JP2013102381A - Ad converter circuit and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AD converter circuit and an imaging apparatus capable of improving the resolution of digital data obtained by AD conversion, without regard to the frequency of a count clock.SOLUTION: A latch unit 108 allows clock signals from a clock generator 18 to pass therethrough during comparison processing is performed by a comparator 109 and latches the clock signals with the timing of the completion of the comparison processing. A column count unit 103 counts the clock signals from the clock generator 18 and furthermore counts counting signals generated on the basis of the logical state of the clock signals latched by the latch unit 108.

Description

本発明は、AD変換回路、およびこのAD変換回路を備えた撮像装置に関する。   The present invention relates to an AD conversion circuit and an imaging device including the AD conversion circuit.

従来のAD変換回路を用いた一例として、特許文献1および非特許文献1に記載された構成が知られている。初めに、従来例に係るAD変換回路の構成および動作について説明する。図18は、従来例に係るAD変換回路を用いた(C)MOS撮像装置の構成を示している。図18に示す撮像装置1001は、撮像部1002、垂直選択部1012、読出電流源部1005、アナログ部1006、クロック生成部1018、ランプ部1019、カラム処理部1015、水平選択部1014、出力部1017、制御部1020で構成されている。   As an example using a conventional AD conversion circuit, configurations described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are known. First, the configuration and operation of an AD converter circuit according to a conventional example will be described. FIG. 18 shows a configuration of a (C) MOS imaging device using an AD converter circuit according to a conventional example. 18 includes an imaging unit 1002, a vertical selection unit 1012, a read current source unit 1005, an analog unit 1006, a clock generation unit 1018, a ramp unit 1019, a column processing unit 1015, a horizontal selection unit 1014, and an output unit 1017. The control unit 1020 is configured.

制御部1020は、垂直選択部1012、読出電流源部1005、アナログ部1006、クロック生成部1018、ランプ部1019、カラム処理部1015、水平選択部1014、および出力部1017などの各部を制御する。撮像部1002は、光電変換素子を有する単位画素1003が行列状に配置されて構成され、入射される電磁波の大きさに応じた画素信号を生成し、列毎に設けられた垂直信号線1013へ出力する。   The control unit 1020 controls each unit such as the vertical selection unit 1012, the read current source unit 1005, the analog unit 1006, the clock generation unit 1018, the ramp unit 1019, the column processing unit 1015, the horizontal selection unit 1014, and the output unit 1017. The imaging unit 1002 is configured by unit pixels 1003 having photoelectric conversion elements arranged in a matrix, generates a pixel signal corresponding to the magnitude of incident electromagnetic waves, and outputs to a vertical signal line 1013 provided for each column. Output.

垂直選択部1012は、撮像部1002の各単位画素1003の駆動に際して、行制御線1011を介して撮像部1002の行アドレスや行走査の制御を行う。水平選択部1014は、カラム処理部1015の列AD変換部1016の列アドレスや列走査の制御を行う。読出電流源部1005は、撮像部1002からの画素信号を電圧信号として読み出すための電流源である。アナログ部1006は、必要に応じて増幅等を実施する。   The vertical selection unit 1012 controls the row address and row scanning of the imaging unit 1002 via the row control line 1011 when driving each unit pixel 1003 of the imaging unit 1002. The horizontal selection unit 1014 controls the column address and column scanning of the column AD conversion unit 1016 of the column processing unit 1015. The read current source unit 1005 is a current source for reading a pixel signal from the imaging unit 1002 as a voltage signal. The analog unit 1006 performs amplification or the like as necessary.

カラム処理部1015は、単位画素1003の列毎に、比較部1109および列カウント部1103で構成された列AD変換部1016を備えている。列AD変換部1016は、撮像部1002の各単位画素1003から列毎に出力される画素信号であるアナログ信号をデジタルデータに変換して出力する。クロック生成部1018は、所定の周波数のクロック信号を生成して出力する。   The column processing unit 1015 includes a column AD conversion unit 1016 including a comparison unit 1109 and a column count unit 1103 for each column of the unit pixels 1003. The column AD conversion unit 1016 converts an analog signal that is a pixel signal output for each column from each unit pixel 1003 of the imaging unit 1002 into digital data and outputs the digital data. The clock generation unit 1018 generates and outputs a clock signal having a predetermined frequency.

ランプ部1019は、時間の経過とともにレベルが傾斜状に変化するランプ波を生成し、このランプ波を参照信号として比較部1109の入力端子の一方に出力する。クロック生成部1018からのクロック信号は、各列の列カウント部1103に出力される。各列AD変換部1016内の比較部1109の入力端子の他方には、単位画素1003から垂直信号線1013を介して画素信号が、AD変換の対象となるアナログ信号として入力される。尚、単位画素1003からは画素信号としてリセットレベルと信号レベルとが出力される。   The ramp unit 1019 generates a ramp wave whose level changes in an inclined manner with the passage of time, and outputs this ramp wave to one of the input terminals of the comparison unit 1109 as a reference signal. The clock signal from the clock generation unit 1018 is output to the column count unit 1103 of each column. A pixel signal is input from the unit pixel 1003 through the vertical signal line 1013 to the other input terminal of the comparison unit 1109 in each column AD conversion unit 1016 as an analog signal to be subjected to AD conversion. The unit pixel 1003 outputs a reset level and a signal level as pixel signals.

水平選択部1014は、カラム処理部1015における各列AD変換部1016の列アドレスや列走査の制御を行う。これにより、AD変換されたデジタルデータは順に水平信号線を経由して出力部1017に出力される。   The horizontal selection unit 1014 controls the column address and column scanning of each column AD conversion unit 1016 in the column processing unit 1015. Thus, the AD converted digital data is sequentially output to the output unit 1017 via the horizontal signal line.

次に、従来例に係るAD変換動作を説明する。まず、列カウント部1103が、クロック生成部1018から出力されるクロック信号のカウントを開始するのと同時に、ランプ部1019がランプ波の生成を開始する。そして、各列の単位画素1003から読み出された画素信号と、列カウント部1103のカウント値に同期してレベルが変化する共通のランプ波とが各列の比較部1109に入力される。   Next, the AD conversion operation according to the conventional example will be described. First, at the same time as the column count unit 1103 starts counting the clock signal output from the clock generation unit 1018, the ramp unit 1019 starts generating the ramp wave. Then, a pixel signal read from the unit pixel 1003 of each column and a common ramp wave whose level changes in synchronization with the count value of the column count unit 1103 are input to the comparison unit 1109 of each column.

ある列の比較部1109への2つの入力信号の大小関係が入れ替わると、その比較部1109の比較出力が反転し、その列の列カウント部1103はカウント値を保持する。以上の動作により、画素から読み出された画素信号が、列カウント部1103に保持された値(デジタル値)にAD変換されることとなる。   When the magnitude relationship between the two input signals to the comparison unit 1109 of a certain column is switched, the comparison output of the comparison unit 1109 is inverted, and the column count unit 1103 of that column holds the count value. Through the above operation, the pixel signal read from the pixel is AD-converted to a value (digital value) held in the column count unit 1103.

以上の説明で用いたAD変換方式は、特にランプ型AD変換(Ramp Run-up ADC)と呼ばれる種類のもので、一般的なAD変換の方式の分類によると、カウンティングADC(計数型AD変換)と呼ばれる種類のものである。参照信号としてランプ波(ランプ電圧)を用いることは、画素からのアナログ信号の電圧を時間の長さに変換することと等価であり、更に固定周波数のクロック信号を用いて時間の長さを計ることでAD変換を実現するため、この名称がある。   The AD conversion method used in the above description is a type called a ramp type AD conversion (Ramp Run-up ADC), and according to a general AD conversion method classification, a counting ADC (counting type AD conversion) It is of a kind called. Using a ramp wave (lamp voltage) as a reference signal is equivalent to converting the voltage of an analog signal from a pixel into a time length, and further measuring the length of time using a clock signal with a fixed frequency. This name is used to realize AD conversion.

また、高速なAD変換を実現するために、マスタークロックよりも高速な周波数のクロック信号を生成するクロック生成部を設けて、このクロック生成部が生成した高速のクロック信号を列カウント部のカウントクロックとして使用することで、AD変換処理の処理速度がマスタークロックの速度によって制限されないようになっている。   In addition, in order to realize high-speed AD conversion, a clock generator that generates a clock signal having a higher frequency than the master clock is provided, and the high-speed clock signal generated by this clock generator is used as the count clock of the column count unit. As a result, the processing speed of the AD conversion process is not limited by the speed of the master clock.

特開2005-347931号公報JP 2005-347931 A

Takayuki Toyama et al., “A 17.7 Mpixel 120fps CMOS Image Sensor with 34.8Gb/s Readout,”Sony, Kanagawa, Japan ISSCC2011/SESSION23/IMAGE SENSORS/23.11Takayuki Toyama et al., “A 17.7 Mpixel 120fps CMOS Image Sensor with 34.8Gb / s Readout,” Sony, Kanagawa, Japan ISSCC2011 / SESSION23 / IMAGE SENSORS / 23.11

上述したAD変換処理の処理速度はカウントクロックによって制限されており、更に高速なAD変換を実現するには、更に高速のクロック信号を用意する必要がある。ここで、固体撮像装置として、画素数が800万画素、フレームレートが15fps(フレーム/秒)の場合を例として課題を説明する。説明を容易にするため、800万画素の画素配列を縦横に2000行×4000列として、更に単純化のためにブランキング期間がないものとすると、1秒当りに画素信号を読み出す行の数は、以下のようになる。
15フレーム/秒×2000行/フレーム=30K行/秒
The processing speed of the above-described AD conversion processing is limited by the count clock, and it is necessary to prepare a higher-speed clock signal in order to realize higher-speed AD conversion. Here, a problem will be described by taking as an example a case where the number of pixels is 8 million pixels and the frame rate is 15 fps (frame / second) as a solid-state imaging device. For ease of explanation, if the pixel array of 8 million pixels is 2000 rows x 4000 columns vertically and horizontally, and there is no blanking period for further simplification, the number of rows from which pixel signals are read per second is It becomes as follows.
15 frames / second x 2000 lines / frame = 30K lines / second

つまり、1行の読出しレートは30KHzとなる。実際は、OB(=Optical Black)画素等からの読出しを考慮すると、1行の読出しレートは50KHz程度になるものと考えられる。この読出しレートで画素信号が読み出されるAD変換処理にランプ型AD変換を適用する場合、分解能が10ビットのAD変換であれば、1024回の比較をする必要があり、1行の読出しレートの約千倍である50MHz程度の周波数でカウンタの計数値を変化させる必要がある。仮に、AD変換の分解能が12ビットになると、カウンタの計数値の変化に必要な周波数は、分解能が10ビットである場合の4倍の200MHzとなる。フレームレートが60fpsとなると、更に4倍の800MHzの周波数が必要となる。   That is, the reading rate for one row is 30 KHz. Actually, when reading from an OB (= Optical Black) pixel or the like is considered, the reading rate of one row is considered to be about 50 KHz. When applying the ramp type AD conversion to the AD conversion process in which the pixel signal is read out at this readout rate, if the resolution is 10-bit AD conversion, it is necessary to compare 1024 times. It is necessary to change the count value of the counter at a frequency of about 50 MHz, which is a thousand times. If the resolution of AD conversion is 12 bits, the frequency necessary for the change in the counter count value is 200 MHz, which is four times that when the resolution is 10 bits. When the frame rate is 60 fps, the frequency of 800 MHz, which is four times higher, is required.

現在、ランプ型AD変換を用いた固体撮像装置のカウントクロックの周波数は300〜400MHz程度が一般的である。GHzオーダーに近いカウントクロックが必要となると、具体的には、以下の不具合が発生すると考えられる。
(1)チップ内であっても、GHzオーダーに近いカウントクロックの生成が困難である。
(2)もしGHzオーダーに近いカウントクロックを生成できたとしても、列数分の列カウント部が負荷となり、かつ、クロック生成部から遠くに配置されている画素列ほど配線が長く時定数が大きいため、カウンタ回路で正確な動作をすることが困難である。
Currently, the frequency of a count clock of a solid-state imaging device using a lamp type AD conversion is generally about 300 to 400 MHz. If a count clock close to the GHz order is required, specifically, the following problems may occur.
(1) Even within a chip, it is difficult to generate a count clock close to the GHz order.
(2) Even if a count clock close to the GHz order can be generated, the column count units for the number of columns become a load, and the pixel columns arranged farther from the clock generation unit have longer wiring and longer time constants. Therefore, it is difficult to perform an accurate operation with the counter circuit.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、カウントクロックの周波数によらず、AD変換により得られるデジタルデータの分解能を向上させることができるAD変換回路および撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an AD conversion circuit and an imaging apparatus that can improve the resolution of digital data obtained by AD conversion regardless of the frequency of the count clock. With the goal.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、時間の経過とともに増加または減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、AD変換の対象となるアナログ信号と前記参照信号とを比較し、前記参照信号が前記アナログ信号に対して所定の条件を満たしたタイミングで比較処理を終了する比較部と、所定の周波数のクロック信号を出力するクロック生成部と、前記比較処理の間、前記クロック生成部から出力される前記クロック信号を通過させ、前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチするラッチ部と、k(kは、3以上の自然数)ビットのカウンタ回路を含み、前記ラッチ部から出力される前記クロック信号に基づく第1の計数信号を前記カウンタ回路のj(jは、j<kの自然数)ビット目に入力し、前記ラッチ部にラッチされた前記クロック信号の論理状態に基づいて生成されたパルス信号である第2の計数信号を前記カウンタ回路のi(iは、i<jの自然数)ビット目に入力し、前記第1の計数信号および前記第2の計数信号を計数処理するカウント部と、を備え、前記ラッチ部は、第1のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチした後、第2のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチし、前記カウント部は、前記第1のアナログ信号に応じた第1の計数処理を行い、前記第1の計数処理により得られる計数値を構成する各ビットを反転した後、前記第2のアナログ信号に応じた第2の前記計数処理を行うことで、前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号との差分に応じたデジタルデータを出力するAD変換回路である。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes a reference signal generation unit that generates a reference signal that increases or decreases over time, an analog signal that is an object of AD conversion, and the reference signal. Comparing, a comparison unit that ends the comparison process at a timing when the reference signal satisfies a predetermined condition with respect to the analog signal, a clock generation unit that outputs a clock signal of a predetermined frequency, and during the comparison process, A latch unit that passes the clock signal output from the clock generation unit and latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process; and a counter circuit of k (k is a natural number of 3 or more) bits The first count signal based on the clock signal output from the latch unit is input to the jth (j is a natural number of j <k) bit of the counter circuit, and the latch A second count signal, which is a pulse signal generated based on the logic state of the clock signal latched in the unit, is input to the i (i is a natural number of i <j) bit of the counter circuit, and A counting unit that counts the count signal of 1 and the second count signal, and the latch unit latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process according to the first analog signal Thereafter, the clock signal is latched at a timing related to the end of the comparison process according to a second analog signal, and the count unit performs a first count process according to the first analog signal, and After inverting each bit constituting the count value obtained by the counting process of 1, the second analog signal and the second analog signal are subjected to the second counting process according to the second analog signal. Difference from analog signal It is an AD conversion circuit that outputs digital data according to minutes.

