JP2011171889A - Solid-state imaging element and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CMOSイメージセンサに代表される固体撮像素子及びそれを備えた撮像機器に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor and an imaging device including the same.
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど、固体撮像素子を用いて画像を撮像して保存できる撮像機器が広く普及している。このような撮像機器に用いる固体撮像素子としては、CCDイメージセンサが最も一般的であったが、近年では、固体撮像素子の一層の多画素化が進んでおり、そのため、CMOSイメージセンサが注目されている。 In recent years, imaging devices that can capture and store images using a solid-state imaging device, such as digital still cameras and digital video cameras, have become widespread. A CCD image sensor is the most common solid-state imaging device used in such imaging devices. However, in recent years, the number of pixels in a solid-state imaging device has further increased, and therefore, a CMOS image sensor has attracted attention. ing.
CMOSイメージセンサは、CCDイメージセンサと比較して読み出しが高速で、高感度、低消費電力といった特徴がある。また、CMOSイメージセンサは、CMOSプロセスを用いたアナログ回路や論理回路を同一チップ内に混在させることができるため、周辺ICの数を減らす事ができるといったメリットも持ち合わせている。 The CMOS image sensor has features such as high-speed reading, high sensitivity, and low power consumption compared to a CCD image sensor. In addition, the CMOS image sensor has an advantage that the number of peripheral ICs can be reduced because analog circuits and logic circuits using the CMOS process can be mixed in the same chip.
CMOSイメージセンサは画素毎にFDアンプを持ち合わせており、画素アレイの中のある一行の画素群を選択し、その画素群を構成する各画素のFDアンプからの出力を同時に列方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。 The CMOS image sensor has an FD amplifier for each pixel, selects a pixel group in one row in the pixel array, and simultaneously reads out the output from the FD amplifier of each pixel constituting the pixel group in the column direction. The column parallel output type is the mainstream.
このような列並列出力型CMOSイメージセンサの信号出力回路については実に様々なものが提案されている。その最も進んだ形態のひとつが画素列(カラム)毎にアナログ−デジタル変換器(以下、「ADC」とする。)を備え、画素信号をデジタル化された画素データとして取り出すタイプのCMOSイメージセンサである(例えば、特許文献1参照。)。 Various signal output circuits for such a column parallel output type CMOS image sensor have been proposed. One of the most advanced forms is a CMOS image sensor of a type in which an analog-digital converter (hereinafter referred to as “ADC”) is provided for each pixel column and a pixel signal is extracted as digitized pixel data. (For example, refer to Patent Document 1).
ここで、従来の列並列出力型のCMOSイメージセンサにおけるデータ転送系の構成について図12を参照して説明する。 Here, the configuration of the data transfer system in the conventional column parallel output type CMOS image sensor will be described with reference to FIG.
図12に示すように、従来の列並列出力型のCMOSイメージセンサは、画素列毎に、ラッチ部110と、ドライバ部120とを有している。ラッチ部110は、A/D変換後の画素データを保持しており、この画素データは、列走査部130により選択されたドライバ部120によってラッチ部110から、複数の水平転送線141を有する転送バス140へ出力される。列走査部130は、シフトレジスタによって構成され、カラム単位で所定幅のパルス信号(以下、「選択信号」とする。)を出力する。この選択信号により、ドライバ部120が選択される。
As shown in FIG. 12, the conventional column parallel output type CMOS image sensor includes a
センスアンプ部150は、転送バス140に接続されており、ラッチ部110からアナログ小振幅で読み出された画素データを増幅して、データ取り込み部160へ出力する。データ取り込み部160は、所定のラッチタイミング信号(以下、「ラッチクロック」とする。)に基づき、センスアンプ部150で増幅された画素データを確実にラッチする役割を果たす。
The
CMOSイメージセンサ100では、列並列読み出し方式を採用しているため、列方向の走査(水平走査)は、高速に行う必要がある。しかし、ラッチ部110は各画素列に対応して広範囲に配置されることになるため、転送バス140は長くなる。そのため、転送バス140を介したデータ転送において、寄生容量や寄生抵抗等によって配線遅延が生じる。そして、この配線遅延は、センスアンプ部150から遠いラッチ部110からのデータ転送ほど大きくなる。
Since the
各ラッチ部110のデータの読み出しは、データ取り込み部160において所定のデータラッチタイミングでラッチされることにより行われるが、配線遅延が大きすぎると所定のデータラッチタイミングでのラッチが困難となってくる。特に、転送速度(クロック周波数)が大きくなる程、この配線遅延の影響は大きくなり、問題となる。
The data read from each
また、1眼レフカメラ市場の拡大に伴い、CMOSイメージセンサにおいては、多画素、高速化だけでなく、大型化もかなり進んでおり、この配線遅延による影響は、より顕著になっている。 With the expansion of the single-lens reflex camera market, CMOS image sensors have not only increased the number of pixels and the speed, but also increased in size, and the influence of this wiring delay has become more remarkable.
センスアンプ部150の増幅率(ゲイン)を上げて伝播遅延を改善することは可能である。しかし、センスアンプ部150との間の距離(以下、「転送距離」とする。)が短いドライバ部120からデータを転送する場合に、回路の発振問題が起こる可能性がある。そのため、センスアンプ部150の増幅率は、転送距離が短いデータ転送の場合におけるセンスアンプ部150の位相余裕によって制限されることになり、限度がある。
It is possible to improve the propagation delay by increasing the amplification factor (gain) of the
そこで、かかる課題の解決手法として、下記特許文献1では、図13に示すデータ転送系の構成が提案されている。
Therefore, as a technique for solving such a problem, the following
このデータ転送系の構成では、遅延回路180によって、列走査部130を構成する複数のシフトレジスタのうち転送距離が短いドライバ部120に対応するシフトレジスタほど入力する選択信号を遅延させている。これにより、転送距離が長いドライバ部120に対する選択信号の入力タイミングが、転送距離が短いドライバ部120に対する選択信号の入力タイミングより早くなる。
In this data transfer system configuration, the
このように構成することで、転送距離が長いドライバ部120ほど動作するタイミングが早く、転送距離が短いドライバ部120ほど動作するタイミングを遅くなる。そのため、配線遅延が相殺され、転送バス140で生じる伝播遅延のばらつきが抑えられる。
With this configuration, the
しかし、特許文献1に記載のデータ転送系の構成は、転送バスによる伝播遅延の本質を解決するものではない。そのため、さらなる多画素化や大型化に伴い、センスアンプ部への転送距離が長くなると、伝播遅延のばらつきを十分に抑制することができない恐れがある。また、孤立パターンを転送する場合、すなわち、転送バスに転送される画素データのパターンが、1・0・0・1・0・0・1・0・・・のように一定周期でHighレベルになる画素データを転送する場合にも同様に、伝播遅延のばらつきを十分に抑制することができない恐れがある。
However, the configuration of the data transfer system described in
本発明は、転送バスでの配線遅延による影響を低減し、転送速度の高速化を図ることが可能な固体撮像素子及びそれを備えた撮像機器を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of reducing the influence of wiring delay in a transfer bus and increasing the transfer speed, and an imaging device including the same.
