JP2016005171A - Ad変換装置及び固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1実施形態に係るAD変換装置40の構成を示す図である。第1実施形態のAD変換装置40は、光電変換素子などの信号源から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する回路であり、参照信号発生回路41、比較部42、制御回路46及びカウンタ47を含む。
図2は、本発明の第2実施形態に係るAD変換装置40の構成を示す図である。本実施形態は、複数の容量素子とスイッチを有する容量型のDAC43を用いたAD変換装置40であり、第1実施形態のDAC43の構成をより具体化したものである。本実施形態の説明においてDAC43に入力される参照信号をランプ信号Ramp_Aとする。また、AD変換装置40は、入力されるアナログ信号電圧Vinを上位4ビット、下位8ビットのデジタルデータに変換する構成とするが、ビット数はこれに限定されず適宜変更可能である。なお、図2において、参照信号発生回路41及びカウンタ47については記載を省略している。
図4は、本発明の第3実施形態に係るAD変換装置40の構成を示す図であり、図5は第3実施形態に係るAD変換装置40の動作タイミング図である。本実施形態は第2実施形態に対して、第1のAD変換に用いられるスイッチ及び容量素子の構成と動作タイミングを変更したことにより、ランプ信号の生成方法が異なっている。より具体的には、第1のAD変換において、第2実施形態では容量素子Ci1を介してランプ信号を入力しているが、本実施形態ではDAC43の全体の合成容量を介してランプ信号を入力する点が差異点である。他の動作は同じであるので、重複する部分の説明は省略する。
図6は、本発明の第4実施形態に係るAD変換装置40の構成を示す図であり、図7は第4実施形態に係るAD変換装置40の動作タイミングを示す図である。本実施形態のAD変換装置40は容量素子Coff及びスイッチSopを第2実施形態にさらに付加している。一方、第2実施形態の容量素子Ci1及びスイッチS7〜S10は本実施形態のAD変換装置40には備えられていない。
図8は、本発明の第5実施形態に係る動作タイミングを示す図である。本実施形態は第3実施形態と同様の回路構成においてスイッチS4の動作が異なっている。第3実施形態では、スイッチS4が端子A又は端子Bに切り替わることにより、容量素子C4に基準電圧Vref又は基準電圧Vref_Lのいずれか一方が入力されるように構成されている。これに対し、本実施形態ではスイッチS4が端子A、端子Bへの接続に加えて、OFF状態を選択できるように構成される。
図9は、本発明の第6実施形態に係るAD変換装置40の構成を示す図である。本実施形態ではDAC43の回路として、抵抗型DACが用いられている。DAC43は抵抗値R又はその2倍の抵抗値2Rの抵抗素子をラダー型に配列したR−2Rラダー型のデジタルアナログ変換回路を構成している。本実施形態では、DAC43は、抵抗値2Rの抵抗素子を4個、抵抗値Rの抵抗素子を2個有している。これらの抵抗はラダー型に配置されており、基準電圧Vref又は基準電圧Vref_Lに接続される抵抗素子は抵抗値2R、それ以外の抵抗素子は抵抗値Rとしている。
図10は第1乃至第6実施形態のAD変換装置40を搭載した固体撮像装置の構成を示す図である。固体撮像装置100は、画素部10、垂直走査回路20、増幅部30、AD変換部40、メモリ部50、水平走査回路60、TG(タイミング発生回路)70、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)80及び出力回路90を含む。本実施形態のAD変換部40として、上述の第1乃至第6実施形態のDA変換装置40を用いることができる。
図11は、本発明の第8実施形態に係る撮像システムの構成を示す図である。撮像システム800は、例えば、光学部810、固体撮像装置100、映像信号処理部830、記録・通信部840、システム制御部860、及び再生・表示部870を含む。固体撮像装置100は、画素部10、AD変換部40及びTG70を有する。本実施形態のAD変換部40には、第1乃至第6実施形態のAD変換装置40を用いることができる。また、固体撮像装置100には、第7実施形態の固体撮像装置100を用いることができる。
41 参照信号発生回路
42 比較部
43 DAC(デジタルアナログ変換器)
44 比較回路
46 制御回路
47 カウンタ
Claims (17)
- アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換装置であって、
第1の参照信号及び第2の参照信号を出力する参照信号発生回路と、
前記アナログ信号と前記第1の参照信号又は前記第2の参照信号との電圧を比較して比較結果に基づく信号を出力する比較回路と、
前記比較回路から出力された、前記アナログ信号と前記第1の参照信号との比較結果に基づくデジタルデータを生成して出力する制御回路と、
前記デジタルデータに基づいて生成される比較基準電圧を前記第2の参照信号に重畳させて前記比較回路に出力するデジタルアナログ変換器と
を備えることを特徴とするAD変換装置。 - 経過時間をカウント値として計測するカウンタをさらに備え、
前記第1の参照信号及び前記第2の参照信号は時間の経過に伴い電圧が変化する信号であって、