また、本発明は、時間の経過とともに増加または減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、AD変換の対象となるアナログ信号と前記参照信号とを比較し、前記参照信号が前記アナログ信号に対して所定の条件を満たしたタイミングで比較処理を終了する比較部と、所定の周波数のクロック信号を出力するクロック生成部と、前記比較処理の間、前記クロック生成部から出力される前記クロック信号を通過させ、前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチするラッチ部と、k(kは、3以上の自然数)ビットのカウンタ回路を含み、前記ラッチ部から出力される前記クロック信号に基づく第1の計数信号を前記カウンタ回路のj(jは、j<kの自然数)ビット目に入力し、前記ラッチ部にラッチされた前記クロック信号の論理状態に基づいて生成されたパルス信号である第2の計数信号を前記カウンタ回路のi(iは、i<jの自然数)ビット目に入力し、前記第1の計数信号および前記第2の計数信号を計数処理するカウント部と、を備え、前記ラッチ部は、第1のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチした後、第2のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチし、前記カウント部は、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか一方のモードで前記第1のアナログ信号に応じた第1の計数処理を行い、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか他方のモードで前記第2のアナログ信号に応じた第2の計数処理を行うことで、前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号との差分に応じたデジタルデータを出力するAD変換回路である。   Further, the present invention compares a reference signal generation unit that generates a reference signal that increases or decreases with time, an analog signal to be subjected to AD conversion, and the reference signal, and the reference signal is converted into the analog signal. A comparison unit that ends the comparison process at a timing that satisfies a predetermined condition, a clock generation unit that outputs a clock signal having a predetermined frequency, and the clock signal that is output from the clock generation unit during the comparison process The clock signal output from the latch unit, and a latch unit that latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process, and a counter circuit of k (k is a natural number of 3 or more) bits Is input to the jth bit (j is a natural number of j <k) of the counter circuit, and the logic of the clock signal latched in the latch unit is input. The second count signal, which is a pulse signal generated based on the logical state, is input to the i (i is a natural number of i <j) bit of the counter circuit, and the first count signal and the second count signal A counting unit that counts the counting signal, and the latch unit latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison processing according to the first analog signal and then responds to the second analog signal. The clock signal is latched at a timing related to the end of the comparison process, and the counting unit performs a first counting process according to the first analog signal in either the down-count mode or the up-count mode. And performing the second counting process according to the second analog signal in one of the down-count mode and the up-count mode, so that the first analog signal Is an AD conversion circuit that outputs digital data corresponding to the difference between said second analog signal.

また、本発明は、光電変換素子を有する複数の画素が配置され、前記複数の画素は、リセットレベルに応じた信号を第1の画素信号として出力し、入射された電磁波の大きさに応じた信号を第2の画素信号として出力する撮像部と、上記のAD変換回路と、を備え、前記第1の画素信号に応じたアナログ信号を前記第1のアナログ信号とし、前記第2の画素信号に応じたアナログ信号を前記第2のアナログ信号とすることを特徴とする撮像装置である。   Further, in the present invention, a plurality of pixels having photoelectric conversion elements are arranged, and the plurality of pixels output a signal corresponding to a reset level as a first pixel signal, and according to the magnitude of incident electromagnetic waves. An image pickup unit that outputs a signal as a second pixel signal, and the AD conversion circuit described above, and an analog signal corresponding to the first pixel signal is the first analog signal, and the second pixel signal The image pickup apparatus is characterized in that an analog signal corresponding to the second analog signal is used as the second analog signal.

本発明によれば、ラッチ部から出力されるクロック信号に基づく第1の計数信号を計数処理することに加えて、ラッチ部にラッチされたクロック信号の論理状態に基づいて生成されたパルス信号である第2の計数信号を計数処理することによって、カウントクロックの周波数によらず、AD変換により得られるデジタルデータの分解能を向上させることができる。   According to the present invention, in addition to counting the first count signal based on the clock signal output from the latch unit, the pulse signal generated based on the logic state of the clock signal latched in the latch unit By counting the second count signal, the resolution of digital data obtained by AD conversion can be improved regardless of the frequency of the count clock.

本発明の第1の実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における列AD変換部の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a column AD conversion unit in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるバイナリカウンタ回路の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a binary counter circuit in a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるバイナリカウンタ回路の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the binary counter circuit in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における列AD変換部の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a column AD conversion unit in a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態における列AD変換部の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the operation of the column AD conversion unit in the third embodiment of the present invention. 従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional imaging device.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態による(C)MOS撮像装置の構成の一例を示している。図1に示す撮像装置1は、撮像部2、垂直選択部12、読出電流源部5、クロック生成部18、ランプ部19(参照信号生成部)、カラム処理部15、水平選択部14、出力部17、および制御部20で構成されている。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of the configuration of the (C) MOS imaging device according to the present embodiment. 1 includes an imaging unit 2, a vertical selection unit 12, a read current source unit 5, a clock generation unit 18, a ramp unit 19 (reference signal generation unit), a column processing unit 15, a horizontal selection unit 14, and an output The unit 17 and the control unit 20 are configured.

撮像部2は、入射される電磁波の大きさに応じた信号を生成し出力する単位画素3が複数、行列状に配置されている。垂直選択部12は、撮像部2の各行を選択する。読出電流源部5は、撮像部2からの信号を電圧信号として読み出す。アナログ部6は、詳細な説明は省略するが、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(=Auto Gain Control)回路などを有する。クロック生成部18は所定の周波数のクロック信号を生成して出力する。ランプ部19は、時間の経過とともに増加または減少する参照信号(ランプ波)を生成する。カラム処理部15は、ランプ部19と参照信号線を介して接続される。水平選択部14は、AD変換されたデータを水平信号線に読み出す。出力部17は、水平信号線に接続されている。制御部20は各部を制御する。   In the imaging unit 2, a plurality of unit pixels 3 that generate and output a signal corresponding to the magnitude of incident electromagnetic waves are arranged in a matrix. The vertical selection unit 12 selects each row of the imaging unit 2. The read current source unit 5 reads the signal from the imaging unit 2 as a voltage signal. Although not described in detail, the analog unit 6 includes an AGC (= Auto Gain Control) circuit having a signal amplification function as necessary. The clock generator 18 generates and outputs a clock signal having a predetermined frequency. The ramp unit 19 generates a reference signal (ramp wave) that increases or decreases over time. The column processing unit 15 is connected to the lamp unit 19 via a reference signal line. The horizontal selection unit 14 reads the AD-converted data to the horizontal signal line. The output unit 17 is connected to the horizontal signal line. The control unit 20 controls each unit.

図1では、簡単のため4行×6列の単位画素3から構成される撮像部2の場合について説明しているが、現実には、撮像部2の各行や各列には、数十から数万の単位画素3が配置されることになる。尚、図示を割愛するが、撮像部2を構成する単位画素3は、フォトダイオード/フォトゲート/フォトトランジスタなどの光電変換素子、およびトランジスタ回路によって構成されている。   In FIG. 1, for the sake of simplicity, the case of the imaging unit 2 composed of 4 rows × 6 columns of unit pixels 3 is described, but in reality, each row and each column of the imaging unit 2 has several tens of Tens of thousands of unit pixels 3 are arranged. Although not shown, the unit pixel 3 constituting the imaging unit 2 is configured by a photoelectric conversion element such as a photodiode / photogate / phototransistor and a transistor circuit.

以下では、各部のより詳細な説明を行う。撮像部2は、単位画素3が4行6列分だけ2次元に配置されるとともに、この4行6列の画素配列に対して行ごとに行制御線11が配線されている。行制御線11の各一端は、垂直選択部12の各行に対応した各出力端に接続されている。垂直選択部12は、シフトレジスタあるいはデコーダなどによって構成され、撮像部2の各単位画素3の駆動に際して、行制御線11を介して撮像部2の行アドレスや行走査の制御を行う。また、撮像部2の画素配列に対して列ごとに垂直信号線13が配線されている。   Below, a more detailed description of each part is given. In the imaging unit 2, unit pixels 3 are arranged two-dimensionally by 4 rows and 6 columns, and row control lines 11 are wired for each row with respect to the pixel array of 4 rows and 6 columns. Each one end of the row control line 11 is connected to each output end corresponding to each row of the vertical selection unit 12. The vertical selection unit 12 includes a shift register or a decoder, and controls the row address and row scanning of the imaging unit 2 via the row control line 11 when driving each unit pixel 3 of the imaging unit 2. A vertical signal line 13 is wired for each column with respect to the pixel array of the imaging unit 2.

カラム処理部15は、例えば撮像部2の画素列ごと、即ち垂直信号線13ごとに設けられた列AD変換部16を有し、撮像部2の各単位画素3から画素列ごとに垂直信号線13を介して読み出されるアナログの画素信号をデジタルデータに変換する。尚、本例では、撮像部2の画素列に対して1対1の対応関係をもって列AD変換部16を配置する構成をとっているが、これは一例に過ぎず、この配置関係に限定されるものではない。例えば、複数の画素列に対して列AD変換部16を1つ配置し、この1つの列AD変換部16を複数の画素列間で時分割にて使用する構成をとることも可能である。カラム処理部15は、後述するランプ部19およびクロック生成部18と共に、撮像部2の選択画素行の単位画素3から読み出されるアナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するアナログ-デジタル変換手段を構成している。このカラム処理部15、特に列AD変換部16の詳細については後述する。   The column processing unit 15 includes, for example, a column AD conversion unit 16 provided for each pixel column of the imaging unit 2, that is, for each vertical signal line 13, and the vertical signal line for each pixel column from each unit pixel 3 of the imaging unit 2. The analog pixel signal read out via 13 is converted into digital data. In this example, the column AD conversion unit 16 is arranged with a one-to-one correspondence with the pixel columns of the imaging unit 2, but this is only an example and is limited to this arrangement relationship. It is not something. For example, one column AD conversion unit 16 may be arranged for a plurality of pixel columns, and the one column AD conversion unit 16 may be used in a time-sharing manner between the plurality of pixel columns. The column processing unit 15 includes an analog-to-digital conversion unit that converts an analog pixel signal read from the unit pixel 3 in the selected pixel row of the imaging unit 2 into digital pixel data together with a ramp unit 19 and a clock generation unit 18 to be described later. It is composed. Details of the column processing unit 15, particularly the column AD conversion unit 16, will be described later.

ランプ部19は、例えば積分回路によって構成され、制御部20による制御に従って、時間が経過するにつれてレベルが傾斜状に変化する、いわゆるランプ波を生成し、参照信号線を介して比較部109の入力端子の一方に供給する。尚、ランプ部19としては、積分回路を用いたものに限られるものではなく、DAC回路を用いても構わない。ただし、DAC回路を用いてデジタル的にランプ波を生成する構成をとる場合には、ランプ波のステップを細かくする、あるいはそれと同等な構成をとる必要がある。   The ramp unit 19 is configured by, for example, an integration circuit, and generates a so-called ramp wave whose level changes in an inclined manner as time elapses according to control by the control unit 20, and is input to the comparison unit 109 via a reference signal line. Supply to one of the terminals. The ramp unit 19 is not limited to the one using an integration circuit, and a DAC circuit may be used. However, in the case of adopting a configuration in which a ramp wave is generated digitally using a DAC circuit, it is necessary to make the step of the ramp wave fine or a configuration equivalent thereto.

水平選択部14は、シフトレジスタあるいはデコーダなどによって構成され、カラム処理部15の列AD変換部16の列アドレスや列走査の制御を行う。この水平選択部14による制御に従って、列AD変換部16でAD変換されたデジタルデータは順に水平信号線に読み出される。   The horizontal selection unit 14 includes a shift register or a decoder, and controls the column address and column scanning of the column AD conversion unit 16 of the column processing unit 15. In accordance with the control by the horizontal selection unit 14, the AD data converted by the column AD conversion unit 16 is sequentially read out to the horizontal signal line.

出力部17は、2進化したデジタルデータを出力する。また、出力部17は、バッファリング機能以外に、例えば黒レベル調整、列バラツキ補正、色処理などの信号処理機能を内蔵しても構わない。更に、nビットパラレルのデジタルデータをシリアルデータに変換して出力するようにしても構わない。   The output unit 17 outputs binarized digital data. In addition to the buffering function, the output unit 17 may include a signal processing function such as black level adjustment, column variation correction, and color processing. Furthermore, n-bit parallel digital data may be converted into serial data and output.

制御部20は、ランプ部19、クロック生成部18、垂直選択部12、水平選択部14、出力部17などの各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するTG(=Timing Generator:タイミングジェネレータ)の機能ブロックと、このTGと通信を行うための機能ブロックとを備える。   The control unit 20 is a TG (= Timing Generator) that supplies a clock required for the operation of each unit such as the ramp unit 19, the clock generation unit 18, the vertical selection unit 12, the horizontal selection unit 14, and the output unit 17, and a pulse signal at a predetermined timing. : Timing generator) and a functional block for communicating with the TG.

次に、列AD変換部16の構成について説明する。列AD変換部16は各々、撮像部2の各単位画素3から垂直信号線13を介して読み出されるアナログの画素信号を、ランプ部19から与えられる、AD変換するためのランプ波と比較することにより、リセットレベル(基準レベル)や信号レベルの各大きさに対応した時間軸方向の大きさ(パルス幅)を持つパルス信号を生成する。そして、このパルス信号のパルス幅の期間に対応したデータを画素信号の大きさに応じたデジタルデータとすることによってAD変換を行う。   Next, the configuration of the column AD conversion unit 16 will be described. Each of the column AD conversion units 16 compares an analog pixel signal read from each unit pixel 3 of the imaging unit 2 via the vertical signal line 13 with a ramp wave for AD conversion given from the ramp unit 19. Thus, a pulse signal having a magnitude (pulse width) in the time axis direction corresponding to each magnitude of the reset level (reference level) and the signal level is generated. Then, AD conversion is performed by using data corresponding to the pulse width period of the pulse signal as digital data corresponding to the magnitude of the pixel signal.

以下では、列AD変換部16の構成の詳細について説明する。列AD変換部16は列毎に設けられており、図1では6個の列AD変換部16が設けられている。各列の列AD変換部16は同一の構成となっている。列AD変換部16は、比較部109、ラッチ部108、列カウント部103(カウント部)で構成される。ここで、列カウント部103は、ラッチ機能を合わせ持つバイナリカウンタ回路を想定している。   Details of the configuration of the column AD conversion unit 16 will be described below. The column AD conversion unit 16 is provided for each column, and in FIG. 1, six column AD conversion units 16 are provided. The column AD conversion unit 16 of each column has the same configuration. The column AD conversion unit 16 includes a comparison unit 109, a latch unit 108, and a column count unit 103 (count unit). Here, the column count unit 103 is assumed to be a binary counter circuit having a latch function.