そこで、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、固体撮像素子において、画素がマトリクス状に配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部を構成する画素列毎に設けられ、前記画素の画素値をデジタルの画素データに変換して当該画素データを保持する複数のラッチ部と、前記ラッチ部毎に設けられ、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力する複数のドライバ部と、前記複数のドライバ部を制御して、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力させる列走査部と、前記転送バスに出力された信号を増幅するセンスアンプ部と、前記センスアンプ部により増幅された信号を所定のクロックに同期して順に取り込むデータ取り込み部と、を備え、前記複数のドライバ部のうち前記センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、前記転送バスへの信号のドライブ能力を低くした。
Accordingly, in order to achieve the above object, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の固体撮像素子において、各前記ドライバ部は、その出力が前記転送バスに接続された駆動用のトランジスタを有しており、前記複数のドライバ部のうち前記センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、前記駆動用のトランジスタのトランジスタサイズを小さくした。 According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, each of the driver units includes a driving transistor whose output is connected to the transfer bus, Among the driver sections, the driver section with a shorter transfer distance to the sense amplifier section has a smaller transistor size for the driving transistor.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の固体撮像素子において、前記センスアンプ部は、増幅率を少なくとも2段階に切替える切替え手段を有しており、転送距離が長いドライバ部からの信号を増幅するときの増幅率を、転送距離が短いドライバ部からの信号を増幅するときの増幅率よりも大きくした。 According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first or second aspect, the sense amplifier unit includes switching means for switching the amplification factor to at least two stages, and the transfer distance is long. The amplification factor when amplifying the signal from the driver unit is larger than the amplification factor when a signal from the driver unit with a short transfer distance is amplified.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像素子において、前記列走査部は、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を前記ドライバ部から前記転送バスへ出力させるための選択信号を遅延させる遅延回路を、前記ラッチ部毎に設け、前記遅延回路により転送距離が短いドライバ部に対する選択信号ほど遅延時間を長くした。 According to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the first to third aspects, the column scanning unit outputs a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit. A delay circuit that delays a selection signal to be output from the driver unit to the transfer bus is provided for each latch unit, and the delay time is increased for the selection signal for the driver unit having a short transfer distance by the delay circuit.
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像素子において、前記列走査部は、複数の走査モードで前記複数のドライバ部を制御可能であり、前記複数の走査モードは、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を前記ドライバ部から前記転送バスへ出力させるための選択信号を、転送距離が短いドライバ部から転送距離が長いドライバ部にかけて順次出力する第1走査モードと、前記選択信号を転送距離が長いドライバ部から転送距離が短いドライバ部にかけて順次出力する第2走査モードとを含む。 According to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects, the column scanning unit can control the plurality of driver units in a plurality of scanning modes. In the plurality of scanning modes, a selection signal for outputting a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit from the driver unit to the transfer bus is transmitted from a driver unit having a short transfer distance to a driver having a long transfer distance. And a second scanning mode in which the selection signal is sequentially output from a driver unit having a long transfer distance to a driver unit having a short transfer distance.
また、請求項6に記載の発明は、撮像機器において、固体撮像素子を備え、前記固体撮像素子は、画素がマトリクス状に配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部を構成する画素列毎に設けられ、前記画素の画素値をデジタルの画素データに変換して当該画素データを保持する複数のラッチ部と、前記ラッチ部毎に設けられ、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力する複数のドライバ部と、前記複数のドライバ部を制御して、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力させる列走査部と、前記転送バスに出力された信号を増幅するセンスアンプ部と、前記センスアンプ部により増幅された信号を所定のクロックに同期して順に取り込むデータ取り込み部と、を備え、前記複数のドライバ部のうち前記センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、前記転送バスへの信号のドライブ能力を低くした。
The invention according to
本発明によれば、転送バスでの配線遅延による影響を低減し、転送速度の高速化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence of wiring delay in the transfer bus and increase the transfer speed.
以下、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子及び当該固体撮像素子を備えた撮像機器の構成を具体的に説明する。 Hereinafter, a configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention and an imaging device including the solid-state imaging device will be specifically described.
本実施形態に係る固体撮像素子は、画素アレイ部と、複数のラッチ部と、複数のドライバ部と、列走査部と、転送バスと、センスアンプ部と、データ取り込み部と、出力データ処理部を備えている。 The solid-state imaging device according to the present embodiment includes a pixel array unit, a plurality of latch units, a plurality of driver units, a column scanning unit, a transfer bus, a sense amplifier unit, a data capturing unit, and an output data processing unit. It has.
画素アレイ部には、画素がマトリクス状に配置されている。ラッチ部は、この画素アレイ部を構成する画素列毎に設けられており、画素列を構成する各画素の画素値をデジタルの画素データに変換して当該画素データを保持する。 Pixels are arranged in a matrix in the pixel array section. The latch unit is provided for each pixel column constituting the pixel array unit, converts the pixel value of each pixel constituting the pixel column into digital pixel data, and holds the pixel data.
ドライバ部は、ラッチ部毎に設けられており、列走査部の制御により、ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を転送バスに出力する。 The driver unit is provided for each latch unit, and outputs a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit to the transfer bus under the control of the column scanning unit.
転送バスには、センスアンプ部が接続されており、ドライバ部から転送バスへ出力された信号を増幅して、データ取り込み部へ出力する。データ取り込み部は、センスアンプ部により増幅された信号を所定のクロックに同期して順に取り込み、出力データ処理部へ出力する。 A sense amplifier unit is connected to the transfer bus, and a signal output from the driver unit to the transfer bus is amplified and output to the data capturing unit. The data capturing unit sequentially captures the signals amplified by the sense amplifier unit in synchronization with a predetermined clock and outputs the signals to the output data processing unit.
さらに、本実施形態に係る固体撮像素子においては、複数のドライバ部のうちセンスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、転送バスへの信号のドライブ能力を低くしている。 Furthermore, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the driving capability of a signal to the transfer bus is lowered as the driver portion has a shorter transfer distance to the sense amplifier portion among the plurality of driver portions.
このように構成することで、センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部からの出力ほどデータの伝播遅延が大きくなる。そのため、転送距離が短いドライバ部からセンスアンプ部までの伝播遅延がドライバ部により調整され、配線負荷によるドライバ部間のデータ伝播遅延差を最小限に抑えることができる。 With this configuration, the data propagation delay increases as the output from the driver unit has a shorter transfer distance to the sense amplifier unit. Therefore, the propagation delay from the driver unit having a short transfer distance to the sense amplifier unit is adjusted by the driver unit, and the difference in data propagation delay between the driver units due to the wiring load can be minimized.
ドライバ部のドライブ能力は、例えば、ドライバ部を構成し、かつその出力が転送バスに接続された駆動用のトランジスタのトランジスタサイズを変更することによって調整することができる。すなわち、転送距離が短いドライバ部の駆動用のトランジスタほど、そのトランジスタサイズを小さく、オン抵抗を大きくする。このように駆動用のトランジスタのオン抵抗を大きくすることで、擬似的に転送バスの配線抵抗を大きく見せて、センスアンプ部から出力されるデータの転送を遅くすることができる。このように、駆動用のトランジスタのトランジスタサイズの変更をするだけでよいため、固体撮像素子のコストアップを抑制できる。 The drive capability of the driver unit can be adjusted, for example, by changing the transistor size of the driving transistor that constitutes the driver unit and whose output is connected to the transfer bus. In other words, the transistor for driving the driver section with a shorter transfer distance has a smaller transistor size and a larger on-resistance. By increasing the on-resistance of the driving transistor in this way, it is possible to increase the wiring resistance of the transfer bus in a pseudo manner, and to delay the transfer of data output from the sense amplifier unit. Thus, since it is only necessary to change the transistor size of the driving transistor, it is possible to suppress an increase in the cost of the solid-state imaging device.