前記制御回路は、前記比較回路に入力される前記アナログ信号と前記第1の参照信号との電圧の大小関係が反転するまでの時間を第1のカウント値として前記カウンタから取得して、前記第1のカウント値に基づく前記デジタルデータを前記デジタルアナログ変換器に出力し、
前記デジタルアナログ変換器は、前記デジタルデータに基づいて生成される前記比較基準電圧を前記第2の参照信号に重畳させて前記比較回路に出力し、
前記制御回路は、前記比較回路に入力される前記アナログ信号と前記比較基準電圧が重畳された前記第2の参照信号との電圧の大小関係が反転するまでの時間を第2のカウント値として前記カウンタから取得する
ことを特徴とする請求項1に記載のAD変換装置。 - 前記第1のカウント値に基づくデジタルデータを上位ビットとし、前記第2のカウント値に基づくデジタルデータを下位ビットとして組み合わせることによりデジタル信号への変換が行われることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
- 前記比較回路は、
一方の入力端子に前記アナログ信号が入力され、
他方の入力端子に前記デジタルアナログ変換器の出力信号と前記参照信号発生回路の出力信号とのいずれかが選択的に入力されるよう構成され、
前記参照信号発生回路が選択され、前記参照信号発生回路から前記第1の参照信号が前記比較回路に入力されることにより、前記アナログ信号と前記第1の参照信号の比較が行われることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。 - 前記比較回路は、
一方の入力端子に前記アナログ信号が入力され、
他方の入力端子に前記デジタルアナログ変換器からの出力信号が入力されるよう構成され、
前記参照信号発生回路から出力される前記第1の参照信号が、前記デジタルアナログ変換器を介して前記比較回路に入力されることにより、前記アナログ信号と前記第1の参照信号の比較が行われることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。 - 前記比較回路は、
一方の入力端子に前記アナログ信号及び前記デジタルアナログ変換器の出力信号が入力され、
他方の入力端子と出力端子との間にスイッチが接続され、さらに前記他方の入力端子に容量素子の一端が接続されるよう構成され、
前記容量素子の他端に前記第1の参照信号が入力されることにより、前記アナログ信号と前記第1の参照信号の比較が行われることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。 - 前記スイッチをオンにした状態で、前記アナログ信号を前記比較回路に入力して、前記容量素子に前記比較回路のオフセット電圧を保持し、
その後、前記スイッチをオフにした後に前記第1の参照信号が入力されることを特徴とする請求項6に記載のAD変換装置。 - 前記制御回路は、前記第1のカウント値を少なくとも1ビット、シフトした値を上位ビットの値とすることを特徴とする請求項3、4、5及び7のいずれか1項に記載のAD変換装置。
- 前記アナログ信号と前記第1の参照信号との電圧の比較を行う前に、前記アナログ信号を供給する信号源の基準信号と、前記第2の参照信号を比較して、基準信号をデジタル信号に変換することを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
- 前記基準信号と前記第2の参照信号の比較において、前記第2の参照信号にはオフセット電圧が付加されていることを特徴とする請求項9に記載のAD変換装置。
- 前記第1の参照信号は前記第2の参照信号よりも電圧の時間変化率が大きいことを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
- 前記第2の参照信号は第1の参照信号を分圧することによって電圧値を変化させた信号であることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
- 前記アナログ信号と前記第1の参照信号との電圧の比較を行う前に、前記デジタルアナログ変換器は、最上位ビットの値を1にして発生させた電圧を前記比較回路に入力して前記アナログ信号と比較させることにより、前記アナログ信号の最上位ビットの値を決定することを特徴とする請求項5に記載のAD変換装置。
- 前記デジタルアナログ変換器は、バイナリウェイトの容量値が設定された複数の容量素子を有する容量型のデジタルアナログ変換器であることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
- 前記デジタルアナログ変換器は、第1の抵抗値を有する抵抗素子と、第1の抵抗値の2倍の抵抗値を有する抵抗素子がラダー型に接続されたR−2Rラダー型のデジタルアナログ変換器であることを特徴とする請求項2に記載のAD変換装置。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載のAD変換装置を備えることを特徴とする固体撮像装置。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載のAD変換装置を備えることを特徴とする撮像システム。
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