JP2017011358A - Time digital converter, analog to digital converter, and image sensor - Google Patents

Time digital converter, analog to digital converter, and image sensor Download PDF

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Yasuhiro Shinozuka
康大 篠塚
雅則 古田
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雅則 古田
圭 白石
Kei Shiraishi
圭 白石
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a time digital converter capable of controlling operation timing.SOLUTION: According to an embodiment, the time digital converter includes a first converter, a holding circuit, a second converter, a time quantizer, and a control circuit. The first converter converts a first time signal into an intermediate signal having information in a form different from time. The holding circuit holds the intermediate signal. The second converter converts the intermediate signal held by the holding circuit into a second time signal. The time quantizer generates the digital signal by quantizing the second time signal using a multiphase clock signal. The control circuit controls the timing at which the intermediate signal is input to the second converter and the timing at which the multiphase clock signal is input to the time quantizer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

実施形態は、信号の変換に関する。   Embodiments relate to signal conversion.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの読み出しのために、典型的には、カラムパラレル読み出し回路が用いられる。カラムパラレル読み出し回路では、CMOSイメージセンサの画素アレイの列毎にアナログデジタル変換器が用意される。そして、これらのアナログデジタル変換器が並列動作することで、1行分のセンサ信号がデジタルの画素データへと一括変換される。   A column parallel readout circuit is typically used for readout of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. In the column parallel readout circuit, an analog-digital converter is prepared for each column of the pixel array of the CMOS image sensor. These analog-to-digital converters operate in parallel, whereby the sensor signals for one row are converted into digital pixel data at a time.

カラムパラレル読み出し回路によれば高速な読み出しが実現できるものの、必要なアナログデジタル変換器の総数がCMOSイメージセンサの画素アレイの列数に比例して増加する。故に、カラムパラレル読み出し回路に搭載されるアナログデジタル変換器として、小面積なADC(Analog−to−Digital Converter)(例えば、SS(Single Slope)ADC)が好まれる。SSADCは、SAR(Successive Approximation Register)ADCまたはCyclic ADCに比べて、小面積であるものの変換速度では劣っている。   Although the column parallel readout circuit can realize high-speed readout, the total number of necessary analog-digital converters increases in proportion to the number of columns of the pixel array of the CMOS image sensor. Therefore, a small-area ADC (Analog-to-Digital Converter) (for example, SS (Single Slope) ADC) is preferred as the analog-digital converter mounted in the column parallel readout circuit. SSADC has a small area but is inferior in conversion speed as compared to SAR (Successive Application Register) ADC or Cyclic ADC.

SSADCの変換速度は、基準クロック信号の周波数を高くすることにより向上可能である。しかしながら、基準クロック信号を用いてカウント動作を行うカウンタ回路および基準クロック信号を当該カウンタ回路へと供給するためのクロックバッファの消費電力は、当該基準クロック信号の周波数に比例して増加する。   The SSADC conversion speed can be improved by increasing the frequency of the reference clock signal. However, the power consumption of the counter circuit that performs the counting operation using the reference clock signal and the clock buffer for supplying the reference clock signal to the counter circuit increases in proportion to the frequency of the reference clock signal.

他方、SSADCの分解能を削減することによってその変換時間を短縮(すなわち、変換速度を向上)させることも可能である。例えば、SSADCおよび時間デジタル変換器(TDC:Time−to−Digital Converter)に上位ビット値および下位ビット値の変換をそれぞれ分担させることにより、SSADCの分解能をTDCの分解能に応じて削減することができる。但し、TDCに供給される多相クロック信号に関わる消費電力は当該TDCの分解能に応じて増加する。   On the other hand, it is also possible to shorten the conversion time (that is, improve the conversion speed) by reducing the resolution of SSADC. For example, the resolution of SSADC can be reduced according to the resolution of TDC by allowing SSDC and a time-to-digital converter (TDC) to share the conversion of the upper bit value and the lower bit value. . However, the power consumption related to the multiphase clock signal supplied to the TDC increases according to the resolution of the TDC.

特許第4389981号公報Japanese Patent No. 4389981

実施形態は、動作タイミングを制御可能な時間デジタル変換器を提供することを目的とする。或いは、実施形態は、複数の時間デジタル変換器を並列動作させる場合の消費電力を削減することを目的とする。   An embodiment aims to provide a time digital converter capable of controlling operation timing. Alternatively, the embodiment aims to reduce power consumption when a plurality of time digital converters are operated in parallel.

実施形態によれば、時間デジタル変換器は、第1の変換器と、保持回路と、第2の変換器と、時間量子化器と、制御回路とを含む。第1の変換器は、第1の時間信号を時間と異なる形式の情報を持つ中間信号へと変換する。保持回路は、中間信号を保持する。第2の変換器は、保持回路によって保持されている中間信号を第2の時間信号へと変換する。時間量子化器は、多相クロック信号を用いて第2の時間信号を量子化することによって、デジタル信号を生成する。制御回路は、中間信号が第2の変換器に入力されるタイミングおよび多相クロック信号が時間量子化器に入力されるタイミングを制御する。   According to the embodiment, the time digital converter includes a first converter, a holding circuit, a second converter, a time quantizer, and a control circuit. The first converter converts the first time signal into an intermediate signal having information in a format different from time. The holding circuit holds the intermediate signal. The second converter converts the intermediate signal held by the holding circuit into a second time signal. The time quantizer generates a digital signal by quantizing the second time signal using the multiphase clock signal. The control circuit controls the timing at which the intermediate signal is input to the second converter and the timing at which the multiphase clock signal is input to the time quantizer.

別の実施形態によれば、時間デジタル変換器は、第1のサブデジタル変換器と、第2のサブデジタル変換器とを含む。第1のサブデジタル変換器は、第1の時間信号を上位ビット値に相当する第1のデジタル信号へと変換する。第2のサブ時間デジタル変換器は、第1のサブ時間デジタル変換器における変換残差を下位ビット値に相当する第2のデジタル信号へと変換する。第2のサブ時間デジタル変換器は、検出回路と、第1の変換器と、保持回路と、第2の変換器と、時間量子化器と、制御回路とを含む。検出回路は、第1の時間信号に基づいて変換残差に相当する残差時間信号を検出する。第1の変換器は、残差時間信号を時間と異なる形式の情報を持つ中間信号へと変換する。保持回路は、中間信号を保持する。第2の変換器は、保持回路によって保持されている中間信号を第2の時間信号へと変換する。時間量子化器は、多相クロック信号を用いて第2の時間信号を量子化することによって、第2のデジタル信号を生成する。制御回路は、中間信号が第2の変換器に入力されるタイミングおよび多相クロック信号が時間量子化器に入力されるタイミングを制御する。   According to another embodiment, the time digital converter includes a first sub-digital converter and a second sub-digital converter. The first sub-digital converter converts the first time signal into a first digital signal corresponding to the upper bit value. The second sub time digital converter converts the conversion residual in the first sub time digital converter into a second digital signal corresponding to the lower bit value. The second sub time digital converter includes a detection circuit, a first converter, a holding circuit, a second converter, a time quantizer, and a control circuit. The detection circuit detects a residual time signal corresponding to the conversion residual based on the first time signal. The first converter converts the residual time signal into an intermediate signal having information in a format different from time. The holding circuit holds the intermediate signal. The second converter converts the intermediate signal held by the holding circuit into a second time signal. The time quantizer generates a second digital signal by quantizing the second time signal using the multiphase clock signal. The control circuit controls the timing at which the intermediate signal is input to the second converter and the timing at which the multiphase clock signal is input to the time quantizer.

第1の実施形態に係る時間デジタル変換器を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the time digital converter concerning a 1st embodiment. 第2の実施形態に係る時間デジタル変換器を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the time digital converter concerning a 2nd embodiment. 第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the analog-digital converter concerning a 3rd embodiment. 第4の実施形態に係るアナログデジタル変換器を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the analog-digital converter concerning a 4th embodiment. 第5の実施形態に係るアナログデジタル変換器を例示するブロック図。FIG. 10 is a block diagram illustrating an analog-digital converter according to a fifth embodiment. 第6の実施形態に係るアナログデジタル変換器を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the analog-digital converter concerning a 6th embodiment. 第7の実施形態に係るアナログデジタル変換器を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the analog-digital converter concerning a 7th embodiment. 図7のチャージポンプ回路を例示する回路図。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating the charge pump circuit of FIG. 7. 図8のチャージポンプ回路の動作フェーズおよびこのチャージポンプ回路に関わる各信号の時間変化を例示する図。FIG. 9 is a diagram illustrating an operation phase of the charge pump circuit of FIG. 8 and time changes of signals related to the charge pump circuit. 図7のチャージポンプ回路を例示する回路図。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating the charge pump circuit of FIG. 7. 図10のチャージポンプ回路の動作フェーズおよびこのチャージポンプ回路に関わる各信号の時間変化を例示するタイミングチャート。11 is a timing chart illustrating an operation phase of the charge pump circuit of FIG. 10 and time changes of signals related to the charge pump circuit. 第8の実施形態に係るアナログデジタル変換器に含まれるチャージポンプ回路、ランプ波生成回路およびコンパレータを例示する回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a charge pump circuit, a ramp wave generation circuit, and a comparator included in an analog-digital converter according to an eighth embodiment. 図3の残差時間検出回路を例示する回路図。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating the residual time detection circuit of FIG. 3. 図13の残差時間検出回路に関わる各信号の時間変化を例示するタイミングチャート。14 is a timing chart illustrating time variation of each signal related to the residual time detection circuit of FIG. 図1のラッチ回路を例示するブロック図。FIG. 2 is a block diagram illustrating a latch circuit in FIG. 1. 図15のラッチ回路に関わる各信号の時間変化を例示するタイミングチャート。FIG. 16 is a timing chart illustrating time changes of signals related to the latch circuit of FIG. 15; 第9の実施形態に係るイメージセンサを例示するブロック図。FIG. 20 is a block diagram illustrating an image sensor according to a ninth embodiment. 図3の下位ビット信号用の時間デジタル変換器の動作フェーズおよびこの時間デジタル変換器に関わる各信号の時間変化を例示するタイミングチャート。The timing chart which illustrates the operation | movement phase of the time digital converter for the low-order bit signals of FIG. 3, and the time change of each signal regarding this time digital converter. 図3の下位ビット信号用の時間デジタル変換器の動作フェーズおよびこの時間デジタル変換器に関わる各信号の時間変化を例示するタイミングチャート。The timing chart which illustrates the operation | movement phase of the time digital converter for the low-order bit signals of FIG. 3, and the time change of each signal regarding this time digital converter.

以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。なお、以降の説明では、時間信号が電圧信号へと変換されて保持されることとするが、時間信号は例えば周波数などの時間と異なる形式の情報を持つ中間信号に変換されて保持されてもよい。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the same or similar elements as those already described are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is basically omitted. In the following description, the time signal is converted into a voltage signal and held. However, the time signal may be converted into an intermediate signal having information of a format different from time such as frequency, and held. Good.

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る時間デジタル変換器は、動作タイミングを制御することができる。具体的には、この時間デジタル変換器は、時間信号の入力タイミングに関わらず、所望のタイミングで変換動作を行って当該時間信号に応じたデジタル信号を生成する。例えば、本実施形態に係る時間デジタル変換器と共通の多相クロック信号を用いて間欠的に動作する他の回路(これは時間デジタル変換器であってもよい)が存在する場合に、この時間デジタル変換器は当該他の回路と動作タイミングを揃える(同期させる)こともできる。係る制御によれば、多相クロック信号を時間デジタル変換器および他の回路に別々のタイミングで生成および供給する場合に比べて、当該多相クロック信号を生成および供給する必要のある期間が短縮されるので、多相クロック信号の生成および供給に関わる消費電力の削減が可能となる。
(First embodiment)
The time digital converter according to the first embodiment can control the operation timing. Specifically, the time digital converter performs a conversion operation at a desired timing regardless of the input timing of the time signal, and generates a digital signal corresponding to the time signal. For example, when there is another circuit (which may be a time digital converter) that operates intermittently using a multiphase clock signal common to the time digital converter according to the present embodiment, this time The digital converter can align (synchronize) the operation timing with other circuits. According to such control, compared with the case where the multiphase clock signal is generated and supplied to the time digital converter and other circuits at different timings, the period during which the multiphase clock signal needs to be generated and supplied is shortened. Therefore, it is possible to reduce power consumption related to generation and supply of multiphase clock signals.

図1に例示されるように、第1の実施形態に係る時間デジタル変換器は、時間/電圧変換器110と、電圧保持回路120と、電圧/時間変換器130と、タイミング制御回路140と、多相クロック生成回路150と、ラッチ回路160とを含む。   As illustrated in FIG. 1, the time digital converter according to the first embodiment includes a time / voltage converter 110, a voltage holding circuit 120, a voltage / time converter 130, a timing control circuit 140, A multi-phase clock generation circuit 150 and a latch circuit 160 are included.