比較部109は、撮像部2の単位画素3から垂直信号線13を介して出力されるアナログの画素信号に応じた信号電圧と、ランプ部19から供給されるランプ波のランプ電圧とを比較することによって、画素信号の大きさを時間軸方向の情報(パルス信号のパルス幅)に変換する。比較部109の比較出力は、例えばランプ電圧が信号電圧よりも大なるときにはHighレベル(Hレベル)になり、ランプ電圧が信号電圧以下のときにはLowレベル(Lレベル)になる。   The comparison unit 109 compares the signal voltage corresponding to the analog pixel signal output from the unit pixel 3 of the imaging unit 2 via the vertical signal line 13 with the ramp voltage of the ramp wave supplied from the ramp unit 19. Thus, the magnitude of the pixel signal is converted into information in the time axis direction (pulse width of the pulse signal). The comparison output of the comparison unit 109 becomes, for example, a high level (H level) when the lamp voltage is higher than the signal voltage, and becomes a low level (L level) when the lamp voltage is equal to or lower than the signal voltage.

ラッチ部108は、クロック生成部18から出力されたクロック信号をそのまま通過させ、比較部109の比較出力を受けて、この比較出力が反転するタイミングで、クロック生成部18から出力されたクロック信号をラッチ(保持/記憶)する。列カウント部103は、ラッチ部108を介して出力されるクロック信号に基づいて計数処理(カウント)を行い、更にラッチ部108にラッチされたクロック信号の論理状態に基づいて計数処理(カウント)を行う。ここで、列カウント部103は、3ビット以上のカウンタ回路、例えば8ビットのカウンタ回路で構成される。尚、これらは一例であって、これに限る必要はない。   The latch unit 108 passes the clock signal output from the clock generation unit 18 as it is, receives the comparison output of the comparison unit 109, and outputs the clock signal output from the clock generation unit 18 at the timing when the comparison output is inverted. Latch (hold / store). The column count unit 103 performs counting processing (counting) based on the clock signal output via the latch unit 108, and further performs counting processing (counting) based on the logic state of the clock signal latched by the latch unit 108. Do. Here, the column count unit 103 is configured by a counter circuit of 3 bits or more, for example, an 8-bit counter circuit. These are merely examples, and need not be limited to these.

次に、本例の動作について説明する。ここでは、単位画素3の具体的な動作については説明を省略するが、周知のように単位画素3ではリセットレベルと信号レベルとが出力される。   Next, the operation of this example will be described. Here, a description of a specific operation of the unit pixel 3 is omitted, but as is well known, the unit pixel 3 outputs a reset level and a signal level.

AD変換は、以下のようにして行われる。例えば所定の傾きで下降するランプ波と、単位画素3からの画素信号であるリセットレベルあるいは信号レベルの各電圧とを比較し、この比較処理で用いるランプ波が生成された時点から、リセットレベルや信号レベルの各電圧とランプ波(ランプ電圧)とが一致するまでの期間、ラッチ部108を介して出力されるクロック信号をカウントし、更にラッチ部108にラッチされたクロック信号の論理状態に基づく計数信号をカウントすることによって、リセットレベルあるいは信号レベルの各大きさに対応したデジタルデータを得る。   AD conversion is performed as follows. For example, a ramp wave that falls at a predetermined inclination is compared with a reset level or each signal level voltage that is a pixel signal from the unit pixel 3, and the reset level or The clock signal output through the latch unit 108 is counted until each voltage at the signal level matches the ramp wave (ramp voltage), and further based on the logic state of the clock signal latched in the latch unit 108. By counting the count signal, digital data corresponding to each magnitude of the reset level or the signal level is obtained.

ここで、撮像部2の選択行の各単位画素3からは、アナログの画素信号として、1回目の読出し動作で画素信号の雑音を含むリセットレベルが読み出され、その後、2回目の読出し動作で信号レベルが読み出される。そして、リセットレベルと信号レベルとが垂直信号線13を通して列AD変換部16に時系列で入力される。尚、1回目の読出し動作で信号レベルが読み出され、その後の2回目の読出し動作でリセットレベルが読み出されても構わない。以下では、1回目および2回目の各読出し動作とその後の減算(CDS処理)の詳細について説明する。ここでは、列カウント部103のカウントモードはダウンカウントモードであるものとし、列カウント部103はカウントクロックの立下りエッジのタイミングでカウントを行うものとする。   Here, from each unit pixel 3 in the selected row of the imaging unit 2, the reset level including the noise of the pixel signal is read out as an analog pixel signal in the first reading operation, and then in the second reading operation. The signal level is read out. Then, the reset level and the signal level are input to the column AD conversion unit 16 through the vertical signal line 13 in time series. Note that the signal level may be read by the first read operation, and the reset level may be read by the second read operation thereafter. Hereinafter, details of the first and second read operations and the subsequent subtraction (CDS process) will be described. Here, it is assumed that the count mode of the column count unit 103 is the down-count mode, and the column count unit 103 performs counting at the timing of the falling edge of the count clock.

<1回目の読出し>
任意の画素行の単位画素3から垂直信号線13への1回目の読出しが安定した後、制御部20は、ランプ部19に対して、ランプ波生成の制御データを供給する。これを受けてランプ部19は、比較部109の一方の入力端子に与える比較電圧として、波形が全体として時間的にランプ状に変化するランプ波を出力する。比較部109は、このランプ波とリセットレベルとを比較する。この間、列カウント部103は、ラッチ部108を介して出力されるクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。尚、列カウント部103での計数動作開始のタイミングと、ランプ波の出力開始のタイミングとは略同時であることが好ましいが、これに限らない。
<First reading>
After the first reading from the unit pixel 3 in the arbitrary pixel row to the vertical signal line 13 is stabilized, the control unit 20 supplies the ramp unit 19 with control data for ramp wave generation. In response to this, the ramp unit 19 outputs a ramp wave whose waveform changes in a ramp shape over time as a comparison voltage applied to one input terminal of the comparison unit 109. The comparison unit 109 compares this ramp wave with the reset level. During this time, the column count unit 103 performs counting using the clock signal output from the clock generation unit 18 output via the latch unit 108 as a count clock. It is preferable that the counting operation start timing in the column count unit 103 and the ramp wave output start timing are substantially the same, but the present invention is not limited to this.

比較部109は、ランプ部19から与えられるランプ波と、リセットレベルとを比較し、双方の電圧が略一致したとき(第1のタイミング)に、比較出力を反転させる。この第1のタイミングにおいて、ラッチ部108はクロック生成部18から出力されたクロック信号を第1のクロック信号として保持する。制御部20は、所定の期間が経過すると、ランプ部19への制御データの供給と、クロック生成部18からのクロック信号の出力とを停止する。これにより、ランプ部19は、ランプ波の生成を停止する。   The comparison unit 109 compares the ramp wave supplied from the ramp unit 19 with the reset level, and inverts the comparison output when both voltages substantially match (first timing). At the first timing, the latch unit 108 holds the clock signal output from the clock generation unit 18 as the first clock signal. The control unit 20 stops the supply of control data to the ramp unit 19 and the output of the clock signal from the clock generation unit 18 when a predetermined period elapses. As a result, the ramp unit 19 stops generating the ramp wave.

続いて、列カウント部103は、ラッチ部108に保持された第1のクロック信号の論理状態に応じて、所定の数のパルス信号からなる計数信号を生成し、生成した計数信号をカウントクロックとしてカウントを行う。その後、列カウント部103が保持している各ビットの値が反転される。これにより、2回目の読出しにおける列カウント部103の初期値が設定される。   Subsequently, the column count unit 103 generates a count signal composed of a predetermined number of pulse signals according to the logic state of the first clock signal held in the latch unit 108, and uses the generated count signal as a count clock. Count. Thereafter, the value of each bit held by the column count unit 103 is inverted. Thereby, the initial value of the column count unit 103 in the second reading is set.

<2回目の読出し>
続いて、2回目の読出し時には、単位画素3毎の入射光量に応じた信号レベルを読み出し、1回目の読出しと同様な動作を行う。任意の画素行の単位画素3から垂直信号線13への2回目の読出しが安定した後、制御部20は、ランプ部19に対して、ランプ波生成の制御データを供給する。これを受けてランプ部19は、比較部109の一方の入力端子に与える比較電圧として、波形が全体として時間的にランプ状に変化するランプ波を出力する。比較部109は、このランプ波と信号レベルとを比較する。この間、列カウント部103は、ラッチ部108を介して出力されるクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。尚、列カウント部103での計数動作開始のタイミングと、ランプ波の出力開始のタイミングとは略同時であることが好ましいが、これに限らない。
<Second reading>
Subsequently, at the time of the second reading, a signal level corresponding to the amount of incident light for each unit pixel 3 is read, and the same operation as the first reading is performed. After the second reading from the unit pixel 3 of the arbitrary pixel row to the vertical signal line 13 is stabilized, the control unit 20 supplies the ramp unit 19 with control data for ramp wave generation. In response to this, the ramp unit 19 outputs a ramp wave whose waveform changes in a ramp shape over time as a comparison voltage applied to one input terminal of the comparison unit 109. The comparison unit 109 compares the ramp wave with the signal level. During this time, the column count unit 103 performs counting using the clock signal output from the clock generation unit 18 output via the latch unit 108 as a count clock. It is preferable that the counting operation start timing in the column count unit 103 and the ramp wave output start timing are substantially the same, but the present invention is not limited to this.

比較部109は、ランプ部19から与えられるランプ波と、信号レベルとを比較し、双方の電圧が略一致したとき(第2のタイミング)に、比較出力を反転させる。この第2のタイミングにおいて、ラッチ部108はクロック生成部18から出力されたクロック信号を第2のクロック信号として保持する。制御部20は、所定の期間が経過すると、ランプ部19への制御データの供給と、クロック生成部18からのクロック信号の出力とを停止する。これにより、ランプ部19は、ランプ波の生成を停止する。   The comparison unit 109 compares the ramp wave supplied from the ramp unit 19 with the signal level, and inverts the comparison output when the two voltages substantially match (second timing). At the second timing, the latch unit 108 holds the clock signal output from the clock generation unit 18 as the second clock signal. The control unit 20 stops the supply of control data to the ramp unit 19 and the output of the clock signal from the clock generation unit 18 when a predetermined period elapses. As a result, the ramp unit 19 stops generating the ramp wave.

続いて、列カウント部103は、ラッチ部108に保持された第2のクロック信号の論理状態に応じて、所定の数のパルス信号からなる計数信号を生成し、生成した計数信号をカウントクロックとしてカウントを行う。これにより、リセットレベルと信号レベルとの減算(CDS処理)が行われる。   Subsequently, the column count unit 103 generates a count signal composed of a predetermined number of pulse signals according to the logic state of the second clock signal held in the latch unit 108, and uses the generated count signal as a count clock. Count. Thereby, subtraction (CDS processing) between the reset level and the signal level is performed.

上記のようにして、リセットレベルと信号レベルとの差分に応じたデジタルデータが得られる。最後に、列カウント部103が保持しているデジタルデータを構成する各ビットの値が反転され、反転されたデジタルデータは、水平選択部14により水平信号線を介して出力部17に転送される。   As described above, digital data corresponding to the difference between the reset level and the signal level is obtained. Finally, the value of each bit constituting the digital data held by the column count unit 103 is inverted, and the inverted digital data is transferred by the horizontal selection unit 14 to the output unit 17 via the horizontal signal line. .

上記のように、列カウント部103は、1回目の読出し時および2回目の読出し時にラッチ部108を介して出力されるクロック生成部18からのクロック信号(第1の計数信号)をカウントクロックとしてカウントを行った後、ラッチ部108に保持されたクロック信号の論理状態に応じて生成された計数信号(第2の計数信号)をカウントクロックとしてカウントを行う。従来技術では、上記の第1の計数信号に基づくカウントによりデジタルデータを得ていたが、本実施形態では第1の計数信号に基づくカウントに加えて第2の計数信号に基づくカウントによりデジタルデータを得ている。この第2の計数信号に基づくカウントを行うことによって、デジタルデータの分解能を向上させることができる。   As described above, the column count unit 103 uses the clock signal (first count signal) output from the clock generation unit 18 output via the latch unit 108 at the time of the first read and the second read as the count clock. After counting, the count signal (second count signal) generated according to the logic state of the clock signal held in the latch unit 108 is used as a count clock. In the prior art, digital data was obtained by counting based on the first count signal, but in the present embodiment, digital data is obtained by counting based on the second count signal in addition to counting based on the first count signal. It has gained. By performing counting based on the second count signal, the resolution of the digital data can be improved.

次に、列AD変換部16の各構成の詳細について説明する。図2は、図1の列AD変換部16について更に説明するための詳細構成の一例を示している。以下では、図2に示す構成について説明する。図2に示す各構成は、図1に示した列AD変換部16内の各構成に対応しており、ラッチ部108を構成するラッチ回路D_0、切換え部MUX、列カウント部103を構成するカウンタ回路C_0〜C_7が設けられている。図1のランプ部19、クロック生成部18と図2に示す列AD変換部16が本発明のAD変換回路の一例である。   Next, details of each component of the column AD conversion unit 16 will be described. FIG. 2 shows an example of a detailed configuration for further explaining the column AD conversion unit 16 of FIG. Hereinafter, the configuration shown in FIG. 2 will be described. 2 correspond to the respective components in the column AD conversion unit 16 shown in FIG. 1, and the latch circuit D_0 that constitutes the latch unit 108, the switching unit MUX, and the counter that constitutes the column count unit 103. Circuits C_0 to C_7 are provided. The ramp unit 19 and the clock generation unit 18 in FIG. 1 and the column AD conversion unit 16 shown in FIG. 2 are examples of the AD conversion circuit of the present invention.

ラッチ回路D_0は、クロック生成部18から出力されたクロック信号CLKをそのまま出力し、比較部109の比較出力COに基づいて、クロック信号CLKをラッチする。カウンタ回路C_0〜C_7は、前段から入力されるカウントクロックに基づいてカウントを行う。カウンタ回路C_0のカウント値がデジタルデータの最下位ビット(1ビット目)を構成し、カウンタ回路C_1〜C_6がそれぞれデジタルデータの2ビット目〜7ビット目を構成し、カウンタ回路C_7のカウント値がデジタルデータの最上位ビット(8ビット目)を構成する。切換え部MUXは、カウンタ回路C_1にカウントクロックとして入力される信号を、ラッチ回路D_0の出力とカウンタ回路C_0の出力との間で切り換える。   The latch circuit D_0 outputs the clock signal CLK output from the clock generation unit 18 as it is, and latches the clock signal CLK based on the comparison output CO of the comparison unit 109. The counter circuits C_0 to C_7 perform counting based on the count clock input from the previous stage. The count value of the counter circuit C_0 constitutes the least significant bit (first bit) of the digital data, the counter circuits C_1 to C_6 constitute the second bit to the seventh bit of the digital data, respectively, and the count value of the counter circuit C_7 Configures the most significant bit (8th bit) of digital data. The switching unit MUX switches a signal input as a count clock to the counter circuit C_1 between the output of the latch circuit D_0 and the output of the counter circuit C_0.

