JP2013034246A - データ転送回路、固体撮像素子、およびカメラシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基本的に、列走査回路13は、クロック供給回路21から供給されるマスタクロックMCKを所定の配線を通してシフトレジスタ131を構成するラッチ131−0〜131−nに、たとえば最遠端側のラッチ131−0から順番に供給し、データ出力回路17−0〜17−nは、マスタクロックMCKを基準とするクロックが位相調整された取り込みクロックSACKによりセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力データを取り込む。
【選択図】図8
Description
これは、CCD画素の製造に専用プロセスを必要とし、また、その動作には複数の電源電圧が必要であり、さらに複数の周辺ICを組み合わせて動作させる必要があるため、システムが非常に複雑化するといった処々の問題を、CMOSイメージセンサが克服しているからである。
これに対して、CMOSイメージセンサは各画素毎にFDアンプを持ち合わせており、その出力は、画素アレイの中のある一行を選択し、それら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。
これは、画素内に配置されたFDアンプでは十分な駆動能力を得ることは難しく、したがってデータレートを下げることが必要で、並列処理が有利とされているからである。
また、固体撮像素子1においては、画素アレイ部2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回路5、行アドレスや行走査を制御する行走査回路3、そして列アドレスや列走査を制御する列走査回路4が配置される。
ADC群6は、nビットデジタル信号変換機能を有し、各列線V0、V1…毎に配置され、列並列ADCブロック6−3が構成される。
各メモリ装置62の出力は、2nビット幅の水平転送線6−4に接続されている。
そして、それぞれの水平転送線6−4に対応した2n個のセンス回路、データ出力回路9および出力回路が配置される。
ランプ波形RAMPの階段波入力と並行して、カウンタ8で1回目のカウントがなされる。
ここで、RAMPとVxの電圧が等しくなったとき比較器6−1の出力は反転し、同時にメモリ装置6−2に比較期間に応じたカウントが保持される。この1回目の読み出し時は、単位画素2−1のリセット成分ΔVを読み出しており、リセット成分ΔV内には、単位画素2−1毎にばらつく雑音がオフセットとして含まれている。
しかし、このリセット成分ΔVのばらつきは一般に小さく、またリセットレベルは全画素共通なため、任意の列線Vxの出力はおおよそ既知である。
したがって、1回目のリセット成分ΔV読み出し時には、ランプ波形(RAMP)電圧を調整することにより比較期間を短くすることが可能である。この例では7ビット分のカウント期間(128クロック)でΔVの比較を行っている。
すなわち、任意の行Hxの単位画素2−1から列線V0、V1…への2回目の読み出しが安定した後、DAC7により比較器6−1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を入力し、任意の列線Vxの電圧との比較を比較器6−1にて行う。
ランプ波形RAMPの階段波入力と並行して、カウンタ8で2回目のカウントがなされる。
ここで、RAMPとVxの電圧が等しくなったとき比較器6−1の出力は反転し、同時にメモリ装置6−2内に比較期間に応じたカウントが保持される。
この時、1回目のカウントと2回目のカウントとでは、メモリ装置6−2内の異なった場所に保持される。
以上のAD変換期間終了後、列走査回路4により、メモリ装置6−2に保持された1回目と2回目のそれぞれnビットのデジタル信号が2n本の水平転送線6−4を経て、データ出力回路9で検出され、順次減算回路で、(2回目の信号)−(1回目の信号)がなされた後、外部に出力され、その後、順次行毎に同様の動作が繰り返され、2次元画像が生成される。
この場合、データ出力回路は近い箇所からのデータと遠い箇所からのデータを常に同じタイミングでラッチする必要がある。
しかし、ポイントが非常に広範囲にわたる場合、配線遅延が大きすぎると同じタイミングでのラッチが困難となる。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い。
各選択信号生成部においては、供給される駆動クロックに同期して選択信号が生成され、対応する保持部に出力される。
これにより、保持部から対応する転送線にデータが出力され、データ出力部に転送される。データ出力部においては、マスタクロックまたはマスタクロックを基準とする駆動クロックが、取り込みクロックとして供給され、この取り込みクロックに同期してデータの取り込みが行われる。
さらに、駆動クロックの供給線と取り込みクロックの供給線の有する配線負荷を同程度になるように構成されている。
よって、データ出力部におけるデータの取り込みを的確かつ高精度に行うことができる。
また、固体撮像素子10においては、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回路14、行アドレスや行走査を制御する行走査回路12、そして列アドレスや列走査を制御する列走査回路13が配置される。
