JP2017126810A - Amplifier and image sensor - Google Patents

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圭 白石
Kei Shiraishi
圭 白石
康大 篠塚
Yasuhiro Shinozuka
康大 篠塚
雅則 古田
Masanori Furuta
雅則 古田
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    • HELECTRICITY
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    • HELECTRICITY
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    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve highly accurate amplification with low power consumption.SOLUTION: An amplifier according to an embodiment of the present invention comprises a first capacitance, a second capacitance, a first switch, a current source, a second switch, a control voltage supply part, and a comparator. The first capacitance has one end connected with a first terminal supplied with a first power supply voltage. The second capacitance has one end connected with the other end of the first capacitance. The first switch connects a connection node between the first and second capacitances with a second terminal supplied with a second power supply voltage. The current source has one end connected with a third terminal supplied with a third power supply voltage. The second switch connects between the other end of the current source and the other end of the second capacitance. The output terminal is connected with the other end of the second capacitance. The control voltage supply part supplies a control voltage to the output terminal. The comparator controls the second switch depending on a difference between a voltage at the connection node and an input signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明の実施形態は、増幅器およびイメージセンサに関する。   Embodiments described herein relate generally to an amplifier and an image sensor.

従来、オペアンプ・ベースの増幅器が広く用いられている。例えばオペアンプの一方の入力端子に容量Cを接続し、オペアンプの出力を、この一方の入力端子に容量Cを介して負帰還させる回路が知られている。オペアンプの他方の入力端子は、グランド電圧等の電源電圧に接続される。この回路の入出力特性は、

Figure 2017126810
と表わされる。Aはオペアンプの利得、Vinはこの回路への入力電圧、Voutは回路の出力電圧である。この式から分かるように、この回路の利得は、容量CとCの比によって決定され、またオペアンプの利得Aに依存する。高精度で増幅する場合には、高い利得が必要になり、消費電力が高くなる問題がある。 Conventionally, operational amplifier-based amplifiers have been widely used. For example connect one capacitor C 1 to the input terminal of the operational amplifier, the output of the operational amplifier, the circuit is negatively fed back via the capacitor C 2 are known to the input terminal of the one. The other input terminal of the operational amplifier is connected to a power supply voltage such as a ground voltage. The input / output characteristics of this circuit are
Figure 2017126810
It is expressed as A is the gain of the operational amplifier, Vin is the input voltage to this circuit, and Vout is the output voltage of the circuit. As can be seen from this equation, the gain of this circuit is determined by the ratio of the capacitors C 1 and C 2 and also depends on the gain A of the operational amplifier. In the case of amplifying with high accuracy, a high gain is required, and there is a problem that power consumption increases.

上記とは別の増幅器の実装方法として、コンパレータ・ベース・スイッチト・キャパシタ(CBSC:COMPATATOR BASED SWITCHED CAPACITOR)増幅器が知られている。このCBSC増幅器も、コンパレータの遅延特性のために、増幅器の出力電圧がオーバーシュートすることにより、精度の高い増幅が難しい問題があった。   As another amplifier mounting method, a comparator based switched capacitor (CBSC) amplifier is known. This CBSC amplifier also has a problem that it is difficult to amplify with high accuracy because the output voltage of the amplifier overshoots due to the delay characteristic of the comparator.

特開2006−025246号公報JP 2006-025246 A

J. K. Fiorenza, et al., “Comparator-Based Switched-Capacitor Circuits for Scaled CMOS Technologies”, IEEE JSSC, vol. 41, no. 12, December 2006J. K. Fiorenza, et al., “Comparator-Based Switched-Capacitor Circuits for Scaled CMOS Technologies”, IEEE JSSC, vol. 41, no. 12, December 2006

本発明の実施形態は、精度の高い増幅を低消費電力で実現することを目的とする。   An object of the present invention is to realize high-precision amplification with low power consumption.

本発明の実施形態としての増幅器は、第1の容量と、第2の容量と、第1のスイッチと、電流源と、第2のスイッチと、制御電圧供給部と、コンパレータを備える。前記第1の容量は、第1の電源電圧が与えられる第1の端子に一端が接続される。前記第2の容量は、一端が前記第1の容量の他端に接続される。前記第1のスイッチは、前記第1および第2の容量間の接続ノードを、第2の電源電圧が与えられる第2の端子に接続する。前記電流源は、第3の電源電圧が与えられる第3の端子に一端が接続される。前記第2のスイッチは、前記電流源の他端と前記第2の容量の他端間を接続する。前記出力端子は、前記第2の容量の他端に接続される。前記制御電圧供給部は、前記出力端子へ制御電圧を供給する。前記コンパレータは、前記接続ノードの電圧と、入力信号と差分に応じて、前記第2のスイッチを制御する。   An amplifier according to an embodiment of the present invention includes a first capacitor, a second capacitor, a first switch, a current source, a second switch, a control voltage supply unit, and a comparator. One end of the first capacitor is connected to a first terminal to which a first power supply voltage is applied. One end of the second capacitor is connected to the other end of the first capacitor. The first switch connects a connection node between the first and second capacitors to a second terminal to which a second power supply voltage is applied. One end of the current source is connected to a third terminal to which a third power supply voltage is applied. The second switch connects the other end of the current source and the other end of the second capacitor. The output terminal is connected to the other end of the second capacitor. The control voltage supply unit supplies a control voltage to the output terminal. The comparator controls the second switch according to a voltage of the connection node, an input signal, and a difference.