カウンタ回路C_0〜C_7には、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_7、制御信号CMODE_0〜CMODE_7、および制御信号REVが入力される。制御信号CNTEN_0〜CNTEN_7は、前段から入力されるカウントクロックの有効/無効を制御する信号である。制御信号CMODE_0〜CMODE_7は、カウンタ回路C_0〜C_7の動作モードを、カウントを行うカウントモードと、カウントを停止しカウント値を保護するデータ保護モードとの間で切り換える信号である。制御信号REVは、カウンタ回路C_0〜C_7のビット値をトグルする信号である。本例においては、列カウント部103に、正/負を判断するためのフラグ用カウンタ回路を設けても構わない。カウンタ回路C_0〜C_7の詳細については、図7を参照して後述する。   Control signals CNTEN_0 to CNTEN_7, control signals CMODE_0 to CMODE_7, and a control signal REV are input to the counter circuits C_0 to C_7. The control signals CNTEN_0 to CNTEN_7 are signals for controlling validity / invalidity of the count clock input from the previous stage. The control signals CMODE_0 to CMODE_7 are signals for switching the operation mode of the counter circuits C_0 to C_7 between a count mode for counting and a data protection mode for stopping the count and protecting the count value. The control signal REV is a signal that toggles the bit values of the counter circuits C_0 to C_7. In this example, the column counter 103 may be provided with a flag counter circuit for determining positive / negative. Details of the counter circuits C_0 to C_7 will be described later with reference to FIG.

切換え部MUXには、制御信号SELが入力される。制御信号SELは、カウンタ回路C_1に入力される信号の切換えを行うための信号である。制御信号SELがL状態に設定されている場合、カウンタ回路C_1にはラッチ回路D_0からの信号が入力され、制御信号SELがH状態に設定されている場合、カウンタ回路C_1にはカウンタ回路C_0からの信号が入力される。   A control signal SEL is input to the switching unit MUX. The control signal SEL is a signal for switching the signal input to the counter circuit C_1. When the control signal SEL is set to the L state, a signal from the latch circuit D_0 is input to the counter circuit C_1, and when the control signal SEL is set to the H state, the counter circuit C_1 includes the counter circuit C_0 to Signal is input.

次に、図2に示した構成の動作について具体例を用いて説明する。本説明では、列カウント部103として8ビットのダウンカウンタ回路を用いた場合で説明する。ダウンカウントモードでカウントした場合、例えば0カウントであればカウント値は8’b0000_0000(0に相当)となり、例えば7カウントであればカウント値は8’b1111_1001(-7に相当)となる。   Next, the operation of the configuration shown in FIG. 2 will be described using a specific example. In this description, a case where an 8-bit down counter circuit is used as the column count unit 103 will be described. When counting in the down count mode, for example, if the count is 0, the count value is 8'b0000_0000 (corresponding to 0), and for example, if the count is 7, the count value is 8'b1111_1001 (corresponding to -7).

上記の計数値の表記について説明する。“8’b”はカウント値が8ビットの2進数であることを示す。“0000_0000”は列カウント部103(カウンタ回路C_0〜C_7)の出力を示す。   The notation of the count value will be described. “8′b” indicates that the count value is an 8-bit binary number. “0000_0000” indicates the output of the column count unit 103 (counter circuits C_0 to C_7).

以下では、第1の画素信号とそれに続く第2の画素信号との減算(CDS処理)を行う例を説明する。本例では、2の補数を用いた2進数の減算を行う。第1の画素信号をAD変換して得られるデジタル値をA、第2の画素信号をAD変換して得られるデジタル値をBとすると、求める減算結果はB-Aである。   Hereinafter, an example in which subtraction (CDS processing) between the first pixel signal and the subsequent second pixel signal will be described. In this example, binary subtraction using 2's complement is performed. When the digital value obtained by AD converting the first pixel signal is A and the digital value obtained by AD converting the second pixel signal is B, the subtraction result to be obtained is B−A.

本例では、列カウント部103はダウンカウントモードでカウントを行うため、1回目の読出し時に列カウント部103が第1の画素信号に基づくカウントを行い、さらに反転を行った後のカウント値はデジタル値Aに対応する。ただし、2の補数を用いているため、カウント値に1加算が必要である。続いて、2回目の読出し時に列カウント部103が第2の画素信号に基づくカウントを行い、さらに反転を行った後のカウント値はデジタル値B-Aに対応する。ただし、2の補数を用いているため、カウント値に1加算が必要である。1回目の読出し時の反転後に必要な1加算と、2回目の読出し時の反転後に必要な1加算とによる値の変化が相殺されるため、反転後の1加算は行われない。   In this example, since the column count unit 103 performs counting in the down-count mode, the column count unit 103 performs counting based on the first pixel signal at the first reading, and the count value after further inversion is digital. Corresponds to the value A. However, since 2's complement is used, it is necessary to add 1 to the count value. Subsequently, the column count unit 103 performs counting based on the second pixel signal at the time of the second reading, and the count value after further inversion corresponds to the digital value B-A. However, since 2's complement is used, it is necessary to add 1 to the count value. Since the change in value due to the 1 addition necessary after the inversion at the first reading and the 1 addition necessary after the inversion at the second reading is canceled, the 1 addition after the inversion is not performed.

図3〜図6は、本例の動作に係る各信号の波形を示している。図3および図4は1回目の読出し時の各信号の波形を示し、図5および図6は2回目の読出し時の各信号の波形を示している。尚、clkは制御部20に入力されるマスタークロックを示し、clkenはクロック生成部18のイネーブル信号を示し、CLKはクロック生成部18から出力されるクロック信号を示す。また、Dはラッチ回路D_0の出力を示し、Q[0]〜Q[7]はカウンタ回路C_0〜C_7の出力を示し、OUT[7:0]はデジタルデータを示す。   3 to 6 show waveforms of signals related to the operation of this example. 3 and 4 show the waveforms of the signals at the time of the first reading, and FIGS. 5 and 6 show the waveforms of the signals at the time of the second reading. In addition, clk indicates a master clock input to the control unit 20, clken indicates an enable signal of the clock generation unit 18, and CLK indicates a clock signal output from the clock generation unit 18. D represents the output of the latch circuit D_0, Q [0] to Q [7] represent the outputs of the counter circuits C_0 to C_7, and OUT [7: 0] represents the digital data.

本例の動作は、第1の画素信号を読み出してAD変換する1回目の読出し期間と、第2の画素信号を読み出してAD変換する2回目の読出し期間と、デジタルデータを転送する転送期間との各期間の動作で構成される。1回目の読出し期間は、ラッチ回路D_0およびカウンタ回路C_0〜C_7をリセットするリセット期間と、第1の画素信号を読み出す信号読出し期間と、カウンタ回路C_0〜C_7がクロック生成部18からのクロック信号をカウントする計数期間と、2回目の読出し時の初期値を設定する初期値設定期間とを含む。初期値設定期間では、カウンタ回路C_0〜C_7がラッチ回路D_0に保持された値に基づくクロック信号をカウントするラッチデータカウントと、カウンタ回路C_0〜C_7のカウント値を反転するデータ反転とが行われる。   The operation of this example includes a first readout period in which the first pixel signal is read and AD converted, a second readout period in which the second pixel signal is read and AD converted, and a transfer period in which digital data is transferred. It consists of the operation of each period. The first readout period includes a reset period for resetting the latch circuit D_0 and the counter circuits C_0 to C_7, a signal readout period for reading the first pixel signal, and the counter circuits C_0 to C_7 receiving the clock signal from the clock generator 18. It includes a counting period for counting and an initial value setting period for setting an initial value at the second reading. In the initial value setting period, the latch data count for counting the clock signal based on the value held in the latch circuit D_0 by the counter circuits C_0 to C_7 and the data inversion for inverting the count value of the counter circuits C_0 to C_7 are performed.

2回目の読出し期間は、ラッチ回路D_0をリセットするリセット期間と、第2の画素信号を読み出す信号読出し期間と、カウンタ回路C_0〜C_7がクロック生成部18からのクロック信号をカウントする計数期間とを含む。2回目の読出し時の計数期間の後、カウンタ回路C_0〜C_7がラッチ回路D_0に保持された値に基づくクロック信号をカウントするラッチデータカウントが行われる。   The second readout period includes a reset period for resetting the latch circuit D_0, a signal readout period for reading the second pixel signal, and a counting period for the counter circuits C_0 to C_7 to count the clock signal from the clock generator 18. Including. After the counting period at the time of the second reading, latch data count is performed in which the counter circuits C_0 to C_7 count the clock signal based on the value held in the latch circuit D_0.

ここで、第1の画素信号をカウントした場合のカウント値は31、第2の画素信号をカウントした場合のカウント値は42とし、第2の画素信号から第1の画素信号を減算(CDS処理)した値11を求める場合について説明する。   Here, the count value when the first pixel signal is counted is 31, the count value when the second pixel signal is counted is 42, and the first pixel signal is subtracted from the second pixel signal (CDS processing). A case where the calculated value 11 is obtained will be described.

<<1回目の読出し>>
制御信号SELがL状態、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_7がL状態、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態に設定される。リセット期間において、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態となり、ラッチ回路D_0およびカウンタ回路C_0〜C_7のリセットが行われる。また、制御信号CNTEN_1〜CNTEN_7がH状態となった後、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態となる。
<< First reading >>
The control signal SEL is set to the L state, the control signals CNTEN_0 to CNTEN_7 are set to the L state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are set to the L state. In the reset period, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the H state, and the latch circuit D_0 and the counter circuits C_0 to C_7 are reset. Further, after the control signals CNTEN_1 to CNTEN_7 are in the H state, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the L state.

制御信号SELはL状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはラッチ回路D_0の出力に設定される。したがって、比較処理の終了時点まで、クロック生成部18からのクロック信号がカウンタ回路C_1に入力され、カウンタ回路C_1はクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。信号読出し期間に続く計数期間における比較処理の開始時点で、列カウント部103が保持している値は8’b0000_0000である。   Since the control signal SEL is set to the L state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the latch circuit D_0. Therefore, until the end of the comparison process, the clock signal from the clock generation unit 18 is input to the counter circuit C_1, and the counter circuit C_1 performs counting using the clock signal from the clock generation unit 18 as a count clock. The value held by the column count unit 103 at the start of the comparison process in the counting period subsequent to the signal reading period is 8'b0000_0000.

計数期間において、所定の条件を満足する第1のタイミング(前述した動作では、ランプ部19から与えられるランプ波とリセットレベルとの比較に係る第1のタイミング)で、比較出力COが反転し、その時点のクロック生成部18からのクロック信号の論理状態が保持される(第1のクロック信号)。同時に、カウンタ回路C_1〜C_7はカウント動作を停止する。この時点で、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b1(H状態)、列カウント部103が保持している値は8’b1110_0010(-30に相当)である。   In the counting period, the comparison output CO is inverted at the first timing that satisfies a predetermined condition (in the above-described operation, the first timing related to the comparison between the ramp wave supplied from the ramp unit 19 and the reset level), The logic state of the clock signal from the clock generation unit 18 at that time is held (first clock signal). At the same time, the counter circuits C_1 to C_7 stop counting. At this time, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b1 (H state), and the value held by the column count unit 103 is 8'b1110_0010 (corresponding to -30).

続いて、初期値設定期間において、ラッチ回路D_0に保持された第1のクロック信号に基づいてカウンタ回路C_1がカウントを行う。制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態からH状態となった後、制御信号SELがL状態からH状態となり、さらに制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態からL状態となる。続いて、制御信号CNTEN_0がL状態からH状態となり、更にL状態となる。制御信号SELはH状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはカウンタ回路C_0の出力に設定される。これにより、ラッチ回路D_0に保持された第1のクロック信号の論理状態に応じた計数信号が生成され、生成された計数信号をカウントしたカウント値が列カウント部103に保持される。本例の場合、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b1(H状態)であり、1パルスの計数信号が生成される。この時点で、列カウント部103が保持している値は8’b1110_0001(-31に相当)である。その後、列カウント部103が保持している値が反転される。この時点で、列カウント部103が保持している値は8’b0001_1110(30に相当)である。   Subsequently, in the initial value setting period, the counter circuit C_1 performs counting based on the first clock signal held in the latch circuit D_0. After the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the L state to the H state, the control signal SEL changes from the L state to the H state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the H state to the L state. Subsequently, the control signal CNTEN_0 changes from the L state to the H state, and further changes to the L state. Since the control signal SEL is set to the H state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the counter circuit C_0. As a result, a count signal corresponding to the logic state of the first clock signal held in the latch circuit D_0 is generated, and a count value obtained by counting the generated count signal is held in the column count unit 103. In the case of this example, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b1 (H state), and a one-pulse count signal is generated. At this time, the value held by the column count unit 103 is 8′b1110_0001 (corresponding to −31). Thereafter, the value held by the column count unit 103 is inverted. At this time, the value held by the column count unit 103 is 8'b0001_1110 (corresponding to 30).

<<2回目の読出し>>
制御信号SELがL状態、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_7がL状態、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態に設定される。リセット期間において、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態となり、ラッチ回路D_0のリセットが行われる。また、制御信号CNTEN_1〜CNTEN_7がH状態となった後、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態となる。尚、カウンタ回路C_0〜C_7はリセットされない。
<< Second reading >>
The control signal SEL is set to the L state, the control signals CNTEN_0 to CNTEN_7 are set to the L state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are set to the L state. In the reset period, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the H state, and the latch circuit D_0 is reset. Further, after the control signals CNTEN_1 to CNTEN_7 are in the H state, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the L state. Note that the counter circuits C_0 to C_7 are not reset.

制御信号SELはL状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはラッチ回路D_0の出力に設定される。したがって、比較処理の終了時点まで、クロック生成部18からのクロック信号がカウンタ回路C_1に入力され、カウンタ回路C_1はクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。信号読出し期間に続く計数期間における比較処理の開始時点で、列カウント部103が保持している値は8’b0001_1110(30に相当)である。   Since the control signal SEL is set to the L state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the latch circuit D_0. Therefore, until the end of the comparison process, the clock signal from the clock generation unit 18 is input to the counter circuit C_1, and the counter circuit C_1 performs counting using the clock signal from the clock generation unit 18 as a count clock. The value held by the column count unit 103 at the start of the comparison process in the counting period subsequent to the signal reading period is 8'b0001_1110 (corresponding to 30).

計数期間において、所定の条件を満足する第2のタイミング(前述した動作では、ランプ部19から与えられるランプ波とリセットレベルとの比較に係る第2のタイミング)で、比較出力COが反転し、その時点のクロック生成部18からのクロック信号の論理状態が保持される(第2のクロック信号)。同時に、カウンタ回路C_1〜C_7はカウント動作を停止する。この時点で、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b0(L状態)、列カウント部103が保持している値は8’b1111_0100(-12に相当)である。   In the counting period, the comparison output CO is inverted at the second timing that satisfies a predetermined condition (in the above-described operation, the second timing related to the comparison between the ramp wave applied from the ramp unit 19 and the reset level), The logic state of the clock signal from the clock generation unit 18 at that time is held (second clock signal). At the same time, the counter circuits C_1 to C_7 stop counting. At this time, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b0 (L state), and the value held by the column count unit 103 is 8'b1111_0100 (corresponding to -12).