各カウンタラッチ152の出力は、データ転送線154に接続されている。このデータ転送線154には、データ出力回路17のセンスアンプ回路の入力が接続されている。
このとき、カウンタラッチ152の初期値は、AD変換の階調の任意の値、たとえば、0とする。このリセットカウント期間は、単位画素111のリセット成分ΔVを読み出している。
カウンタラッチ152は、その後、アップカウント状態にし、入射光量に対応したデータカウントを行い、対応する比較器151の出力COMPOUTiが反転すると、比較期間に応じたカウント値を保持する。
カウンタラッチ152に保持されたカウンタ値は、列走査回路13により走査され、デジタル信号として、データ転送線154を経てセンスアンプ回路171に入力される。
データ転送時は、列走査回路13によって、選択線SEL0〜SELnを通して特定の列が順次選択される。
列走査回路13は、スタートパルスにより、スタート位置が選ばれ、シフトレジスタ等で構成されることにより、順次選択される。
選択された列のドライブトランジスタTrの情報(1or0)の情報は、データ転送線154に読み出され、データ出力回路17のセンスアンプ回路171によって検出され、出力データ処理回路20に出力される。
ドライブトランジスタDRVTrは、図5に示すように、所定電位(たとえば接地電位)とデータ転送線154との間に直列に接続された、たとえばnチャネルMOS(NMOS)からなるセレクトトランジスタNT1と、NMOSからなるデータトランジスタNT2により構成されている。そして、セレクトトランジスタNT1のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続され、データトランジスタNT2のゲートがラッチLTCの出力に接続されている。
ラッチデータが1のときは、電流パスができ、電流が流れる。また、ラッチデータが0のときは電流パスが遮断され電流が流れない。
そして、本実施形態においては、センスアンプ回路171から見て、駆動クロックCLKの遅延とデータ転送線(データバス)154上のデータの遅延をキャンセルすることが可能に構成されている。
以下、この駆動クロックCLKの遅延とデータの遅延をキャンセル可能なデータ転送系の構成について複数の例を挙げて説明する。
図6は、本実施形態に係るデータ転送系の第1の構成例を示す図である。
さらに、マスタクロック供給線LMCK1にバッファ132を介して駆動クロックCLKの駆動クロック供給線(配線)LCLK1が接続され、この駆動クロック供給線LCLK1がラッチ131−0〜131−nの配列方向に配線されている。
そして、駆動クロック供給線LCLK1の各ラッチ131−1〜131−nのクロック入力端の近傍から、列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に、駆動クロック分配線LCLK2−0〜LCLK2−nが配線されている。
また、マスタクロック供給線1に並行して、スタートパルスSTRTのスタートクロック供給線LSTRTが列走査回路13のデータ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)の最近端から最遠端まで配線され、さらに列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に配線されて、その端部がラッチ131−0のデータ入力端に接続されている。
したがって、図6のデータ転送系30におけるデータ出力回路17−0〜17−nのデータ同期回路172−0〜172−nは位相調整部22を介した取り込みクロックSACKに同期してセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力をラッチする。
位相調整部22は、マスタクロックMCKの列走査回路13内における伝搬遅延、駆動クロックCLKによる選択線SEL0〜SELnの駆動に伴うカウンタラッチ152−0〜152−nからのデータ転送線154−0〜154−nへの読み出し転送処理を考慮して、的確なデータ取り込みが行えるように、マスタクロックMCKの位相を調整する(遅延調整する)。
同様に、マスタクロック供給線LMCK1と、このマスタクロック供給線LMCK1と並行して配線された駆動クロック供給線LCLK1との間、およびマスタクロックMCKの位相調整部22の出力側にかけて、所定の固定電位、たとえば接地電位に固定され、互いのクロック供給線間の干渉等の影響を抑止するシールド線LSLD2が配線されている。
図6のデータ転送系30においては、図7に示すように、まず、列(水平)走査を行うシフトレジスタ131は、クロック供給回路21により供給されるマスタクロックMCKに応じた駆動クロックCLKに同期して動作し、多少の遅れをもって選択線SEL0,SEL1,・・・,SELnによりカウンタラッチ(データ記憶部)152が順に選択されていく。
カウンタラッチ152が選択されると、データ転送線154−0〜154−n上にデータが転送され、データ出力回路17−0〜17−nのセンスアンプ回路171−0〜171−nによって、増幅され、AMPOUT[n:0]として読み出される。
この読み出し信号AMPOUT[n:0]は、最終的にはマスタクロックMCKを位相調整部22で位相調整された(遅延された)取り込みクロックSACKにより同期化し、データ同期回路172−0〜172−nに取り込まれ、出力データ処理回路20へと送られる。
その理由として、単に高速だからというだけでなく、データがかなり大きなスキュー(Skew)成分を持つということが上げられる。