また、センスアンプ部は、増幅率を少なくとも2段階に切替える切替え手段を有しており、転送距離が長いドライバ部からの信号を増幅するときの増幅率を、転送距離が短いドライバ部からの信号を増幅するときの増幅率よりも大きくしている。 In addition, the sense amplifier unit has switching means for switching the amplification factor to at least two stages, and the amplification factor when the signal from the driver unit having a long transfer distance is amplified is determined by the signal from the driver unit having a short transfer distance. Is larger than the amplification factor when amplifying.
このように構成することにより、ドライバ部のドライブ能力を調整するだけではデータ伝播遅延差を十分に小さくすることができない場合においても、データ伝播遅延差をさらに低減することが可能となる。 With this configuration, even if the data propagation delay difference cannot be reduced sufficiently by merely adjusting the drive capability of the driver unit, the data propagation delay difference can be further reduced.
また、列走査部は、ラッチ部に保持された画素データに応じた信号をドライバ部から転送バスへ出力させるための選択信号を遅延させる遅延回路を、ラッチ部毎に設けている。しかも、遅延回路により転送距離が短いドライバ部に対する選択信号ほど遅延時間を長くしている。 The column scanning unit also includes a delay circuit for each latch unit that delays a selection signal for outputting a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit from the driver unit to the transfer bus. In addition, the delay time is increased as the selection signal for the driver unit having a shorter transfer distance is provided by the delay circuit.
このように構成することにより、ドライバ部のドライブ能力を調整するだけではデータ伝播遅延差を十分に小さくすることができない場合においても、データ伝播遅延差をさらに低減することが可能となる。 With this configuration, even if the data propagation delay difference cannot be reduced sufficiently by merely adjusting the drive capability of the driver unit, the data propagation delay difference can be further reduced.
また、列走査部は、複数の走査モードで複数のドライバ部を制御可能である。これらの走査モードには、転送距離が短いドライバ部から転送距離が長いドライバ部にかけて順次選択信号を出力する第1走査モードと、転送距離が長いドライバ部から転送距離が短いドライバ部にかけて順次選択信号を出力する第2走査モードを含んでいる。 In addition, the column scanning unit can control a plurality of driver units in a plurality of scanning modes. These scanning modes include a first scanning mode in which a selection signal is sequentially output from a driver section having a short transfer distance to a driver section having a long transfer distance, and a selection signal sequentially from a driver section having a long transfer distance to a driver section having a short transfer distance. Is included in the second scanning mode.
このように構成することで、ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を読み出す方向をいずれの方向からでも行うことが可能となり、例えば、欠陥画素などを効率良く処理することができる。なお、本実施形態に係る固体撮像素子では、データ伝播遅延差の低減を、ドライバ部のドライブ能力の調整、センスアンプ部の増幅率調整、及び、選択信号を遅延させる遅延回路などを用いて行うようにしている。そのため、画素データに応じた信号の読み出し方向が変更された場合であっても、データ伝播遅延差の低減を行うことができる。 With such a configuration, it is possible to read a signal according to the pixel data held in the latch unit from any direction, and for example, defective pixels can be processed efficiently. In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the data propagation delay difference is reduced by adjusting the drive capability of the driver unit, adjusting the amplification factor of the sense amplifier unit, and a delay circuit that delays the selection signal. I am doing so. Therefore, even when the signal readout direction corresponding to the pixel data is changed, the data propagation delay difference can be reduced.
以下、本実施形態に係る固体撮像素子を備えた撮像機器の具体的構成を図面を参照して具体的に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.撮像機器の構成
2.固体撮像素子の構成及び動作
3.配線遅延をキャンセルするための第1の構成
4.配線遅延をキャンセルするための第2の構成
5.その他の実施形態
Hereinafter, a specific configuration of an imaging apparatus including the solid-state imaging device according to the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. Configuration of imaging device 2. Configuration and operation of solid-
[1.撮像機器の構成]
まず、本実施形態おける撮像機器の構成について図面を用いて説明する。
[1. Configuration of imaging equipment]
First, the configuration of the imaging device in the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、撮像機器1は、固体撮像素子2、信号処理回路3、システムコントローラ4、入力部5、光学ブロック6を具備している。また、この撮像機器1には、光学ブロック6内の機構を駆動するためのドライバ7、固体撮像素子2を駆動するためのタイミングジェネレータ(TG)8などが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
光学ブロック6は、被写体からの光を固体撮像素子2へ集光するためのレンズ、レンズを移動させてフォーカス合わせやズーミングを行うための駆動機構、メカシャッタ、絞りなどを具備している。ドライバ7は、システムコントローラ4からの制御信号に応じて、光学ブロック6内の機構の駆動を制御する。
The
固体撮像素子2は、TG8から出力されるタイミング信号に基づいて駆動され、被写体からの入射光を電気信号に変換し、さらにデジタル変換して生成した画素データを出力する。TG8は、システムコントローラ4の制御の下でタイミング信号を出力する。 The solid-state imaging device 2 is driven based on the timing signal output from the TG 8, converts incident light from the subject into an electrical signal, and outputs pixel data generated by digital conversion. The TG 8 outputs a timing signal under the control of the system controller 4.
信号処理回路3は、固体撮像素子2から出力される画素データに対するAF(Auto Focus)、AE(Auto Exposure)、欠陥画素の検出処理及び補正処理、ホワイトバランス調整、マトリクス処理などの各種カメラ信号処理を実行する。 The signal processing circuit 3 performs various camera signal processing such as AF (Auto Focus), AE (Auto Exposure), defective pixel detection processing and correction processing, white balance adjustment, matrix processing, and the like on pixel data output from the solid-state imaging device 2. Execute.
システムコントローラ4は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などから構成される。CPUはROMに記憶されたプログラムを実行することにより、この撮像機器1の各部を統括的に制御し、また、その制御のための各種演算を実行する。入力部5は、ユーザの操作入力を受け付ける操作キー、ダイアル、レバーなどを含み、操作入力に応じた制御信号をシステムコントローラ4に出力する。
The system controller 4 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The CPU executes the programs stored in the ROM, thereby controlling the respective units of the
この撮像機器1では、信号処理回路3から出力された画像データは、図示しないグラフィックインタフェース回路に供給されて表示用の画像信号に変換され、これにより図示しないモニタにカメラスルー画像が表示される。また、入力部5へのユーザの入力操作などによりシステムコントローラ4に対して画像の記録が指示されると、信号処理回路3からの画像データはCODEC(enCOder,DECoder)に供給され、圧縮符号化処理が施されて記録媒体に記録される。静止画像の記録の際には、信号処理回路3からは1フレーム分の画像データがCODECに供給され、動画像の記録の際には、処理された画像データがCODECに連続的に供給される。
In this
[2.固体撮像素子の構成及び動作]
次に、固体撮像素子2の構成及び動作を図2及び図3を参照して具体的に説明する。固体撮像素子2として、列並列型のADCを搭載したCMOSイメージセンサを例に挙げて説明する。
[2. Configuration and operation of solid-state image sensor]
Next, the configuration and operation of the solid-state imaging device 2 will be specifically described with reference to FIGS. As the solid-state imaging device 2, a CMOS image sensor equipped with a column parallel ADC will be described as an example.