続いて、ラッチ回路D_0に保持された第2のクロック信号に基づいてカウンタ回路C_1がカウントを行う。制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態からH状態となった後、制御信号SELがL状態からH状態となり、更に制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態からL状態となる。続いて、制御信号CNTEN_0がL状態からH状態となり、更にL状態となる。制御信号SELはH状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはカウンタ回路C_0の出力に設定される。これにより、ラッチ回路D_0に保持された第2のクロック信号に応じた計数信号が生成され、生成された計数信号をカウントしたカウント値が列カウント部103に保持される。本例の場合、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b0(L状態)であり、生成される計数信号はない。この時点で、列カウント部103が保持している値は8’b1111_0100(-12に相当)である。   Subsequently, the counter circuit C_1 performs counting based on the second clock signal held in the latch circuit D_0. After the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the L state to the H state, the control signal SEL changes from the L state to the H state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the H state to the L state. Subsequently, the control signal CNTEN_0 changes from the L state to the H state, and further changes to the L state. Since the control signal SEL is set to the H state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the counter circuit C_0. As a result, a count signal corresponding to the second clock signal held in the latch circuit D_0 is generated, and a count value obtained by counting the generated count signal is held in the column count unit 103. In the case of this example, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b0 (L state), and no count signal is generated. At this time, the value held by the column count unit 103 is 8′b1111_0100 (corresponding to −12).

最後に、列カウント部103のカウント値が反転される(図5および図6では省略)。この時点で、列カウント部103が保持している値は8’b0000_1011(11に相当)である。2進数の減算では、値を反転した後、1を加算する必要があるが、1回目の読出し時にも値を反転しているため、各反転後に1を加算することによる値の変化が相殺される。したがって、本例では、値を反転した後に1を加算していない。   Finally, the count value of the column count unit 103 is inverted (omitted in FIGS. 5 and 6). At this time, the value held by the column count unit 103 is 8′b0000 — 1011 (corresponding to 11). In binary subtraction, it is necessary to add 1 after inverting the value, but since the value is also inverted at the first reading, the change in value caused by adding 1 after each inversion is canceled out. The Therefore, in this example, 1 is not added after inverting the value.

転送期間において、減算(CDS処理)により得られたデジタルデータは、水平選択部14により水平信号線を介して出力部17に転送される。尚、2回目の読出し時におけるデジタルデータの反転は、デジタルデータが出力部17に転送された後でも構わない。上記の動作により、第1の画素信号と第2の画素信号との差分に応じた2進化データが得られる。   In the transfer period, the digital data obtained by subtraction (CDS processing) is transferred to the output unit 17 by the horizontal selection unit 14 via the horizontal signal line. The inversion of the digital data at the second reading may be performed after the digital data is transferred to the output unit 17. By the above operation, binary data corresponding to the difference between the first pixel signal and the second pixel signal is obtained.

上記では列カウント部103がダウンカウントモードでカウントを行っているが、アップカウントモードでカウントを行ってもよい。第1の画素信号をAD変換して得られるデジタル値をA、第2の画素信号をAD変換して得られるデジタル値をBとすると、求める減算結果はB-Aである。   In the above description, the column count unit 103 performs counting in the down-count mode, but may perform counting in the up-count mode. When the digital value obtained by AD converting the first pixel signal is A and the digital value obtained by AD converting the second pixel signal is B, the subtraction result to be obtained is B−A.

列カウント部103がアップカウントモードでカウントを行う場合、1回目の読出し時に列カウント部103が第1の画素信号に基づくカウントを行い、さらに反転を行った後のカウント値はデジタル値-Aに対応する。ただし、2の補数を用いているため、カウント値に1加算が必要である。続いて、2回目の読出し時に列カウント部103が第2の画素信号に基づくカウントを行った後のカウント値はデジタル値B-Aに対応する。列カウント部103がアップカウントモードでカウントを行う場合も、上記のように第1の画素信号と第2の画素信号との減算(CDS処理)を行うことができる。   When the column count unit 103 performs counting in the up-count mode, the column count unit 103 performs counting based on the first pixel signal at the time of the first reading, and the count value after further inversion is a digital value -A Correspond. However, since 2's complement is used, it is necessary to add 1 to the count value. Subsequently, the count value after the column count unit 103 performs counting based on the second pixel signal at the time of the second reading corresponds to the digital value B-A. Even when the column count unit 103 performs counting in the up-count mode, subtraction (CDS processing) between the first pixel signal and the second pixel signal can be performed as described above.

次に、列カウント部103に使用されるバイナリカウンタ回路の詳細を説明する。図7は、列カウント部103を構成する1ビット分のカウンタ回路C_*(*:0〜7)の構成の一例を示している。図7に示すカウンタ回路C_*は、フリップフロップDFF、AND回路AND1、OR回路OR1、切換えスイッチSWで構成されている。   Next, details of the binary counter circuit used in the column count unit 103 will be described. FIG. 7 shows an example of the configuration of a 1-bit counter circuit C_ * (*: 0 to 7) constituting the column count unit 103. The counter circuit C_ * shown in FIG. 7 includes a flip-flop DFF, an AND circuit AND1, an OR circuit OR1, and a changeover switch SW.

フリップフロップ回路DFFはDフリップフロップで構成されている。AND回路AND1は、前段のカウンタ回路C_*の出力信号CK[*-1]と制御信号CNTEN_*のAND演算を行うことにより、カウントクロックを有効/無効にするためのパルスを出力する。OR回路OR1は、AND回路AND1の出力信号と制御信号REVのOR演算を行うことにより、ビットを反転するためのパルスを生成する。切換えスイッチSWは、ビット値を保護するため、制御信号CMODE_*(図2〜図6の制御信号CMODE_*に対応)に基づいて、入力端子Dと出力端子Qが接続された状態と、入力端子Dと反転出力端子QBが接続された状態とを切り換える。カウンタ回路C_*がn個接続されるとnビットのカウンタ回路が構成される。尚、この構成は一例であり、これに限らない。   The flip-flop circuit DFF is composed of a D flip-flop. The AND circuit AND1 outputs a pulse for validating / invalidating the count clock by performing an AND operation on the output signal CK [*-1] of the counter circuit C_ * in the preceding stage and the control signal CNTEN_ *. The OR circuit OR1 generates a pulse for inverting a bit by performing an OR operation on the output signal of the AND circuit AND1 and the control signal REV. In order to protect the bit value, the changeover switch SW is connected to the input terminal D and the output terminal Q based on the control signal CMODE_ * (corresponding to the control signal CMODE_ * in FIGS. 2 to 6), and the input terminal Switches between the state where D and the inverted output terminal QB are connected. When n counter circuits C_ * are connected, an n-bit counter circuit is configured. In addition, this structure is an example and is not restricted to this.

次に、カウンタ回路C_*の動作、特にビットの反転動作について説明する。図8のタイミングチャートは、カウンタ回路C_*の動作に係る各信号の波形、特にビットの反転動作を中心とした動作に係る各信号の波形を示している。尚、カウント動作時の制御信号CMODE_*はL状態、制御信号CNTEN_*はH状態、制御信号REVはL状態である。   Next, the operation of the counter circuit C_ *, particularly the bit inversion operation will be described. The timing chart of FIG. 8 shows the waveform of each signal related to the operation of the counter circuit C_ *, particularly the waveform of each signal related to the operation centered on the bit inversion operation. During the count operation, the control signal CMODE_ * is in the L state, the control signal CNTEN_ * is in the H state, and the control signal REV is in the L state.

カウント動作後に、制御信号CMODE_*がH状態となる。これにより、カウンタ回路C_*の出力端子Qと入力端子Dが接続されるため、カウンタ回路C_*の出力は変化せずに一定の状態を保ち、各ビット値が保護される。続いて、制御信号CNTEN_*がL状態となる。これにより、カウントクロックの入力が無効となる。   After the count operation, the control signal CMODE_ * becomes the H state. Thus, since the output terminal Q and the input terminal D of the counter circuit C_ * are connected, the output of the counter circuit C_ * is kept unchanged and each bit value is protected. Subsequently, the control signal CNTEN_ * becomes the L state. As a result, the count clock input is invalidated.

続いて、制御信号CMODE_*がL状態となり、カウンタ回路C_*の反転出力端子QBと入力端子Dが接続される。これにより、入力端子Dに入力される信号の状態が反転する。その後、制御信号REVがL状態からH状態に変化し、さらにL状態に変化する。制御信号REVがH状態からL状態に変化した時点でフリップフロップ回路DFFは、入力端子Dに入力される信号を保持し、出力端子Qから出力する。上記のように、制御信号CMODE_*がL状態となった時点で入力端子Dに入力される信号の状態が反転しているため、制御信号REVがH状態からL状態に変化することにより、カウンタ回路C_*の出力、即ち各ビット値が反転される。   Subsequently, the control signal CMODE_ * becomes the L state, and the inverted output terminal QB and the input terminal D of the counter circuit C_ * are connected. As a result, the state of the signal input to the input terminal D is inverted. Thereafter, the control signal REV changes from the L state to the H state, and further changes to the L state. When the control signal REV changes from the H state to the L state, the flip-flop circuit DFF holds the signal input to the input terminal D and outputs it from the output terminal Q. As described above, since the state of the signal input to the input terminal D is inverted when the control signal CMODE_ * becomes the L state, the control signal REV changes from the H state to the L state, so that the counter The output of the circuit C_ *, that is, each bit value is inverted.

その後、制御信号CMODE_*がH状態となる。これにより、カウンタ回路C_*の出力端子Qと入力端子Dが接続されるため、カウンタ回路C_*の出力は変化せずに一定の状態を保ち、各ビット値が保護される。続いて、制御信号CNTEN_*がH状態となる。これにより、カウントクロックの入力が有効となる。最後に、制御信号CMODE_*がL状態となり、カウンタ回路C_*の反転出力端子QBと入力端子Dが接続される。上記の動作により、各ビット値を反転した値を初期値として、再びカウント動作を行うことが可能となる。   Thereafter, the control signal CMODE_ * becomes the H state. Thus, since the output terminal Q and the input terminal D of the counter circuit C_ * are connected, the output of the counter circuit C_ * is kept unchanged and each bit value is protected. Subsequently, the control signal CNTEN_ * becomes the H state. Thereby, the input of the count clock becomes valid. Finally, the control signal CMODE_ * is in the L state, and the inverted output terminal QB and the input terminal D of the counter circuit C_ * are connected. By the above operation, it is possible to perform the counting operation again with the value obtained by inverting each bit value as an initial value.

上述したように、本実施形態によれば、列カウント部103は、クロック生成部18からのクロック信号をカウントすることに加えて、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態に基づいて生成された計数信号をカウントする。上記のように、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態をカウントした値を列カウント部103の最下位ビットの値とすることによって、カウントクロックの周波数を増加させることなく、AD変換により得られるデジタルデータの分解能を1ビット向上させることができる。また、本実施形態のAD変換回路を撮像装置に適用することによって、高画質な画像を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to counting the clock signal from the clock generation unit 18, the column count unit 103 generates based on the logic state of the clock signal latched in the latch circuit D_0. The counted signal is counted. As described above, the value obtained by counting the logic state of the clock signal latched in the latch circuit D_0 is set to the value of the least significant bit of the column count unit 103, thereby increasing the count clock frequency without performing an AD conversion. The resolution of the obtained digital data can be improved by 1 bit. Further, by applying the AD conversion circuit of the present embodiment to an imaging device, a high-quality image can be obtained.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態による(C)MOS撮像装置の構成は第1の実施形態と略同様であるが、列AD変換部16の列カウント部103の構成が異なる。それ以外は、第1の実施形態と略同様であるので説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the (C) MOS imaging device according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the configuration of the column count unit 103 of the column AD conversion unit 16 is different. The rest is substantially the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、列AD変換部16の各構成の詳細について説明する。図9は、列AD変換部16について更に説明するための詳細構成の一例を示している。以下では、図9に示す構成について説明する。図9に示す各構成は、列AD変換部16内の各構成に対応しており、ラッチ部108を構成するラッチ回路D_0、切換え部MUX、列カウント部103を構成するカウンタ回路C_0〜C_8が設けられている。ランプ部19、クロック生成部18と図9に示す列AD変換部16が本発明のAD変換回路の一例である。   Next, details of each component of the column AD conversion unit 16 will be described. FIG. 9 shows an example of a detailed configuration for further explaining the column AD conversion unit 16. Hereinafter, the configuration shown in FIG. 9 will be described. Each configuration shown in FIG. 9 corresponds to each configuration in the column AD conversion unit 16, and includes a latch circuit D_0 that constitutes the latch unit 108, a switching unit MUX, and counter circuits C_0 to C_8 that constitute the column count unit 103. Is provided. The ramp unit 19, the clock generation unit 18, and the column AD conversion unit 16 shown in FIG. 9 are examples of the AD conversion circuit of the present invention.

図9では、カウンタ回路の数と切換え部MUXの配置位置が図2と異なる。図2では8個のカウンタ回路が設けられていたが、図9では9個のカウンタ回路が設けられている。カウンタ回路C_0〜C_8が保持するカウント値のうち上位8ビットに相当するカウンタ回路C_1〜C_8が保持するカウント値で構成されるデジタルデータが減算(CDS処理)結果となる。切換え部MUXは、カウンタ回路C_2にカウントクロックとして入力される信号を、ラッチ回路D_0の出力とカウンタ回路C_1の出力との間で切り換える。制御信号SELがL状態に設定されている場合、カウンタ回路C_2にはラッチ回路D_0からの信号が入力され、制御信号SELがH状態に設定されている場合、カウンタ回路C_2にはカウンタ回路C_1からの信号が入力される。上記以外は、図2の構成と略同様であるので説明を省略する。   In FIG. 9, the number of counter circuits and the arrangement position of the switching unit MUX are different from those in FIG. In FIG. 2, eight counter circuits are provided, but in FIG. 9, nine counter circuits are provided. Of the count values held by the counter circuits C_0 to C_8, digital data composed of the count values held by the counter circuits C_1 to C_8 corresponding to the upper 8 bits is the result of subtraction (CDS processing). The switching unit MUX switches the signal input as the count clock to the counter circuit C_2 between the output of the latch circuit D_0 and the output of the counter circuit C_1. When the control signal SEL is set to the L state, the signal from the latch circuit D_0 is input to the counter circuit C_2, and when the control signal SEL is set to the H state, the counter circuit C_2 includes the counter circuit C_1 to Signal is input. Other than the above, the configuration is substantially the same as that of FIG.

次に、図9に示した構成の動作について具体例を用いて説明する。本説明では、列カウント部103として9ビットのダウンカウンタ回路を用いた場合で説明する。ダウンカウントモードでカウントした場合、例えば0カウントであればカウント値は9’b0_0000_0000(0に相当)となり、例えば7カウントであればカウント値は9’b1_1111_1001(-7に相当)となる。   Next, the operation of the configuration shown in FIG. 9 will be described using a specific example. In this description, a case where a 9-bit down counter circuit is used as the column count unit 103 will be described. When counting in the downcount mode, for example, if the count is 0, the count value is 9'b0_0000_0000 (corresponding to 0), and for example, if the count is 7, the count value is 9'b1_1111_1001 (corresponding to -7).

上記の計数値の表記について説明する。“9’b”はカウント値が9ビットの2進数であることを示す。“0_0000_0000”は列カウント部103(カウンタ回路C_0〜C_8)の出力を示す。   The notation of the count value will be described. “9′b” indicates that the count value is a 9-bit binary number. “0_0000_0000” indicates the output of the column count unit 103 (counter circuits C_0 to C_8).