時間/電圧変換器110は、図示されない前段の回路から時間信号10を受け取る。それから、時間/電圧変換器110は、時間信号10を電圧信号に変換する。ここで、時間信号10は、例えばパルス幅などによって表現される時間情報を持つ信号である。また、電圧信号は、時間信号10の持つ時間情報に依存する大きさの電圧を持つ信号である。時間/電圧変換器110は、電圧信号を電圧保持回路120へと出力する。   The time / voltage converter 110 receives the time signal 10 from a preceding circuit (not shown). The time / voltage converter 110 then converts the time signal 10 into a voltage signal. Here, the time signal 10 is a signal having time information represented by, for example, a pulse width. The voltage signal is a signal having a voltage having a magnitude depending on the time information of the time signal 10. The time / voltage converter 110 outputs a voltage signal to the voltage holding circuit 120.

電圧保持回路120は、時間/電圧変換器110から電圧信号を受け取り、当該電圧信号を保持する。それから、電圧保持回路120は、タイミング制御回路140によって指示されるタイミングに従って、保持している電圧信号を電圧/時間変換器130へと出力する。電圧保持回路120は、例えばサンプル/ホールド回路であってもよい。   The voltage holding circuit 120 receives the voltage signal from the time / voltage converter 110 and holds the voltage signal. Then, the voltage holding circuit 120 outputs the held voltage signal to the voltage / time converter 130 according to the timing instructed by the timing control circuit 140. The voltage holding circuit 120 may be a sample / hold circuit, for example.

電圧/時間変換器130は、タイミング制御回路140によって指示されるタイミングに従って、電圧保持回路120から電圧信号を受け取る。それから、電圧/時間変換器130は、電圧信号を時間信号へと変換する。電圧/時間変換器130は、時間信号をラッチ回路160へと出力する。ここで、電圧/時間変換器130によって生成される時間信号において、時間信号10の持つ時間情報と略同一の時間情報が復元されている。   The voltage / time converter 130 receives the voltage signal from the voltage holding circuit 120 according to the timing indicated by the timing control circuit 140. The voltage / time converter 130 then converts the voltage signal into a time signal. The voltage / time converter 130 outputs a time signal to the latch circuit 160. Here, in the time signal generated by the voltage / time converter 130, substantially the same time information as that of the time signal 10 is restored.

タイミング制御回路140は、電圧保持回路120によって保持されている電圧信号の出力タイミング(換言すれば、電圧/時間変換器130における当該電圧信号の入力タイミング)、ならびに、多相クロック生成回路150が後述される多相クロック信号をラッチ回路160へと供給するタイミングなどを制御する。なお、タイミング制御回路140は、図1の時間デジタル変換器と図示されない他の回路とによって共用されてもよい。   In the timing control circuit 140, the output timing of the voltage signal held by the voltage holding circuit 120 (in other words, the input timing of the voltage signal in the voltage / time converter 130), and the multiphase clock generation circuit 150 are described later. The timing for supplying the multiphase clock signal to the latch circuit 160 is controlled. Note that the timing control circuit 140 may be shared by the time digital converter of FIG. 1 and other circuits not shown.

多相クロック生成回路150は、多相クロック信号を生成する。多相クロック生成回路150は、タイミング制御回路140によって指示されるタイミングに従って、ラッチ回路160への多相クロック信号の供給を開始する。同様に、多相クロック生成回路150は、タイミング制御回路140によって指示されるタイミングに従って、ラッチ回路160への多相クロック信号の供給を終了する。なお、多相クロック信号の位相数は、図1の時間デジタル変換器の分解能に依存する。この分解能をM(Mは自然数)とすると、多相クロック信号の位相数は2M−1個である。なお、多相クロック生成回路150は、図1の時間デジタル変換器と図示されない他の回路とによって共用されてもよい。 The multiphase clock generation circuit 150 generates a multiphase clock signal. The multiphase clock generation circuit 150 starts supplying the multiphase clock signal to the latch circuit 160 according to the timing instructed by the timing control circuit 140. Similarly, the multiphase clock generation circuit 150 ends the supply of the multiphase clock signal to the latch circuit 160 according to the timing instructed by the timing control circuit 140. Note that the number of phases of the multiphase clock signal depends on the resolution of the time digital converter of FIG. When this resolution is M (M is a natural number), the number of phases of the multiphase clock signal is 2 M−1 . The multiphase clock generation circuit 150 may be shared by the time digital converter of FIG. 1 and other circuits not shown.

ラッチ回路160は、電圧/時間変換器130から時間信号を受け取り、多相クロック生成回路150から多相クロック信号を受け取る。ラッチ回路160は、多相クロック信号を用いて時間信号を量子化することによってデジタル信号を生成する。なお、ラッチ回路160は、時間量子化器と呼ぶこともできる。具体的には、ラッチ回路160は、時間信号によって指定されるタイミング(例えば、時間信号の立ち下がりエッジまたは立ち上がりエッジ)における多相クロック信号の値を保持する。それから、ラッチ回路160は、この多相クロック信号の値を対応するデジタル値に変換することによって、デジタル信号11を生成する。   The latch circuit 160 receives a time signal from the voltage / time converter 130 and receives a multiphase clock signal from the multiphase clock generation circuit 150. The latch circuit 160 generates a digital signal by quantizing the time signal using the multiphase clock signal. Note that the latch circuit 160 can also be called a time quantizer. Specifically, the latch circuit 160 holds the value of the multiphase clock signal at the timing specified by the time signal (for example, the falling edge or the rising edge of the time signal). Then, the latch circuit 160 generates the digital signal 11 by converting the value of the multiphase clock signal into a corresponding digital value.

ラッチ回路160の具体例が図15に描かれている。図15のラッチ回路160は、ラッチ回路161−1、ラッチ回路161−2、ラッチ回路161−3、ラッチ回路161−4およびコード変換回路162を含む。   A specific example of the latch circuit 160 is depicted in FIG. 15 includes a latch circuit 161-1, a latch circuit 161-2, a latch circuit 161-3, a latch circuit 161-4, and a code conversion circuit 162.

図15の例では、図16に示されるように、多相クロック信号は、デューティ比が約50%の4相クロック信号に相当する。この多相クロック信号の信号値は、図示されない基準クロック信号の1サイクルの間に8段階で変化するので、当該多相クロック信号を用いて時間情報を3ビット値に変換(量子化)することが可能である。換言すれば、図1の時間デジタル変換器の分解能は3ビットである。   In the example of FIG. 15, as shown in FIG. 16, the multiphase clock signal corresponds to a four-phase clock signal having a duty ratio of about 50%. Since the signal value of the multiphase clock signal changes in eight stages during one cycle of a reference clock signal (not shown), time information is converted (quantized) into a 3-bit value using the multiphase clock signal. Is possible. In other words, the resolution of the time digital converter of FIG. 1 is 3 bits.

ラッチ回路161−1は、電圧/時間変換器130から時間信号(VTOUT)を受け取り、多相クロック生成回路150から多相クロック信号に含まれるクロック信号(CLK)を受け取る。ラッチ回路161−1は、時間信号(VTOUT)によって指定されるタイミングにおけるクロック信号(CLK)の値を保持してコード変換回路162へと出力する。 The latch circuit 161-1 receives the time signal (VTOUT) from the voltage / time converter 130, and receives the clock signal (CLK 0 ) included in the multiphase clock signal from the multiphase clock generation circuit 150. The latch circuit 161-1 holds the value of the clock signal (CLK 0 ) at the timing specified by the time signal (VTOUT) and outputs the value to the code conversion circuit 162.

ラッチ回路161−2は、電圧/時間変換器130から時間信号(VTOUT)を受け取り、多相クロック生成回路150から多相クロック信号に含まれるクロック信号(CLK45)を受け取る。ラッチ回路161−2は、時間信号(VTOUT)によって指定されるタイミングにおけるクロック信号(CLK45)の値を保持してコード変換回路162へと出力する。 The latch circuit 161-2 receives the time signal (VTOUT) from the voltage / time converter 130, and receives the clock signal (CLK 45 ) included in the multiphase clock signal from the multiphase clock generation circuit 150. The latch circuit 161-2 holds the value of the clock signal (CLK 45 ) at the timing specified by the time signal (VTOUT) and outputs the value to the code conversion circuit 162.

ラッチ回路161−3は、電圧/時間変換器130から時間信号(VTOUT)を受け取り、多相クロック生成回路150から多相クロック信号に含まれるクロック信号(CLK90)を受け取る。ラッチ回路161−3は、時間信号(VTOUT)によって指定されるタイミングにおけるクロック信号(CLK90)の値を保持してコード変換回路162へと出力する。 The latch circuit 161-3 receives a time signal (VTOUT) from the voltage / time converter 130 and receives a clock signal (CLK 90 ) included in the multiphase clock signal from the multiphase clock generation circuit 150. The latch circuit 161-3 holds the value of the clock signal (CLK 90 ) at the timing specified by the time signal (VTOUT) and outputs the value to the code conversion circuit 162.

ラッチ回路161−4は、電圧/時間変換器130から時間信号(VTOUT)を受け取り、多相クロック生成回路150から多相クロック信号に含まれるクロック信号(CLK135)を受け取る。ラッチ回路161−4は、時間信号(VTOUT)によって指定されるタイミングにおけるクロック信号(CLK135)の値を保持してコード変換回路162へと出力する。 The latch circuit 161-4 receives the time signal (VTOUT) from the voltage / time converter 130 and receives the clock signal (CLK 135 ) included in the multiphase clock signal from the multiphase clock generation circuit 150. The latch circuit 161-4 holds the value of the clock signal (CLK 135 ) at the timing specified by the time signal (VTOUT) and outputs it to the code conversion circuit 162.

コード変換回路162は、ラッチ回路161−1、ラッチ回路161−2、ラッチ回路161−3およびラッチ回路161−4から1ビットのデジタル値(時間信号(VTOUT)によって指定されるタイミングにおける多相クロック信号の値)を受け取る。図16に例示されるように、コード変換回路162の入力信号はサーモメータコードに相当していて、コード変換回路162は当該入力信号を対応するデジタル信号(DOUT_TDC)へと変換する。なお、デジタル信号(DOUT_TDC)は、バイナリコードに相当する。 The code conversion circuit 162 is a multi-phase clock at a timing specified by a 1-bit digital value (time signal (VTOUT)) from the latch circuit 161-1, the latch circuit 161-2, the latch circuit 161-3, and the latch circuit 161-4. Signal value). As illustrated in FIG. 16, the input signal of the code conversion circuit 162 corresponds to a thermometer code, and the code conversion circuit 162 converts the input signal into a corresponding digital signal (D OUT_TDC ). Note that the digital signal (D OUT_TDC ) corresponds to a binary code.

以上説明したように、第1の実施形態に係る時間デジタル変換器は、時間信号を電圧の形式に変換した状態で保持し、当該時間信号を適時に復元してからデジタル信号へと変換する。従って、この時間デジタル変換器によれば、所望のタイミングで、時間信号をデジタル信号へと変換することができる。すなわち、例えば、この時間デジタル変換器と共通の多相クロック信号を用いて間欠的に動作する他の回路が存在する場合に、当該多相クロック信号の生成および供給に関わる消費電力の削減が可能となる。   As described above, the time digital converter according to the first embodiment holds the time signal in a state of being converted into a voltage format, restores the time signal in a timely manner, and converts it into a digital signal. Therefore, according to this time digital converter, a time signal can be converted into a digital signal at a desired timing. In other words, for example, when there is another circuit that operates intermittently using a multiphase clock signal common to the time digital converter, it is possible to reduce power consumption related to generation and supply of the multiphase clock signal. It becomes.

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る時間デジタル変換器は、上位ビット信号用の第1のサブ時間デジタル変換器および下位ビット信号用の第2のサブ時間デジタル変換器を含む。すなわち、第1のサブ時間デジタル変換器が時間信号に対して粗い精度で時間デジタル変換を行い、第2のサブ時間デジタル変換器が第1のサブ時間デジタル変換器における変換残差(量子化誤差)に相当する時間信号に対して細かい精度で時間デジタル変換を行う。2つのサブ時間デジタル変換器が分担作業を行うことで、高分解能の時間デジタル変換を短時間で行うことができる。
(Second Embodiment)
The time digital converter according to the second embodiment includes a first sub time digital converter for an upper bit signal and a second sub time digital converter for a lower bit signal. That is, the first sub time digital converter performs time digital conversion on the time signal with coarse accuracy, and the second sub time digital converter performs conversion residual (quantization error) in the first sub time digital converter. Time digital conversion is performed on the time signal corresponding to) with fine accuracy. Since the two sub-time digital converters perform the sharing work, high-resolution time digital conversion can be performed in a short time.

図2に例示されるように、第2の実施形態に係る時間デジタル変換器は、前述の第1のサブ時間デジタル変換器および第2のサブ時間デジタル変換器にそれぞれ相当する時間デジタル変換器300および時間デジタル変換器200を含む。   As illustrated in FIG. 2, the time digital converter according to the second embodiment is a time digital converter 300 corresponding to the first sub time digital converter and the second sub time digital converter described above. And a time digital converter 200.

