JP2014033396A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a solid-state imaging device.
固体撮像装置の画素で発生する熱雑音および1/f雑音を低減するために、固体撮像装置から読み出された画素信号をマルチサンプルする方法がある。このマルチサンプルでは、固体撮像装置から読み出された同一画素信号に対してAD変換が複数回だけ行われた後、それらの複数の信号が平均化される。 In order to reduce thermal noise and 1 / f noise generated in the pixels of the solid-state imaging device, there is a method of multi-sampling pixel signals read from the solid-state imaging device. In this multi-sample, AD conversion is performed a plurality of times on the same pixel signal read from the solid-state imaging device, and then the plurality of signals are averaged.
本発明の一つの実施形態は、AD変換処理を高速化することなく、画素信号を低ノイズ化することが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing noise of a pixel signal without increasing the speed of AD conversion processing.
本発明の一つの実施形態によれば、画素アレイ部と、マルチレベル変換回路と、カラムADC回路とが設けられている。画素アレイ部は、光電変換した電荷を蓄積する画素がマトリックス状に配置されている。マルチレベル変換回路は、前記画素から読み出された画素信号のレベルを複数のレベルに変換する。カラムADC回路は、前記画素信号の複数のレベルと基準信号との比較結果に基づいて前記画素信号を検出する。 According to one embodiment of the present invention, a pixel array section, a multi-level conversion circuit, and a column ADC circuit are provided. In the pixel array portion, pixels that accumulate photoelectrically converted charges are arranged in a matrix. The multi-level conversion circuit converts the level of the pixel signal read from the pixel into a plurality of levels. The column ADC circuit detects the pixel signal based on a comparison result between a plurality of levels of the pixel signal and a reference signal.
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a solid-state imaging device will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、固体撮像装置には、画素アレイ部1が設けられている。画素アレイ部1には、光電変換した電荷を蓄積する画素PCがロウ方向RDおよびカラム方向CDにマトリックス状に配置されている。また、画素アレイ部1において、ロウ方向RDには画素PCの読み出し制御を行う水平制御線Hlinが設けられ、カラム方向CDには画素PCから読み出された信号を伝送する垂直信号線Vlinが設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
In FIG. 1, a
また、固体撮像装置には、読み出し対象となる画素PCを垂直方向に走査する垂直走査回路2、画素PCとの間でソースフォロア動作を行うことにより、画素PCから垂直信号線Vlinにカラムごとに信号を読み出す負荷回路3、各画素PCの信号成分をCDSにてカラムごとに検出するカラムADC回路4A、読み出し対象となる画素PCを水平方向に走査する水平走査回路5、カラムADC回路4Aに基準電圧VREFを出力する基準電圧発生回路6、各画素PCの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路7および画素PCから読み出された画素信号VSIGのレベルを複数のレベルに変換するマルチレベル変換回路8が設けられている。ここで、カラムADC回路4Aは、マルチレベル変換回路8から出力された画素信号VSIGの複数のレベルと基準信号VREFとの比較結果に基づいて画素信号VSIGを検出することができる。なお、基準電圧VREFはランプ波を用いることができる。
Further, in the solid-state imaging device, a source follower operation is performed between the pixel PC to be read out and the
そして、垂直走査回路2にて画素PCが垂直方向に走査されることで、ロウ方向RDに画素PCが選択される。そして、負荷回路3において、その画素PCとの間でソースフォロア動作が行われることにより、画素PCから読み出された画素信号VSIGが垂直信号線Vlinを介して伝送され、マルチレベル変換回路8に送られる。そして、マルチレベル変換回路8において、画素PCから読み出された画素信号VSIGのレベルが複数のレベルに変換され、カラムADC回路4Aに送られる。また、基準電圧発生回路6において、基準電圧VREFとしてランプ波が設定され、カラムADC回路4Aに送られる。そして、カラムADC回路4Aにおいて、マルチレベル変換回路8から出力された複数の画素信号VSIGの信号レベルとリセットレベルが基準電圧VREFのレベルに一致するまでクロックのカウント動作が行われ、画素信号VSIGについての複数の信号レベルとリセットレベルとの差分平均がとられることで各画素PCの信号成分が検出され、出力信号Voutとして出力される。
Then, the pixel PC is selected in the row direction RD by the
ここで、同一の画素PCから読み出された画素信号VSIGのレベルを複数のレベルに変換し、その画素信号VSIGの複数のレベルを基準電圧VREFと比較することにより、その比較処理を並列化しつつ、画素信号VSIGをマルチサンプルすることが可能となる。このため、熱雑音および1/f雑音を低減することが可能となるとともに、比較処理にかかる時間の増大を抑制することが可能となり、フレームレートの低下を抑制することができる。 Here, the level of the pixel signal VSIG read from the same pixel PC is converted into a plurality of levels, and the plurality of levels of the pixel signal VSIG are compared with the reference voltage VREF, thereby parallelizing the comparison processing. The pixel signal VSIG can be multisampled. For this reason, it becomes possible to reduce thermal noise and 1 / f noise, to suppress an increase in time required for the comparison process, and to suppress a decrease in frame rate.
図2は、図1の固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
図2において、画素PCには、フォトダイオードPD、増幅トランジスタTb、リセットトランジスタTcおよび読み出しトランジスタTdがそれぞれ設けられている。また、増幅トランジスタTbとリセットトランジスタTcと読み出しトランジスタTdとの接続点には検出ノードとしてフローティングディフュージョンFDが形成されている。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a pixel of the solid-state imaging device of FIG.
In FIG. 2, the pixel PC is provided with a photodiode PD, an amplification transistor Tb, a reset transistor Tc, and a readout transistor Td. In addition, a floating diffusion FD is formed as a detection node at a connection point between the amplification transistor Tb, the reset transistor Tc, and the read transistor Td.