1つ目が、各出力アンプ毎、あるいは各データ記憶部のMOSTr毎の、いわゆる製造ばらつきに起因する転送遅延のばらつき成分である。
2つ目が、水平信号線上に流れるデータのパターンが、1・0・1・0・1・0・・・のように動的なパターンか、0・0・0・1・0・0・・・のように、孤立パターンを持ったものか、といった、データのパターンに起因する転送遅延のばらつき成分である。
3つ目が、基板ノイズやクロックノイズなど、ノイズに起因したもので、大きなノイズであれば、1度確定したデータがひっくり返るような症状まで引き起こすが、そこまで行かないにしても、遷移途中のデータにノイズが重複すると、出力アンプの閾値付近でチャタリングのような現象を起こし、データ確定までの時間を要することから、データのスキュー成分となりうる。
そして4つ目に、データがデータ出力回路17のセンスアンプ回路171から見て遠端(図では左端)からやって来るのか、近端(図では右端)からやってくるのか、といった、物理的な距離に起因する転送遅延のばらつき成分である。
この転送距離の違いというスキュー成分は、イメージセンサの構造上に必然的に存在するものであり、また近年、多画素、高速化だけでなく、1眼レフカメラ市場の拡大にともない、イメージセンサの大型化もかなり進んでおり、転送距離によるスキュー対策はイメージセンサの列(水平)走査高速化において重要である。
図8は、本実施形態に係るデータ転送系の第2の構成例を示す図である。
そして、駆動クロック供給線LCLK1の各ラッチ131−1〜131−nのクロック入力端の近傍から、列線の配線方向(駆動クロック供給線の配線方向に直交する方向)に、駆動クロック分配線LCLK2−0〜LCLK2−nが配線されている。
したがって、図8のデータ転送系30Aにおいては、データ出力回路17−0〜17−nのデータ入力端(センスアンプ回路171の入力端)から最遠端側に位置するラッチ131−0からセンスアンプ回路171−0〜171−nの入力端から最近端側に位置するラッチ131−nに向かって順番に駆動クロックCLKが供給され、選択線SEL0を駆動する選択信号HSEL0〜HSELnが順番に出力される。
換言すると、図8のデータ転送系30Aにおいては、駆動クロックCLKと各カウンタラッチ152からセンスアンプ回路171−0〜171−nに読み出されるデータの向きが同一となるように配線され、センスアンプ回路171−0〜171−nから見て列走査回路13の駆動クロックCLKの配線容量と抵抗の時定数による遅延とデータ転送線(データバス)154−0〜154−n上のデータの配線容量と抵抗の時定数による遅延をキャンセルするように構成されている。
そして、好適には、駆動クロックCLKの遅延成分とカラムカウンタ(カウンタラッチ)からセンスアンプ回路までの遅延成分の合計が、カラム位置に関わらず一定となるように構成される。これにより、データ出力回路17の駆動のためのタイミングマージンを充分にとることができるため、高速駆動、高速読み出しが可能となっている。
同様に、マスタクロック供給線LMCK1Aと、このマスタクロック供給線LMCK1Aと並行して配線された駆動クロック供給線LCLK1との間、駆動クロック供給線LCLK1の駆動クロック分配線LCLK2−0〜LCLK2−nの配線側、並びにマスタクロックMCKの位相調整部22の出力側にかけて、所定の固定電位、たとえば接地電位に固定され、互いのクロック供給線間の干渉等の影響を抑止するシールド線LSLD2A,LSLD3Aが配線されている。
また、図8におけるスタートクロック供給線LSTRTに対するシールド線LSLD1Aの配線側と対向する反対側(図8中の下方)には電源配線等が形成されることから、電源配線とスタートクロック供給線LSTRTとの間にシールド線LSLD4Aが配線されている。
なお、スタートクロック供給線LSTRTではなく、電源配線に近接してマスタクロック供給線LMCK1Aが配線されている場合には、このマスタクロック供給線LMCK1Aと電源配線との間にシールド線LSLD4Aが配線される。
すなわち、図8のデータ転送系30Aによれば、駆動クロックCLKの遅延成分と各カラムのカウンタラッチからセンスアンプ回路171−0〜171−nまでの遅延成分の合計が、カラム位置に関わらず一定となる。
このために、センスアンプ回路171−0〜171−nおよびデータ同期回路172−0〜172−nの駆動のためのタイミングマージンを充分にとることができるため、高速駆動、高速読み出しが可能になっている。
たとえば、データ出力回路17に隣接(近接)したカラムN1が選択された場合、データ出力回路17におけるクロックとデータのタイミング差Tdiff_nは次のようになる。
T1 ≒ T2
となるため、次の関係が得られる。
したがって、このときの後段回路の動作周波数Fは、次のようになる。
図10は、本実施形態に係るデータ転送系の第3の構成例を示す図である。図11は図10の回路をより具体的に示す図である。
このデータ転送系30Bが図6のデータ転送系30と異なる点は、カウンタラッチの各ビット(bit)に対応したデータ記憶部とは別に、固定のデータを書き込んだ擬似クロック記憶部24−0〜24−nを有し、1・0・1・0・・・・の連続データを撮像データと一緒に擬似クロック転送線25に読み出すように構成されている点にある。
データ転送系30Bにおいて、擬似クロック転送線25に読み出されたデータは、センスアンプ回路26、位相調整部27を経由して、AMPOUT[n:0]の取り込みタイミングに対して適切な位相へと設定し、そのままデータ同期回路172−0〜172−nの取り込みクロックSACKDとして用いられる。