時間デジタル変換器300は、時間信号20を粗い精度で変換することによって上位ビット信号22を生成する。時間デジタル変換器300は、例えば、基準クロック信号を用いて時間信号20の持つ時間情報を量子化することによって、上位ビット信号22を生成してもよい。   The time digital converter 300 generates the upper bit signal 22 by converting the time signal 20 with coarse accuracy. For example, the time digital converter 300 may generate the upper bit signal 22 by quantizing the time information of the time signal 20 using the reference clock signal.

他方、時間デジタル変換器200は、時間信号20と時間デジタル変換器300と共通の基準クロック信号とを用いて、時間デジタル変換器300における変換残差に相当する残差時間信号を検出し、当該残差時間信号を細かい精度で変換することによって下位ビット信号21を生成する。   On the other hand, the time digital converter 200 detects a residual time signal corresponding to the conversion residual in the time digital converter 300 using the reference clock signal common to the time signal 20 and the time digital converter 300, and The lower order bit signal 21 is generated by converting the residual time signal with fine accuracy.

具体的には、時間デジタル変換器200は、残差時間検出回路270と、時間/電圧変換器110と、電圧保持回路120と、電圧/時間変換器130と、タイミング制御回路140と、多相クロック生成回路150と、ラッチ回路160とを含む。すなわち、時間デジタル変換器200は、図1の時間デジタル変換器に残差時間検出回路270を追加した構成に相当する。   Specifically, the time digital converter 200 includes a residual time detection circuit 270, a time / voltage converter 110, a voltage holding circuit 120, a voltage / time converter 130, a timing control circuit 140, a polyphase. A clock generation circuit 150 and a latch circuit 160 are included. That is, the time digital converter 200 corresponds to a configuration in which a residual time detection circuit 270 is added to the time digital converter of FIG.

残差時間検出回路270は、時間信号20を受け取り、時間デジタル変換器300から基準クロック信号を受け取る。残差時間検出回路270は、時間信号20および基準クロック信号を用いて、時間デジタル変換器300における変換残差に相当する残差時間信号を検出する。残差時間検出回路270は、残差時間信号を時間/電圧変換器110へと出力する。   Residual time detection circuit 270 receives time signal 20 and receives a reference clock signal from time digital converter 300. Residual time detection circuit 270 detects a residual time signal corresponding to the conversion residual in time digital converter 300 using time signal 20 and the reference clock signal. Residual time detection circuit 270 outputs a residual time signal to time / voltage converter 110.

以上説明したように、第2の実施形態に係る時間デジタル変換器は、2つのサブ時間デジタル変換器を含み、第1のサブ時間デジタル変換器が時間信号を粗い精度で変換し、第2のサブ時間デジタル変換器が当該第1のサブ時間デジタル変換器における変換残差に相当する残差時間信号を検出し、当該残差時間信号を細かい精度で変換する。そして、第2のサブ時間デジタル変換器は、前述の第1の実施形態に係る時間デジタル変換器に相当する。故に、この時間デジタル変換器によれば、第1の実施形態に係る時間デジタル変換器の分解能を向上させることができる。   As described above, the time digital converter according to the second embodiment includes two sub time digital converters, and the first sub time digital converter converts the time signal with coarse accuracy, The sub time digital converter detects a residual time signal corresponding to the conversion residual in the first sub time digital converter, and converts the residual time signal with fine accuracy. The second sub time digital converter corresponds to the time digital converter according to the first embodiment. Therefore, according to this time digital converter, the resolution of the time digital converter according to the first embodiment can be improved.

(第3の実施形態)
第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、SSADCおよび時間デジタル変換器の組み合わせに相当し、SSADCを用いて上位ビット値に相当するデジタル信号を生成し、時間デジタル変換器を用いて下位ビット値に相当するデジタル信号を生成する。すなわち、SSADCがアナログ(電圧)信号を時間信号に変換してから粗い精度で時間デジタル変換を行い、時間デジタル変換器がSSADCにおける変換残差(量子化誤差)に相当する時間信号に対して細かい精度で時間デジタル変換を行う。SSADCおよび時間デジタル変換器が分担作業を行うことで、高分解能のアナログデジタル変換を短時間で行うことができる。
(Third embodiment)
The analog-digital converter according to the third embodiment corresponds to a combination of SSADC and time digital converter, generates a digital signal corresponding to an upper bit value using SSADC, and uses lower-order bits using the time digital converter. A digital signal corresponding to the value is generated. That is, after SSADC converts an analog (voltage) signal into a time signal, time digital conversion is performed with coarse accuracy, and the time digital converter is fine with respect to the time signal corresponding to the conversion residual (quantization error) in SSADC. Perform time digital conversion with accuracy. The SSADC and the time digital converter perform the sharing work, so that high-resolution analog-digital conversion can be performed in a short time.

図3に例示されるように、第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、コンパレータ410と、ランプ波生成回路420と、時間デジタル変換器200と、時間デジタル変換器300とを含む。なお、コンパレータ410、ランプ波生成回路420および時間デジタル変換器は、SSADCに相当する。   As illustrated in FIG. 3, the analog-digital converter according to the third embodiment includes a comparator 410, a ramp wave generation circuit 420, a time digital converter 200, and a time digital converter 300. The comparator 410, the ramp wave generation circuit 420, and the time digital converter correspond to SSADC.

ランプ波生成回路420は、ランプ波信号を生成し、当該ランプ波信号をコンパレータ410へと出力する。ランプ波信号の電圧は、経過時間に比例して略一定の傾きで降下(または上昇)する。なお、ランプ波生成回路420は、図3のアナログデジタル変換器と図示されない他の回路とによって共用されてもよい。   The ramp wave generation circuit 420 generates a ramp wave signal and outputs the ramp wave signal to the comparator 410. The voltage of the ramp wave signal drops (or rises) with a substantially constant slope in proportion to the elapsed time. The ramp wave generation circuit 420 may be shared by the analog-digital converter of FIG. 3 and other circuits not shown.

コンパレータ410は、図示されない前段の回路からアナログ信号23を受け取り、ランプ波生成回路420からランプ波信号を受け取る。コンパレータ410は、アナログ信号23およびランプ波信号の電圧を比較し、比較結果に基づく時間信号20を生成する。前述のように、ランプ波信号の電圧は経過時間に比例して変化する。他方、アナログ信号23の電圧は、通常、前段の回路によって保持されている。故に、アナログ信号23の電圧の大きさに比例する時間が経過すれば、アナログ信号23およびランプ波信号の電圧は一致する。故に、両電圧の一致するタイミングの前後でコンパレータ410の出力信号がHighレベル(「1」)からLowレベル(「0」)へと反転するので、当該出力信号はアナログ信号23の電圧の大きさに比例するON期間長を持つパルスに相当する。コンパレータ410は、時間信号20を時間デジタル変換器200および時間デジタル変換器300へと出力する。   The comparator 410 receives the analog signal 23 from a preceding circuit (not shown) and receives the ramp wave signal from the ramp wave generation circuit 420. The comparator 410 compares the voltage of the analog signal 23 and the ramp wave signal, and generates the time signal 20 based on the comparison result. As described above, the voltage of the ramp signal changes in proportion to the elapsed time. On the other hand, the voltage of the analog signal 23 is normally held by the previous circuit. Therefore, if a time proportional to the voltage of the analog signal 23 elapses, the voltages of the analog signal 23 and the ramp signal match. Therefore, since the output signal of the comparator 410 is inverted from the high level (“1”) to the low level (“0”) before and after the timing when the two voltages coincide with each other, the output signal is the magnitude of the voltage of the analog signal 23. This corresponds to a pulse having an ON period length proportional to. The comparator 410 outputs the time signal 20 to the time digital converter 200 and the time digital converter 300.

なお、コンパレータ410およびランプ波生成回路420は、アナログ信号23を時間信号20へと変換する変換器とみなすこともできる。   The comparator 410 and the ramp wave generation circuit 420 can also be regarded as a converter that converts the analog signal 23 into the time signal 20.

図3の時間デジタル変換器300は、時間信号20を粗い精度で変換することによって上位ビット信号22を生成する。具体的には、この時間デジタル変換器300は、カウンタクロック生成回路310と、ANDゲート320と、カウンタ回路330とを含む。   The time digital converter 300 of FIG. 3 generates the upper bit signal 22 by converting the time signal 20 with coarse accuracy. Specifically, the time digital converter 300 includes a counter clock generation circuit 310, an AND gate 320, and a counter circuit 330.

カウンタクロック生成回路310は、時間信号20を粗い精度で量子化するために用いられるカウンタクロック信号(基準クロック信号と呼ぶこともできる)を生成する。カウンタクロック信号の周波数は、多相クロック信号の周波数と同一である。カウンタクロック生成回路310は、カウンタクロック信号を時間デジタル変換器200およびANDゲート320へと出力する。なお、カウンタクロック生成回路310は、図3のアナログデジタル変換器と図示されない他の回路とによって共用されてもよい。   The counter clock generation circuit 310 generates a counter clock signal (also referred to as a reference clock signal) used for quantizing the time signal 20 with coarse accuracy. The frequency of the counter clock signal is the same as the frequency of the multiphase clock signal. The counter clock generation circuit 310 outputs the counter clock signal to the time digital converter 200 and the AND gate 320. The counter clock generation circuit 310 may be shared by the analog-digital converter of FIG. 3 and other circuits not shown.

ANDゲート320は、コンパレータ410から時間信号20を受け取り、カウンタクロック生成回路310からカウンタクロック信号を受け取る。ANDゲート320は、時間信号20およびカウンタクロック信号の論理積を演算する。この論理積は、時間信号20がHighレベルである期間に亘ってカウンタクロック信号に一致するが、時間信号20がLowレベルに遷移すると常にLowレベルとなる。ANDゲート320は、論理積信号をカウンタ回路330へと出力する。   The AND gate 320 receives the time signal 20 from the comparator 410 and receives the counter clock signal from the counter clock generation circuit 310. The AND gate 320 calculates the logical product of the time signal 20 and the counter clock signal. The logical product coincides with the counter clock signal over a period in which the time signal 20 is at the high level, but always becomes the low level when the time signal 20 transits to the low level. The AND gate 320 outputs a logical product signal to the counter circuit 330.

カウンタ回路330は、ANDゲート320から論理積信号を受け取る。カウンタ回路330は、論理積信号に基づいてカウントアップ(またはカウントダウン)動作することによって上位ビット信号22を生成する。具体的には、カウンタ回路330は、論理積信号の立ち上がりエッジ(または立ち下がりエッジ)に応じてカウント動作する。ここで、論理積信号のエッジは、時間信号20がHighレベルである期間に亘ってカウンタクロック信号のエッジに同期して出現するので、カウンタ回路330は当該論理積信号のエッジに応じてカウント動作することにより時間信号20を量子化することができる。   The counter circuit 330 receives the logical product signal from the AND gate 320. The counter circuit 330 generates the upper bit signal 22 by performing a count-up (or count-down) operation based on the logical product signal. Specifically, the counter circuit 330 performs a counting operation according to the rising edge (or falling edge) of the logical product signal. Here, since the edge of the logical product signal appears in synchronization with the edge of the counter clock signal over a period in which the time signal 20 is at the high level, the counter circuit 330 counts according to the edge of the logical product signal. By doing so, the time signal 20 can be quantized.

図3の残差時間検出回路270は、コンパレータ410からの時間信号20およびカウンタクロック生成回路310からのカウンタクロック信号を用いて、時間デジタル変換器300における変換残差に相当する残差時間信号を検出する。   3 uses the time signal 20 from the comparator 410 and the counter clock signal from the counter clock generation circuit 310 to generate a residual time signal corresponding to the conversion residual in the time digital converter 300. The residual time detection circuit 270 in FIG. To detect.

具体的には、図3の残差時間検出回路270は、図13に例示されるように、DフリップフロップおよびXORゲートを含むことができる。   Specifically, the residual time detection circuit 270 of FIG. 3 can include a D flip-flop and an XOR gate, as illustrated in FIG.

Dフリップフロップは、時間信号20(CMPOUT_ADC)およびカウンタクロック信号(CLK)を受け取る。Dフリップフロップは、カウンタクロック信号(CLK)の立ち上がりエッジ(または立ち下がりエッジ)に応じて時間信号20(CMPOUT_ADC)の値を保持する。Dフリップフロップに保持された値は、XORゲートへと出力される。   The D flip-flop receives a time signal 20 (CMPOUT_ADC) and a counter clock signal (CLK). The D flip-flop holds the value of the time signal 20 (CMPOUT_ADC) in accordance with the rising edge (or falling edge) of the counter clock signal (CLK). The value held in the D flip-flop is output to the XOR gate.

XORゲートは、時間信号20(CMPOUT_ADC)およびDフリップフロップの出力信号(CMPOUT_ADC’)を受け取る。XORゲートは、両入力信号の排他的論理和を演算することによって、残差時間信号(TRES)を生成する。   The XOR gate receives the time signal 20 (CMPOUT_ADC) and the output signal (CMPOUT_ADC ') of the D flip-flop. The XOR gate generates a residual time signal (TRES) by calculating an exclusive OR of both input signals.