図2に示すように、固体撮像素子2は、画素アレイ部11、ADC群12、デジタル−アナログ変換装置(以下、「DAC」とする。)13、センスアンプ部(S/A)14、データ取り込み部15及び出力データ処理部16を有する。
As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 2 includes a
画素アレイ部11は、フォトダイオードと画素内アンプとを含む画素11aがマトリクス状(行列状)に配置されて構成される。そして、固体撮像素子2には、画素アレイ部11の信号を順次読み出すための制御回路として、内部クロックを生成するタイミング制御部17、行走査を制御する行走査部18、そして列走査を制御する列走査部19が配置される。列走査部19は、複数のフリップフロップ60−1〜60−nが直列に接続されたシフトレジスタを有している(図4参照)。
The
ADC群12は、比較器30とカウンタラッチ31とからなる複数のアナログ−デジタル変換装置(以下、「ADC」とする。)を有する。このADCは、各列線V0,V1,・・・毎に配列されており、nビットデジタル信号変換機能を有する。
The
比較器30は、DAC13により生成される参照電圧を階段状に変化させたランプ波形RAMPと、行線H0,H1,・・・毎に画素11aから列線V0,V1,・・・を経由し得られる画素信号とを比較する。この画素信号は、画素11aの画素値に応じた信号であり、画素11aでの光電変換量に応じた電圧値の信号である。
The
カウンタラッチ31は、カウンタ部32、ラッチ部33及びドライバ部34を有している。カウンタ部32は、n個のカウンタ回路32aを有しており、タイミング制御部17からカウント用のクロックCK1〜CKnが入力されて、比較器30の比較時間をカウントする。カウンタ部32でカウントされたカウント値は、n個のラッチ回路33aを有するラッチ部33により保持される。このカウント値は、画素11aから出力された画素信号をデジタル変換した画素データである。ドライバ部34は、n個のドライバ回路34aを有しており、各ドライバ回路34aは、対応するラッチ回路33aから画素データに応じた信号を読み出して増幅する。なお、ラッチ回路33aから画素データに応じた信号の読み出しは、列走査部19から出力される所定幅のパルス信号である選択信号HSEL1、HSEL2、・・・によって実行される。
The
各カウンタラッチ31の出力は、それぞれn本の水平転送線20a,20bを有する2相の転送バス20A,20Bに接続されている。カウンタラッチ31から転送バス20A,20Bへ読み出されたデータは、n個のセンスアンプ(S/A)回路35を有するセンスアンプ部14で増幅され、取り込みクロックCLKに同期してデータ取り込み部15により取り込まれる。データ取り込み部15により取り込まれた画素データは、出力データ処理部16を介して出力される。
The output of each
ここで、固体撮像素子2の動作を、図3のタイミングチャートを参照しつつ具体的に説明する。なお、各列線V0,V1,・・・に対する動作は同じであるため、ここでは、列線V0に対する動作について説明する。また、画素11aから列線V0へ出力される画素信号は、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、このリセット成分ΔVに入射光量に応じた信号成分Vsigが加算された信号が現れるように行走査部18により制御される。
Here, the operation of the solid-state imaging device 2 will be specifically described with reference to the timing chart of FIG. Since the operations for the column lines V0, V1,... Are the same, the operation for the column line V0 will be described here. Further, the pixel signal output from the
図3に示すように、任意の行Hxにおいて、画素11aのリセット成分ΔVの列線V0への読み出しが安定した後(タイミングt0)、DAC13から比較器30に対して、参照電圧を時間変化させた階段状のランプ波形RAMPの入力が開始される。また、同時に、カウンタラッチ31のn個のカウンタ回路32aによってカウントが開始される。これにより、任意の列線V0の電圧との比較が比較器30によって開始される。このとき、カウンタラッチ31は、ダウンカウント状態に有る。その後、ランプ波形RAMPと列線V0の電圧が等しくなると(タイミングt1)、比較器30の出力が反転し、比較期間に応じたカウント値がカウンタラッチ31のn個のラッチ部33に保持される。
As shown in FIG. 3, after the readout of the reset component ΔV of the
次に、任意の行Hxにおいて、画素11aの信号成分Vsigの列線V0への読み出しが安定した後(タイミングt2)、DAC13から比較器30に対して、参照電圧を時間変化させた階段状のランプ波形RAMPの入力が開始される。また、カウンタラッチ31のn個のカウンタ回路32aによってカウントが開始される。このとき、カウンタラッチ31は、アップカウント状態に有る。その後、ランプ波形RAMPと列線V0の電圧が等しくなったとき(タイミングt3)、比較器30の出力が反転し、比較期間に応じたカウント値がカウンタラッチ31のn個のラッチ部33に保持される。
Next, in any row Hx, after the reading of the signal component Vsig of the
このように、カウンタラッチ31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とし、2回目の読出し時にはアップカウントとして、カウント結果を同じ格納場所(n個のラッチ部33)に保持する。そのため、カウンタラッチ31内で自動的に、Vsig+ΔVに応じたカウント値からΔVに対応するカウント値が減算されることになり、カウンタラッチ31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。
In this way, the count operation in the
以上のAD変換期間終了後、列走査部19により選択信号HSEL1〜HSELnが、選択信号HSEL1からHSELnにかけて順次アクティブにされる。これにより、各画素列に対応して設けられたカウンタラッチ31に保持されたnビットのデジタル信号が転送バス20A,20Bを経て、センスアンプ部14へ順次出力される。
After the end of the AD conversion period, the
センスアンプ部14は、2相の転送バス20A,20Bを通して入力された差電位を増幅してデータ取り込み部15に出力する。データ取り込み部15は、例えばn個のフリップフロップ回路36からなり、供給される取り込みクロックCLKに同期して、センスアンプ部14からの出力をラッチする。データ取り込み部15にラッチされた画素データは、クロックCLKに同期して出力データ処理部16に出力される。
The
[3.配線遅延をキャンセルするための第1の構成]
次に、本実施形態に係る固体撮像素子2において、配線遅延をキャンセルするための第1の構成について、図4〜図6を参照して説明する。
[3. First Configuration for Canceling Wiring Delay]
Next, in the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment, a first configuration for canceling the wiring delay will be described with reference to FIGS.