このような構成にすることにより、データとクロックは常に同じだけの転送距離をもつため、転送距離に起因した転送遅延はデータもクロックも常に同様の値を持つことになる。
よって、先に説明した4つのスキュー成分のうち、4つ目の転送距離に起因するスキュー成分は的確にキャンセルされ、データ取り込みのマージンが拡大し、安定してデータを取り込めるようになる。
データ転送系30Bにおいて、図11に示すように、擬似クロック記憶部24−0〜24−nの構成は、カウンタラッチ152−0〜152−nの出力段であるドライブトランジスタDRVTrと同様の構成を有する。
すなわち、擬似クロック記憶部24−0〜24−nは、図11に示すように、所定電位(たとえば接地電位)と擬似クロック転送線25との間に直列に接続された、たとえばNMOSからなるセレクトトランジスタPNT1と、NMOSからなるデータトランジスタPNT2により構成されている。
セレクトトランジスタPNT1のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続されている。
そして、偶数の符号を付した(図11では奇数列の)擬似クロック記憶部24−0,24−2,・・・,24−n−1におけるデータトランジスタPNT2のゲートがインバータINV1を介して接地電位に接続されている。
これに対して、奇数の符号を付した(図11では偶数列の)擬似クロック記憶部24−1,24−3,・・・,24−nにおけるデータトランジスタPNT2のゲートが接地電位に直接接続されている。
また、データとクロックを同様の転送線上を転送するため、チップ間やウエハ間のプロセスばらつきの影響を相対的に吸収しやすい構成となり、歩留まりの向上を図ることができる。また、データ同期化の取り込みマージンを拡大することができるため、設計が容易となり、設計期間、工数の削減をも実現することができる。
図12は、本実施形態に係るデータ転送系の第4の構成例を示す図である。
基本構成はほとんど変わり無いが、差動なのでデータ転送線は各チャネル(ch)あたり2本ずつになり、カウンタラッチ152C−0〜152C−nも、擬似クロック記憶部24C−0〜24C−nも、それぞれデータ転送線154−0P,154−0M〜154−nP,154−nM、擬似クロック転送線25P,25Mに相補的なデータを流すようになっている。
そして、セレクトトランジスタNT1,NT3のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続され、データトランジスタNT2のゲートがラッチLTCの出力に接続され、データトランジスタNT4のゲートがインバータINV2を介してラッチLTCの出力に接続されている。
セレクトトランジスタPNT1,PNT3のゲートが列走査回路13により駆動される選択線SEL0〜SELnに接続されている。
そして、偶数の符号を付した(図11では奇数列の)擬似クロック記憶部24C−0,24C−2,・・・,24C−n−1におけるデータトランジスタPNT2のゲートがインバータINV1を介して接地電位に接続され、データトランジスタPTN4のゲートが接地電位に直接接続されている。
これに対して、奇数の符号を付した(図11では偶数列の)擬似クロック記憶部24C−1,24C−3,・・・,24C−nにおけるデータトランジスタPNT2のゲートが接地電位に直接接続され、データトランジスタPTN4のゲートがインバータINV3を介して接地電位に接続されている。
図13は、本実施形態に係るデータ転送系の第5の構成例を示す図である。
また、図14は、図13のデータ転送系のタイミングチャートを示す図である。
具体的には、センスアンプ回路171D−0〜171D−nの出力に第1ラッチ173−0〜173−nおよび第2ラッチ174−0〜174−nが並列に接続され、第1ラッチ173−0〜173−nは位相調整部27による取り込みクロックSACKを反転させてクロック入力端に入力し、第2ラッチ174−0〜174−nは取り込みクロックSACKをクロック入力端に直接入力する。
そして、第1ラッチ173−0〜173−nの出力は第1スイッチ175−0〜175−nを介してデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に接続され、第2ラッチ174−0〜174−nの出力は第2スイッチ176−0〜176−nを介してデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に接続される。
第1スイッチ175−0〜175−nは、取り込みクロックSACKが負入力に供給され、取り込みクロックSACKがローレベルのときに導通し、第1ラッチ173−0〜173−nのラッチデータをデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に供給する。
第2スイッチ176−0〜176−nは、取り込みクロックSACKが供給され、取り込みクロックSACKがハイレベルのときに導通し、第2ラッチ174−0〜174−nのラッチデータをデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に供給する。