以下では、第1の画素信号とそれに続く第2の画素信号との減算(CDS処理)を行う例を説明する。図10〜図13は、本例の動作に係る各信号の波形を示している。図10および図11は1回目の読出し時の各信号の波形を示し、図12および図13は2回目の読出し時の各信号の波形を示している。尚、clkは制御部20に入力されるマスタークロックを示し、clkenはクロック生成部18のイネーブル信号を示し、CLKはクロック生成部18から出力されるクロック信号を示す。また、Dはラッチ回路D_0の出力を示し、Q[0]〜Q[8]はカウンタ回路C_0〜C_8の出力を示し、OUT[8:1]はデジタルデータ(上位8ビット分)を示す。   Hereinafter, an example in which subtraction (CDS processing) between the first pixel signal and the subsequent second pixel signal will be described. 10 to 13 show the waveforms of the signals related to the operation of this example. FIGS. 10 and 11 show the waveforms of the signals during the first reading, and FIGS. 12 and 13 show the waveforms of the signals during the second reading. In addition, clk indicates a master clock input to the control unit 20, clken indicates an enable signal of the clock generation unit 18, and CLK indicates a clock signal output from the clock generation unit 18. D represents the output of the latch circuit D_0, Q [0] to Q [8] represent the outputs of the counter circuits C_0 to C_8, and OUT [8: 1] represents the digital data (upper 8 bits).

本例の動作は、第1の画素信号を読み出してAD変換する1回目の読出し期間と、第2の画素信号を読み出してAD変換する2回目の読出し期間と、デジタルデータを転送する転送期間との各期間の動作で構成される。1回目の読出し期間は、ラッチ回路D_0およびカウンタ回路C_0〜C_8をリセットするリセット期間と、第1の画素信号を読み出す信号読出し期間と、カウンタ回路C_0〜C_8がクロック生成部18からのクロック信号をカウントする計数期間と、2回目の読出し時の初期値を設定する初期値設定期間とを含む。初期値設定期間では、カウンタ回路C_0〜C_8がラッチ回路D_0に保持された値に基づくクロック信号をカウントするラッチデータカウントと、カウンタ回路C_0〜C_8のカウント値を反転するデータ反転とが行われる。   The operation of this example includes a first readout period in which the first pixel signal is read and AD converted, a second readout period in which the second pixel signal is read and AD converted, and a transfer period in which digital data is transferred. It consists of the operation of each period. The first readout period includes a reset period for resetting the latch circuit D_0 and the counter circuits C_0 to C_8, a signal readout period for reading the first pixel signal, and the counter circuits C_0 to C_8 receiving the clock signal from the clock generator 18. It includes a counting period for counting and an initial value setting period for setting an initial value at the second reading. In the initial value setting period, the latch data count for counting the clock signal based on the value held in the latch circuit D_0 by the counter circuits C_0 to C_8 and the data inversion for inverting the count value of the counter circuits C_0 to C_8 are performed.

2回目の読出し期間は、ラッチ回路D_0をリセットするリセット期間と、第2の画素信号を読み出す信号読出し期間と、カウンタ回路C_0〜C_8がクロック生成部18からのクロック信号をカウントする計数期間とを含む。2回目の読出し時の計数期間の後、カウンタ回路C_0〜C_8がラッチ回路D_0に保持された値に基づくクロック信号をカウントするラッチデータカウントが行われる。   The second readout period includes a reset period for resetting the latch circuit D_0, a signal readout period for reading the second pixel signal, and a counting period for the counter circuits C_0 to C_8 to count the clock signal from the clock generator 18. Including. After the counting period at the time of the second reading, latch data count is performed in which the counter circuits C_0 to C_8 count the clock signal based on the value held in the latch circuit D_0.

ここで、第1の画素信号をカウントした場合のカウント値は31、第2の画素信号をカウントした場合のカウント値は42とし、第2の画素信号から第1の画素信号を減算(CDS処理)した値11を求める場合について説明する。   Here, the count value when the first pixel signal is counted is 31, the count value when the second pixel signal is counted is 42, and the first pixel signal is subtracted from the second pixel signal (CDS processing). A case where the calculated value 11 is obtained will be described.

<<1回目の読出し>>
制御信号SELがL状態、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_8がL状態、制御信号CMODE_0〜CMODE_8がL状態に設定される。リセット期間において、制御信号CMODE_0〜CMODE_8がH状態となり、ラッチ回路D_0およびカウンタ回路C_0〜C_8のリセットが行われる。また、制御信号CNTEN_1〜CNTEN_8がH状態となった後、制御信号CMODE_0〜CMODE_8がL状態となる。
<< First reading >>
The control signal SEL is set to the L state, the control signals CNTEN_0 to CNTEN_8 are set to the L state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_8 are set to the L state. In the reset period, the control signals CMODE_0 to CMODE_8 are in the H state, and the latch circuit D_0 and the counter circuits C_0 to C_8 are reset. Further, after the control signals CNTEN_1 to CNTEN_8 are in the H state, the control signals CMODE_0 to CMODE_8 are in the L state.

制御信号SELはL状態に設定されているので、カウンタ回路C_2のカウントクロックはラッチ回路D_0の出力に設定される。したがって、比較処理の終了時点まで、クロック生成部18からのクロック信号がカウンタ回路C_2に入力され、カウンタ回路C_2はクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。信号読出し期間に続く計数期間における比較処理の開始時点で、列カウント部103が保持している値は9’b0_0000_0000である。   Since the control signal SEL is set to the L state, the count clock of the counter circuit C_2 is set to the output of the latch circuit D_0. Therefore, until the end of the comparison process, the clock signal from the clock generation unit 18 is input to the counter circuit C_2, and the counter circuit C_2 performs counting using the clock signal from the clock generation unit 18 as a count clock. The value held by the column count unit 103 at the start of the comparison process in the counting period subsequent to the signal reading period is 9'b0_0000_0000.

計数期間において、所定の条件を満足する第1のタイミング(前述した動作では、ランプ部19から与えられるランプ波とリセットレベルとの比較に係る第1のタイミング)で、比較出力COが反転し、その時点のクロック生成部18からのクロック信号の論理状態が保持される(第1のクロック信号)。同時に、カウンタ回路C_2〜C_8はカウント動作を停止する。この時点で、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b1(H状態)、列カウント部103が保持している値は9’b1_1100_0100(上位8ビットからなる値は-30に相当)である。   In the counting period, the comparison output CO is inverted at the first timing that satisfies a predetermined condition (in the above-described operation, the first timing related to the comparison between the ramp wave supplied from the ramp unit 19 and the reset level), The logic state of the clock signal from the clock generation unit 18 at that time is held (first clock signal). At the same time, the counter circuits C_2 to C_8 stop counting. At this time, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b1 (H state), the value held by the column count unit 103 is 9'b1_1100_0100 (the value consisting of the upper 8 bits is equivalent to -30) is there.

続いて、初期値設定期間において、ラッチ回路D_0に保持された第1のクロック信号に基づいてカウンタ回路C_2がカウントを行う。制御信号CMODE_0〜CMODE_8がL状態からH状態となった後、制御信号SELがL状態からH状態となり、さらに制御信号CMODE_0〜CMODE_8がH状態からL状態となる。続いて、制御信号CNTEN_0がL状態からH状態となり更にL状態となる動作が2回繰り返される。制御信号SELはH状態に設定されているので、カウンタ回路C_2のカウントクロックはカウンタ回路C_1の出力に設定される。これにより、ラッチ回路D_0に保持された第1のクロック信号の論理状態に応じた計数信号が生成され、生成された計数信号をカウントしたカウント値が列カウント部103に保持される。本例の場合、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b1(H状態)であり、2パルスの計数信号が生成される。この時点で、列カウント部103が保持している値は9’b1_1100_0010(上位8ビットからなる値は-31に相当)である。その後、列カウント部103が保持している値が反転される。この時点で、列カウント部103が保持している値は9’b0_0011_1101(上位8ビットからなる値は30に相当)である。   Subsequently, in the initial value setting period, the counter circuit C_2 performs counting based on the first clock signal held in the latch circuit D_0. After the control signals CMODE_0 to CMODE_8 change from the L state to the H state, the control signal SEL changes from the L state to the H state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_8 change from the H state to the L state. Subsequently, the operation in which the control signal CNTEN_0 is changed from the L state to the H state and further changed to the L state is repeated twice. Since the control signal SEL is set to the H state, the count clock of the counter circuit C_2 is set to the output of the counter circuit C_1. As a result, a count signal corresponding to the logic state of the first clock signal held in the latch circuit D_0 is generated, and a count value obtained by counting the generated count signal is held in the column count unit 103. In this example, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b1 (H state), and a 2-pulse count signal is generated. At this time, the value held by the column count unit 103 is 9'b1_1100_0010 (a value composed of the upper 8 bits is equivalent to -31). Thereafter, the value held by the column count unit 103 is inverted. At this time, the value held by the column count unit 103 is 9'b0_0011_1101 (the value composed of the upper 8 bits is equivalent to 30).

<<2回目の読出し>>
制御信号SELがL状態、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_8がL状態、制御信号CMODE_0〜CMODE_8がL状態に設定される。リセット期間において、制御信号CMODE_0〜CMODE_8がH状態となり、ラッチ回路D_0のリセットが行われる。また、制御信号CNTEN_1〜CNTEN_8がH状態となった後、制御信号CMODE_0〜CMODE_8がL状態となる。尚、カウンタ回路C_0〜C_8はリセットされない。
<< Second reading >>
The control signal SEL is set to the L state, the control signals CNTEN_0 to CNTEN_8 are set to the L state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_8 are set to the L state. In the reset period, the control signals CMODE_0 to CMODE_8 are in the H state, and the latch circuit D_0 is reset. Further, after the control signals CNTEN_1 to CNTEN_8 are in the H state, the control signals CMODE_0 to CMODE_8 are in the L state. Note that the counter circuits C_0 to C_8 are not reset.

制御信号SELはL状態に設定されているので、カウンタ回路C_2のカウントクロックはラッチ回路D_0の出力に設定される。したがって、比較処理の終了時点まで、クロック生成部18からのクロック信号がカウンタ回路C_2に入力され、カウンタ回路C_2はクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。信号読出し期間に続く計数期間における比較処理の開始時点で、列カウント部103が保持している値は9’b0_0011_1101(上位8ビットからなる値は30に相当)である。   Since the control signal SEL is set to the L state, the count clock of the counter circuit C_2 is set to the output of the latch circuit D_0. Therefore, until the end of the comparison process, the clock signal from the clock generation unit 18 is input to the counter circuit C_2, and the counter circuit C_2 performs counting using the clock signal from the clock generation unit 18 as a count clock. At the start of the comparison process in the counting period following the signal reading period, the value held by the column count unit 103 is 9'b0_0011_1101 (a value composed of the upper 8 bits is equivalent to 30).

計数期間において、所定の条件を満足する第2のタイミング(前述した動作では、ランプ部19から与えられるランプ波とリセットレベルとの比較に係る第2のタイミング)で、比較出力COが反転し、その時点のクロック生成部18からのクロック信号の論理状態が保持される(第2のクロック信号)。同時に、カウンタ回路C_2〜C_8はカウント動作を停止する。この時点で、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b0(L状態)、列カウント部103が保持している値は9’b1_1110_1001(上位8ビットからなる値は-12に相当)である。   In the counting period, the comparison output CO is inverted at the second timing that satisfies a predetermined condition (in the above-described operation, the second timing related to the comparison between the ramp wave applied from the ramp unit 19 and the reset level), The logic state of the clock signal from the clock generation unit 18 at that time is held (second clock signal). At the same time, the counter circuits C_2 to C_8 stop counting. At this time, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b0 (L state), the value held by the column count unit 103 is 9'b1_1110_1001 (the value consisting of the upper 8 bits is equivalent to -12) is there.

続いて、ラッチ回路D_0に保持された第2のクロック信号に基づいてカウンタ回路C_2がカウントを行う。制御信号CMODE_0〜CMODE_8がL状態からH状態となった後、制御信号SELがL状態からH状態となり、更に制御信号CMODE_0〜CMODE_8がH状態からL状態となる。続いて、制御信号CNTEN_0がL状態からH状態となり更にL状態となる動作が2回繰り返される。制御信号SELはH状態に設定されているので、カウンタ回路C_2のカウントクロックはカウンタ回路C_1の出力に設定される。これにより、ラッチ回路D_0に保持された第2のクロック信号に応じた計数信号が生成され、生成された計数信号をカウントしたカウント値が列カウント部103に保持される。本例の場合、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b0(L状態)であり、生成される計数信号はない。この時点で、列カウント部103が保持している値は9’b1_1110_1001(上位8ビットからなる値は-12に相当)である。   Subsequently, the counter circuit C_2 performs counting based on the second clock signal held in the latch circuit D_0. After the control signals CMODE_0 to CMODE_8 change from the L state to the H state, the control signal SEL changes from the L state to the H state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_8 change from the H state to the L state. Subsequently, the operation in which the control signal CNTEN_0 is changed from the L state to the H state and further changed to the L state is repeated twice. Since the control signal SEL is set to the H state, the count clock of the counter circuit C_2 is set to the output of the counter circuit C_1. As a result, a count signal corresponding to the second clock signal held in the latch circuit D_0 is generated, and a count value obtained by counting the generated count signal is held in the column count unit 103. In the case of this example, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b0 (L state), and no count signal is generated. At this time, the value held by the column count unit 103 is 9'b1_1110_1001 (the value consisting of the upper 8 bits is equivalent to -12).

最後に、列カウント部103のカウント値が反転される(図12および図13では省略)。この時点で、列カウント部103が保持している値は9’b0_0001_0110(上位8ビットからなる値は11に相当)である。2進数の減算では、値を反転した後、1を加算する必要があるが、1回目の読出し時にも値を反転しているため、各反転後に1を加算することによる値の変化が相殺される。したがって、本例では、値を反転した後に1を加算していない。   Finally, the count value of the column count unit 103 is inverted (omitted in FIGS. 12 and 13). At this time, the value held by the column count unit 103 is 9′b0_0001 — 0110 (the value composed of the upper 8 bits corresponds to 11). In binary subtraction, it is necessary to add 1 after inverting the value, but since the value is also inverted at the first reading, the change in value caused by adding 1 after each inversion is canceled out. The Therefore, in this example, 1 is not added after inverting the value.

転送期間において、減算(CDS処理)により得られたデジタルデータは、水平選択部14により水平信号線を介して出力部17に転送される。このとき、カウンタ回路C_0〜C_8が保持しているカウント値のうち上位8ビットのカウンタ回路C_1〜C_8が保持しているカウント値からなるデジタルデータを転送してもよいし、カウンタ回路C_0〜C_8が保持しているカウント値からなるデジタルデータを転送し、上位8ビットのカウンタ回路C_1〜C_8が保持しているカウント値に相当するビットのデータを後段の回路で取り出してもよい。尚、2回目の読出し時におけるデジタルデータの反転は、デジタルデータが出力部17に転送された後でも構わない。上記の動作により、第1の画素信号と第2の画素信号との差分に応じた2進化データが得られる。   In the transfer period, the digital data obtained by subtraction (CDS processing) is transferred to the output unit 17 by the horizontal selection unit 14 via the horizontal signal line. At this time, of the count values held by the counter circuits C_0 to C_8, digital data consisting of the count values held by the upper 8-bit counter circuits C_1 to C_8 may be transferred, or the counter circuits C_0 to C_8 May transfer digital data consisting of the count value held by the counter, and the bit data corresponding to the count value held by the upper 8-bit counter circuits C_1 to C_8 may be taken out by a subsequent circuit. The inversion of the digital data at the second reading may be performed after the digital data is transferred to the output unit 17. By the above operation, binary data corresponding to the difference between the first pixel signal and the second pixel signal is obtained.