そして、読み出しトランジスタTdのソースは、フォトダイオードPDに接続され、読み出しトランジスタTdのゲートには、読み出し信号READが入力される。また、リセットトランジスタTcのソースは、読み出しトランジスタTdのドレインに接続され、リセットトランジスタTcのゲートには、リセット信号RSGが入力され、リセットトランジスタTcのドレインは、電源電位RSDに接続されている。また、増幅トランジスタTbのソースは、垂直信号線Vlinに接続され、増幅トランジスタTbのゲートは、読み出しトランジスタTdのドレインに接続され、増幅トランジスタTbのドレインは、電源電位VDDに接続されている。 The source of the read transistor Td is connected to the photodiode PD, and the read signal READ is input to the gate of the read transistor Td. The source of the reset transistor Tc is connected to the drain of the read transistor Td, the reset signal RSG is input to the gate of the reset transistor Tc, and the drain of the reset transistor Tc is connected to the power supply potential RSD. The source of the amplification transistor Tb is connected to the vertical signal line Vlin, the gate of the amplification transistor Tb is connected to the drain of the read transistor Td, and the drain of the amplification transistor Tb is connected to the power supply potential VDD.
また、負荷回路3には、カラムごとに電流原Gが設けられている。そして、電流原Gはカラムごとに垂直信号線Vlinに接続されている。なお、図2の水平制御線Hlinは、読み出し信号READおよびリセット信号RSGをロウごとに画素PCに伝送することができる。
The
図3は、図1の固体撮像装置の読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。なお、図3の例では、画素信号VSIGの1つのレベルを2つのレベルに変換する方法について示した。
図3において、電源電位RSDが立ち上がった状態で(t1)、リセット信号RSGが立ち上がると(t2)、リセットトランジスタTcがオンし、リーク電流などで発生した余分な電荷がフローティングディフュージョンFDにリセットされる。そして、フローティングディフュージョンFDのリセットレベルに応じた電圧が増幅トランジスタTbのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタTbと電流原Gとでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタTbのゲートに印加された電圧に垂直信号線Vlinの電圧が追従し、リセットレベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介してマルチレベル変換回路8に送られる。そして、マルチレベル変換回路8において、画素PCから読み出された画素信号VSIGのリセットレベルが2つのリセットレベルVRP、VRNに変換され、カラムADC回路4Aに送られる。
FIG. 3 is a timing chart showing voltage waveforms at various parts during the read operation of the solid-state imaging device of FIG. In the example of FIG. 3, the method of converting one level of the pixel signal VSIG into two levels is shown.
In FIG. 3, with the power supply potential RSD rising (t1), when the reset signal RSG rises (t2), the reset transistor Tc is turned on, and excess charge generated due to leakage current or the like is reset to the floating diffusion FD. . A voltage corresponding to the reset level of the floating diffusion FD is applied to the gate of the amplification transistor Tb. Here, since the amplification transistor Tb and the current source G form a source follower, the voltage of the vertical signal line Vlin follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor Tb, and the output voltage VSIG at the reset level is vertical. The signal is sent to the
そして、カラムADC回路4Aにおいて、2つのリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGが入力された状態で、基準電圧VREFとしてランプ波が与えられると、2つのリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGとランプ波とが比較される。
In the
そして、2つのリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGがランプ波のレベルと一致するまでそれぞれダウンカウントされることで(t3、t4)、2つのリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGがデジタル値にそれぞれ変換され保持される。 The output voltage VSIG of the two reset levels VRP and VRN is down-counted until they match the ramp wave level (t3 and t4), so that the output voltage VSIG of the two reset levels VRP and VRN becomes a digital value. Each is converted and held.
次に、読み出し信号READが立ち上がると(t5)、読み出しトランジスタTdがオンし、フォトダイオードPDに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、フローティングディフュージョンFDの信号レベルに応じた電圧が増幅トランジスタTbのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタTbと電流原Gとでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタTbのゲートに印加された電圧に垂直信号線Vlinの電圧が追従し、信号レベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介してマルチレベル変換回路8に送られる。そして、マルチレベル変換回路8において、画素PCから読み出された画素信号VSIGの信号レベルが2つの信号レベルVSP、VSNに変換され、カラムADC回路4Aに送られる。
Next, when the read signal READ rises (t5), the read transistor Td is turned on, the charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD, and a voltage corresponding to the signal level of the floating diffusion FD is amplified. Apply to the gate of Tb. Here, since the amplification transistor Tb and the current source G constitute a source follower, the voltage of the vertical signal line Vlin follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor Tb, and the output voltage VSIG at the signal level is vertical. The signal is sent to the
そして、カラムADC回路4Aにおいて、2つの信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGが入力された状態で、基準電圧VREFとしてランプ波が与えられると、2つの信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGとランプ波とが比較される。
In the
そして、2つの信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGがランプ波のレベルと一致するまで今度はそれぞれアップカウントされることで(t6、t7)、信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGとリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGとの差分がそれぞれデジタル値に変換される。そして、信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGとリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGとの差分が平均化された後、出力信号S1として出力される。 The output voltages VSIG of the two signal levels VSP and VSN are then up-counted until they match the ramp wave level (t6, t7), so that the output voltage VSIG of the signal levels VSP and VSN and the reset level VRP are obtained. , The difference between VRN and output voltage VSIG is converted into a digital value. Then, after the difference between the output voltage VSIG of the signal levels VSP and VSN and the output voltage VSIG of the reset levels VRP and VRN is averaged, it is output as the output signal S1.
次に、電源電位RSDが立ち下がった状態でリセット信号RSGが立ち上がると(t8)、リセットトランジスタTcがオンし、フローティングディフュージョンFDの電位がロウレベルに設定される。このため、増幅トランジスタTbがオフし、直信号線Vlinの電圧がフローティングディフュージョンFDの電位に追従しないようになる。 Next, when the reset signal RSG rises with the power supply potential RSD falling (t8), the reset transistor Tc is turned on, and the potential of the floating diffusion FD is set to a low level. For this reason, the amplification transistor Tb is turned off, and the voltage of the direct signal line Vlin does not follow the potential of the floating diffusion FD.