このように、第1スイッチ175−0〜175−nと第2スイッチ176−0〜176−nは相補的にオン、オフし、その結果、第1ラッチ173−0〜173−nのラッチデータと第2ラッチ174−0〜174−nのラッチデータがデータ同期回路172D−0〜172D−nのデータ入力に相補的に(交互に)供給される。
このように構成した理由を以下に示す。
この場合、ツリー構造も意識しているため、クロックの配線遅延は大きくなる傾向にあり、マスタクロックMCKに対してシフトレジスタ131の各ラッチ131−0〜131−nの出力選択信号HSEL0,HSEL1,・・・,HSELnは、多少の遅れを持って出力されるおそれがある。
選択信号HSEL0,HSEL1,・・・,HSELnによって選択されたカウンタラッチ152−0〜152−n、および擬似クロック記憶部24−0〜24−nは、電流モードで格納データをデータ転送線154−0〜154−n(154−0P〜154−nP,154−0M〜154−nM)および擬似クロック転送線25(25P,25M)に転送するが、これら転送線の入力インピーダンスは0ではないので、電流モードの信号を流しても多少の電圧変動は発生する。
そのため、転送線の寄生容量、抵抗による時定数の充放電時間が必要となるが、出力アンプから見た場合、遠端の方が寄生抵抗の大きい分時定数は大きく、近端の方が時定数は小さく見える。したがって、充放電時間の違いから、遠端と近端のデータでは、転送遅延に差が発生する。
よって、これを用いてデータを取り込むには、立ち上がりエッジと立ち下りエッジ、両方を用いる必要がある。図13内には、そのための上述した取り込み回路177−0〜177−nの一例を紹介している。
取り込み回路177−0〜177−nは、クロックの立ち上がりエッジでデータを取り込み、クロックのハイレベルH期間はデータを保持する普通のラッチが2個、その出力を選択するスイッチが2つを有する。
次に、取り込みクロックSACKDが立ち下がる瞬間、反転クロックが供給される第1ラッチ173−0〜173−nによりデータが確保、保持され、その後ろのアナログスイッチも第1スイッチ175−0〜175−nが導通状態に、第2スイッチ176−0〜176−nが非導通状態に切り替わる。このため、今度は第1ラッチ173−0〜173−nのラッチデータがLAOUTとして出力されることになる。
取り込みクロックSACKDは、基本的にはどの場所のデータを選択したときでも、データと同じ転送遅延を持っているため、データと同位相で出力されてくる。このままでは、データのエッジが重なった不定期間でデータを取り込むことになってしまうおそれがあるため、位相調整部27によって、データラッチに適切なセットアップ時間およびホールド時間(setup/hold time)が得られるように、適切なところに位相調整される。
こうして確保したセンスアンプ回路171−0〜171−nの出力データAMPOUT[n:0]の取り込みクロックSACKDに対するセットアップ時間およびホールド時間は、図7に示した第1の構成例と比較して、遠端、近端によらず、いつも一定の値を確保できる。
ただし、取り込みクロックSACKDによって同期化を行ったために、逆にマスタクロックMCKを基準として見ると、4つ目の位置依存のスキュー成分だけが残った状態となるおそれがある。最終的にはマスタクロックMCKで動作する出力データ処理回路20にデータを渡す必要があるため、マスタクロックMCKに対してデータを同期させる必要がある。
位置依存によるスキュー成分を持ったままマスタクロックMCKに乗り換えることも可能ではあるが、図13においては、再度マスタクロックMCKから位相調整部28を用いて生成された再取り込みマスタクロックMCKDに対して乗り換えを行った後、最終的にマスタクロックMCKに乗り換える構成を例として挙げている。
構成としては、通常のフリップフロップF/Fで、データLATOU[n:0]をマスタクロックMCKDにより取り込み直しているだけだが、取り込みクロックSACKDの位相に合わせて、最も適切なタイミングになるように、再取り込みマスタクロックMCKDの位相を設定している。再取り込みマスタクロックMCKDはMCK基準なので位置依存成分は持たない。
図13の構成においては、4つのスキュー成分のうち、1つ目のばらつき起因、2つ目のパターン起因、3つ目のノイズ起因の3つの成分と、4つ目の位置依存の成分とを2つに分解して、それぞれ取り込みクロックSACKDと、再取り込みマスタクロックMCKDによって同期化することで取り除いているために、それぞれの取り込みのマージンを拡大できていると言うことができる。
しかし、列走査回路13内の伝播遅延が駆動クロック供給線LCLK1とデータ転送線154−0〜154−nの配線負荷を主な原因とするのに対して、位相調整部22(22A、27、28)が調整のためにマスタクロックMCKを遅延させ取り込みクロックSACKを生成するのはトランジスタの駆動能力によるものである。すなわち、これら2つの独立な遅延要因がばらついた場合でも的確にデータ取り込みを行うことができるようにするため、列走査回路13に大きなタイミングマージンが必要になる。
図15は、本実施形態に係る第6の構成例のデータ転送系30Eを示す図である。
第6の構成例のデータ転送系30Eは、図6に示した第1の構成例のデータ転送系を改良した構成となっており、異なる点は以下の2点である。
すなわち、データ出力回路17Eは、取り込みクロックSACKに同期してセンスアンプ回路171からの出力を取り込むデータ同期回路172Eと、データ同期回路172Eが取り込んだデータをマスタクロックMCKに同期して出力するデータ出力回路178とを有する。