上述したように、本実施形態によれば、列カウント部103は、クロック生成部18からのクロック信号をカウントすることに加えて、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態に基づいて生成された計数信号をカウントする。上記のように、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態をカウントすることによって、カウントクロックの周波数を増加させることなく、AD変換により得られるデジタルデータの分解能を1ビット向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to counting the clock signal from the clock generation unit 18, the column count unit 103 generates based on the logic state of the clock signal latched in the latch circuit D_0. The counted signal is counted. As described above, by counting the logic state of the clock signal latched in the latch circuit D_0, the resolution of digital data obtained by AD conversion can be improved by 1 bit without increasing the frequency of the count clock. .

本実施形態では、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態に基づく値を1〜2ビット目のカウンタ回路C_0〜C_1が保持するように構成しているが、これ以外の構成も可能である。ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態に基づく値を1〜n+1ビット目のカウンタ回路C_0〜C_nが保持するように構成する場合、切換え部MUXは、カウンタ回路C_n+1にカウントクロックとして入力される信号を、ラッチ回路D_0の出力とカウンタ回路C_nの出力との間で切り換える。また、ラッチ回路D_0が保持している値が1’b1(H状態)の場合、2n−1個のパルスからなる計数信号が生成され、ラッチ回路D_0が保持している値が1’b0(L状態)の場合、計数信号は生成されない。 In this embodiment, the first to second bit counter circuits C_0 to C_1 hold values based on the logic state of the clock signal latched by the latch circuit D_0. However, other configurations are possible. is there. When the counter circuit C_0 to C_n of the 1st to (n + 1) th bits holds the value based on the logic state of the clock signal latched by the latch circuit D_0, the switching unit MUX counts to the counter circuit C_n + 1. A signal input as a clock is switched between the output of the latch circuit D_0 and the output of the counter circuit C_n. When the value held by the latch circuit D_0 is 1′b1 (H state), a count signal composed of 2 n−1 pulses is generated, and the value held by the latch circuit D_0 is 1′b0. In the case of (L state), no counting signal is generated.

(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態による(C)MOS撮像装置の構成は第1の実施形態と略同様であるが、列AD変換部16の列カウント部103の構成が異なる。列カウント部103は、カウントモードとしてアップカウントモードおよびダウンカウントモードを有するアップダウンカウンタ回路で構成される。それ以外は、第1の実施形態と略同様である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the (C) MOS imaging device according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the configuration of the column count unit 103 of the column AD conversion unit 16 is different. The column count unit 103 includes an up / down counter circuit having an up count mode and a down count mode as a count mode. The rest is substantially the same as the first embodiment.

次に、本例の動作について説明する。以下では、第1の実施形態と異なる動作を中心に、1回目および2回目の各読出し動作とその後の減算(CDS処理)の詳細について説明する。ここでは、列カウント部103のカウントモードは1回目の読出しではダウンカウントモード、2回目の読出しではアップカウントモードであるものとし、列カウント部103はカウントクロックの立下りエッジのタイミングでカウントを行うものとする。   Next, the operation of this example will be described. In the following, the details of the first and second read operations and the subsequent subtraction (CDS process) will be described with a focus on operations different from those of the first embodiment. Here, it is assumed that the count mode of the column count unit 103 is the down-count mode in the first reading and the up-count mode in the second reading, and the column counting unit 103 performs counting at the falling edge timing of the count clock. Shall.

<1回目の読出し>
任意の画素行の単位画素3から垂直信号線13への1回目の読出しが安定した後、ランプ部19はランプ波を出力する。比較部109は、このランプ波とリセットレベルとを比較する。この間、列カウント部103は、ラッチ部108を介して出力されるクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてダウンカウントモードでカウントを行う。
<First reading>
After the first reading from the unit pixel 3 of the arbitrary pixel row to the vertical signal line 13 is stabilized, the ramp unit 19 outputs a ramp wave. The comparison unit 109 compares this ramp wave with the reset level. During this time, the column count unit 103 performs counting in the down-count mode using the clock signal from the clock generation unit 18 output via the latch unit 108 as a count clock.

比較部109は、ランプ部19から与えられるランプ波と、リセットレベルとを比較し、双方の電圧が略一致したとき(第1のタイミング)に、比較出力を反転させる。この第1のタイミングにおいて、ラッチ部108はクロック生成部18から出力されたクロック信号を第1のクロック信号として保持する。所定の期間が経過すると、ランプ部19はランプ波の生成を停止する。   The comparison unit 109 compares the ramp wave supplied from the ramp unit 19 with the reset level, and inverts the comparison output when both voltages substantially match (first timing). At the first timing, the latch unit 108 holds the clock signal output from the clock generation unit 18 as the first clock signal. When the predetermined period has elapsed, the ramp unit 19 stops generating the ramp wave.

続いて、列カウント部103は、ラッチ部108に保持された第1のクロック信号の論理状態に応じて、所定の数のパルス信号からなる計数信号を生成し、生成した計数信号をカウントクロックとしてカウントを行う。これにより、2回目の読出しにおける列カウント部103の初期値が設定される。   Subsequently, the column count unit 103 generates a count signal composed of a predetermined number of pulse signals according to the logic state of the first clock signal held in the latch unit 108, and uses the generated count signal as a count clock. Count. Thereby, the initial value of the column count unit 103 in the second reading is set.

<2回目の読出し>
続いて、2回目の読出し時には、単位画素3毎の入射光量に応じた信号レベルを読み出し、1回目の読出しと同様な動作を行う。任意の画素行の単位画素3から垂直信号線13への2回目の読出しが安定した後、ランプ部19はランプ波を出力する。比較部109は、このランプ波と信号レベルとを比較する。この間、列カウント部103は、ラッチ部108を介して出力されるクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてアップカウントモードでカウントを行う。
<Second reading>
Subsequently, at the time of the second reading, a signal level corresponding to the amount of incident light for each unit pixel 3 is read, and the same operation as the first reading is performed. After the second reading from the unit pixel 3 of the arbitrary pixel row to the vertical signal line 13 is stabilized, the ramp unit 19 outputs a ramp wave. The comparison unit 109 compares the ramp wave with the signal level. During this time, the column count unit 103 performs counting in the up-count mode using the clock signal from the clock generation unit 18 output via the latch unit 108 as a count clock.

比較部109は、ランプ部19から与えられるランプ波と、信号レベルとを比較し、双方の電圧が略一致したとき(第2のタイミング)に、比較出力を反転させる。この第2のタイミングにおいて、ラッチ部108はクロック生成部18から出力されたクロック信号を第2のクロック信号として保持する。所定の期間が経過すると、ランプ部19はランプ波の生成を停止する。   The comparison unit 109 compares the ramp wave supplied from the ramp unit 19 with the signal level, and inverts the comparison output when the two voltages substantially match (second timing). At the second timing, the latch unit 108 holds the clock signal output from the clock generation unit 18 as the second clock signal. When the predetermined period has elapsed, the ramp unit 19 stops generating the ramp wave.

続いて、列カウント部103は、ラッチ部108に保持された第2のクロック信号の論理状態に応じて、所定の数のパルス信号からなる計数信号を生成し、生成した計数信号をカウントクロックとしてカウントを行う。これにより、リセットレベルと信号レベルとの減算(CDS処理)が行われる。   Subsequently, the column count unit 103 generates a count signal composed of a predetermined number of pulse signals according to the logic state of the second clock signal held in the latch unit 108, and uses the generated count signal as a count clock. Count. Thereby, subtraction (CDS processing) between the reset level and the signal level is performed.

上記のようにして、リセットレベルと信号レベルとの差分に応じたデジタルデータが得られる。最後に、列カウント部103が保持しているデジタルデータを構成する各ビットの値が反転され、反転されたデジタルデータは、水平選択部14により水平信号線を介して出力部17に転送される。   As described above, digital data corresponding to the difference between the reset level and the signal level is obtained. Finally, the value of each bit constituting the digital data held by the column count unit 103 is inverted, and the inverted digital data is transferred by the horizontal selection unit 14 to the output unit 17 via the horizontal signal line. .

次に、本例の動作について具体例を用いて説明する。本説明では、列カウント部103として8ビットのアップダウンカウンタ回路を用いた場合で説明する。ダウンカウントモードでカウントした場合、例えば0カウントであればカウント値は8’b0000_0000(0に相当)となり、例えば7カウントであればカウント値は8’b1111_1001(-7に相当)となる。アップカウントモードで計数した場合、例えば0カウントであればカウント値は8’b0000_0000(0に相当)となり、例えば7カウントであればカウント値は8’b0000_0111(7に相当)となる。   Next, the operation of this example will be described using a specific example. In this description, a case where an 8-bit up / down counter circuit is used as the column count unit 103 will be described. When counting in the down count mode, for example, if the count is 0, the count value is 8'b0000_0000 (corresponding to 0), and for example, if the count is 7, the count value is 8'b1111_1001 (corresponding to -7). When counting in the up-count mode, for example, if the count is 0, the count value is 8'b0000_0000 (corresponding to 0), and for example, if the count is 7, the count value is 8'b0000_0111 (corresponding to 7).

以下では、第1の画素信号とそれに続く第2の画素信号との減算(CDS処理)を行う例を説明する。本例では、2の補数を用いた2進数の減算を行う。第1の画素信号をAD変換して得られるデジタル値をA、第2の画素信号をAD変換して得られるデジタル値をBとすると、求める減算結果はB-Aである。   Hereinafter, an example in which subtraction (CDS processing) between the first pixel signal and the subsequent second pixel signal will be described. In this example, binary subtraction using 2's complement is performed. When the digital value obtained by AD converting the first pixel signal is A and the digital value obtained by AD converting the second pixel signal is B, the subtraction result to be obtained is B−A.

本例では、1回目の読出し時に列カウント部103はダウンカウントモードでカウントを行うため、1回目の読出し時に列カウント部103が第1の画素信号に基づくカウントを行った後のカウント値はデジタル値-Aに対応する。続いて、2回目の読出し時に列カウント部103はアップカウントモードでカウントを行うため、2回目の読出し時に列カウント部103が第2の画素信号に基づくカウントを行った後のカウント値はデジタル値B-Aに対応する。   In this example, since the column count unit 103 performs counting in the down-count mode at the first reading, the count value after the column counting unit 103 performs counting based on the first pixel signal at the first reading is digital. Corresponds to the value -A. Subsequently, since the column count unit 103 performs counting in the up-count mode at the second reading, the count value after the column counting unit 103 performs the counting based on the second pixel signal at the second reading is a digital value. Corresponds to BA.

図14〜図17は、本例の動作に係る各信号の波形を示している。図14および図15は1回目の読出し時の各信号の波形を示し、図16および図17は2回目の読出し時の各信号の波形を示している。尚、clkは制御部20に入力されるマスタークロックを示し、clkenはクロック生成部18のイネーブル信号を示し、CLKはクロック生成部18から出力されるクロック信号を示す。また、Dはラッチ回路D_0の出力を示し、Q[0]〜Q[7]はカウンタ回路C_0〜C_7の出力を示し、OUT[7:0]はデジタルデータを示す。   14 to 17 show the waveform of each signal related to the operation of this example. 14 and 15 show the waveforms of the signals at the time of the first reading, and FIGS. 16 and 17 show the waveforms of the signals at the time of the second reading. In addition, clk indicates a master clock input to the control unit 20, clken indicates an enable signal of the clock generation unit 18, and CLK indicates a clock signal output from the clock generation unit 18. D represents the output of the latch circuit D_0, Q [0] to Q [7] represent the outputs of the counter circuits C_0 to C_7, and OUT [7: 0] represents the digital data.

本例の動作は、第1の画素信号を読み出してAD変換する1回目の読出し期間と、第2の画素信号を読み出してAD変換する2回目の読出し期間と、デジタルデータを転送する転送期間との各期間の動作で構成される。1回目の読出し期間は、ラッチ回路D_0およびカウンタ回路C_0〜C_7をリセットするリセット期間と、第1の画素信号を読み出す信号読出し期間と、カウンタ回路C_0〜C_7がクロック生成部18からのクロック信号をカウントする計数期間と、2回目の読出し時の初期値を設定する初期値設定期間とを含む。初期値設定期間では、カウンタ回路C_0〜C_7がラッチ回路D_0に保持された値に基づくクロック信号をカウントするラッチデータカウントが行われる。   The operation of this example includes a first readout period in which the first pixel signal is read and AD converted, a second readout period in which the second pixel signal is read and AD converted, and a transfer period in which digital data is transferred. It consists of the operation of each period. The first readout period includes a reset period for resetting the latch circuit D_0 and the counter circuits C_0 to C_7, a signal readout period for reading the first pixel signal, and the counter circuits C_0 to C_7 receiving the clock signal from the clock generator 18. It includes a counting period for counting and an initial value setting period for setting an initial value at the second reading. In the initial value setting period, latch data count is performed in which the counter circuits C_0 to C_7 count the clock signal based on the value held in the latch circuit D_0.

2回目の読出し期間は、ラッチ回路D_0をリセットするリセット期間と、第2の画素信号を読み出す信号読出し期間と、カウンタ回路C_0〜C_7がクロック生成部18からのクロック信号をカウントする計数期間とを含む。2回目の読出し時の計数期間の後、カウンタ回路C_0〜C_7がラッチ回路D_0に保持された値に基づくクロック信号をカウントするラッチデータカウントが行われる。   The second readout period includes a reset period for resetting the latch circuit D_0, a signal readout period for reading the second pixel signal, and a counting period for the counter circuits C_0 to C_7 to count the clock signal from the clock generator 18. Including. After the counting period at the time of the second reading, latch data count is performed in which the counter circuits C_0 to C_7 count the clock signal based on the value held in the latch circuit D_0.

ここで、第1の画素信号をカウントした場合のカウント値は32、第2の画素信号をカウントした場合のカウント値は43とし、第2の画素信号から第1の画素信号を減算(CDS処理)した値11を求める場合について説明する。   Here, the count value when counting the first pixel signal is 32, the count value when counting the second pixel signal is 43, and the first pixel signal is subtracted from the second pixel signal (CDS processing) A case where the calculated value 11 is obtained will be described.

<<1回目の読出し>>
制御信号SELがL状態、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_7がL状態、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態に設定される。リセット期間において、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態となり、ラッチ回路D_0およびカウンタ回路C_0〜C_7のリセットが行われる。また、制御信号CNTEN_1〜CNTEN_7がH状態となった後、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態となる。
<< First reading >>
The control signal SEL is set to the L state, the control signals CNTEN_0 to CNTEN_7 are set to the L state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are set to the L state. In the reset period, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the H state, and the latch circuit D_0 and the counter circuits C_0 to C_7 are reset. Further, after the control signals CNTEN_1 to CNTEN_7 are in the H state, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the L state.