時間信号20(CMPOUT_ADC)が持つ時間情報は、カウンタクロック信号(CLK)による量子化誤差を含んでいない。他方、Dフリップフロップの出力信号(CMPOUT_ADC’)が持つ時間情報は、カウンタクロック信号(CLK)による量子化誤差を含んでいる。故に、両者の時間差から図3の時間デジタル変換器300の変換残差を導出することが可能である。   The time information held by the time signal 20 (CMPOUT_ADC) does not include a quantization error due to the counter clock signal (CLK). On the other hand, the time information of the output signal (CMPOUT_ADC ′) of the D flip-flop includes a quantization error due to the counter clock signal (CLK). Therefore, it is possible to derive the conversion residual of the time digital converter 300 of FIG. 3 from the time difference between the two.

図14に例示されるように、時間信号20(CMPOUT_ADC)がHighレベルの期間に亘って、XORゲートの両入力信号は一致するので残差時間信号(TRES)はLowレベルとなる。他方、時間信号20(CMPOUT_ADC)がHighレベルからLowレベルに反転しても、Dフリップフロップの出力信号(CMPOUT_ADC’)は直ちにLowレベルとはならずにカウンタクロック信号(CLK)が再び立ち上がるまでHighレベルを維持する。故に、時間信号20(CMPOUT_ADC)が反転してからカウンタクロック信号(CLK)の次の立ち上がりエッジまでの時間(TRESX)に亘って残差時間信号(TRES)はHighレベルとなる。 As illustrated in FIG. 14, since the two input signals of the XOR gate coincide with each other over a period in which the time signal 20 (CMPOUT_ADC) is at a high level, the residual time signal (TRES) is at a low level. On the other hand, even if the time signal 20 (CMPOUT_ADC) is inverted from the High level to the Low level, the output signal (CMPOUT_ADC ′) of the D flip-flop does not immediately become the Low level but remains High until the counter clock signal (CLK) rises again. Maintain level. Therefore, the residual time signal (TRES) becomes High level over the time (T RESX ) from the time signal 20 (CMPOUT_ADC) inversion to the next rising edge of the counter clock signal (CLK).

なお、残差時間信号のON期間(TRESX)は、カウンタクロック信号(CLK)の周期(TCLK)から図3の時間デジタル変換器300の変換残差(TRES)を差し引いた時間に相当する。周期(TCLK)の長さは既知であるので、変換残差に相当するデジタル値は、残差時間信号を変換したデジタル値から例えばビット反転を用いて導出することができる。 Note that the ON period (T RESX ) of the residual time signal corresponds to a time obtained by subtracting the conversion residual (T RES ) of the time digital converter 300 in FIG. 3 from the period (T CLK ) of the counter clock signal (CLK). To do. Since the length of the period (T CLK ) is known, the digital value corresponding to the conversion residual can be derived from the digital value obtained by converting the residual time signal using, for example, bit inversion.

以上説明したように、第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、SSADCおよび時間デジタル変換器の組み合わせに相当し、前述の第2の実施形態に係る時間デジタル変換器を含む。故に、このアナログデジタル変換器によれば、SSADCの分解能を時間デジタル変換器が補うことで、高分解能かつ高速なアナログデジタル変換を実現する。   As described above, the analog-digital converter according to the third embodiment corresponds to a combination of SSADC and time-digital converter, and includes the time-digital converter according to the above-described second embodiment. Therefore, according to this analog-to-digital converter, high-resolution and high-speed analog-to-digital conversion is realized by supplementing the resolution of SSADC with the time digital converter.

さらに、このアナログデジタル変換器は、以下に説明するように、イメージセンサのカラムパラレル読み出し回路のような並列動作を行うアプリケーションに好適である。   Further, the analog-digital converter is suitable for an application that performs parallel operations such as a column parallel readout circuit of an image sensor, as will be described below.

一般に、画素アレイの各列のセンサ信号は互いに一致しないから、SSADCが係るセンサ信号を並列に変換した場合に、各SSADCの変換時間もまた互いに一致しない。仮に、SSADCの変換終了時(変換残差の発生時)に同じ列の時間デジタル変換器が動作するような比較例を考慮すると、各列の時間デジタル変換器がいかなるタイミングでも動作できるように多相クロック信号を全サイクルに亘って供給する必要がある。なお、SSADCの動作可能期間(変換時間の最大長)は、2/fclk(NはSSADCの分解能を表し、fclkはカウンタクロック信号の周波数を表す)となるので、SSADCの分解能が1ビット増えると多相クロック信号の生成および供給に関わる消費電力はおよそ2倍となる。 In general, since the sensor signals of each column of the pixel array do not match each other, when the SSADC converts the sensor signals in parallel, the conversion times of each SSADC also do not match each other. Considering a comparative example in which a time digital converter in the same column operates at the end of SSADC conversion (when a conversion residual is generated), the time digital converters in each column can be operated at any timing. It is necessary to supply the phase clock signal over the entire cycle. Note that the SSADC operable period (maximum conversion time length) is 2 N / f clk (N represents the resolution of the SSADC, and f clk represents the frequency of the counter clock signal), so the resolution of the SSADC is 1. As the number of bits increases, the power consumption associated with the generation and supply of multiphase clock signals approximately doubles.

他方、第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器によれば、図18に例示されるように、各SSADCの変換時間に関わらず全列の時間デジタル変換器の動作タイミングをSSADCの動作可能期間の終了後に揃えるができる。故に、多相クロック信号の供給期間は図19に例示されるように1サイクルで済むので、多相クロック信号の生成および供給に関わる消費電力(例えば多相クロック生成器およびクロックバッファの消費電力)の削減が可能となる。   On the other hand, according to the analog-digital converter according to the third embodiment, as illustrated in FIG. 18, the operation timings of the temporal digital converters of all the columns are set to the SSADC operable period regardless of the conversion time of each SSADC. Can be aligned after the end of. Therefore, since the supply period of the multiphase clock signal is only one cycle as illustrated in FIG. 19, power consumption related to generation and supply of the multiphase clock signal (for example, power consumption of the multiphase clock generator and the clock buffer). Can be reduced.

なお、第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器によれば、上記比較例と比べて、残差時間検出回路、時間/電圧変換器、電圧保持回路、電圧/時間変換器が追加で必要となる。しかしながら、残差時間検出回路、時間/電圧変換器および電圧/時間変換器は、SSADCの変換残差が発生する期間とSSADCの変換終了後に時間デジタル変換を行う期間とに限られるので、これらの消費電力はSSADCの消費電力に比べれば僅かである。さらに、電圧保持回路は、例えばキャパシタを用いて電圧を保持すれば電力を殆ど消費しない。   In addition, according to the analog-digital converter which concerns on 3rd Embodiment, compared with the said comparative example, a residual time detection circuit, a time / voltage converter, a voltage holding circuit, and a voltage / time converter are additionally required. Become. However, the residual time detection circuit, the time / voltage converter, and the voltage / time converter are limited to the period in which the SSADC conversion residual occurs and the period in which the time digital conversion is performed after the SSADC conversion ends. The power consumption is very small compared to the power consumption of SSADC. Furthermore, the voltage holding circuit consumes little power if the voltage is held using, for example, a capacitor.

(第4の実施形態)
第4の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、下位ビット信号用の時間デジタル変換器の構成において、第3の実施形態に係るアナログデジタル変換器と異なる。具体的には、図4に例示されるように、本実施形態に係るアナログデジタル変換器は、コンパレータ410と、ランプ波生成回路420と、時間デジタル変換器500と、時間デジタル変換器300とを含む。
(Fourth embodiment)
The analog-digital converter according to the fourth embodiment is different from the analog-digital converter according to the third embodiment in the configuration of the time digital converter for lower-order bit signals. Specifically, as illustrated in FIG. 4, the analog-digital converter according to the present embodiment includes a comparator 410, a ramp wave generation circuit 420, a time digital converter 500, and a time digital converter 300. Including.

時間デジタル変換器500は、残差時間検出回路270と、時間/電圧変換器110と、増幅器580と、電圧保持回路120と、電圧/時間変換器130と、タイミング制御回路140と、多相クロック生成回路150と、ラッチ回路160とを含む。   The time digital converter 500 includes a residual time detection circuit 270, a time / voltage converter 110, an amplifier 580, a voltage holding circuit 120, a voltage / time converter 130, a timing control circuit 140, and a multi-phase clock. A generation circuit 150 and a latch circuit 160 are included.

図4の時間/電圧変換器110は、電圧信号を電圧保持回路120ではなく増幅器580へと出力する。また、電圧保持回路120は、時間/電圧変換器110ではなく増幅器580から(増幅された)電圧信号を受け取る。   The time / voltage converter 110 in FIG. 4 outputs the voltage signal to the amplifier 580 instead of the voltage holding circuit 120. The voltage holding circuit 120 also receives the (amplified) voltage signal from the amplifier 580 instead of the time / voltage converter 110.

増幅器580は、時間/電圧変換器110から電圧信号を受け取る。増幅器580は、電圧信号(の電圧)を増幅し、増幅された電圧信号を電圧保持回路120へと出力する。増幅器580は、例えばオペアンプを用いたスイッチトキャパシタアンプなどの種々の増幅器によって実装されてよい。   Amplifier 580 receives the voltage signal from time / voltage converter 110. The amplifier 580 amplifies the voltage signal (voltage thereof) and outputs the amplified voltage signal to the voltage holding circuit 120. The amplifier 580 may be implemented by various amplifiers such as a switched capacitor amplifier using an operational amplifier, for example.

以上説明したように、第4の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、下位ビット信号用の時間デジタル変換器に含まれる時間/電圧変換器と電圧保持回路との間に増幅器が挿入されている。この増幅器の作用により、電圧信号の電圧(この大きさは時間信号の持つ時間情報に依存する)が増幅される。故に、増幅器を用いない場合に比べて、電圧保持回路および電圧/時間変換器によって付加される雑音(誤差)による時間情報への影響が抑制される。従って、このアナログデジタル変換器によれば、電圧保持回路および電圧/時間変換器の雑音に関する要求精度を緩和することができる。   As described above, in the analog-digital converter according to the fourth embodiment, an amplifier is inserted between the time / voltage converter and the voltage holding circuit included in the time digital converter for the lower-order bit signal. . By the action of this amplifier, the voltage of the voltage signal (the magnitude depends on the time information of the time signal) is amplified. Therefore, compared to the case where no amplifier is used, the influence on the time information due to noise (error) added by the voltage holding circuit and the voltage / time converter is suppressed. Therefore, according to the analog-digital converter, it is possible to relax the required accuracy regarding noise of the voltage holding circuit and the voltage / time converter.

(第5の実施形態)
前述の第3の実施形態および第4の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、個別のカウンタ回路を内蔵している。他方、第5の実施形態は、例えば、前述のカラムパラレル読み出し回路のように複数のアナログデジタル変換器を並列動作させる場合に、当該複数のアナログデジタル変換器の間で1つのカウンタ回路を共用することを可能にする。
(Fifth embodiment)
The analog-digital converters according to the third embodiment and the fourth embodiment described above incorporate a separate counter circuit. On the other hand, in the fifth embodiment, for example, when a plurality of analog-digital converters are operated in parallel like the above-described column parallel readout circuit, one counter circuit is shared between the plurality of analog-digital converters. Make it possible.

図5に例示されるように、第5の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、コンパレータ410と、ランプ波生成回路420と、時間デジタル変換器200と、時間デジタル変換器600とを含む。   As illustrated in FIG. 5, the analog-digital converter according to the fifth embodiment includes a comparator 410, a ramp wave generation circuit 420, a time digital converter 200, and a time digital converter 600.

時間デジタル変換器600は、カウンタクロック生成回路610と、カウンタ回路630と、ラッチ回路640とを含む。なお、カウンタクロック生成回路610およびカウンタ回路630は、図示されない他のアナログデジタル変換器との間で共用されてもよい。   The time digital converter 600 includes a counter clock generation circuit 610, a counter circuit 630, and a latch circuit 640. Note that the counter clock generation circuit 610 and the counter circuit 630 may be shared with other analog-digital converters not shown.

カウンタクロック生成回路610は、時間信号20を粗い精度で量子化するために用いられるカウンタクロック信号(基準クロック信号と呼ぶこともできる)を生成する。カウンタクロック信号の周波数は、多相クロック信号の周波数と同一である。カウンタクロック生成回路610は、カウンタクロック信号を時間デジタル変換器200およびカウンタ回路630へと出力する。さらに、カウンタクロック生成回路610は、カウンタクロック信号を図示されない他のアナログデジタル変換器へ出力してもよい。   The counter clock generation circuit 610 generates a counter clock signal (also referred to as a reference clock signal) that is used to quantize the time signal 20 with coarse accuracy. The frequency of the counter clock signal is the same as the frequency of the multiphase clock signal. The counter clock generation circuit 610 outputs a counter clock signal to the time digital converter 200 and the counter circuit 630. Further, the counter clock generation circuit 610 may output the counter clock signal to another analog / digital converter (not shown).