図4は、図1の固体撮像装置の1カラム分のマルチレベル変換回路およびカラムADC回路の構成例を示すブロック図である。
図4において、マルチレベル変換回路8には、差動アンプDAがカラムごとに設けられている。カラムADC回路4Aには、コンパレータCP1、CP2、演算器11、カウンタ12、ラッチ回路13、乗算器14および加算器15が設けられている。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a multi-level conversion circuit and a column ADC circuit for one column of the solid-state imaging device of FIG.
In FIG. 4, the
差動アンプDAは、画素信号VSIGを差動化することで画素信号VSIGの1つのレベルを2つのレベルに変換することができる。コンパレータCP1、CP2は、画素信号VSIGの2つのレベルをそれぞれ並列に基準電圧VREFと比較することができる。演算器11は、今回のコンパレータCP1、CP2の出力と前回の演算器11からの余りB{0,1}に基づいて、今回の桁上がりCAと余りB{0,1}を演算することができる。なお、演算器11は加算器であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよい。また、桁上がりCAと余りB{0,1}はそれぞれ1ビットなので、演算器11は3ビット入力2ビット出力とすることができる。カウンタ12は、カウンタクロックCKに従って桁上がりCAをカウントすることができる。ラッチ回路13は、カウンタクロックCKに従って余りB{0,1}をラッチすることができる。乗算器14は、カウンタ12のカウント結果に21=2を乗算することができる。加算器15は、乗算器14の出力と余りB{0,1}を加算することができる。
The differential amplifier DA can convert one level of the pixel signal VSIG into two levels by differentiating the pixel signal VSIG. The comparators CP1 and CP2 can compare the two levels of the pixel signal VSIG with the reference voltage VREF in parallel. The
図5(a)は、図1の固体撮像装置から読み出された信号レベルおよびリセットレベルのサンプルタイミングを示すタイミングチャート、図5(b)および図5(c)は、図5(a)のサンプルタイミングに対応したコンパレータCP1、CP2の出力波形を示すタイミングチャートである。 FIG. 5A is a timing chart showing sample timings of signal levels and reset levels read from the solid-state imaging device of FIG. 1, and FIGS. 5B and 5C are diagrams of FIG. 6 is a timing chart showing output waveforms of comparators CP1 and CP2 corresponding to sample timing.
図5(a)から図5(c)において、図3の電源電位RSDが立ち上がった状態で、リセット信号RSGが立ち上がると、リセットレベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介して差動アンプDAに送られる。そして、差動アンプDAにおいて、リセットレベルの出力電圧VSIGが差動化されることで、出力電圧VSIGのセットレベルが2つのリセットレベルVRP、VRNに変換され、コンパレータCP1、CP2にそれぞれ入力される。また、基準電圧発生回路6からは基準電圧VREFがコンパレータCP1、CP2に入力される。
5A to 5C, when the reset signal RSG rises in the state where the power supply potential RSD of FIG. 3 has risen, the output voltage VSIG at the reset level is changed to the differential amplifier DA via the vertical signal line Vlin. Sent to. In the differential amplifier DA, the output voltage VSIG at the reset level is differentiated, so that the set level of the output voltage VSIG is converted into two reset levels VRP and VRN, which are input to the comparators CP1 and CP2, respectively. . The reference voltage VREF is input from the reference
そして、コンパレータCP1、CP2において、出力電圧VSIGの2つのリセットレベルVRP、VRNが基準電圧VREFと比較される。そして、リセットレベルVRPが基準電圧VREFと一致すると、コンパレータCP1の出力が反転し、その反転結果が演算器11に入力される(t3)。また、リセットレベルVRNが基準電圧VREFと一致すると、コンパレータCP2の出力が反転し、その反転結果が演算器11に入力される(t4)。また、演算器11からの前回の余りBはラッチ回路13に保持され、演算器11に入力される。そして、演算器11において、コンパレータCP1、CP2の出力と前回の余りB{0,1}が加算されることで、桁上がりCAと今回の余りB{0,1}が算出され、桁上がりCAはカウンタ12に出力されるとともに、今回の余りB{0,1}はラッチ回路13に保持される。そして、カウンタ12において、カウンタクロックCKに従って桁上がりCAがカウントされ、そのカウント結果が乗算器14に出力される。そして、乗算器14においてそのカウント結果が2倍された後、加算器15において余りB{0,1}が加算される。
Then, the comparators CP1 and CP2 compare the two reset levels VRP and VRN of the output voltage VSIG with the reference voltage VREF. When the reset level VRP matches the reference voltage VREF, the output of the comparator CP1 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 11 (t3). When the reset level VRN coincides with the reference voltage VREF, the output of the comparator CP2 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 11 (t4). The previous remainder B from the
次に、読み出し信号READが立ち上がると(t5)、信号レベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介して差動アンプDAに送られる。そして、差動アンプDAにおいて、信号レベルの出力電圧VSIGが差動化されることで、出力電圧VSIGの信号レベルが2つの信号レベルVSP、VSNに変換され、コンパレータCP1、CP2にそれぞれ入力される。また、基準電圧発生回路6からは基準電圧VREFがコンパレータCP1、CP2に入力される。
Next, when the read signal READ rises (t5), the signal level output voltage VSIG is sent to the differential amplifier DA via the vertical signal line Vlin. Then, in the differential amplifier DA, the signal level output voltage VSIG is differentiated, whereby the signal level of the output voltage VSIG is converted into two signal levels VSP and VSN, which are input to the comparators CP1 and CP2, respectively. . The reference voltage VREF is input from the reference
そして、コンパレータCP1、CP2において、出力電圧VSIGの2つの信号レベルVSP、VSNが基準電圧VREFと比較される。そして、信号レベルVSNが基準電圧VREFと一致すると、コンパレータCP1の出力が反転し、その反転結果が演算器11に入力される(t6)。また、信号レベルVSPが基準電圧VREFと一致すると、コンパレータCP2の出力が反転し、その反転結果が演算器11に入力される(t7)。また、演算器11からの前回の余りB{0,1}はラッチ回路13に保持され、演算器11に入力される。そして、演算器11において、コンパレータCP1、CP2の出力と前回の余りB{0,1}が加算されることで、桁上がりCAと今回の余りB{0,1}が算出され、桁上がりCAはカウンタ12に出力されるとともに、今回の余りB{0,1}はラッチ回路13に保持される。そして、カウンタ12において、カウンタクロックCKに従って桁上がりCAがカウントされ、そのカウント結果が乗算器14に出力される。そして、乗算器14においてそのカウント値が2倍された後、加算器15において余りB{0,1}が加算される。
Then, the comparators CP1 and CP2 compare the two signal levels VSP and VSN of the output voltage VSIG with the reference voltage VREF. When the signal level VSN matches the reference voltage VREF, the output of the comparator CP1 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 11 (t6). When the signal level VSP matches the reference voltage VREF, the output of the comparator CP2 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 11 (t7). The previous remainder B {0, 1} from the
例えば、クロックk1〜k8に従ってコンパレータCP1の出力が11111100、コンパレータCP2の出力が11100000になるとする。この場合、コンパレータCP1の出力のカウント値は6、コンパレータCP2の出力のカウント値は3であるので、これらのカウント値の合計は9となる。 For example, it is assumed that the output of the comparator CP1 becomes 11111100 and the output of the comparator CP2 becomes 11100000 according to the clocks k1 to k8. In this case, since the count value of the output of the comparator CP1 is 6 and the count value of the output of the comparator CP2 is 3, the sum of these count values is 9.