図4に示すように、固体撮像素子2のデータ転送系の構成は、遅延回路50によって、列走査部19を構成する複数のフリップフロップ60−1〜60−nのうち転送距離が短いドライバ部34に対応するフリップフロップほど入力する選択信号を遅延させている。これにより、転送距離が長いドライバ部34に対する選択信号の入力タイミングが、転送距離が短いドライバ部34に対する選択信号の入力タイミングより早くなる。
As shown in FIG. 4, the configuration of the data transfer system of the solid-state imaging device 2 is a driver unit having a short transfer distance among the plurality of flip-flops 60-1 to 60-n constituting the
このように構成することで、転送距離が長いドライバ部34ほど動作するタイミングが早く、転送距離が短いドライバ部34ほど動作するタイミングを遅くなる。そのため、配線遅延が相殺され、転送バス20A,20Bで生じる伝播遅延のばらつきを低減することができる。なお、図4中、符号51は遅延回路であり、列走査部19からの制御により遅延量を変更することができる。
With this configuration, the
さらに、固体撮像素子2のでは、ドライバ回路34aを次のように構成しており、これにより、転送バス20A,20Bで生じる伝播遅延のばらつきをさらに低減することができる。
Further, in the solid-state image pickup device 2, the
図5に示すように、ドライバ回路34aは、カスコード接続されたNMOSトランジスタTr1,Tr2と、同じくカスコード接続されたNMOSトランジスタTr3,Tr4とを有している。
As shown in FIG. 5, the
NMOSトランジスタTr1のドレインは水平転送線20aに接続され、そのソースは、NMOSトランジスタTr2のドレインに接続される。また、NMOSトランジスタTr3のドレインは水平転送線20bに接続され、そのソースは、NMOSトランジスタTr4のドレインに接続される。NMOSトランジスタTr2、Tr4のソースは、グランドに接続される。
The drain of the NMOS transistor Tr1 is connected to the
NMOSトランジスタTr2のゲートにはラッチ回路33aの出力が接続され、NMOSトランジスタTr4のゲートにはラッチ回路33aの出力がインバータ回路INVを介して反転されて入力される。そして、NMOSトランジスタTr1,Tr3のゲートには、選択信号HSELx(1≦x≦n)が接続されており、選択信号HSELxをHighレベルにすることでラッチ回路33aに保持された1ビット分の画像データに応じた差動信号が水平転送線20a,20bに出力される。なお、ドライバ回路34aから水平転送線20aに出力される信号とドライバ回路34aに水平転送線20bに出力される信号とは互いに極性が反転した信号であり、これらの信号により差動信号が構成される。
The output of the
このように構成されたドライバ回路34aをn個有するドライバ部34では、センスアンプ部14までの転送距離が短いドライバ部34ほど、転送バス20A,20Bへの信号のドライブ能力を低くしている。
In the
ここで、図6に示すように、転送距離が長いドライバ部34のドライバ回路をドライバ回路34a−1とし、転送距離が中間のドライバ部34のドライバ回路をドライバ回路34a−mとし、転送距離が長いドライバ部34のドライバ回路をドライバ回路34a−nとする。
Here, as shown in FIG. 6, the driver circuit of the
このとき、ドライバ回路34aのドライブ能力は、ドライバ回路34a−1、ドライバ回路34a−m、ドライバ回路34a−nの順に低減させる。すなわち、ドライバ回路34a−mのドライブ能力をドライバ回路34a−1のドライブ能力よりも低くし、ドライバ回路34a−nのドライブ能力をドライバ回路34a−mのドライブ能力よりも低くする。なお、図6における負荷80は、水平転送線20a,20b(転送バス20A,20B)の配線抵抗や配線容量などを配線負荷として擬似的に示したものである。
At this time, the drive capability of the
このように構成することで、センスアンプ部14までの転送距離が短いドライバ部34からの出力ほど画像データの伝播遅延が大きくなる。そのため、転送距離が短いドライバ部34からセンスアンプ部14までの伝播遅延がドライバ部により調整され、転送バス20A,20Bの配線負荷によるデータ伝播遅延差を抑えることができる。
With this configuration, the output delay from the
なお、ドライバ回路34aのドライブ能力の変更は、ドライバ回路34a−1からドライバ回路34a−nにかけて1個ずつ順次低減するようにしてもよいが、複数個単位で低減するようにしてもよい。1個ずつドライブ能力を低減することで精度を向上させることができ、また、複数個単位でドライブ能力を低減することで設計コストを低減することができる。
Note that the change in the driving capability of the
ドライバ部34のドライブ能力は、例えば、転送バス20A,20Bに接続された駆動用のNMOSトランジスタTr1,Tr3(図5参照)のトランジスタサイズを変更することによって調整することができる。すなわち、転送距離が短いドライバ部34のNMOSトランジスタTr1,Tr3ほど、そのトランジスタサイズを小さく、オン抵抗を大きくする。
The drive capability of the
このようにNMOSトランジスタTr1,Tr3のオン抵抗を大きくすることで、擬似的に転送バス20A,20Bの配線抵抗を大きく見せて、センスアンプ部14から出力される画素データの伝播遅延を大きくすることができる。このようにNMOSトランジスタTr1,Tr3のトランジスタサイズの変更のみでドライバ部34のドライブ能力を変更することができるので、製造コストや設計コストを抑えることができ、よって、固体撮像素子のコストアップを抑制することができる。
By increasing the on-resistances of the NMOS transistors Tr1 and Tr3 in this way, the wiring resistance of the
[4.配線遅延をキャンセルするための第2の構成]
上述のように、固体撮像素子2では、ドライバ部34のドライブ能力を変更することによってデータ伝播遅延を調整して、転送バス20A,20Bでの配線遅延による影響を低減しているが、さらにセンスアンプ部14を次のように構成することによって、配線遅延による影響をより低減している。
[4. Second Configuration for Canceling Wiring Delay]
As described above, in the solid-state imaging device 2, the data propagation delay is adjusted by changing the drive capability of the
[4.1.センスアンプ部14の構成]
まず、本実施形態に係るセンスアンプ部14の構成について図面を参照して具体的に説明する。センスアンプ部14は、n個のセンスアンプ回路35を有しており、それぞれのセンスアンプ回路35は、図7に示すように構成される。
[4.1. Configuration of Sense Amplifier 14]
First, the configuration of the
図7に示すように、センスアンプ回路35は、電流供給回路40,40’と、ソース接地アンプ41,41’と、基準電圧生成回路42と、差動アンプ43とを有している。
As shown in FIG. 7, the
電流供給回路40,40’は、ラッチ回路33aに保持されたデータに応じた信号を出力するドライバ回路34aに対して、転送バス20A,20Bを介して電流を供給する。これにより、ソース接地アンプ41,41’の入力に、ラッチ回路33aに保持されたデータに応じた電圧が、ドライバ回路34a及び転送バス20A,20Bを介して入力される。
The
ソース接地アンプ41,41’は、入力される電圧と基準電圧生成回路42により生成された基準電圧VREFとを比較し、比較結果に応じた出力電圧OUT1,OUT2を出力する。差動アンプ43は、ソース接地アンプ41,41’の出力電圧OUT1,OUT2を入力して、出力電圧OUT1,OUT2に応じた電圧を出力する。差動アンプ43の出力がセンスアンプ回路35の出力電圧SAOUTとなる。
The common-
電流供給回路40は、転送バス20Aの水平転送線20aを介してドライバ回路34aへ電流を供給する回路である。この電流供給回路40には、複数の電流供給部40a,40b,40cが設けられており、少なくともこれらの電流供給部の一つから転送バス20Aへ電流を供給することができる。電流供給部40a,40b,40cは、列走査部19から出力される制御信号Ga,Gb,Gcに基づき、電流の供給と停止が制御される。
The
電流供給部40a,40b,40cは、駆動用のトランジスタTr11,Tr21,Tr31により電流を水平転送線20aへ供給する。電流供給部40b,40cの構成は、電流供給部40aの構成と同様であるため、以下においては、電流供給部40aの構成について具体的に説明する。