これにより、データ同期回路172Eがデータを確実に取り込み(ラッチし)、データ出力回路178がマスタクロックMCKに同期してデータを出力することにより、出力データ処理回路20との位相関係を保証している。
この配線負荷を、図15では抵抗及びコンデンサの形で、駆動クロック供給線LCLK1の配線負荷をRCLK、取り込みクロック供給線LSACKの配線負荷をRSACKとして表現している。
すなわち、図15に示したデータ転送系の第6の構成例では、駆動クロック供給線LCLK1の配線負荷RCLKと同程度の配線負荷を取り込みクロック供給線LSACKに配線負荷RSACKとして有するように構成することにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素を等しくしている。これにより、駆動クロックCLKに同期したデータスキャンと取り込みクロックSACKに同期したデータ取り込み(ラッチ)との位相関係を確定させることができる。
ここで、本実施形態の第6の構成例においては、ゲート負荷GSACKと同様のゲート負荷を取り込みクロック供給線LSACK側にもGSACKとして有するように構成することにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素を等しくする。これにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKの遅延要素がより等しくなり、駆動クロックCLKに同期したデータスキャンと取り込みクロックSACKに同期したデータ取り込み(ラッチ)との位相関係をより確定させることができる。
次に、本実施形態に係るデータ転送系の第7の構成例について説明する。
図16は、本実施形態に係るデータ転送系の第7の構成例を示す図である。
図16における第7の構成例のデータ転送系30Fでは、取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷GSACKFが、上述した第6の構成例のデータ転送系30Eのゲート負荷GSACKと比較して減少している点において、第6の構成例のデータ転送系30Eと異なっている。
このゲート負荷GSACKFは、0からゲート負荷GCLK以下の範囲で自由に設定が可能であるように構成されている。
次に、本実施形態に係るデータ転送系の第8の構成例について説明する。
図17は、本実施形態に係る第8の構成例のデータ転送系30Gを示す図である。
図17における第8の構成例のデータ転送系30Gでは、取り込みクロック供給線LSACKが全くゲート負荷を有しないように構成する点において、上述した第6の構成例と異なっている。
図18における(A)はマスタクロックMCKの出力端の波形を、(B)はデータ出力回路17Eから最遠端のラッチ131−0に入力されるクロック供給端の波形を、(C)はデータ出力回路17Eから最近端のラッチ131−nに入力されるクロック供給端の波形を、(D)は取り込みクロックSACKのデータ同期回路172Eに入力されるクロック供給端の波形を、(E)はカウンタラッチ152−0が読み出しデータ転送線154が転送する読み出しデータを、(F)はカウンタラッチ152−nが読み出しデータ転送線154が転送する読み出しデータを、(G)はデータ同期回路172Eの出力データを、(H)はデータ出力回路178の出力データを、それぞれ示している。
図18に示すように、第8の構成例のデータ転送系30Gでは、データ同期回路172Eのタイミングの制御が確実になり、十分なタイミングマージンが確保できる。
次に、本実施形態に係るデータ転送系の第9の構成例について説明する。
図19は、本実施形態に係る第9の構成例のデータ転送系30Hを示す図である。
第9の構成例のデータ転送系30Hでは、図19に示すように、取り込みクロック供給線LSACKHが駆動クロック供給線LCLK1と比較して短く配線されている。
これにより、取り込みクロック供給線LSACKHの配線負荷RSACKHは、駆動クロック供給線LCLKの配線負荷RCLKよりも小さな値をとることになり、取り込みクロックSACKHは駆動クロックCLKよりも遅延が小さくなる。すなわち、駆動クロックCLKに同期したデータスキャンは、取り込みクロックSACKHに同期したデータ取り込みよりも確実に遅れ、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKHとの位相関係が確定する。このため、第9の構成例のデータ転送系30Hではタイミングマージンを十分に確保することが可能である。
すなわち、第9の構成例では、駆動クロック供給線LCLK1のゲート負荷を含む配線負荷RCLKを可変にする、或いは、取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷を含む配線負荷RSACKを可変にする、或いは、それらの両方を可変にして、それぞれの供給線の配線負荷を自由に設定できるようにすることにより、駆動クロックCLKと取り込みクロックSACKとの位相関係を確立し、データスキャンとデータ取り込みとを確実に行うことができるようになる。
なお、各供給線の配線負荷を可変とする方法としては、上述した第6〜第9の構成例においては、供給線の長さ(引き回し)を調節する、取り込みクロック供給線LSACKのゲート負荷GSACKを可変に構成する、等の方法を一例としてあげたが、本発明はこれには限定されず、他の方法でもよい。