一方、このようなコンパレータCP1、CP2の出力が演算器11に入力されると、クロックk1〜k8に従って桁上がりCAは11101000、余りB{0,1}は00010111となる。このため、カウンタ12のカウント値は4、余りB{0,1}は1となり、カウンタ12のカウント値=4を2倍して余りB{0,1}=1を加算すると、9という値が得られる。このため、コンパレータCP1、CP2にて1つのカウンタ12を共有した場合においても、コンパレータCP1、CP2ごとに別個にカウンタを設けた場合と同様の値が得られる。このため、画素信号VSIGのマルチサンプルを行う場合においても、カウンタの個数の増大を抑制することができ、カウンタの回路規模を低減することができる。
On the other hand, when the outputs of the comparators CP1 and CP2 are input to the
ここで、カラムADC回路4AのCDSによる信号成分をΔVCDS、画素信号VSIGのリセットレベルをVR、画素信号VSIGの信号レベルをVSとすると、ΔVCDS=VR−VSとなる。
一方、画素信号VSIGを差動化した時の信号成分をVDIFとすると、VDIF=2×ΔVCDSとなる。このため、ゲインを2倍にした効果が得られ、量子化ノイズを1/2に低減することができる。
Here, if the signal component by CDS of the
On the other hand, if the signal component when the pixel signal VSIG is differentiated is VDIF, VDIF = 2 × ΔVCDS. For this reason, the effect of doubling the gain can be obtained, and the quantization noise can be reduced to ½.
また、画素信号VSIGの信号成分に応じたカウント時間をΔTCDS、画素信号VSIGを差動化した時の信号成分に応じたカウント時間をそれぞれΔTCDP、ΔTCDNとすると、ΔTCDS=(ΔTCDP+ΔTCDN)/2で与えることができ、熱雑音を1/√2に低減することができる。なお、リセットレベルVRP、VRNにおけるカウント時間をそれぞれTRP、TRN、信号レベルVSP、VSNにおけるカウント時間をそれぞれTSP、TSNとすると、ΔTCDP=TSP−TRP、ΔTCDN=TSN−TRNで与えることができる。 Also, if the count time corresponding to the signal component of the pixel signal VSIG is ΔTCDS and the count time corresponding to the signal component when the pixel signal VSIG is differentiated is ΔTCDP and ΔTCDN, respectively, ΔTCDS = (ΔTCDP + ΔTCDN) / 2 is given. And thermal noise can be reduced to 1 / √2. If the count times at the reset levels VRP and VRN are TRP and TRN, and the count times at the signal levels VSP and VSN are TSP and TSN, respectively, ΔTCDP = TSP-TRP and ΔTCDN = TSN-TRN can be given.
なお、上述した第1実施形態では、画素信号VSIGの1つのレベルを2つのレベルに変換する方法について説明したが、画素信号VSIGの1つのレベルを3以上のレベルに変換するようにしてもよい。 In the first embodiment described above, the method of converting one level of the pixel signal VSIG into two levels has been described. However, one level of the pixel signal VSIG may be converted into three or more levels. .
また、上述した第1実施形態では、2つのコンパレータCP1、CP2に対して1つのカウンタ12を共有する方法について説明したが、コンパレータCP1、CP2ごとにカウンタを個別に用意し、それらのカウンタからの出力を平均化するようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the method of sharing one
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図6において、この固体撮像装置には、図1の固体撮像装置のカラムADC回路4Aおよび基準電圧発生回路6の代わりにカラムADC回路4Bおよび基準電圧発生回路6A、6Bが設けられている。基準電圧発生回路6は、カラムADC回路4Bに基準電圧VREF1、VREF2を出力することができる。なお、基準電圧VREF1、VREF2はランプ波を用いることができる。また、基準電圧VREF1、VREF2は同一の波形とすることができ、基準電圧VREF1を時間シフトすることで基準電圧VREF2を生成することができる。カラムADC回路4Bは、マルチレベル変換回路8から出力された画素信号VSIGの複数のレベルと、基準信号VREF1、VREF2との比較結果に基づいて画素信号VSIGを検出することができる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging apparatus according to the second embodiment.