The
電流供給部40aは、駆動用のトランジスタTr11に加え、トランジスタTr12,〜Tr14及びインバータ回路INV2を備えており、列走査部19から出力される制御信号Gaに基づき、トランジスタTr11を制御する。トランジスタTr13,Tr14は、ソース接地アンプ41の出力電圧OUT1に接続されており、トランジスタTr11は、フィードバック用のトランジスタとしても用いられる。すなわち、トランジスタTr11からの電流供給に応じて変化する水平転送線20aの電位に基づいてソース接地アンプ41の出力電圧OUT1が変化するが、このソース接地アンプ41の出力電圧OUT1に応じてトランジスタTr11が水平転送線20aに供給する電流値が変わる。
The
なお、電流供給部40aの具体的な構成は、次の通りである。すなわち、図7に示すように、トランジスタTr11のソースは電圧VDDの電源に接続され、ドレインは水平転送線20aに接続されている。トランジスタTr12のソースは電圧VDDの電源に接続され、ドレインはトランジスタTr11のゲートに接続されている。トランジスタTr13のソースはトランジスタTr11のゲートとトランジスタTr14のドレインに接続され、ドレインはトランジスタTr14のソースに接続されている。そして、制御信号GaがトランジスタTr12,Tr13のゲートに入力され、制御信号Ga’がトランジスタTr14のゲートに入力されて、トランジスタTr11のオンとオフが制御される。トランジスタTr13のドレイン及びトランジスタTr14のソースは共にソース接地アンプ41の出力ノードに接続されており、トランジスタTr11にフィードバック機能を持たせている。なお、トランジスタTr11,Tr12,Tr14はPMOSトランジスタであり、トランジスタTr13はNMOSトランジスタである。なお、図7に示すように、電流供給回路40’の構成は、電流供給回路40の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The specific configuration of the
ソース接地アンプ41は、トランジスタTr41〜Tr44から構成される。ソース接地アンプ41は、トランジスタTr42,Tr44にそれぞれ入力される電流供給回路40の出力電圧と基準電圧生成回路42により生成された基準電圧VREFとを比較し、比較結果に応じた出力電圧OUT1を出力する。PMOSトランジスタTr41とNMOSトランジスタTr42とはカスコード接続され、電圧VDDの電源とグランド間に接続されている。同様に、PMOSトランジスタTr43とNMOSトランジスタTr44とはカスコード接続され、電圧VDDの電源とグランド間に接続されている。そして、PMOSトランジスタTr41のゲート及びソースにPMOSトランジスタTr43のゲートが接続されてカレントミラー回路が構成されている。なお、ソース接地アンプ41’の構成は、ソース接地アンプ41の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The
基準電圧生成回路42は、電圧VDDの電源とグランド間に、直列に接続された電流源IAとダイオード接続されたトランジスタTr60とにより構成され、基準電圧VREFを生成する。
The reference
差動アンプ43は、トランジスタTr51〜Tr54から構成され、ソース接地アンプ41,41’の出力電圧OUT1,OUT2をトランジスタTr53,Tr51のゲートに入力して、トランジスタTr53のドレインから出力電圧OUT1,OUT2に応じた電圧を出力する。なお、PMOSトランジスタTr51とNMOSトランジスタTr52とはカスコード接続され、電圧VDDの電源とグランド間に接続される。同様に、PMOSトランジスタTr53とNMOSトランジスタTr54とはカスコード接続され、電源VDDの電源とグランド間に接続されている。そして、NMOSトランジスタTr52のゲート及びソースにNMOSトランジスタTr54のゲートが接続されてカレントミラー回路が構成されている。
The
転送バス20A,20Bの水平転送線20a,20bには、ダイオード接続されたNMOSトランジスタTr35,Tr35’が接続されている。一方、ドライバ回路34aは、ラッチ回路33aに保持されたデータに応じて、2つの水平転送線20a,20bのいずれか一方がトランジスタを介してグランドに接続され、他方は接続されずに開放状態となる。ドライバ回路34aによって、水平転送線20aがトランジスタを介してグランドに接続されずに開放状態にされたときには、電流供給回路40からNMOSトランジスタTr35に電流が供給され、NMOSトランジスタTr35がダイオードとして機能する。そのため、NMOSトランジスタTr35のソース−ドレイン間に電圧が生じて、水平転送線20aが所定の電圧となり、ソース接地アンプ41の出力電圧OUT1は高電位となる。一方、ドライバ回路34aによって、水平転送線20bがグランドに接続されずに開放状態にされたときには、同様の理由で、NMOSトランジスタTr35’がダイオードとして機能し、水平転送線20bが所定の電圧となり、ソース接地アンプ41’の出力電圧OUT2は高電位となる。
Diode-connected NMOS transistors Tr35 and Tr35 'are connected to the
以上のように、本実施形態に係る固体撮像素子2では、各電流供給回路40,40’は、複数の電流供給部を有している。そして、列走査部19がこれらの電流供給部を制御することにより、センスアンプ回路35の増幅率を少なくとも2段階に切替えて、配線遅延による影響をさらに低減している。
As described above, in the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment, each
[4.2.センスアンプ部14の動作]
以下、センスアンプ部14を構成する各センスアンプ回路35の増幅率の切り替えについて、図8を参照して具体的に説明する。
[4.2. Operation of Sense Amplifier 14]
Hereinafter, switching of the amplification factor of each
電流供給回路40,40’に設けられた複数の電流供給部40a〜40c,40a’〜40c’は、それぞれ同じ電流供給能力を有しており、列走査部19により図8に示すように制御される。
The plurality of
列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34の選択を転送距離が長いドライバ部34から転送距離が短いドライバ部34にかけて順に行う場合、次のように、電流供給回路40,40’を制御して、電流供給回路40,40’の電流供給量を3段階で切り替える。なお、ここでは、選択信号HSEL1〜HSEL(n/3−1)が入力されるドライバ部34が転送距離が長いドライバ部34(以下、「遠端のドライバ部34」とする。)となる。また、選択信号HSEL(n/3)〜HSEL(2n/3−1)が入力されるドライバ部34が転送距離が中間のドライバ部34(以下、「中端のドライバ部34」とする。)となる。また、選択信号HSEL(2n/3)〜HSELnが入力されるドライバ部34が転送距離が短いドライバ部34(以下、「近端のドライバ部34」とする。)となる。なお、ここでは、便宜上、nを3の倍数としている。
When the
この場合、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として近端のドライバ部34を選択するときには、制御信号Gaにより、電流供給部40a,40a’から電流供給を行わせる。このとき、電流供給部40a,40a’の電流供給能力に応じて、電流供給回路40,40’から転送バス20A,20Bを介して近端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができる。
In this case, when the
また、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として中端のドライバ部34を選択するときには、制御信号Ga,Gbにより、電流供給部40a,40b,40a’,40b’から電流供給を行わせる。近端のドライバ部34の場合に比べ、転送バス20A,20Bの配線抵抗が大きくなるため、電流供給部40a,40a’からの電流供給だけあれば、中端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができない。しかし、電流供給部40b,40b’からも電流供給が行われるため、中端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができる。
Further, when the
また、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として遠端のドライバ部34を選択するときには、制御信号Ga,Gb,Gcにより、電流供給部40a〜40c,40a’〜40c’から電流供給を行わせる。中端のドライバ部34の場合に比べ、転送バス20A,20Bの配線抵抗が大きくなるため、電流供給部40a,40b,40a’ ,40b’からの電流供給だけあれば、遠端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができない。しかし、電流供給部40c,40c’からも電流供給が行われるため、遠端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができる。