第1の実施形態に係る増幅器の回路図。1 is a circuit diagram of an amplifier according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る増幅器の動作のタイミング・チャート。4 is a timing chart of the operation of the amplifier according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る増幅器の回路図。The circuit diagram of the amplifier which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る増幅器の動作のタイミング・チャート。6 is a timing chart of the operation of the amplifier according to the second embodiment. 第3の実施形態に係る増幅器を備えたイメージセンサのブロック図。The block diagram of the image sensor provided with the amplifier which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る増幅器の動作のタイミング・チャート。The timing chart of the operation of the amplifier concerning a 3rd embodiment. 第4の実施形態に係る増幅器の回路図。The circuit diagram of the amplifier which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る増幅器の回路図。The circuit diagram of the amplifier which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係るDCオフセットの説明図。Explanatory drawing of DC offset which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る増幅器の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of an amplifier according to a sixth embodiment. 第7の実施形態に係る増幅器を備えたイメージセンサのブロック図。The block diagram of the image sensor provided with the amplifier which concerns on 7th Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る増幅器の回路図である。図1の増幅器は、コンパレータ(比較器)100と、容量CCP1および容量CCP2、スイッチ105、106、電流源108、制御電圧供給回路110、電源端子VCM、電源端子VREF、電源端子GNDを備える。制御電圧供給回路110は、制御電圧生成器109とスイッチ107とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of an amplifier according to the first embodiment. 1 includes a comparator (comparator) 100, a capacitor C CP1 and a capacitor C CP2 , switches 105 and 106, a current source 108, a control voltage supply circuit 110, a power supply terminal V CM , a power supply terminal V REF , and a power supply terminal GND. Is provided. The control voltage supply circuit 110 includes a control voltage generator 109 and a switch 107.

コンパレータ100は、2つの入力端子101、102を有する。入力端子101には、増幅対象となる入力電圧VPIXが与えられる。この入力電圧は、一例として、直流電圧である。一方、入力端子102は、容量CCP1および容量CCP2間の接続ノード104に接続され、接続ノード104のVFB電圧が与えられる。コンパレータ100は、入力端子101、102に入力された電圧を比較し、差分に応じた電圧を出力することで、スイッチ107を制御する。例えば、入力端子102に入力された電圧が、入力端子101に入力された電圧よりも大きいときは、ハイレベル(またはローレベル)の電圧を出力して、スイッチ107をオンにし、入力端子102に入力された電圧が、入力端子101に入力された電圧以下になったときは、ローレベル(またはハイレベル)の電圧を出力して、スイッチ107をオフにする。コンパレータ100の例として、オペアンプを用いることができる。ただし、2つの入力電圧を比較し、その差分に応じた電圧を出力する素子または回路であれば、オペアンプに限られず、任意の素子または回路を利用できる。 The comparator 100 has two input terminals 101 and 102. An input voltage V PIX to be amplified is applied to the input terminal 101. As an example, this input voltage is a DC voltage. On the other hand, the input terminal 102 is connected to the connection node 104 between the capacitor C CP1 and the capacitor C CP2, and the V FB voltage of the connection node 104 is applied. The comparator 100 controls the switch 107 by comparing the voltages input to the input terminals 101 and 102 and outputting a voltage corresponding to the difference. For example, when the voltage input to the input terminal 102 is larger than the voltage input to the input terminal 101, a high level (or low level) voltage is output, the switch 107 is turned on, and the input terminal 102 is turned on. When the input voltage is equal to or lower than the voltage input to the input terminal 101, a low level (or high level) voltage is output and the switch 107 is turned off. As an example of the comparator 100, an operational amplifier can be used. However, any element or circuit can be used as long as it is an element or circuit that compares two input voltages and outputs a voltage according to the difference between the two input voltages.

容量CCP1の一端と容量CCP2の一端とが互いに接続され、この接続部が接続ノード104を形成する。接続ノード104はスイッチ105を介して、電源端子VCMに、接続されている。電源端子VCMには、電源電圧VCMが与えられる。なお、容量CCP1および容量CCP2のキャパシタンスを、それぞれCCP1およびCCP2によって表す。 One end of the capacitor C CP1 and one end of the capacitor C CP2 are connected to each other, and this connection portion forms the connection node 104. Connection node 104 via a switch 105, a power supply terminal V CM, is connected. The power supply terminal V CM, the power supply voltage V CM is given. Incidentally, the capacitance of the capacitor C CP1 and the capacitor C CP2, represented by C CP1 and C CP2, respectively.