In FIG. 6, this solid-state imaging device is provided with a
そして、垂直走査回路2にて画素PCが垂直方向に走査されることで、ロウ方向RDに画素PCが選択される。そして、負荷回路3において、その画素PCとの間でソースフォロア動作が行われることにより、画素PCから読み出された画素信号VSIGが垂直信号線Vlinを介して伝送され、マルチレベル変換回路8に送られる。そして、マルチレベル変換回路8において、画素PCから読み出された画素信号VSIGのレベルが複数のレベルに変換され、カラムADC回路4Bに送られる。また、基準電圧発生回路6A、6Bにおいて、基準電圧VREF1、VREF2としてランプ波が設定され、カラムADC回路4Bに送られる。そして、カラムADC回路4Bにおいて、マルチレベル変換回路8から出力された複数の画素信号VSIGの信号レベルとリセットレベルが基準電圧VREF1、VREF2のレベルにそれぞれ一致するまでクロックのカウント動作が行われ、画素信号VSIGについての複数の信号レベルとリセットレベルとの差分が基準電圧VREF1、VREF2ごとにとられた後、それらが平均化されることで各画素PCの信号成分が検出され、出力信号Voutとして出力される。
Then, the pixel PC is selected in the row direction RD by the
ここで、同一の画素PCから読み出された画素信号VSIGのレベルを複数のレベルに変換し、その画素信号VSIGの複数のレベルを複数の基準電圧VREF1、VREF2と比較することにより、その比較処理を並列化しつつ、画素信号VSIGをマルチサンプルすることが可能となる。このため、熱雑音および1/f雑音を低減することが可能となるとともに、比較処理にかかる時間の増大を抑制することが可能となり、フレームレートの低下を抑制することができる。 Here, the level of the pixel signal VSIG read from the same pixel PC is converted into a plurality of levels, and the plurality of levels of the pixel signal VSIG are compared with a plurality of reference voltages VREF1 and VREF2, thereby performing the comparison process. It is possible to multisample the pixel signal VSIG while parallelizing. For this reason, it becomes possible to reduce thermal noise and 1 / f noise, to suppress an increase in time required for the comparison process, and to suppress a decrease in frame rate.
図7は、図6の固体撮像装置の読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。なお、図7の例では、画素信号VSIGの2つのレベルと2つの基準信号VREF1、VREF2との比較を行う方法について示した。
図7において、電源電位RSDが立ち上がった状態で(t1)、リセット信号RSGが立ち上がると(t2)、リセットトランジスタTcがオンし、リーク電流などで発生した余分な電荷がフローティングディフュージョンFDにリセットされる。そして、フローティングディフュージョンFDのリセットレベルに応じた電圧が増幅トランジスタTbのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタTbと電流原Gとでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタTbのゲートに印加された電圧に垂直信号線Vlinの電圧が追従し、リセットレベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介してマルチレベル変換回路8に送られる。そして、マルチレベル変換回路8において、画素PCから読み出された画素信号VSIGのリセットレベルが2つのリセットレベルVRP、VRNに変換され、カラムADC回路4Bに送られる。
FIG. 7 is a timing chart showing voltage waveforms at various parts during the read operation of the solid-state imaging device of FIG. In the example of FIG. 7, the method of comparing the two levels of the pixel signal VSIG with the two reference signals VREF1 and VREF2 is shown.
In FIG. 7, when the power supply potential RSD rises (t1) and the reset signal RSG rises (t2), the reset transistor Tc is turned on, and excess charge generated due to leakage current or the like is reset to the floating diffusion FD. . A voltage corresponding to the reset level of the floating diffusion FD is applied to the gate of the amplification transistor Tb. Here, since the amplification transistor Tb and the current source G form a source follower, the voltage of the vertical signal line Vlin follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor Tb, and the output voltage VSIG at the reset level is vertical. The signal is sent to the
そして、カラムADC回路4Bにおいて、2つのリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGが入力された状態で、基準電圧VREF1、VREF2としてランプ波が与えられると、2つのリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGと基準電圧VREF1、VREF2とが比較される。
In the
そして、リセットレベルVRPの出力電圧VSIGが基準電圧VREF1、VREF2のレベルと一致するまでそれぞれダウンカウントされることで(t3、t4)、リセットレベルVRPの出力電圧VSIGがデジタル値にそれぞれ変換され保持される。また、リセットレベルVRNの出力電圧VSIGが基準電圧VREF1、VREF2のレベルと一致するまでそれぞれダウンカウントされることで(t5、t6)、リセットレベルVRNの出力電圧VSIGがデジタル値にそれぞれ変換され保持される。 The output voltage VSIG at the reset level VRP is down-counted until it matches the levels of the reference voltages VREF1 and VREF2 (t3, t4), so that the output voltage VSIG at the reset level VRP is converted into a digital value and held. The Further, the output voltage VSIG at the reset level VRN is down-counted until it matches the levels of the reference voltages VREF1 and VREF2 (t5, t6), so that the output voltage VSIG at the reset level VRN is converted into a digital value and held. The
次に、読み出し信号READが立ち上がると(t7)、読み出しトランジスタTdがオンし、フォトダイオードPDに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、フローティングディフュージョンFDの信号レベルに応じた電圧が増幅トランジスタTbのゲートにかかる。ここで、増幅トランジスタTbと電流原Gとでソースフォロアが構成されているので、増幅トランジスタTbのゲートに印加された電圧に垂直信号線Vlinの電圧が追従し、信号レベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介してマルチレベル変換回路8に送られる。そして、マルチレベル変換回路8において、画素PCから読み出された画素信号VSIGの信号レベルが2つの信号レベルVSP、VSNに変換され、カラムADC回路4Bに送られる。
Next, when the read signal READ rises (t7), the read transistor Td is turned on, the charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD, and a voltage corresponding to the signal level of the floating diffusion FD is amplified. Apply to the gate of Tb. Here, since the amplification transistor Tb and the current source G constitute a source follower, the voltage of the vertical signal line Vlin follows the voltage applied to the gate of the amplification transistor Tb, and the output voltage VSIG at the signal level is vertical. The signal is sent to the
そして、カラムADC回路4Bにおいて、2つの信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGが入力された状態で、基準電圧VREF1、VREF2としてランプ波が与えられると、2つの信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGと基準電圧VREF1、VREF2とが比較される。
In the
そして、信号レベルVSNの出力電圧VSIGが各基準電圧VREF1、VREF2のレベルと一致するまで今度はそれぞれアップカウントされることで(t8、t9)、信号レベルVSNの出力電圧VSIGとリセットレベルVRNの出力電圧VSIGとの差分が各基準電圧VREF1、VREF2ごとにデジタル値に変換される。また、信号レベルVSPの出力電圧VSIGが各基準電圧VREF1、VREF2のレベルと一致するまで今度はそれぞれアップカウントされることで(t10、t11)、信号レベルVSPの出力電圧VSIGとリセットレベルVRPの出力電圧VSIGとの差分が各基準電圧VREF1、VREF2ごとにデジタル値に変換される。そして、各基準電圧VREF1、VREF2における信号レベルVSP、VSNの出力電圧VSIGとリセットレベルVRP、VRNの出力電圧VSIGとの差分が平均化された後、出力信号S1として出力される。 Then, the output voltage VSIG of the signal level VSN is up-counted until the level of the reference voltages VREF1 and VREF2 coincides with each other (t8, t9), thereby outputting the output voltage VSIG of the signal level VSN and the reset level VRN. A difference from the voltage VSIG is converted into a digital value for each of the reference voltages VREF1 and VREF2. Further, the output voltage VSIG of the signal level VSP is now up-counted until it matches the level of each of the reference voltages VREF1 and VREF2 (t10, t11), thereby outputting the output voltage VSIG of the signal level VSP and the reset level VRP. A difference from the voltage VSIG is converted into a digital value for each of the reference voltages VREF1 and VREF2. Then, the difference between the output voltage VSIG of the signal levels VSP and VSN and the output voltage VSIG of the reset levels VRP and VRN at the reference voltages VREF1 and VREF2 is averaged, and then output as the output signal S1.