Further, when the
このように、センスアンプ部14から近端のドライバ部34から遠端のドライバ部34に転送バス20A,20Bを介して供給される電流の電流値を一定範囲内にすることができるため、ドライバ部34同士のデータの伝播遅延差を抑えることができる。
Thus, the current value of the current supplied from the
図8に示す例では、電流供給部40a〜40c,40a’〜40c’は、それぞれ同じ電流供給能力を有するものとして説明したが、電流供給部40a〜40c,40a’〜40c’をそれぞれ異なる電流供給能力とすることもできる。
In the example illustrated in FIG. 8, the
電流供給部40cの電流供給能力は、電流供給部40a,40bの電流供給能力よりも高く、電流供給部40bの電流供給能力は、電流供給部40aの電流供給能力よりも高くする。例えば、電流供給部40bの電流供給能力を、電流供給部40aの電流供給能力の2倍とし、電流供給部40cの電流供給能力を、電流供給部40aの電流供給能力の3倍とする。
The current supply capability of the
この場合、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として近端のドライバ部34を選択するときには、制御信号Gaにより、電流供給部40a,40a’から電流供給を行わせる。このとき、電流供給部40a,40a’の電流供給能力に応じて、電流供給回路40,40’から転送バス20A,20Bを介して近端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができる。
In this case, when the
また、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として中端のドライバ部34を選択するときには、制御信号Gbにより、電流供給部40b,40b’から電流供給を行わせる。近端のドライバ部34の場合に比べ、転送バス20A,20Bの配線抵抗が大きくなるため、電流供給部40b,40b’から電流供給部40a,40a’の2倍の電流供給を行う。これにより、中端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができる。
Further, when the
また、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として遠端のドライバ部34を選択するときには、制御信号Gcにより、電流供給部40c,40c’から電流供給を行わせる。中端のドライバ部34の場合に比べ、転送バス20A,20Bの配線抵抗が大きくなるため、電流供給部40c,40c’から電流供給部40a,40a’の3倍の電流供給を行う。これにより、遠端のドライバ部34に供給される電流の電流値を一定範囲内に維持することができる。
When the
なお、電流供給部40a〜40c,40a’〜40c’の電流供給能力は、駆動用のトランジスタTr11,Tr21,Tr31のトランジスタサイズにより変更することができる。例えば、電流供給部40a,40b,40cの順で電流供給能力を小さくする場合、トランジスタTr31のトランジスタサイズは、トランジスタTr21のトランジスタサイズよりも大きく、トランジスタTr21のトランジスタサイズは、トランジスタTr11のトランジスタサイズよりも大きくしている。
The current supply capability of the
また、例えば、列走査部19は、信号を出力させるドライバ部34として遠端のドライバ部34を選択するときには、選択信号HSEL1〜HSEL(n/3−1)をアクティブ(Highレベル)にするときだけ、制御信号Gcをアクティブ(Highレベル)にすることもできる。このようにすることで、消費電流を抑えることができる。また、列走査部19は、任意の選択信号HSEL1〜HSELnをアクティブにするときだけ、必要な制御信号Ga、Gb,Gcをアクティブにすることもできる。このようにすることで、さらに消費電流を抑えることができる。
For example, when the
なお、上述では、列走査部19において、選択信号HSEL1〜HSELnに対応させて制御信号Ga、Gb,Gcを制御するようにしたが、転送距離を検知して制御信号Ga、Gb,Gcを制御することもできる。また、上述では、電流供給回路40,40’に、それぞれ3つの電流供給部を設けることとしたが、コストや精度などを考慮して、任意に増減することが可能である。
In the above description, the
以上のように、本実施形態に係る固体撮像素子2では、各電流供給回路40,40’は、複数の電流供給部を有しており、列走査部19がこれらの電流供給部を制御して、センスアンプ回路35の増幅率を切替えて、配線遅延による影響を低減する。そのため、垂直方向のサイズを抑えることができ、しかも、孤立パターンの転送も転送距離に関わらず可能になる。また、転送距離に応じて、電流供給部を切り替えるので、回路の位相余裕も取りやすくなり、回路の設計が容易である。
As described above, in the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment, each
[5.その他の実施形態]
上述した係る固体撮像素子2では、遅延回路50によって、列走査部19を構成する複数のフリップフロップ60−1〜60−nのうち転送距離が短いドライバ部34に対応するシフトレジスタほど入力する選択信号HSELを遅延させているが、図10に示すように、フリップフロップ60−1〜60−nからの出力を遅延回路53−1〜53−nを介してドライバ部34へ接続するようにしてもよい。この場合も同様に、転送距離が短いドライバ部34に対応する選択信号HSELxほど遅延させる。
[5. Other Embodiments]
In the solid-state imaging device 2 described above, the
すなわち、列走査部19において、ラッチ部33毎に、ラッチ部33に保持された画素データに応じた信号をドライバ部34から転送バス20A、20Bへ出力させる選択信号HSEL1〜HSELnを遅延させる遅延回路53−1〜53−nを設ける。そして、遅延回路により転送距離が短いドライバ部に対する選択信号HSELxほど遅延時間を長くする。このように構成することで、転送距離が長いドライバ部34ほど動作するタイミングが早く、転送距離が短いドライバ部34ほど動作するタイミングを遅くなる。そのため、配線遅延が相殺され、転送バス20A,20Bで生じる伝播遅延のばらつきを低減することができる。
That is, in the
遅延回路53−1〜53−nは、列走査部19の制御などにより遅延量を調整することができる可変遅延回路を用いることで、汎用性を向上させることができる。なお、図11中、符号52は遅延回路であり、列走査部19からの制御により遅延量を変更することができる。
The delay circuits 53-1 to 53-n can improve versatility by using a variable delay circuit that can adjust a delay amount by controlling the
また、固体撮像素子2は、複数の走査モードで複数のドライバ部34を制御可能とすることができる。例えば、図11に示すように列走査部19’を構成することにより、第1走査モードと、第2走査モードで複数のドライバ部34を制御することができる。第1走査モードは、選択信号HSELxを、転送距離が短いドライバ部から転送距離が長いドライバ部にかけて順次出力する。第2走査モードは、選択信号HSELxを、転送距離が長いドライバ部34から転送距離が短いドライバ部34にかけて順次出力する。
Further, the solid-state imaging device 2 can control the plurality of
図11においては、列走査部19’は、複数のフリップフロップ60−1〜60―nから構成されるシフトレジスタに加え、さらに、複数のフリップフロップ61−1〜61―nから構成されるシフトレジスタを備えている。そして、これらのシフトレジスタのうち、いずれのシフトレジスタからの出力を選択信号HSEL1〜HSELnとして用いるかを決定するスイッチSW1〜SWnが設けられる。列走査部19は、このスイッチSW1〜SWnを制御することで、第1走査モードと第2走査モードとを切替える。このスイッチSW1〜SWnは、内部のレジスタの値に基づいて、切り替えられる。内部のレジスタは、外部からの制御信号によりその値を変更可能である。
In FIG. 11, the
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 Although some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, these are exemplifications, and the present invention is implemented in other forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. Is possible.