カウンタ回路630は、カウンタクロック生成回路610からカウンタクロック信号を受け取る。カウンタ回路630は、カウンタクロック信号に基づいてカウントアップ(またはカウントダウン)動作することによってカウンタ信号を生成する。具体的には、カウンタ回路630は、カウンタ信号の立ち上がりエッジ(または立ち下がりエッジ)に応じてカウント動作する。故に、カウンタ信号の値は、略一定の周期でカウントアップまたはカウントダウンされる。カウンタ回路630は、カウンタ信号をラッチ回路640へと出力する。   The counter circuit 630 receives a counter clock signal from the counter clock generation circuit 610. The counter circuit 630 generates a counter signal by performing a count-up (or count-down) operation based on the counter clock signal. Specifically, the counter circuit 630 performs a counting operation in accordance with the rising edge (or falling edge) of the counter signal. Therefore, the value of the counter signal is counted up or down at a substantially constant period. The counter circuit 630 outputs a counter signal to the latch circuit 640.

さらに、カウンタ回路630は、カウンタ信号を図示されない他のアナログデジタル変換器へ出力してもよい。他のアナログデジタル変換器は、外部入力信号としてのカウンタ信号を用いて時間信号をデジタル信号へと変換することができる。   Further, the counter circuit 630 may output the counter signal to another analog-digital converter (not shown). Other analog-digital converters can convert a time signal into a digital signal using a counter signal as an external input signal.

ラッチ回路640は、コンパレータ410から時間信号20を受け取り、カウンタ回路630からカウンタ信号を受け取る。ラッチ回路640は、時間信号20によって指定されるタイミング(例えば、時間信号20がHighレベルからLowレベルに反転するタイミング)におけるカウンタ信号の値を保持し、この値を上位ビット信号22として出力する。   The latch circuit 640 receives the time signal 20 from the comparator 410 and receives the counter signal from the counter circuit 630. The latch circuit 640 holds the value of the counter signal at the timing specified by the time signal 20 (for example, the timing at which the time signal 20 is inverted from the High level to the Low level), and outputs this value as the upper bit signal 22.

以上説明したように、第5の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、他のアナログデジタル変換器と一緒にカウンタ回路を共用する。故に、このアナログデジタル変換器によれば、例えばイメージセンサのカラムパラレル読み出し回路への適用時に、画素アレイの列数に関わらず1つのカウンタ回路を用いて全列のアナログデジタル変換を実現することができる。すなわち、カウンタ回路による消費電力を削減することが可能である。   As described above, the analog-digital converter according to the fifth embodiment shares a counter circuit with other analog-digital converters. Therefore, according to this analog-digital converter, when applied to, for example, a column parallel readout circuit of an image sensor, analog-digital conversion of all columns can be realized using one counter circuit regardless of the number of columns of the pixel array. it can. That is, power consumption by the counter circuit can be reduced.

(第6の実施形態)
第6の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、前述の各実施形態に係るアナログデジタル変換器に対してオフセット抑圧(またはオフセット除去)のための機構を追加したものに相当する。図6に例示されるように、本実施形態に係るアナログデジタル変換器は、コンパレータ410と、ランプ波生成回路420と、時間デジタル変換器200と、時間デジタル変換器300と、メモリ730と、演算回路740とを含む。
(Sixth embodiment)
The analog-to-digital converter according to the sixth embodiment corresponds to an analog-to-digital converter according to each of the above-described embodiments added with a mechanism for offset suppression (or offset removal). As illustrated in FIG. 6, the analog-digital converter according to the present embodiment includes a comparator 410, a ramp wave generation circuit 420, a time digital converter 200, a time digital converter 300, a memory 730, and an arithmetic operation. Circuit 740.

メモリ730には、コンパレータ410、ランプ波生成回路420、時間デジタル変換器200および時間デジタル変換器300によって、所定の基準アナログ信号を事前にアナログデジタル変換することによって生成された基準デジタル信号が保存される。この基準デジタル信号は、例えば、コンパレータ410のオフセット電圧ばらつき、遅延ばらつきなどに起因するオフセット誤差に相当する。さらに、メモリ730には、コンパレータ410、ランプ波生成回路420、時間デジタル変換器200および時間デジタル変換器300によって、アナログ信号23をアナログデジタル変換することによって生成された対象デジタル信号(上位ビット信号22および下位ビット信号21を結合したデジタル信号に相当する)が保存される。   The memory 730 stores a reference digital signal generated by analog-digital conversion of a predetermined reference analog signal in advance by the comparator 410, the ramp wave generation circuit 420, the time digital converter 200, and the time digital converter 300. The This reference digital signal corresponds to, for example, an offset error caused by offset voltage variation, delay variation, etc. of the comparator 410. Further, in the memory 730, a target digital signal (upper bit signal 22) generated by analog-to-digital conversion of the analog signal 23 by the comparator 410, the ramp wave generation circuit 420, the time digital converter 200, and the time digital converter 300 is stored. And a low-order bit signal 21 combined digital signal) is stored.

演算回路740は、メモリ730から基準デジタル信号および対象デジタル信号を読み出す。演算回路740は、対象デジタル信号から基準デジタル信号を差し引くことにより、アナログ信号23に対応する最終的なデジタル信号24を生成する。このデジタル信号24において、前述のオフセット誤差は抑圧されている。   The arithmetic circuit 740 reads the reference digital signal and the target digital signal from the memory 730. The arithmetic circuit 740 generates a final digital signal 24 corresponding to the analog signal 23 by subtracting the reference digital signal from the target digital signal. In the digital signal 24, the above-described offset error is suppressed.

以上説明したように、第6の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、オフセット誤差に相当する基準デジタル信号を保存するメモリと、当該基準デジタル信号を用いてオフセット抑圧を行う演算回路とを含む。従って、このアナログデジタル変換器によれば、オフセット抑圧されたデジタル信号を生成することができる。さらに、このアナログデジタル変換器を例えばイメージセンサのカラムパラレル読み出し回路へ適用すれば、画素アレイの列間で異なるオフセット誤差が生じる場合にも、これらを適切に抑圧することができる。   As described above, the analog-digital converter according to the sixth embodiment includes a memory that stores a reference digital signal corresponding to an offset error, and an arithmetic circuit that performs offset suppression using the reference digital signal. Therefore, according to the analog-digital converter, it is possible to generate a digital signal whose offset is suppressed. Furthermore, if this analog-digital converter is applied to, for example, a column parallel readout circuit of an image sensor, these can be appropriately suppressed even when different offset errors occur between the columns of the pixel array.

(第7の実施形態)
第7の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、時間/電圧変換器、電圧保持回路および電圧/時間変換回路がチャージポンプ回路を用いて実装される点で前述の各実施形態に係るアナログデジタル変換器とは異なる。図7に例示されるように、本実施形態に係るアナログデジタル変換器は、コンパレータ410と、ランプ波生成回路420と、時間デジタル変換器800と、時間デジタル変換器300とを含む。
(Seventh embodiment)
The analog-digital converter according to the seventh embodiment is the same as the analog-digital conversion according to each of the above-described embodiments in that the time / voltage converter, the voltage holding circuit, and the voltage / time conversion circuit are implemented using a charge pump circuit. It is different from the vessel. As illustrated in FIG. 7, the analog-digital converter according to the present embodiment includes a comparator 410, a ramp wave generation circuit 420, a time digital converter 800, and a time digital converter 300.

時間デジタル変換器800は、残差時間検出回路270と、チャージポンプ回路880と、タイミング制御回路140と、多相クロック生成回路150と、ラッチ回路160とを含む。   Time digital converter 800 includes a residual time detection circuit 270, a charge pump circuit 880, a timing control circuit 140, a multiphase clock generation circuit 150, and a latch circuit 160.

チャージポンプ回路880は、残差時間検出回路270から残差時間信号を受け取る。それから、チャージポンプ回路880は、残差時間信号を電圧信号に変換して保持する。ここで、電圧信号は、残差時間信号の持つ時間情報に依存する大きさの電圧を持つ信号である。さらに、チャージポンプ回路880は、タイミング制御回路140によって指示されるタイミングに従って、電圧信号を時間信号へと変換し、当該時間信号をラッチ回路160へと出力する。ここで、チャージポンプ回路880によって生成される時間信号において、残差時間信号の持つ時間情報と略同一の時間情報が復元されている。   The charge pump circuit 880 receives the residual time signal from the residual time detection circuit 270. Then, the charge pump circuit 880 converts the residual time signal into a voltage signal and holds it. Here, the voltage signal is a signal having a voltage whose magnitude depends on the time information of the residual time signal. Further, the charge pump circuit 880 converts the voltage signal into a time signal in accordance with the timing instructed by the timing control circuit 140, and outputs the time signal to the latch circuit 160. Here, in the time signal generated by the charge pump circuit 880, time information substantially the same as the time information of the residual time signal is restored.

チャージポンプ回路880の第1の具体例が図8に示されている。図8のチャージポンプ回路880は、電流源ICP1と、スイッチSWと、スイッチSWと、電流源ICP2と、スイッチSWと、キャパシタCCPと、コンパレータ881と、ANDゲート882とを含む。 A first specific example of the charge pump circuit 880 is shown in FIG. The charge pump circuit 880 shown in FIG. 8 includes a current source I CP1 , a switch SW 1 , a switch SW 2 , a current source I CP2 , a switch SW 3 , a capacitor C CP , a comparator 881, and an AND gate 882. Including.

キャパシタCCPは、一端がコンパレータ881の反転入力端子、スイッチSW、スイッチSW、スイッチSWに共通に接続され、他端が接地される。キャパシタCCPの両端に印加される電圧はVで表される。 Capacitor C CP has one end connected to the inverting input terminal of the comparator 881, the switch SW 1, switch SW 2, in common to the switch SW 3, the other end is grounded. Voltage applied across the capacitor C CP is represented by V X.

スイッチSWは、電流源ICP1の出力端子とキャパシタCCPの一端との間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSWに供給される制御信号のON期間は、前述の残差時間信号のON期間に略等しい。スイッチSWが電流源ICP1の出力端子とキャパシタCCPの一端との間を短絡すると、キャパシタCCPが充電される。 Switch SW 1 is shorted or opened according to a control signal between the one end of the output terminal and the capacitor C CP of the current source I CP1. ON period of the control signal supplied to the switch SW 1 is approximately equal to the ON period of the residual time signal described above. When the switch SW 1 is shorted between the one end of the output terminal and the capacitor C CP of the current source I CP1, capacitor C CP is charged.

スイッチSWは、電流源ICP2の入力端子とキャパシタCCPの一端との間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSWの制御信号は、タイミング制御回路140から供給され、チャージポンプ回路880が保持している電圧信号を時間信号へと変換するタイミングで立ち上がる。スイッチSWが電流源ICP2の入力端子とキャパシタCCPの一端との間を短絡すると、キャパシタCCPが放電される。 Switch SW 2 is short-circuited or open according to the control signals between the one end of the input terminal and the capacitor C CP of the current source I CP2. Control signal of the switch SW 2 is supplied from the timing control circuit 140, at the timing for converting the voltage signal from the charge pump circuit 880 is held to the time signal. When the switch SW 2 is short-circuited between one end of the input terminal and the capacitor C CP of the current source I CP2, capacitor C CP is discharged.

スイッチSWは、電源VCOMとキャパシタCCPの一端との間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSWが電源VCOMとキャパシタCCPの一端との間を短絡すると、キャパシタCCPには初期電圧が印加される(リセットされる)。 Switch SW 3 is short-circuited or open according to the control signals between the one end of the power V COM and the capacitor C CP. When the switch SW 3 is short-circuited between one end of the power supply V COM and the capacitor C CP, an initial voltage is applied to the capacitor C CP (reset).

コンパレータ881は、非反転入力端子が電源VCOMに接続され、反転入力端子がキャパシタCCPの一端に接続される。コンパレータ881は、非反転入力端子に印加される電圧VCOMを反転入力端子に印加される電圧Vxと比較する。コンパレータ881は、比較結果を示すデジタル信号(CMPOUT)をANDゲートへと出力する。なお、デジタル信号(CMPOUT)は、VCOM>Vの場合にHighレベル、VCOM≦Vの場合にLowレベルとなる。 The comparator 881 has a non-inverting input terminal connected to the power supply V COM and an inverting input terminal connected to one end of the capacitor CP . The comparator 881 compares the voltage V COM applied to the non-inverting input terminal with the voltage Vx applied to the inverting input terminal. The comparator 881 outputs a digital signal (CMPOUT) indicating the comparison result to the AND gate. The digital signal (CMPOUT) becomes Low level when the High level, V COMV X when the V COM> V X.