次に、電源電位RSDが立ち下がった状態でリセット信号RSGが立ち上がると(t12)、リセットトランジスタTcがオンし、フローティングディフュージョンFDの電位がロウレベルに設定される。このため、増幅トランジスタTbがオフし、直信号線Vlinの電圧がフローティングディフュージョンFDの電位に追従しないようになる。 Next, when the reset signal RSG rises with the power supply potential RSD falling (t12), the reset transistor Tc is turned on and the potential of the floating diffusion FD is set to a low level. For this reason, the amplification transistor Tb is turned off, and the voltage of the direct signal line Vlin does not follow the potential of the floating diffusion FD.
図8は、図6の固体撮像装置の1カラム分のマルチレベル変換回路およびカラムADC回路の構成例を示すブロック図である。
図8において、カラムADC回路4Bには、コンパレータCP1〜CP4、演算器21、カウンタ22、ラッチ回路23、乗算器24および加算器25が設けられている。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a multi-level conversion circuit and a column ADC circuit for one column of the solid-state imaging device of FIG.
In FIG. 8, the
コンパレータCP1〜CP4は、画素信号VSIGの2つのレベルを2つの基準電圧VREF1、VREF2とそれぞれ並列に比較することができる。演算器21は、今回のコンパレータCP1〜CP4の出力と前回の演算器21からの余りB{0,2}に基づいて、今回の桁上がりCAと余りB{0,2}を演算することができる。なお、演算器21は加算器であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよい。また、桁上がりCAは1ビット、余りB{0,2}は2ビットなので、演算器21は6ビット入力3ビット出力とすることができる。カウンタ22は、カウンタクロックCKに従って桁上がりCAをカウントすることができる。ラッチ回路23は、カウンタクロックCKに従って余りB{0,2}をラッチすることができる。乗算器24は、カウンタ22のカウント結果に22=4を乗算することができる。加算器25は、乗算器24の出力と余りB{0,2}を加算することができる。
The comparators CP1 to CP4 can compare two levels of the pixel signal VSIG with the two reference voltages VREF1 and VREF2, respectively, in parallel. The
図9(a)は、図6の固体撮像装置から読み出された信号レベルおよびリセットレベルのサンプルタイミングを示すタイミングチャート、図9(b)から図9(e)のサンプルタイミングに対応したコンパレータCP1〜CP4の出力波形を示すタイミングチャートである。
図9(a)から図9(e)において、図7の電源電位RSDが立ち上がった状態で、リセット信号RSGが立ち上がると、リセットレベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介して差動アンプDAに送られる。そして、差動アンプDAにおいて、リセットレベルの出力電圧VSIGが差動化されることで、出力電圧VSIGのセットレベルが2つのリセットレベルVRP、VRNに変換される。そして、リセットレベルVRPは、コンパレータCP1、CP3に入力され、リセットレベルVRNは、コンパレータCP2、CP4に入力される。また、基準電圧発生回路6Aからは基準電圧VREF1がコンパレータCP1、CP2に入力され、基準電圧発生回路6Bからは基準電圧VREF2がコンパレータCP3、CP4に入力される。
FIG. 9A is a timing chart showing sample timings of the signal level and the reset level read from the solid-state imaging device of FIG. 6, and the comparator CP1 corresponding to the sample timings of FIGS. 9B to 9E. It is a timing chart which shows the output waveform of -CP4.