このとき、カウンタラッチ152は、ダウンカウント状態に有り、リセットカウントを行う。基準電圧REFとVxの電圧が等しくなったとき、比較器151の出力COMPOUTiは反転し、ダウンカウント動作は停止し、カウントが保持される。
このとき、カウンタラッチ152の初期値は、AD変換の階調の任意の値、たとえば、0とする。このリセットカウント期間は、単位画素111のリセット成分ΔVを読み出している。
階段波であるランプ波形RAMPの入力と並行して、カウンタラッチ152にて、それぞれアップカウントがなされる。基準電圧REFと、Vxが等しくなったとき比較器151の出力COMPOUTiは反転し、比較期間に応じたカウントが保持される。
カウンタラッチ152に保持されたカウンタ値は、列走査回路13により走査され、デジタル信号として、データ転送線154を経てデータ出力回路17のセンスアンプ回路171に入力され、順次デジタル値を検知し、出力される。
また、データとクロックを同様の転送線上を転送するため、チップ間やウエハ間のプロセスばらつきの影響を相対的に吸収しやすい構成となり、歩留まりの向上を図ることができる。また、データ同期化の取り込みマージンを拡大することができるため、設計が容易となり、設計期間、工数の削減をも実現することができる。
たとえば図21に示すように、並列配置されたラッチ131−0〜131−nの略中央部から最遠端側および最近端側に分配し、かつ、最遠端側のラッチ131−0および最近端側のラッチ131−nの両側から中央部に向かって分配するように構成することも可能である。
信号処理回路44で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路44で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。
Claims (21)
- データを転送する複数の転送線と、
上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、
少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、
駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、
上記転送線と同一方向に配線された擬似転送線と、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、
マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
データ転送回路。 - 上記走査部は、
上記クロック供給線によりマスタクロックを上記データ出力部の入力側から最遠端側に伝搬し、当該最遠端に位置する上記選択信号生成部から上記データ出力部の入力側から最近端に位置する上記選択信号生成部に向かって順番に上記駆動クロックを供給する
請求項1記載のデータ転送回路。 - 上記走査部は、
上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記駆動クロックの遅延成分と、上記保持部から上記データ出力部の入力までの遅延成分の合計が、上記保持部の配置位置にかかわらず一定である
請求項2記載のデータ転送回路。 - 上記走査部は、
上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記取り込みクロック供給部は、
上記駆動クロック供給線を伝搬したクロックを上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項2記載のデータ転送回路。 - 上記走査部は、
マスタクロックを伝搬するマスタクロック供給線が上記駆動クロック供給線に並行するように形成されて、上記データ出力部の入力側から最遠端側で当該駆動クロック供給線に接続され、
少なくとも、上記マスタクロック供給線と上記駆動クロック供給線との間に、固定電位に接続されたシールド線が形成されている
請求項2から4のいずれか一に記載のデータ転送回路。 - 上記複数の擬似データ記憶部による上記擬似データは、データと同じ周波数を持ち、かつ1と0の繰り返しパターンである
請求項1記載のデータ転送回路。 - 上記データ出力部は、
上記取り込みクロックとなる擬似データレベル遷移の際の立ち下りエッジ、および立ち上がりエッジの両方に同期して相補的にデータを取り込む取り込み部を有する
請求項6記載のデータ転送回路。 - 上記データ出力部は、
上記取り込み部で取り込んだデータを、上記マスタクロックを基準とするクロックで再度取り込むデータ同期回路を有する
請求項7記載のデータ転送回路。 - 上記取り込みクロック供給部は、供給クロックの位相調整機能を有する
請求項1から8のいずれか一に記載のデータ転送回路。 - 上記取り込みクロック供給部は、
上記クロック供給線と同程度の配線負荷を有する取り込みクロック供給線を有し、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記取り込みクロック供給線を介して上記複数のデータ出力部に供給する
請求項2に記載のデータ転送回路。 - 上記駆動クロック供給線と、上記取り込みクロック供給線とのうちの少なくとも一方の配線負荷を可変である
請求項10に記載のデータ転送回路。 - 光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、
データを転送する複数の転送線と、