ANDゲート882は、コンパレータ881からデジタル信号(CMPOUT)を受け取り、スイッチSWに供給される制御信号を受け取る。ANDゲート882は、両入力信号の論理積を演算することによって、時間信号(VTOUT)を生成する。 AND gate 882 receives the digital signal (CMPOUT) from the comparator 881 receives a control signal supplied to the switch SW 2. The AND gate 882 generates a time signal (V TOUT ) by calculating a logical product of both input signals.

具体的には、図8のチャージポンプ回路880は、図9に例示されるように動作する。チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(1)時間→電圧変換期間、(2)電圧保持期間および(3)電圧→時間変換期間に大別することができる。   Specifically, the charge pump circuit 880 in FIG. 8 operates as illustrated in FIG. The operation phase of the charge pump circuit 880 can be broadly divided into (1) time → voltage conversion period, (2) voltage holding period, and (3) voltage → time conversion period.

チャージポンプ回路880は、(1)時間→電圧変換期間よりも前に、電圧Vのリセット処理を行う。具体的には、スイッチSWがOFF状態からON状態へと変化し、電圧Vは電圧VCOMに一致する。その後、スイッチSWは再びOFF状態へと戻る。 The charge pump circuit 880, before (1) Time → voltage conversion period, a reset process of the voltage V X. Specifically, the switch SW 3 is changed from the OFF state to the ON state, the voltage V X is equal to the voltage V COM. Then, the switch SW 3 is returned again to the OFF state.

続いて、チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(1)時間→電圧変換期間へと遷移する。(1)時間→電圧変換期間は、スイッチSWの制御信号のON期間(すなわち、残差時間信号のON期間)に合わせて開始および終了する。(1)時間→電圧変換期間に亘って、キャパシタCCPは定電流で充電されるので、電圧Vの増加分は残差時間信号のON期間長に比例する。なお、(1)時間→電圧変換期間における電圧Vの導関数は下記数式(1)で表すことができる。 Subsequently, the operation phase of the charge pump circuit 880 transitions from (1) time → voltage conversion period. (1) The time → voltage conversion period starts and ends in accordance with the ON period of the control signal of the switch SW 1 (that is, the ON period of the residual time signal). (1) Time → over voltage conversion period, capacitor C CP so is charged with a constant current, the increase in voltage V X is proportional to the ON period length of the residual time signal. Note that (1) The derivative of the voltage V X during the time-to-voltage conversion period can be expressed by the following mathematical formula (1).

ここで、ICP1は電流源ICP1の発生する電流量を表し、CCPはキャパシタCCPのキャパシタンスを表す。故に、残差時間信号のON期間長をTRES、(1)時間→電圧変換期間における電圧Vの増加分をVRESとすると、下記数式(2)を導出できる。 Here, I CP1 represents the amount of current generated by the current source I CP1 , and C CP represents the capacitance of the capacitor C CP . Therefore, when the ON period length of the residual time signal is T RES , and (1) the increase in voltage V X in the time → voltage conversion period is V RES , the following equation (2) can be derived.

続いて、チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(2)電圧保持期間へと遷移する。(2)電圧保持期間では、スイッチSW、スイッチSWおよびスイッチSWが全てOFF状態であるので、電圧Vは保持される。 Subsequently, the operation phase of the charge pump circuit 880 transitions to (2) voltage holding period. (2) In the voltage holding period, since the switch SW 1 , the switch SW 2 and the switch SW 3 are all in the OFF state, the voltage V X is held.

続いて、チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(3)電圧→時間変換期間へと遷移する。(3)電圧→時間変換期間は、例えば並列動作する全てのSSADCの変換終了後に、スイッチSWの制御信号が立ち上がることで開始する。(3)電圧→時間変換期間に亘って、キャパシタCCPは定電流で放電されるので、電圧Vの減少分は(3)電圧→時間変換期間の開始時点からの経過時間に比例し、いずれ電圧Vは初期電圧VCOMに一致する。なお、(3)電圧→時間変換期間における電圧Vの導関数は下記数式(3)で表すことができる。 Subsequently, the operation phase of the charge pump circuit 880 transitions from (3) voltage → time conversion period. (3) Voltage → time conversion period, for example after the end conversion of all SSADC operating in parallel, starting with the control signal of the switch SW 2 rises. (3) Since the capacitor CP is discharged with a constant current over the voltage → time conversion period, the decrease of the voltage V X is proportional to the elapsed time from the start of the (3) voltage → time conversion period, Eventually, the voltage V X will coincide with the initial voltage V COM . (3) The derivative of the voltage V X during the voltage → time conversion period can be expressed by the following mathematical formula (3).

ここで、ICP2は電流源ICP2の発生する電流量を表す。故に、(3)電圧→時間変換期間の開始時点から電圧Vが電圧VCOMに一致するまでの時間をT’RESとすると、下記数式(4)ないし数式(6)を導出できる。 Here, I CP2 represents the amount of current generated by the current source I CP2 . Therefore, if (3) T ′ RES is the time from the start of the voltage → time conversion period until the voltage V X matches the voltage V COM , the following equations (4) to (6) can be derived.

電圧Vが電圧VCOMまで降下すると、コンパレータ881の出力信号(CMPOUT)は、HighレベルからLowレベルへと反転する。換言すれば、コンパレータ881の出力信号(CMPOUT)は、(3)電圧→時間変換期間の開始時点から時間T’RESに亘ってHighレベルを維持する。 When the voltage V X drops to the voltage V COM , the output signal (CMPOUT) of the comparator 881 is inverted from the high level to the low level. In other words, the output signal (CMPOUT) of the comparator 881 maintains the high level for the time T ′ RES from the start point of (3) voltage → time conversion period.

故に、コンパレータ881の出力信号(CMPOUT)とスイッチSWの制御信号との論理積である時間信号(VTOUT)は、ON期間長がT’RESに等しいパルスに相当する。そして、数式(6)よりT’RESはTRESに比例するから、時間信号(VTOUT)は残差時間信号の時間情報(TRES)に依存する時間情報(T’RES)を持つことになる。なお、数式(6)より、ICP1=ICP2と設計すればT’RES=TRESとなり、ICP1=A*ICP2と設計すればT’RES=A*TRESとなる。 Therefore, the logical product for a period of time of the output signal of the comparator 881 (CMPOUT) and the control signal of the switch SW 2 (VTOUT) is, ON period length corresponds to equal pulse T 'RES. Then, 'since the RES proportional to T RES, time signal (VTOUT) is time information that depends on the time information of the residual time signal (T RES) (T' from T Equation (6) will have a RES) . According to the equation (6), T ′ RES = T RES is designed when I CP1 = I CP2, and T ′ RES = A T * T RES is designed when I CP1 = A T * I CP2 .

チャージポンプ回路880の第2の具体例が図10に示されている。図10のチャージポンプ回路880は、電流源ICP1と、スイッチSWと、スイッチSW2a,1およびスイッチS2a,2(以降、スイッチSW2a群とも称される)と、スイッチSW2b,1およびスイッチS2b,2(以降、スイッチSW2b群とも称される)と、スイッチSWと、キャパシタCCPと、コンパレータ883と、ANDゲート884とを含む。 A second specific example of the charge pump circuit 880 is shown in FIG. The charge pump circuit 880 of Figure 10 includes a current source I CP1, and the switch SW 1, switch SW 2a, 1 and switches S 2a, 2 (hereinafter, also referred to switch SW 2a group) and the switch SW 2b, 1 And switch S 2b, 2 (hereinafter also referred to as switch SW 2b group), switch SW 3 , capacitor C CP , comparator 883, and AND gate 884.

キャパシタCCPは、端子aがスイッチSW2a,1およびスイッチSW2b,1に接続され、端子bがスイッチSW2a,2およびスイッチS2b,2に接続される。 The capacitor CP has a terminal a connected to the switches SW 2a, 1 and SW 2b, 1 , and a terminal b connected to the switches SW 2a, 2 and S 2b, 2 .

スイッチSWは、電流源ICP1の出力端子とコンパレータ883の反転入力端子との間を制御信号に従って短絡または開放する。コンパレータ883の反転入力端子に印加される電圧はVで表される。スイッチSWに供給される制御信号のON期間は、前述の残差時間信号のON期間ならびにチャージポンプ回路880が保持している電圧信号を時間信号へと変換する期間に略等しい。スイッチSWが電流源ICP1の出力端子とコンパレータ883の反転入力端子との間を短絡すると、電流源ICP1からの電流は、スイッチSW2a群およびスイッチSW2b群のON/OFF状態に応じて異なる経路を流れてキャパシタCCPを端子aまたは端子bのいずれか一方の電位が上昇するように充電する。 Switch SW 1 shorts or opens between the output terminal of current source I CP1 and the inverting input terminal of comparator 883 according to the control signal. Voltage applied to the inverting input terminal of the comparator 883 is represented by V X. The ON period of the control signal supplied to the switch SW 1 is substantially equal to the ON period of the residual time signal and the period of converting the voltage signal held by the charge pump circuit 880 into a time signal. When the switch SW 1 short-circuits between the output terminal of the current source I CP1 and the inverting input terminal of the comparator 883, the current from the current source I CP1 depends on the ON / OFF state of the switch SW 2a group and the switch SW 2b group. Thus, the capacitor CP is charged so that the potential of either the terminal a or the terminal b rises through different paths.

スイッチSW2a,1は、キャパシタCCPの端子aとコンパレータ883の反転入力端子との間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSW2a,2は、キャパシタCCPの端子bと電源VCOMとの間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSWのON期間にスイッチSW2a群がON状態となると、キャパシタCCPは端子aの電位が上昇するように充電される。 The switch SW 2a, 1 shorts or opens between the terminal a of the capacitor CP and the inverting input terminal of the comparator 883 according to the control signal. The switches SW 2a and 2 short or open between the terminal b of the capacitor CP and the power source V COM according to a control signal. When the switch SW 2a group is turned on during the ON period of the switch SW 1 , the capacitor CCP is charged so that the potential at the terminal a increases.

スイッチSW2a群の共通の制御信号は、タイミング制御回路140から供給され、キャパシタCCPの充電が完了(すなわち、キャパシタCCPの端子aの電位の上昇が停止)した後の適切なタイミングで立ち下がる。係るタイミングは、SSADCの動作中であってもよいし、動作完了後であってもよい。 A common control signal for the switch SW 2a group is supplied from the timing control circuit 140, and rises at an appropriate timing after the charging of the capacitor C CP is completed (that is, the rise in the potential at the terminal a of the capacitor C CP is stopped). Go down. Such timing may be during the operation of SSADC or may be after the operation is completed.

スイッチSW2b,1は、キャパシタCCPの端子bと電源VCOMとの間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSW2b,2は、キャパシタCCPの端子aとコンパレータ883の反転入力端子との間を制御信号に従って短絡または開放する。 The switches SW 2b and 1 short or open between the terminal b of the capacitor CP and the power source V COM according to a control signal. The switches SW 2b, 2 short or open between the terminal a of the capacitor CP and the inverting input terminal of the comparator 883 according to the control signal.

スイッチSW2b群の共通の制御信号は、スイッチSW2a群の共通の制御信号の反転信号に相当する。すなわち、スイッチSW2b群の共通の制御信号は、タイミング制御回路140から供給され、スイッチSW2a群の共通の制御信号の立ち下がりと略同じタイミングで立ち上がる。 Common control signal of the switch SW 2b group corresponds to the inverted signal of the common control signal of the switch SW 2a group. That is, the common control signal of the switch SW 2b group is supplied from the timing control circuit 140, and rises at substantially the same timing as the fall of the common control signal of the switch SW 2a group.

スイッチSWおよびスイッチSWのOFF期間に、スイッチSW2b群がON状態となると、電圧Vは2VRES(VRESは、スイッチSW2a群を介した充電による電圧Vの増加分を表す)降下する。さらに、スイッチSWのON期間にスイッチSW2b群がON状態となると、キャパシタCCPは端子bの電位が上昇するように充電される。 When the switch SW 2b group is turned on during the OFF period of the switch SW 1 and the switch SW 3 , the voltage V X is 2V RES (V RES represents the increment of the voltage V X due to charging through the switch SW 2a group. ) Descent. Further, when the switch SW 2b group is ON state to the ON period of the switch SW 1, the capacitor C CP is the potential of the terminal b is charged to rise.

スイッチSWは、電源VCOMとコンパレータ883の反転入力端子との間を制御信号に従って短絡または開放する。スイッチSW2a,1(またはスイッチSW2b,2)のON期間にスイッチSWがON状態となると、キャパシタCCPの一端および他端には初期電圧が印加される(リセットされる)。 The switch SW 3 shorts or opens between the power supply V COM and the inverting input terminal of the comparator 883 according to the control signal. When the switch SW 2a, 1 (or switch SW 2b, 2) switch SW 3 is turned ON period becomes ON state, the initial voltage (reset) is applied to one end and the other end of the capacitor C CP.