9A to 9E, when the reset signal RSG rises in the state where the power supply potential RSD of FIG. 7 has risen, the output voltage VSIG at the reset level is changed to the differential amplifier DA via the vertical signal line Vlin. Sent to. In the differential amplifier DA, the output voltage VSIG at the reset level is differentiated, so that the set level of the output voltage VSIG is converted into two reset levels VRP and VRN. The reset level VRP is input to the comparators CP1 and CP3, and the reset level VRN is input to the comparators CP2 and CP4. The reference voltage VREF1 is input to the comparators CP1 and CP2 from the reference
そして、コンパレータCP1〜CP4において、出力電圧VSIGの2つのリセットレベルVRP、VRNが基準電圧VREF1、VREF2と比較される。そして、リセットレベルVRPが基準電圧VREF1と一致すると、コンパレータCP1の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t3)。また、リセットレベルVRNが基準電圧VREF1と一致すると、コンパレータCP2の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t4)。また、リセットレベルVRPが基準電圧VREF2と一致すると、コンパレータCP3の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t5)。また、リセットレベルVRNが基準電圧VREF2と一致すると、コンパレータCP4の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t6)。また、演算器21からの前回の余りB{0,2}はラッチ回路23に保持され、演算器21に入力される。そして、演算器21において、コンパレータCP1〜CP4の出力と前回の余りB{0,2}が加算されることで、桁上がりCAと今回の余りB{0,2}が算出され、桁上がりCAはカウンタ22に出力されるとともに、今回の余りB{0,2}はラッチ回路23に保持される。そして、カウンタ22において、カウンタクロックCKに従って桁上がりCAがカウントされ、そのカウント結果が乗算器24に出力される。そして、乗算器24においてそのカウント結果が4倍された後、加算器25において余りB{0,2}が加算される。
Then, the comparators CP1 to CP4 compare the two reset levels VRP and VRN of the output voltage VSIG with the reference voltages VREF1 and VREF2. When the reset level VRP matches the reference voltage VREF1, the output of the comparator CP1 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t3). When the reset level VRN coincides with the reference voltage VREF1, the output of the comparator CP2 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t4). When the reset level VRP matches the reference voltage VREF2, the output of the comparator CP3 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t5). When the reset level VRN coincides with the reference voltage VREF2, the output of the comparator CP4 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t6). The previous remainder B {0, 2} from the
次に、読み出し信号READが立ち上がると(t7)、信号レベルの出力電圧VSIGが垂直信号線Vlinを介して差動アンプDAに送られる。そして、差動アンプDAにおいて、信号リレベルの出力電圧VSIGが差動化されることで、出力電圧VSIGの信号レベルが2つの信号レベルVSP、VSNに変換される。そして、信号レベルVSPは、コンパレータCP1、CP3に入力され、信号レベルVSNは、コンパレータCP2、CP4に入力される。また、基準電圧発生回路6Aからは基準電圧VREF1がコンパレータCP1、CP2に入力され、基準電圧発生回路6Bからは基準電圧VREF2がコンパレータCP3、CP4に入力される。
Next, when the read signal READ rises (t7), the signal level output voltage VSIG is sent to the differential amplifier DA via the vertical signal line Vlin. In the differential amplifier DA, the signal level of the output voltage VSIG is differentiated, whereby the signal level of the output voltage VSIG is converted into two signal levels VSP and VSN. The signal level VSP is input to the comparators CP1 and CP3, and the signal level VSN is input to the comparators CP2 and CP4. The reference voltage VREF1 is input to the comparators CP1 and CP2 from the reference
そして、コンパレータCP1〜CP4において、出力電圧VSIGの2つの信号レベルVSP、VSNが基準電圧VREF1、VREF2と比較される。そして、信号レベルVSNが基準電圧VREF1と一致すると、コンパレータCP2の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t8)。また、信号レベルVSNが基準電圧VREF2と一致すると、コンパレータCP4の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t9)。また、信号レベルVSPが基準電圧VREF1と一致すると、コンパレータCP1の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t10)。また、信号レベルVSPが基準電圧VREF2と一致すると、コンパレータCP3の出力が反転し、その反転結果が演算器21に入力される(t11)。また、演算器21からの前回の余りB{0,2}はラッチ回路23に保持され、演算器21に入力される。そして、演算器21において、コンパレータCP1〜CP4の出力と前回の余りB{0,2}が加算されることで、桁上がりCAと今回の余りB{0,2}が算出され、桁上がりCAはカウンタ22に出力されるとともに、今回の余りB{0,2}はラッチ回路23に保持される。そして、カウンタ22において、カウンタクロックCKに従って桁上がりCAがカウントされ、そのカウント結果が乗算器24に出力される。そして、乗算器24においてそのカウント値が4倍された後、加算器25において余りB{0,2}が加算される。
Then, the comparators CP1 to CP4 compare the two signal levels VSP and VSN of the output voltage VSIG with the reference voltages VREF1 and VREF2. When the signal level VSN matches the reference voltage VREF1, the output of the comparator CP2 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t8). When the signal level VSN matches the reference voltage VREF2, the output of the comparator CP4 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t9). When the signal level VSP matches the reference voltage VREF1, the output of the comparator CP1 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t10). When the signal level VSP matches the reference voltage VREF2, the output of the comparator CP3 is inverted, and the inverted result is input to the calculator 21 (t11). The previous remainder B {0, 2} from the
ここで、画素信号VSIGの信号成分に応じたカウント時間をΔTCDS、基準電圧VREF1において画素信号VSIGを差動化した時の信号成分に応じたカウント時間をそれぞれΔTCDP1、ΔTCDN1、基準電圧VREF2において画素信号VSIGを差動化した時の信号成分に応じたカウント時間をそれぞれΔTCDP2、ΔTCDN2とすると、ΔTCDS=(ΔTCDP1+ΔTCDN1+ΔTCDP2+ΔTCDN2)/4で与えることができ、熱雑音を1/√4に低減することができる。 Here, the count time according to the signal component of the pixel signal VSIG is ΔTCDS, and the count time according to the signal component when the pixel signal VSIG is differentiated at the reference voltage VREF1 is the pixel signal at ΔTCDP1, ΔTCDN1, and the reference voltage VREF2, respectively. If the count times corresponding to the signal components when VSIG is differentiated are ΔTCDP2 and ΔTCDN2, respectively, ΔTCDS = (ΔTCDP1 + ΔTCDN1 + ΔTCDP2 + ΔTCDN2) / 4 can be given, and the thermal noise can be reduced to 1 / √4.
なお、上述した第2実施形態では、画素信号VSIGの複数のレベルと複数の基準信号VREF1、VREF2との比較を行う方法について説明したが、画素信号VSIGの1つのレベルと複数の基準信号VREF1、VREF2との比較を行うことにより、同一の画素PCから読み出された画素信号VSIGのサンプル数を増大させるようにしてもよい。 In the second embodiment described above, the method of comparing the plurality of levels of the pixel signal VSIG with the plurality of reference signals VREF1 and VREF2 has been described. However, one level of the pixel signal VSIG and the plurality of reference signals VREF1, The number of samples of the pixel signal VSIG read from the same pixel PC may be increased by performing a comparison with VREF2.