制御信号SELはL状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはラッチ回路D_0の出力に設定される。したがって、比較処理の終了時点まで、クロック生成部18からのクロック信号がカウンタ回路C_1に入力され、カウンタ回路C_1はクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。信号読出し期間に続く計数期間における比較処理の開始時点で、列カウント部103が保持している値は8’b0000_0000である。   Since the control signal SEL is set to the L state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the latch circuit D_0. Therefore, until the end of the comparison process, the clock signal from the clock generation unit 18 is input to the counter circuit C_1, and the counter circuit C_1 performs counting using the clock signal from the clock generation unit 18 as a count clock. The value held by the column count unit 103 at the start of the comparison process in the counting period subsequent to the signal reading period is 8'b0000_0000.

計数期間において、所定の条件を満足する第1のタイミング(前述した動作では、ランプ部19から与えられるランプ波とリセットレベルとの比較に係る第1のタイミング)で、比較出力COが反転し、その時点のクロック生成部18からのクロック信号の論理状態が保持される(第1のクロック信号)。同時に、カウンタ回路C_1〜C_7はカウント動作を停止する。この時点で、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b0(L状態)、列カウント部103が保持している値は8’b1110_0000(-32に相当)である。   In the counting period, the comparison output CO is inverted at the first timing that satisfies a predetermined condition (in the above-described operation, the first timing related to the comparison between the ramp wave supplied from the ramp unit 19 and the reset level), The logic state of the clock signal from the clock generation unit 18 at that time is held (first clock signal). At the same time, the counter circuits C_1 to C_7 stop counting. At this time, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b0 (L state), and the value held by the column count unit 103 is 8'b1110_0000 (corresponding to -32).

続いて、初期値設定期間において、ラッチ回路D_0に保持された第1のクロック信号に基づいてカウンタ回路C_1がカウントを行う。制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態からH状態となった後、制御信号SELがL状態からH状態となり、さらに制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態からL状態となる。続いて、制御信号CNTEN_0がL状態からH状態となり、更にL状態となる。制御信号SELはH状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはカウンタ回路C_0の出力に設定される。これにより、ラッチ回路D_0に保持された第1のクロック信号の論理状態に応じた計数信号が生成され、生成された計数信号をカウントしたカウント値が列カウント部103に保持される。本例の場合、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b0(L状態)であり、生成された計数信号はない。この時点で、列カウント部103が保持している値は8’b1110_0000(-32に相当)である。   Subsequently, in the initial value setting period, the counter circuit C_1 performs counting based on the first clock signal held in the latch circuit D_0. After the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the L state to the H state, the control signal SEL changes from the L state to the H state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the H state to the L state. Subsequently, the control signal CNTEN_0 changes from the L state to the H state, and further changes to the L state. Since the control signal SEL is set to the H state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the counter circuit C_0. As a result, a count signal corresponding to the logic state of the first clock signal held in the latch circuit D_0 is generated, and a count value obtained by counting the generated count signal is held in the column count unit 103. In this example, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b0 (L state), and there is no generated count signal. At this time, the value held by the column count unit 103 is 8′b1110_0000 (corresponding to −32).

<<2回目の読出し>>
制御信号SELがL状態、制御信号CNTEN_0〜CNTEN_7がL状態、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態に設定される。リセット期間において、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態となり、ラッチ回路D_0のリセットが行われる。また、制御信号CNTEN_1〜CNTEN_7がH状態となった後、制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態となる。尚、カウンタ回路C_0〜C_7はリセットされない。
<< Second reading >>
The control signal SEL is set to the L state, the control signals CNTEN_0 to CNTEN_7 are set to the L state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are set to the L state. In the reset period, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the H state, and the latch circuit D_0 is reset. Further, after the control signals CNTEN_1 to CNTEN_7 are in the H state, the control signals CMODE_0 to CMODE_7 are in the L state. Note that the counter circuits C_0 to C_7 are not reset.

制御信号SELはL状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはラッチ回路D_0の出力に設定される。したがって、比較処理の終了時点まで、クロック生成部18からのクロック信号がカウンタ回路C_1に入力され、カウンタ回路C_1はクロック生成部18からのクロック信号をカウントクロックとしてカウントを行う。信号読出し期間に続く計数期間における比較処理の開始時点で、列カウント部103が保持している値は8’b1110_0000(-32に相当)である。   Since the control signal SEL is set to the L state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the latch circuit D_0. Therefore, until the end of the comparison process, the clock signal from the clock generation unit 18 is input to the counter circuit C_1, and the counter circuit C_1 performs counting using the clock signal from the clock generation unit 18 as a count clock. The value held by the column count unit 103 at the start of the comparison process in the counting period subsequent to the signal reading period is 8'b1110_0000 (corresponding to -32).

計数期間において、所定の条件を満足する第2のタイミング(前述した動作では、ランプ部19から与えられるランプ波とリセットレベルとの比較に係る第2のタイミング)で、比較出力COが反転し、その時点のクロック生成部18からのクロック信号の論理状態が保持される(第2のクロック信号)。同時に、カウンタ回路C_1〜C_7はカウント動作を停止する。この時点で、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b1(H状態)、列カウント部103が保持している値は8’b0000_1010(10に相当)である。   In the counting period, the comparison output CO is inverted at the second timing that satisfies a predetermined condition (in the above-described operation, the second timing related to the comparison between the ramp wave applied from the ramp unit 19 and the reset level), The logic state of the clock signal from the clock generation unit 18 at that time is held (second clock signal). At the same time, the counter circuits C_1 to C_7 stop counting. At this time, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b1 (H state), and the value held by the column count unit 103 is 8'b0000_1010 (corresponding to 10).

続いて、ラッチ回路D_0に保持された第2のクロック信号に基づいてカウンタ回路C_1がカウントを行う。制御信号CMODE_0〜CMODE_7がL状態からH状態となった後、制御信号SELがL状態からH状態となり、更に制御信号CMODE_0〜CMODE_7がH状態からL状態となる。続いて、制御信号CNTEN_0がL状態からH状態となり、更にL状態となる。制御信号SELはH状態に設定されているので、カウンタ回路C_1のカウントクロックはカウンタ回路C_0の出力に設定される。これにより、ラッチ回路D_0に保持された第2のクロック信号に応じた計数信号が生成され、生成された計数信号をカウントしたカウント値が列カウント部103に保持される。本例の場合、ラッチ回路D_0が保持している値は1’b1(H状態)であり、1パルスの計数信号が生成される。この時点で、列カウント部103が保持している値は8’b0000_1011(11に相当)である。   Subsequently, the counter circuit C_1 performs counting based on the second clock signal held in the latch circuit D_0. After the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the L state to the H state, the control signal SEL changes from the L state to the H state, and the control signals CMODE_0 to CMODE_7 change from the H state to the L state. Subsequently, the control signal CNTEN_0 changes from the L state to the H state, and further changes to the L state. Since the control signal SEL is set to the H state, the count clock of the counter circuit C_1 is set to the output of the counter circuit C_0. As a result, a count signal corresponding to the second clock signal held in the latch circuit D_0 is generated, and a count value obtained by counting the generated count signal is held in the column count unit 103. In the case of this example, the value held by the latch circuit D_0 is 1'b1 (H state), and a one-pulse count signal is generated. At this time, the value held by the column count unit 103 is 8′b0000 — 1011 (corresponding to 11).

転送期間において、減算(CDS処理)により得られたデジタルデータは、水平選択部14により水平信号線を介して出力部17に転送される。上記の動作により、第1の画素信号と第2の画素信号との差分に応じた2進化データが得られる。   In the transfer period, the digital data obtained by subtraction (CDS processing) is transferred to the output unit 17 by the horizontal selection unit 14 via the horizontal signal line. By the above operation, binary data corresponding to the difference between the first pixel signal and the second pixel signal is obtained.

上述したように、本実施形態によれば、列カウント部103は、クロック生成部18からのクロック信号をカウントすることに加えて、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態に基づいて生成された計数信号をカウントする。上記のように、ラッチ回路D_0にラッチされたクロック信号の論理状態をカウントすることによって、カウントクロックの周波数を増加させることなく、AD変換により得られるデジタルデータの分解能を1ビット向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to counting the clock signal from the clock generation unit 18, the column count unit 103 generates based on the logic state of the clock signal latched in the latch circuit D_0. The counted signal is counted. As described above, by counting the logic state of the clock signal latched in the latch circuit D_0, the resolution of digital data obtained by AD conversion can be improved by 1 bit without increasing the frequency of the count clock. .

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. .

2,1002・・・撮像部、5,1005・・・読出電流源部、12,1012・・・垂直選択部、14,1014・・・水平選択部、15,1015・・・カラム処理部、16,1016・・・列AD変換部、17,1017・・・出力部、18,1018・・・クロック生成部、19,1019・・・ランプ部、20,1020・・・制御部、103,1103・・・列カウント部、108,1108・・・ラッチ部、109,1109・・・比較部   2, 1002 ... Imaging unit, 5, 1005 ... Read current source unit, 12, 1012 ... Vertical selection unit, 14, 1014 ... Horizontal selection unit, 15, 1015 ... Column processing unit, 16, 1016 ... column AD conversion unit, 17, 1017 ... output unit, 18, 1018 ... clock generation unit, 19, 1019 ... ramp unit, 20, 1020 ... control unit, 103, 1103: Column count unit, 108, 1108 ... Latch unit, 109, 1109 ... Comparison unit

Claims (3)

時間の経過とともに増加または減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、
AD変換の対象となるアナログ信号と前記参照信号とを比較し、前記参照信号が前記アナログ信号に対して所定の条件を満たしたタイミングで比較処理を終了する比較部と、
所定の周波数のクロック信号を出力するクロック生成部と、
前記比較処理の間、前記クロック生成部から出力される前記クロック信号を通過させ、前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチするラッチ部と、
k(kは、3以上の自然数)ビットのカウンタ回路を含み、前記ラッチ部から出力される前記クロック信号に基づく第1の計数信号を前記カウンタ回路のj(jは、j<kの自然数)ビット目に入力し、前記ラッチ部にラッチされた前記クロック信号の論理状態に基づいて生成されたパルス信号である第2の計数信号を前記カウンタ回路のi(iは、i<jの自然数)ビット目に入力し、前記第1の計数信号および前記第2の計数信号を計数処理するカウント部と、
を備え、
前記ラッチ部は、第1のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチした後、第2のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチし、
前記カウント部は、前記第1のアナログ信号に応じた第1の計数処理を行い、前記第1の計数処理により得られる計数値を構成する各ビットを反転した後、前記第2のアナログ信号に応じた第2の前記計数処理を行う
ことで、前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号との差分に応じたデジタルデータを出力するAD変換回路。
A reference signal generator that generates a reference signal that increases or decreases over time;
A comparison unit that compares the analog signal to be subjected to AD conversion and the reference signal, and ends the comparison process at a timing when the reference signal satisfies a predetermined condition with respect to the analog signal;
A clock generator for outputting a clock signal of a predetermined frequency;
A latch unit that passes the clock signal output from the clock generation unit during the comparison process and latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process;
a counter circuit of k (k is a natural number equal to or greater than 3) bits, and the first count signal based on the clock signal output from the latch unit is j (j is a natural number of j <k) of the counter circuit The second count signal, which is a pulse signal generated based on the logic state of the clock signal input to the bit and latched in the latch unit, is i (i is a natural number of i <j) of the counter circuit. A count unit that inputs to the bit, and counts the first count signal and the second count signal;
With
The latch unit latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process according to a first analog signal, and then latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process according to a second analog signal. Latch and
The counting unit performs a first counting process according to the first analog signal, inverts each bit constituting a count value obtained by the first counting process, and then converts the bit into the second analog signal. An AD conversion circuit that outputs digital data corresponding to a difference between the first analog signal and the second analog signal by performing a second counting process in response.
時間の経過とともに増加または減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、
AD変換の対象となるアナログ信号と前記参照信号とを比較し、前記参照信号が前記アナログ信号に対して所定の条件を満たしたタイミングで比較処理を終了する比較部と、
所定の周波数のクロック信号を出力するクロック生成部と、
前記比較処理の間、前記クロック生成部から出力される前記クロック信号を通過させ、前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチするラッチ部と、
k(kは、3以上の自然数)ビットのカウンタ回路を含み、前記ラッチ部から出力される前記クロック信号に基づく第1の計数信号を前記カウンタ回路のj(jは、j<kの自然数)ビット目に入力し、前記ラッチ部にラッチされた前記クロック信号の論理状態に基づいて生成されたパルス信号である第2の計数信号を前記カウンタ回路のi(iは、i<jの自然数)ビット目に入力し、前記第1の計数信号および前記第2の計数信号を計数処理するカウント部と、
を備え、
前記ラッチ部は、第1のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチした後、第2のアナログ信号に応じた前記比較処理の終了に係るタイミングで前記クロック信号をラッチし、
前記カウント部は、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか一方のモードで前記第1のアナログ信号に応じた第1の計数処理を行い、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか他方のモードで前記第2のアナログ信号に応じた第2の計数処理を行う
ことで、前記第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号との差分に応じたデジタルデータを出力するAD変換回路。
A reference signal generator that generates a reference signal that increases or decreases over time;
A comparison unit that compares the analog signal to be subjected to AD conversion and the reference signal, and ends the comparison process at a timing when the reference signal satisfies a predetermined condition with respect to the analog signal;
A clock generator for outputting a clock signal of a predetermined frequency;
A latch unit that passes the clock signal output from the clock generation unit during the comparison process and latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process;
a counter circuit of k (k is a natural number equal to or greater than 3) bits, and the first count signal based on the clock signal output from the latch unit is j (j is a natural number of j <k) of the counter circuit The second count signal, which is a pulse signal generated based on the logic state of the clock signal input to the bit and latched in the latch unit, is i (i is a natural number of i <j) of the counter circuit. A count unit that inputs to the bit, and counts the first count signal and the second count signal;
With
The latch unit latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process according to a first analog signal, and then latches the clock signal at a timing related to the end of the comparison process according to a second analog signal. Latch and
The counting unit performs a first counting process according to the first analog signal in one of a down-count mode and an up-count mode, and in either one of the down-count mode and the up-count mode. An AD conversion circuit that outputs digital data according to a difference between the first analog signal and the second analog signal by performing a second counting process according to the second analog signal.
光電変換素子を有する複数の画素が配置され、前記複数の画素は、リセットレベルに応じた信号を第1の画素信号として出力し、入射された電磁波の大きさに応じた信号を第2の画素信号として出力する撮像部と、
請求項1または請求項2に係るAD変換回路と、
を備え、
前記第1の画素信号に応じたアナログ信号を前記第1のアナログ信号とし、前記第2の画素信号に応じたアナログ信号を前記第2のアナログ信号とすることを特徴とする撮像装置。
A plurality of pixels having photoelectric conversion elements are arranged, the plurality of pixels output a signal corresponding to a reset level as a first pixel signal, and a signal corresponding to the magnitude of incident electromagnetic waves is a second pixel An imaging unit that outputs a signal;
AD conversion circuit according to claim 1 or claim 2,
With
An imaging apparatus comprising: an analog signal corresponding to the first pixel signal as the first analog signal; and an analog signal corresponding to the second pixel signal as the second analog signal.
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