1 撮像機器
2 固体撮像素子
3 信号処理回路
11 画素アレイ部
12 ADC群
14 センスアンプ部
15 データ取り込み部
16 出力データ処理部
18 行走査部
19 列走査部
20a,20b 水平転送線
20A,20B 転送バス
30 比較器
31 カウンタラッチ
32 カウンタ部
32a カウンタ回路
33 ラッチ部
33a ラッチ回路
34 ドライバ部
34a ドライバ回路
35 センスアンプ回路
40,40’ 電流供給回路
40a〜40c,40a’〜40c’ 電流供給部
50〜52,53−1〜53−n 遅延回路
60−1〜60−n,61−1〜61−n フリップフロップ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記画素アレイ部を構成する画素列毎に設けられ、前記画素の画素値をデジタルの画素データに変換して当該画素データを保持する複数のラッチ部と、
前記ラッチ部毎に設けられ、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力する複数のドライバ部と、
前記複数のドライバ部を制御して、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力させる列走査部と、
前記転送バスに出力された信号を増幅するセンスアンプ部と、
前記センスアンプ部により増幅された信号を所定のクロックに同期して順に取り込むデータ取り込み部と、を備え、
前記複数のドライバ部のうち前記センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、前記転送バスへの信号のドライブ能力を低くした固体撮像素子。 A pixel array unit in which pixels are arranged in a matrix;
A plurality of latch units that are provided for each pixel column constituting the pixel array unit, convert pixel values of the pixels into digital pixel data, and hold the pixel data;
A plurality of driver units that are provided for each of the latch units and that output signals corresponding to the pixel data held in the latch units to a transfer bus;
A column scanning unit that controls the plurality of driver units to output a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit to a transfer bus;
A sense amplifier for amplifying the signal output to the transfer bus;
A data capturing unit that sequentially captures the signal amplified by the sense amplifier unit in synchronization with a predetermined clock; and
A solid-state imaging device in which a driver unit having a shorter transfer distance to the sense amplifier unit among the plurality of driver units has a lower drive capability of a signal to the transfer bus.
前記複数のドライバ部のうち前記センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、前記駆動用のトランジスタのトランジスタサイズを小さくした請求項1に記載の固体撮像素子。 Each of the driver units has a driving transistor whose output is connected to the transfer bus,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a driver unit having a shorter transfer distance to the sense amplifier unit among the plurality of driver units has a smaller transistor size of the driving transistor.
請求項1又は2に記載の固体撮像素子。 The sense amplifier unit has switching means for switching the amplification factor in at least two stages, and the amplification factor when the signal from the driver unit with a long transfer distance is amplified is the signal from the driver unit with a short transfer distance. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is larger than an amplification factor at the time of amplification.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The column scanning unit includes, for each latch unit, a delay circuit that delays a selection signal for outputting a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit from the driver unit to the transfer bus. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a delay time is increased for a selection signal for a driver unit having a short transfer distance by a circuit.
前記複数の走査モードは、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を前記ドライバ部から前記転送バスへ出力させるための選択信号を、転送距離が短いドライバ部から転送距離が長いドライバ部にかけて順次出力する第1走査モードと、前記選択信号を転送距離が長いドライバ部から転送距離が短いドライバ部にかけて順次出力する第2走査モードとを含む
請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The column scanning unit can control the plurality of driver units in a plurality of scanning modes,
In the plurality of scanning modes, a selection signal for outputting a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit from the driver unit to the transfer bus is transmitted from a driver unit having a short transfer distance to a driver unit having a long transfer distance. 5. A first scanning mode for sequentially outputting the first and second scanning modes, and a second scanning mode for sequentially outputting the selection signal from a driver unit having a long transfer distance to a driver unit having a short transfer distance. Solid-state image sensor.
前記固体撮像素子は、
画素がマトリクス状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を構成する画素列毎に設けられ、前記画素の画素値をデジタルの画素データに変換して当該画素データを保持する複数のラッチ部と、
前記ラッチ部毎に設けられ、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力する複数のドライバ部と、
前記複数のドライバ部を制御して、前記ラッチ部に保持された画素データに応じた信号を、転送バスへ出力させる列走査部と、
前記転送バスに出力された信号を増幅するセンスアンプ部と、
前記センスアンプ部により増幅された信号を所定のクロックに同期して順に取り込むデータ取り込み部と、を備え、
前記複数のドライバ部のうち前記センスアンプ部までの転送距離が短いドライバ部ほど、前記転送バスへの信号のドライブ能力を低くした撮像機器。 Equipped with a solid-state image sensor,
The solid-state imaging device is
A pixel array unit in which pixels are arranged in a matrix;
A plurality of latch units that are provided for each pixel column constituting the pixel array unit, convert pixel values of the pixels into digital pixel data, and hold the pixel data;
A plurality of driver units that are provided for each of the latch units and that output signals corresponding to the pixel data held in the latch units to a transfer bus;
A column scanning unit that controls the plurality of driver units to output a signal corresponding to the pixel data held in the latch unit to a transfer bus;
A sense amplifier for amplifying the signal output to the transfer bus;
A data capturing unit that sequentially captures the signal amplified by the sense amplifier unit in synchronization with a predetermined clock; and
An imaging device in which a driver unit having a shorter transfer distance to the sense amplifier unit among the plurality of driver units has a lower drive capability of a signal to the transfer bus.
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
JP2014017771A (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Canon Inc | Photoelectric conversion device and imaging system |
WO2015111368A1 (en) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state imaging device |
US10110212B2 (en) | 2016-02-23 | 2018-10-23 | Sony Corporation | Electronic circuit, solid state image capturing apparatus and method of controlling electronic circuit |
WO2019107112A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state image pickup device |
-
2010
- 2010-02-17 JP JP2010032163A patent/JP2011171889A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014017771A (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Canon Inc | Photoelectric conversion device and imaging system |
WO2015111368A1 (en) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state imaging device |
JPWO2015111368A1 (en) * | 2014-01-22 | 2017-03-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state imaging device |
US9876977B2 (en) | 2014-01-22 | 2018-01-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solid-state imaging device |
US10110212B2 (en) | 2016-02-23 | 2018-10-23 | Sony Corporation | Electronic circuit, solid state image capturing apparatus and method of controlling electronic circuit |
WO2019107112A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state image pickup device |
CN111434107A (en) * | 2017-11-29 | 2020-07-17 | 松下半导体解决方案株式会社 | Solid-state imaging device |
JPWO2019107112A1 (en) * | 2017-11-29 | 2020-12-17 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | Solid-state image sensor |
CN111434107B (en) * | 2017-11-29 | 2023-02-07 | 新唐科技日本株式会社 | Solid-state imaging device |
JP7277379B2 (en) | 2017-11-29 | 2023-05-18 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | Solid-state imaging device |
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