上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、
少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、
駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、
上記転送線と同一方向に配線された擬似転送線と、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、
マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
固体撮像素子。 - 上記走査部は、
上記クロック供給線によりマスタクロックを上記データ出力部の入力側から最遠端側に伝搬し、当該最遠端に位置する上記選択信号生成部から上記データ出力部の入力側から最近端に位置する上記選択信号生成部に向かって順番に上記駆動クロックを供給し、かつ、上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記取り込みクロック供給部は、
上記駆動クロック供給線を伝搬したクロックを上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項12記載の固体撮像素子。 - 上記転送線と同一方向に配線された擬似転送線と、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項12記載の固体撮像素子。 - 上記取り込みクロック供給部は、
上記クロック供給線と同程度の配線負荷を有する取り込みクロック供給線を有し、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記取り込みクロック供給線を介して上記複数のデータ出力部に供給する
請求項12に記載の固体撮像素子。 - 上記駆動クロック供給線と、上記取り込みクロック供給線とのうちの少なくとも一方の配線負荷を可変である
請求項15に記載の固体撮像素子。 - 固体撮像素子と、
上記撮像素子に被写体像を結像する光学系と、
上記撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を有し、
上記固体撮像素子は、
光電変換を行う複数の画素が行列状に配列された撮像部と、
データを転送する複数の転送線と、
上記転送線を転送されたデータを検出し、取り込みクロックに同期して検出データを取り込む複数のデータ出力部と、
入力レベルに対応したデータを保持し、選択信号に応答して上記データを対応する上記転送線に転送する、並列に配置された複数の保持部と、
上記取り込みクロックを上記複数のデータ出力部に供給する取り込みクロック供給部と、
少なくともマスタクロックを供給するクロック供給部と、
駆動クロックに同期して上記選択信号を生成し、上記保持部に出力する走査部と、
上記転送線と同一方向に配線された擬似転送線と、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記転送線は、
上記保持部の並列配置方向に配線され、当該方向に配置された対応する上記データ出力部に接続され、
上記走査部は、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、供給される駆動クロックに同期して上記選択信号を対応する保持部に出力する複数の選択信号生成部と、
マスタクロックを伝搬し、駆動クロックとして上記複数の選択信号生成部に供給するクロック供給線と、を含み、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
カメラシステム。 - 上記走査部は、
上記クロック供給線によりマスタクロックを上記データ出力部の入力側から最遠端側に伝搬し、当該最遠端に位置する上記選択信号生成部から上記データ出力部の入力側から最近端に位置する上記選択信号生成部に向かって順番に上記駆動クロックを供給し、かつ、上記駆動クロックを順番に伝搬する駆動クロック供給線が上記転送線と同方向に配線され、
上記取り込みクロック供給部は、
上記駆動クロック供給線を伝搬したクロックを上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項17記載のカメラシステム。 - 上記転送線と同一方向に配線された擬似転送線と、
上記保持部の並列配置に対応して配置され、上記マスタクロックに基づく上記駆動クロックに同期して生成された上記選択信号に応答して上記擬似データを対応する上記擬似転送線に転送する複数の擬似データ記憶部と、を有し、
上記取り込みクロック供給部は、
上記擬似データを、上記取り込みクロックとして上記複数のデータ出力部に供給する
請求項17記載のカメラシステム。 - 上記取り込みクロック供給部は、
上記クロック供給線と同程度の配線負荷を有する取り込みクロック供給線を有し、
上記マスタクロックまたはマスタクロックを基準とするクロックを、上記取り込みクロックとして上記取り込みクロック供給線を介して上記複数のデータ出力部に供給する
請求項17に記載のカメラシステム。 - 上記駆動クロック供給線と、上記取り込みクロック供給線とのうちの少なくとも一方の配線負荷を可変である
請求項20に記載のカメラシステム。
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