コンパレータ883は、非反転入力端子が電源VCOMに接続され、反転入力端子がスイッチSW、スイッチSW2a,1、スイッチSW2b,2およびスイッチSWに接続される。コンパレータ883は、非反転入力端子に印加される電圧VCOMを反転入力端子に印加される電圧Vxと比較する。コンパレータ883は、比較結果を示すデジタル信号(CMPOUT)をANDゲートへと出力する。なお、デジタル信号(CMPOUT)は、VCOM>Vの場合にHighレベル、VCOM≦Vの場合にLowレベルとなる。 The comparator 883 has a non-inverting input terminal connected to the power supply V COM , and an inverting input terminal connected to the switch SW 1 , the switch SW 2a, 1 , the switch SW 2b, 2 and the switch SW 3 . The comparator 883 compares the voltage V COM applied to the non-inverting input terminal with the voltage Vx applied to the inverting input terminal. The comparator 883 outputs a digital signal (CMPOUT) indicating the comparison result to the AND gate. The digital signal (CMPOUT) becomes Low level when the High level, V COMV X when the V COM> V X.

ANDゲート884は、コンパレータ883からデジタル信号(CMPOUT)を論理反転させてから受け取り、スイッチSWに供給される制御信号を受け取る。ANDゲート884は、両入力信号の論理積を演算することによって、時間信号(VTOUT)を生成する。 AND gate 884 receives digital signals (CMPOUT) were allowed to logic inversion from the comparator 883 receives a control signal supplied to the switch SW 1. The AND gate 884 generates a time signal (VTOUT) by calculating a logical product of both input signals.

具体的には、図10のチャージポンプ回路880は、図11に例示されるように動作する。チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(1)時間→電圧変換期間、(2)電圧保持期間および(3)電圧→時間変換期間に大別することができる。   Specifically, the charge pump circuit 880 in FIG. 10 operates as illustrated in FIG. The operation phase of the charge pump circuit 880 can be broadly divided into (1) time → voltage conversion period, (2) voltage holding period, and (3) voltage → time conversion period.

チャージポンプ回路880は、(1)時間→電圧変換期間よりも前に、電圧Vのリセット処理を行う。具体的には、スイッチSW2a群のON期間にスイッチSWがOFF状態からON状態へと変化し、電圧Vは電圧VCOMに一致する。また、キャパシタCCPの端子aおよび端子bには共に電圧VCOMが印加される。その後、スイッチSWは再びOFF状態へと戻る。 The charge pump circuit 880, before (1) Time → voltage conversion period, a reset process of the voltage V X. Specifically, the switch SW 3 is turned ON period of the switch SW 2a group is changed from the OFF state to the ON state, the voltage V X is equal to the voltage V COM. The voltage V COM is applied to both the terminals a and b of the capacitor CP . Then, the switch SW 3 is returned again to the OFF state.

続いて、チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(1)時間→電圧変換期間へと遷移する。(1)時間→電圧変換期間は、スイッチSWの制御信号としての残差時間信号のON期間に合わせて開始および終了する。(1)時間→電圧変換期間に亘って、キャパシタCCPはスイッチSW2a群を介して定電流で充電されるので、電圧Vの増加分は残差時間信号のON期間に比例する。なお、(1)時間→電圧変換期間における電圧Vの導関数は上記数式(1)で表すことができる。故に、図10のチャージポンプ回路880においても、電圧Vの増加分VRESに関して上記数式(2)が成立する。 Subsequently, the operation phase of the charge pump circuit 880 transitions from (1) time → voltage conversion period. (1) Time → voltage conversion period begins and ends in accordance with the ON period of the residual time signal as a control signal of the switch SW 1. (1) Time → over voltage conversion period, capacitor C CP so is charged with a constant current through the switch SW 2a group, the increase in voltage V X is proportional to the ON period of the residual time signal. Note that (1) The derivative of the voltage V X in the time-to-voltage conversion period can be expressed by the above mathematical formula (1). Therefore, also in the charge pump circuit 880 of FIG. 10, the above equation (2) is established with respect to the increment V RES of the voltage V X.

続いて、チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(2)電圧保持期間へと遷移する。(2)電圧保持期間では、スイッチSWおよびスイッチSWがOFF状態である。また、(2)電圧保持期間の途中で、スイッチSW2b群がOFF状態からON状態に変化し、略同時にスイッチSW2a群がON状態からOFF状態に変化する。故に、スイッチSW2a群の制御信号が立ち下がるまで電圧V=VCOM+VRESの状態で保持され、スイッチSW2a群の制御信号が立ち上がると電圧V=VCOM−VRESの状態で保持される。 Subsequently, the operation phase of the charge pump circuit 880 transitions to (2) voltage holding period. (2) In the voltage holding period, the switch SW 1 and the switch SW 3 are in the OFF state. (2) In the middle of the voltage holding period, the switch SW 2b group changes from the OFF state to the ON state, and the switch SW 2a group changes from the ON state to the OFF state substantially simultaneously. Therefore, it is held in the state of voltage V X = V COM + V RES until the control signal of the switch SW 2a group falls, and when the control signal of the switch SW 2a group rises, it is held in the state of voltage V X = V COM -V RES. Is done.

続いて、チャージポンプ回路880の動作フェーズは、(3)電圧→時間変換期間へと遷移する。(3)電圧→時間変換期間は、例えば並列動作する全てのSSADCの変換終了後に、スイッチSWの制御信号が再び立ち上がることで開始する。(3)電圧→時間変換期間に亘って、キャパシタCCPはスイッチSW2b群を介して定電流で充電されるので、電圧Vの増加分は(3)電圧→時間変換期間の開始時点からの経過時間に比例し、いずれ電圧Vは初期電圧VCOMに一致する。なお、(3)電圧→時間変換期間における電圧Vの導関数は上記数式(1)で表すことができる。故に、(3)電圧→時間変換期間の開始時点から電圧Vが電圧VCOMに一致するまでの時間をT’RESとすると、下記数式(7)ないし数式(9)を導出できる。 Subsequently, the operation phase of the charge pump circuit 880 transitions from (3) voltage → time conversion period. (3) Voltage → time conversion period, for example after the end conversion of all SSADC operating in parallel, the control signal of the switch SW 1 is started by rising again. (3) Since the capacitor CP is charged with a constant current through the switch SW 2b group over the voltage → time conversion period, the increase in the voltage V X is (3) from the start of the voltage → time conversion period. The voltage V X eventually coincides with the initial voltage V COM . Note that (3) the derivative of the voltage V X during the voltage-to-time conversion period can be expressed by Equation (1) above. Therefore, if (3) T ′ RES is the time from the start of the voltage → time conversion period until the voltage V X matches the voltage V COM , the following formulas (7) to (9) can be derived.

電圧Vが電圧VCOMまで上昇すると、コンパレータ883の出力信号(CMPOUT)は、LowレベルからHighレベルへと反転する。換言すれば、コンパレータ883の出力信号(CMPOUT)は、(3)電圧→時間変換期間の開始時点から時間T’RESに亘ってLowレベルを維持する。 When the voltage V X rises to the voltage V COM , the output signal (CMPOUT) of the comparator 883 is inverted from the Low level to the High level. In other words, the output signal (CMPOUT) of the comparator 883 maintains the low level for the time T ′ RES from the start point of (3) voltage → time conversion period.

故に、コンパレータ883の出力信号(CMPOUT)の論理反転とスイッチSWの制御信号との論理積である時間信号(VTOUT)は、ON期間長がT’RESに等しいパルスに相当する。そして、数式(9)よりT’RESはTRESに等しいから、時間信号(VTOUT)は残差時間信号の時間情報(TRES)に依存する時間情報(T’RES)を持つことになる。 Therefore, the time signal (VTOUT) that is the logical product of the logical inversion of the output signal (CMPOUT) of the comparator 883 and the control signal of the switch SW 1 corresponds to a pulse whose ON period length is equal to T ′ RES . Then, 'equal to the RES is T RES, time signal (VTOUT) is time information that depends on the time information of the residual time signal (T RES) (T' from T Equation (9) will have a RES).

概括すれば、図8のチャージポンプ回路880は、ICP1およびICP2の比率を調整することで、残差時間信号の持つ時間情報(ON期間)を利得Aで増幅することができる点で優れている。但し、電流源ICP1および電流源ICP2をMOSFET(MOS Field Effect Transistor)を用いて実装する場合に、MOSFETのばらつきによりICP1およびICP2を正確に設計することは必ずしも容易ではない。故に、利得Aの誤差を低減させるためのキャリブレーションが必要となることもある。図10のチャージポンプ回路は、時間情報を増幅することはできないが、ICP1の誤差による影響を受けないのでキャリブレーションが不要である点で優れている。 In summary, the charge pump circuit 880 of FIG. 8 can amplify the time information (ON period) of the residual time signal with a gain AT by adjusting the ratio of I CP1 and I CP2. Are better. However, when the current source I CP1 and the current source I CP2 are mounted using MOSFETs (MOS Field Effect Transistors), it is not always easy to design I CP1 and I CP2 accurately due to MOSFET variations. Therefore, calibration for reducing the error of the gain AT may be necessary. The charge pump circuit of FIG. 10 cannot amplify time information, but is excellent in that calibration is unnecessary because it is not affected by the error of I CP1 .

以上説明したように、第7の実施形態に係るアナログデジタル変換器は、時間/電圧変換器、電圧保持回路および電圧/時間変換器として動作するチャージポンプ回路を含む。従って、このアナログデジタル変換器によれば、このチャージポンプ回路を用いて前述の各実施形態に係る時間デジタル変換器またはアナログデジタル変換器を実装することができる。   As described above, the analog-digital converter according to the seventh embodiment includes a time / voltage converter, a voltage holding circuit, and a charge pump circuit that operates as a voltage / time converter. Therefore, according to this analog-digital converter, the time digital converter or the analog-digital converter according to each of the above-described embodiments can be mounted using this charge pump circuit.

(第8の実施形態)
前述の第7の実施形態では、時間/電圧変換器、電圧保持回路および電圧/時間変換回路がチャージポンプ回路を用いて実装される。チャージポンプ回路およびSSADCは共にコンパレータを含む。チャージポンプ回路に含まれるコンパレータはSSADCの動作完了後に動作し始めるので、当該コンパレータの動作期間はSSADCに含まれるコンパレータと重複しない。そこで、第8の実施形態では、チャージポンプ回路およびSSADCが1つのコンパレータを時分割で共用する。
(Eighth embodiment)
In the seventh embodiment described above, the time / voltage converter, the voltage holding circuit, and the voltage / time conversion circuit are mounted using a charge pump circuit. Both the charge pump circuit and the SSADC include a comparator. Since the comparator included in the charge pump circuit starts to operate after the operation of SSADC is completed, the operation period of the comparator does not overlap with the comparator included in SSADC. Therefore, in the eighth embodiment, the charge pump circuit and the SSADC share one comparator in a time division manner.

具体的には、チャージポンプ回路およびSSADCは、図12に例示されるように1つのコンパレータを共用することができる。図12の例は前述の図8のチャージポンプ回路880をベースとしているが、代わりに図10または他のチャージポンプ回路880をベースとすることもできる。図12の例では、コンパレータ881がSSADC用のコンパレータおよびチャージポンプ回路880用のコンパレータとして共用されている。   Specifically, the charge pump circuit and the SSADC can share one comparator as illustrated in FIG. The example of FIG. 12 is based on the charge pump circuit 880 of FIG. 8 described above, but may alternatively be based on FIG. 10 or another charge pump circuit 880. In the example of FIG. 12, the comparator 881 is shared as a comparator for SSADC and a comparator for the charge pump circuit 880.

コンパレータ881がSSADC用のコンパレータとして機能する場合には、スイッチSWはアナログ信号23(VSIG)を当該コンパレータ881の非反転入力端子へと供給し、スイッチSWはランプ波信号を当該コンパレータ881の反転入力端子へと供給する。 When the comparator 881 functions as a comparator for SSADC, the switch SW 4 supplies the analog signal 23 (V SIG ) to the non-inverting input terminal of the comparator 881, and the switch SW 5 supplies the ramp wave signal to the comparator 881. To the inverting input terminal.

コンパレータ881がチャージポンプ回路880用のコンパレータとして機能する場合には、スイッチSWは電圧VCOMを当該コンパレータ881の非反転入力端子に印加し、スイッチSWは電圧Vを当該コンパレータ881の反転入力端子に印加する。 If the comparator 881 functions as a comparator for the charge pump circuit 880, the switch SW 4 applies a voltage V COM to the non-inverting input terminal of the comparator 881, the switch SW 5 is a voltage V X inversion of the comparator 881 Apply to the input terminal.

以上説明したように、第8の実施形態に係るアナログデジタル変換器において、チャージポンプ回路およびSSADCは1つのコンパレータを時分割で共用する。従って、このアナログデジタル変換器によれば、第7の実施形態に比べてコンパレータの数が削減されるので消費電力を削減可能である。   As described above, in the analog-digital converter according to the eighth embodiment, the charge pump circuit and SSADC share one comparator in a time division manner. Therefore, according to the analog-digital converter, the number of comparators can be reduced as compared with the seventh embodiment, so that power consumption can be reduced.