また、上述した第2実施形態では、画素信号VSIGの1つのレベルを2つのレベルに変換する方法について説明したが、画素信号VSIGの1つのレベルを3以上のレベルに変換するようにしてもよい。また、上述した第2実施形態では、時間シフトされた2つの基準信号VREF1、VREF2を用いる方法について説明したが、時間シフトされた3以上の基準信号を用いるようにしてもよい。 In the second embodiment described above, the method of converting one level of the pixel signal VSIG into two levels has been described. However, one level of the pixel signal VSIG may be converted into three or more levels. . In the second embodiment described above, the method using the two time-shifted reference signals VREF1 and VREF2 has been described. However, three or more time-shifted reference signals may be used.
また、上述した第2実施形態では、4つのコンパレータCP1〜CP4に対して1つのカウンタ22を共有する方法について説明したが、コンパレータCP1〜CP4ごとにカウンタを個別に用意し、それらのカウンタからの出力を平均化するようにしてもよい。
Further, in the second embodiment described above, the method of sharing one
図10は、信号レベルのサンプル数を変化させた時のADC(ADコンバータ)分解能とランダムノイズとの関係を示す図である。
図10において、信号レベルのサンプル数を増加させると、ADコンバータ分解能が一定である場合においても、ランダムノイズを低下させることができる。例えば、サンプル数を2倍にすると、ランダムノイズは1/√2になる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between ADC (AD converter) resolution and random noise when the number of signal level samples is changed.
In FIG. 10, when the number of samples at the signal level is increased, random noise can be reduced even when the AD converter resolution is constant. For example, when the number of samples is doubled, the random noise becomes 1 / √2.
図11は、信号レベルのサンプル数を変化させた時のADC分解能とダイナミックレンジとの関係を示す図である。
図11において、信号レベルのサンプル数を増加させると、ADコンバータ分解能が一定である場合においても、ダイナミックレンジを増加させることができる。例えば、サンプル数を2倍にすると、ダイナミックレンジは3dBだけ上昇する。
FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the ADC resolution and the dynamic range when the number of signal level samples is changed.
In FIG. 11, when the number of signal level samples is increased, the dynamic range can be increased even when the AD converter resolution is constant. For example, doubling the number of samples increases the dynamic range by 3 dB.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
PC 画素、Tb 増幅トランジスタ、Tc リセットトランジスタ、Td 読み出しトランジスタ、PD フォトダイオード、FD フローティングディフュージョン、Vlin 垂直信号線、Hlin 水平制御線、1 画素アレイ部、2 垂直走査回路、3 負荷回路、4A、4B カラムADC回路、5 水平走査回路、6、6A、6B 基準電圧発生回路、7 タイミング制御回路、8 マルチレベル変換回路、DA 差動アンプ、CP1〜CP4 コンパレータ、11、21 演算器、12、22 カウンタ、13、23 ラッチ回路、14、24 乗算器、15、25 加算器 PC pixel, Tb amplification transistor, Tc reset transistor, Td readout transistor, PD photodiode, FD floating diffusion, Vlin vertical signal line, Hlin horizontal control line, 1 pixel array unit, 2 vertical scanning circuit, 3 load circuit, 4A, 4B Column ADC circuit, 5 horizontal scanning circuit, 6, 6A, 6B reference voltage generation circuit, 7 timing control circuit, 8 multi-level conversion circuit, DA differential amplifier, CP1 to CP4 comparator, 11, 21 calculator, 12, 22 counter , 13, 23 Latch circuit, 14, 24 Multiplier, 15, 25 Adder
Claims (5)
前記画素から読み出された画素信号のレベルを複数のレベルに変換するマルチレベル変換回路と、
前記画素から読み出された画素信号と比較される複数の基準信号を生成する基準信号発生回路と、
前記画素信号の複数のレベルと前記複数の基準信号との比較結果に基づいて前記画素信号を検出するカラムADC回路とを備え、
前記カラムADC回路は、
前記画素信号の複数のレベルと前記複数の基準信号との比較を行う複数のコンパレータと、
前記複数のコンパレータの出力の加算結果を出力する演算器と、
前記加算結果の桁上がりをカウントするカウンタとを備えることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel array unit in which pixels for accumulating photoelectrically converted charges are arranged in a matrix;
A multi-level conversion circuit for converting the level of the pixel signal read from the pixel into a plurality of levels;
A reference signal generation circuit for generating a plurality of reference signals to be compared with pixel signals read from the pixels;
A column ADC circuit that detects the pixel signal based on a comparison result between the plurality of levels of the pixel signal and the plurality of reference signals;
The column ADC circuit includes:
A plurality of comparators for comparing the plurality of levels of the pixel signal with the plurality of reference signals;
An arithmetic unit that outputs an addition result of the outputs of the plurality of comparators;
A solid-state imaging device comprising: a counter that counts a carry of the addition result.
前記画素から読み出された画素信号のレベルを複数のレベルに変換するマルチレベル変換回路と、
前記画素信号の複数のレベルと基準信号との比較結果に基づいて前記画素信号を検出するカラムADC回路とを備えることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel array unit in which pixels for accumulating photoelectrically converted charges are arranged in a matrix;
A multi-level conversion circuit for converting the level of the pixel signal read from the pixel into a plurality of levels;
A solid-state imaging device comprising: a column ADC circuit that detects the pixel signal based on a comparison result between a plurality of levels of the pixel signal and a reference signal.
前記画素から読み出された画素信号と比較される複数の基準信号を生成する基準信号発生回路と、
前記画素信号のレベルと前記複数の基準信号との比較結果に基づいて前記画素信号を検出するカラムADC回路とを備えることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel array unit in which pixels for accumulating photoelectrically converted charges are arranged in a matrix;
A reference signal generation circuit for generating a plurality of reference signals to be compared with pixel signals read from the pixels;
A solid-state imaging device comprising: a column ADC circuit that detects the pixel signal based on a comparison result between the level of the pixel signal and the plurality of reference signals.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
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