal and performs AD conversion processing;
A storage circuit for holding the comparison result signal output from the comparator;
Performs oversampling processing for performing AD conversion processing in the comparator and storage processing in the storage circuit a plurality of times, calculates a bit string used for the next reference signal, and decodes the bit string output from the control unit A reference signal generation unit that generates the analog reference signal according to the decoded result and inputs the reference signal to the comparator;
The calculation control unit of the control unit is
When performing oversampling in which the A / D conversion process in the comparator is performed a plurality of times on the analog signal to be converted, the analog signal to be converted is A / D converted in the first A / D conversion process. N-bit digital value is obtained, and in the second and subsequent A / D conversion processes, the upper n bits of the N-bit digital value obtained in the first A / D conversion process are fixed, and (N−n) bits or less Controlling the reference signal to start A / D conversion from the lower bits of
Imaging device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211611A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Seiko Epson Corp A/d conversion circuit and electronic apparatus
CN109587416A (en) * 2017-09-29 2019-04-05 佳能株式会社 Gradual approaching A/D converter, imaging device, imaging system and moving body
CN114189637A (en) * 2021-12-03 2022-03-15 二十一世纪(北京)微电子技术有限公司 A/D conversion method, device and converter applied to image sensor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02176519A (en) * 1988-12-28 1990-07-09 Mitsubishi Electric Corp Analog signal measuring device
JPH04103729U (en) * 1991-01-29 1992-09-07 東洋電機製造株式会社 Digital high precision voltage detection circuit
JPH0555919A (en) * 1991-08-22 1993-03-05 Fujitsu Ltd Analog/digital conversion system
JPH05343998A (en) * 1992-06-10 1993-12-24 Mitsubishi Electric Corp Sequential converting type a/d converter
JPH10209870A (en) * 1997-01-20 1998-08-07 Texas Instr Japan Ltd A/d conversion method
JPH11154866A (en) * 1997-11-19 1999-06-08 Nec Corp Successive approximation a/d converter
JP2006108893A (en) * 2004-10-01 2006-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and device for sequential comparison type ad conversion

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02176519A (en) * 1988-12-28 1990-07-09 Mitsubishi Electric Corp Analog signal measuring device
JPH04103729U (en) * 1991-01-29 1992-09-07 東洋電機製造株式会社 Digital high precision voltage detection circuit
JPH0555919A (en) * 1991-08-22 1993-03-05 Fujitsu Ltd Analog/digital conversion system
JPH05343998A (en) * 1992-06-10 1993-12-24 Mitsubishi Electric Corp Sequential converting type a/d converter
JPH10209870A (en) * 1997-01-20 1998-08-07 Texas Instr Japan Ltd A/d conversion method
JPH11154866A (en) * 1997-11-19 1999-06-08 Nec Corp Successive approximation a/d converter
JP2006108893A (en) * 2004-10-01 2006-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and device for sequential comparison type ad conversion

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211611A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Seiko Epson Corp A/d conversion circuit and electronic apparatus
CN109587416A (en) * 2017-09-29 2019-04-05 佳能株式会社 Gradual approaching A/D converter, imaging device, imaging system and moving body
US10742910B2 (en) 2017-09-29 2020-08-11 Canon Kabushiki Kaisha Successive approximation analog-to-digital converter, imaging device, imaging system, and moving body
CN114189637A (en) * 2021-12-03 2022-03-15 二十一世纪(北京)微电子技术有限公司 A/D conversion method, device and converter applied to image sensor

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