(第9の実施形態)
前述の各実施形態に係るアナログデジタル変換器は、図17に例示されるようにCMOSイメージセンサに適用可能である。図17のCMOSイメージセンサは画素アレイ950を含み、当該画素アレイ950の列毎にアナログデジタル変換器が用意される。
(Ninth embodiment)
The analog-digital converter according to each of the above-described embodiments can be applied to a CMOS image sensor as illustrated in FIG. The CMOS image sensor of FIG. 17 includes a pixel array 950, and an analog-digital converter is prepared for each column of the pixel array 950.

各アナログデジタル変換器は、前述の各実施形態に係るアナログデジタル変換器に相当し、個別のコンパレータ410および時間デジタル変換器1000を含む。時間デジタル変換器1000は、上位ビット信号用の第1のサブ時間デジタル変換器および下位ビット信号用の第2のサブ時間デジタル変換器を含む。第1のサブ時間デジタル変換器は、時間デジタル変換器300または時間デジタル変換器600と同一または類似であってよい。第2のサブ時間デジタル変換器は、時間デジタル変換器200、時間デジタル変換器500または時間デジタル変換器800と同一または類似であってよい。なお、タイミング制御回路140、多相クロック生成回路150およびランプ波生成回路420は、全てのアナログデジタル変換器によって共用される。   Each analog-digital converter corresponds to the analog-digital converter according to each of the above-described embodiments, and includes an individual comparator 410 and a time digital converter 1000. The time digital converter 1000 includes a first sub time digital converter for the upper bit signal and a second sub time digital converter for the lower bit signal. The first sub time digital converter may be the same as or similar to time digital converter 300 or time digital converter 600. The second sub time digital converter may be the same as or similar to time digital converter 200, time digital converter 500 or time digital converter 800. The timing control circuit 140, the multiphase clock generation circuit 150, and the ramp wave generation circuit 420 are shared by all analog-digital converters.

多相クロック生成回路150によって生成される多相クロック信号は、第2のサブ時間デジタル変換器の時間/電圧変換期間以前(すなわち、SSADCの動作可能期間内)には不要である。故に、タイミング制御回路140は、ANDゲート960−1、ANDゲート960−2、ANDゲート960−3およびANDゲート960−4(以降、ANDゲート960群と称される)を用いて多相クロック信号の供給を制御する。   The multiphase clock signal generated by the multiphase clock generation circuit 150 is not required before the time / voltage conversion period of the second sub time digital converter (that is, within the SSADC operable period). Therefore, the timing control circuit 140 uses the AND gate 960-1, the AND gate 960-2, the AND gate 960-3, and the AND gate 960-4 (hereinafter referred to as an AND gate 960 group) to generate a multiphase clock signal. To control the supply.

具体的には、タイミング制御回路140は、SSADCの動作可能期間内にはLowレベルのデジタル信号をANDゲート960群に与えることで多相クロック信号の供給を無効にする。他方、タイミング制御回路140は、第2のサブ時間デジタル変換器のSSADCの動作可能期間の終了後にHighレベルのデジタル信号をANDゲート960群に与えることで多相クロック信号の供給を有効にする。   Specifically, the timing control circuit 140 disables the supply of the multiphase clock signal by supplying a low level digital signal to the AND gates 960 within the SSADC operable period. On the other hand, the timing control circuit 140 validates the supply of the multiphase clock signal by providing a high-level digital signal to the AND gates 960 after the end of the SSADC operable period of the second sub time digital converter.

係る多相クロック信号の供給制御によれば、多相クロック信号を供給するためのクロックバッファ970−1、クロックバッファ970−2、クロックバッファ970−3およびクロックバッファ970−4の消費電力を削減することができる。   According to the supply control of the multiphase clock signal, the power consumption of the clock buffer 970-1, the clock buffer 970-2, the clock buffer 970-3, and the clock buffer 970-4 for supplying the multiphase clock signal is reduced. be able to.

以上説明したように、第9の実施形態に係るイメージセンサは、前述の各実施形態に係るアナログデジタル変換器を含む。従って、このイメージセンサによれば、下位ビット信号用の時間デジタル変換器の動作タイミングを列間で揃えることで、多相クロック信号の生成および供給を1サイクルで済ますことができる。すなわち、多相クロック信号の生成および供給に関わる消費電力を削減することが可能である。   As described above, the image sensor according to the ninth embodiment includes the analog-digital converter according to each of the above-described embodiments. Therefore, according to this image sensor, the generation and supply of the multiphase clock signal can be completed in one cycle by aligning the operation timings of the time digital converters for the low-order bit signals between the columns. That is, it is possible to reduce power consumption related to generation and supply of multiphase clock signals.

なお、前述の各実施形態に係るアナログデジタル変換器は、CMOSイメージセンサに限らず例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサなどの他の種別のイメージセンサに適用されてよい。   The analog-digital converter according to each of the above-described embodiments may be applied not only to a CMOS image sensor but also to other types of image sensors such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor.

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.

10,20・・・時間信号
11,24・・・デジタル信号
21・・・下位ビット信号
22・・・上位ビット信号
23・・・アナログ信号
110・・・時間/電圧変換器
120・・・電圧保持回路
130・・・電圧/時間変換器
140・・・タイミング制御回路
150・・・多相クロック生成回路
160,161,640・・・ラッチ回路
162・・・コード変換回路
200,300,500,600,800,1000・・・時間デジタル変換器
270・・・残差時間検出回路
310,610・・・カウンタクロック生成回路
320,882,884,960・・・ANDゲート
330,630・・・カウンタ回路
410,881,883・・・コンパレータ
420・・・ランプ波生成回路
580・・・増幅器
730・・・メモリ
740・・・演算回路
880・・・チャージポンプ回路
950・・・画素アレイ
970・・・クロックバッファ
10, 20 ... Time signal 11, 24 ... Digital signal 21 ... Lower bit signal 22 ... Higher bit signal 23 ... Analog signal 110 ... Time / voltage converter 120 ... Voltage Holding circuit 130 ... Voltage / time converter 140 ... Timing control circuit 150 ... Multiphase clock generation circuit 160, 161, 640 ... Latch circuit 162 ... Code conversion circuit 200, 300, 500, 600, 800, 1000 ... time digital converter 270 ... residual time detection circuit 310, 610 ... counter clock generation circuit 320, 882, 884, 960 ... AND gate 330, 630 ... counter Circuit 410, 881, 883 ... Comparator 420 ... Ramp wave generation circuit 580 ... Amplifier 730 ... Memory Li 740 ... arithmetic circuit 880 ... charge pump circuit 950 ... pixel array 970 ... clock buffer

Claims (11)

第1の時間信号を時間と異なる形式の情報を持つ中間信号へと変換する第1の変換器と、
前記中間信号を保持する保持回路と、
前記保持回路によって保持されている中間信号を第2の時間信号へと変換する第2の変換器と、
多相クロック信号を用いて前記第2の時間信号を量子化することによって、デジタル信号を生成する時間量子化器と、
前記中間信号が前記第2の変換器に入力されるタイミングおよび前記多相クロック信号が前記時間量子化器に入力されるタイミングを制御する制御回路と
を具備する、時間デジタル変換器。
A first converter for converting the first time signal into an intermediate signal having information in a format different from time;
A holding circuit for holding the intermediate signal;
A second converter for converting the intermediate signal held by the holding circuit into a second time signal;
A time quantizer for generating a digital signal by quantizing the second time signal using a multiphase clock signal;
A time digital converter comprising: a control circuit that controls a timing at which the intermediate signal is input to the second converter and a timing at which the multiphase clock signal is input to the time quantizer.
前記中間信号は、前記第1の時間信号の持つ時間情報に依存する大きさの電圧を持つ電圧信号である、請求項1記載の時間デジタル変換器。   2. The time digital converter according to claim 1, wherein the intermediate signal is a voltage signal having a voltage having a magnitude depending on time information of the first time signal. 前記中間信号を増幅する増幅器をさらに具備し、
前記保持回路は、前記増幅器によって増幅された中間信号を保持する、
請求項2記載の時間デジタル変換器。
An amplifier for amplifying the intermediate signal;
The holding circuit holds the intermediate signal amplified by the amplifier;
The time digital converter according to claim 2.
前記第1の変換器、前記保持回路および前記第2の変換器は、チャージポンプ回路を用いて実装される、請求項2記載の時間デジタル変換器。   The time digital converter according to claim 2, wherein the first converter, the holding circuit, and the second converter are implemented using a charge pump circuit. 第1の時間信号を上位ビット値に相当する第1のデジタル信号へと変換する第1のサブ時間デジタル変換器と、
前記第1のサブ時間デジタル変換器における変換残差を下位ビット値に相当する第2のデジタル信号へと変換する第2のサブ時間デジタル変換器と
を具備し、
前記第2のサブ時間デジタル変換器は、
前記第1の時間信号に基づいて前記変換残差に相当する残差時間信号を検出する検出回路と、
前記残差時間信号を時間と異なる形式の情報を持つ中間信号へと変換する第1の変換器と、
前記中間信号を保持する保持回路と、
前記保持回路によって保持されている中間信号を第2の時間信号へと変換する第2の変換器と、
多相クロック信号を用いて前記第2の時間信号を量子化することによって、前記第2のデジタル信号を生成する時間量子化器と、
前記中間信号が前記第2の変換器に入力されるタイミングおよび前記多相クロック信号が前記時間量子化器に入力されるタイミングを制御する制御回路と
を含む、
時間デジタル変換器。
A first sub-time digital converter for converting the first time signal into a first digital signal corresponding to an upper bit value;
A second sub time digital converter for converting the conversion residual in the first sub time digital converter into a second digital signal corresponding to a lower bit value;
The second sub time digital converter is:
A detection circuit for detecting a residual time signal corresponding to the conversion residual based on the first time signal;
A first converter for converting the residual time signal into an intermediate signal having information in a format different from time;
A holding circuit for holding the intermediate signal;
A second converter for converting the intermediate signal held by the holding circuit into a second time signal;
A time quantizer for generating the second digital signal by quantizing the second time signal using a multiphase clock signal;
A control circuit for controlling a timing at which the intermediate signal is input to the second converter and a timing at which the multiphase clock signal is input to the time quantizer;
Time digital converter.
前記第1のサブ時間デジタル変換器は、
略一定の周期でカウントアップまたはカウントダウンされる外部入力信号の値を前記第1の時間信号によって指定されるタイミングで保持することによって、前記第1のデジタル信号を生成するラッチ回路
を含む、請求項5記載の時間デジタル変換器。
The first sub time digital converter comprises:
The latch circuit which produces | generates a said 1st digital signal by hold | maintaining the value of the external input signal counted up or counted down by a substantially fixed period at the timing designated by the said 1st time signal. 5. The time digital converter according to 5.
請求項5記載の時間デジタル変換器と、
アナログ信号を前記第1の時間信号へと変換する第3の変換器と
を具備するアナログデジタル変換器。
A time-to-digital converter according to claim 5;
A third converter for converting an analog signal into the first time signal.
基準アナログ信号を前記第3の変換器および前記時間デジタル変換器によって事前に変換した基準デジタル信号と、前記第1のデジタル信号および前記第2のデジタル信号の結合に相当する対象デジタル信号とを保存するメモリと、
前記対象デジタル信号から前記基準デジタル信号を差し引くことによって、前記アナログ信号に対応するデジタル信号を生成する演算回路と
をさらに具備する、請求項7記載のアナログデジタル変換器。
A reference digital signal obtained by converting a reference analog signal in advance by the third converter and the time digital converter, and a target digital signal corresponding to a combination of the first digital signal and the second digital signal are stored. Memory to
The analog-digital converter according to claim 7, further comprising: an arithmetic circuit that generates a digital signal corresponding to the analog signal by subtracting the reference digital signal from the target digital signal.
前記中間信号は、前記残差時間信号の持つ時間情報に依存する大きさの電圧を持つ電圧信号であり、
前記第1の変換器、前記保持回路および前記第2の変換器は、チャージポンプ回路を用いて実装され、
前記第3の変換器および前記チャージポンプ回路は、コンパレータを時分割で共用する、
請求項7記載のアナログデジタル変換器。
The intermediate signal is a voltage signal having a voltage whose magnitude depends on time information of the residual time signal,
The first converter, the holding circuit and the second converter are mounted using a charge pump circuit,
The third converter and the charge pump circuit share a comparator in time division.
The analog-digital converter according to claim 7.
前記多相クロック信号を生成する生成回路と、
前記多相クロック信号を前記第1のサブ時間デジタル変換器へと供給するクロックバッファと
をさらに具備し、
前記生成回路および前記クロックバッファは、前記第1のサブ時間デジタル変換器の動作可能期間内に動作を停止する、
請求項7記載のアナログデジタル変換器。
A generating circuit for generating the multiphase clock signal;
A clock buffer for supplying the multi-phase clock signal to the first sub-time digital converter;
The generation circuit and the clock buffer stop operating within an operable period of the first sub time digital converter;
The analog-digital converter according to claim 7.
請求項7記載のアナログデジタル変換器を含むイメージセンサ。   An image sensor comprising the analog-digital converter according to claim 7.
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