スイッチ105の一端は、接続ノード104に接続され、スイッチ105の他端は、電源端子VCMに接続されている。スイッチ105は、MOSトランジスタ、またはバイポーラトランジスタなど、任意のスイッチング素子で構成できる。 One end of the switch 105 is connected to the connection node 104, the other end of the switch 105 is connected to a power supply terminal V CM. The switch 105 can be composed of any switching element such as a MOS transistor or a bipolar transistor.

容量CCP2の一端は、接続ノード104に接続され、容量CCP2の他端は、電源端子VREFに接続されている。電源端子VREFには電源電圧VREFが与えられる。電源電圧VREF電源電圧VCMと同じ電圧、例えば同じ電圧源により生成された電圧でもよい。 One end of the capacitor C CP2 is connected to the connection node 104, and the other end of the capacitor C CP2 is connected to the power supply terminal VREF . A power supply voltage VREF is applied to the power supply terminal VREF . Supply voltage V REF is the same voltage as the power supply voltage V CM, may be, for example, the voltage generated by the same voltage source.

容量CCP1の一端は、接続ノード104に接続され、容量CCP1の他端は、出力端子VSIGに接続される。また、容量CCP1の他端は、出力端子VSIGと並行に、スイッチ106に接続されている。出力端子VSIGからは、本増幅器により増幅された電圧が出力される。 One end of the capacitor C CP1 is connected to the connection node 104, and the other end of the capacitor C CP1 is connected to the output terminal V SIG . The other end of the capacitor CCP1 is connected to the switch 106 in parallel with the output terminal V SIG . The voltage amplified by this amplifier is output from the output terminal V SIG .

スイッチ106の一端は、容量CCP1の他端に接続され、スイッチ106の他端は、電流源108に接続されている。スイッチ106は、MOSトランジスタ、またはバイポーラトランジスタなど、任意のスイッチング素子で構成できる。 One end of the switch 106 is connected to the other end of the capacitor CP1, and the other end of the switch 106 is connected to the current source 108. The switch 106 can be composed of any switching element such as a MOS transistor or a bipolar transistor.

電流源108の一端は、スイッチ106の他端に接続され、電流源108の他端は、電源端子GNDに接続されている。電源端子GNDには、所定の電源電圧GND(例えばグランド電圧)が与えられる。   One end of the current source 108 is connected to the other end of the switch 106, and the other end of the current source 108 is connected to the power supply terminal GND. A predetermined power supply voltage GND (for example, ground voltage) is applied to the power supply terminal GND.

出力端子VSIGは、制御電圧供給回路110に接続されている。制御電圧供給回路110は、所定の制御電圧を生成する制御電圧生成器109とスイッチ107を備え、スイッチ107を制御することで、制御電圧の出力端子VSIGへの供給を制御する。スイッチ107の一端は、出力端子VSIGに接続され、スイッチ107の他端は、制御電圧生成器109に接続されている。スイッチ107は、MOSトランジスタ、またはバイポーラトランジスタなど、任意のスイッチング素子で構成できる。なお、スイッチ107は、制御電圧生成器109の内部に配置されてもよい。制御電圧生成器109が生成する所定の制御電圧は、電源端子VCMの電圧VCMに、予め定めた電圧VCTRLを加算した電圧(VCM+VCTRL)である。 The output terminal V SIG is connected to the control voltage supply circuit 110. The control voltage supply circuit 110 includes a control voltage generator 109 that generates a predetermined control voltage and a switch 107, and controls the switch 107 to control the supply of the control voltage to the output terminal V SIG . One end of the switch 107 is connected to the output terminal V SIG, and the other end of the switch 107 is connected to the control voltage generator 109. The switch 107 can be composed of any switching element such as a MOS transistor or a bipolar transistor. The switch 107 may be disposed inside the control voltage generator 109. The predetermined control voltage generated by the control voltage generator 109 is a voltage (V CM + V CTRL ) obtained by adding a predetermined voltage V CTRL to the voltage V CM of the power supply terminal V CM .

スイッチ105、107は、外部から与える制御信号に応じて、オンまたはオフされる。外部から与える制御信号は、ハイレベルまたはローレベルの電圧を有し、ハイレベルまたはローレベルかに応じて、スイッチ105、107はオン・オフされる。ハイレベルのとき、オン、ローレベルのときオフにされ、あるいはこの逆に動作する。スイッチ106は、コンパレータ100の出力に応じて、オンまたはオフされるようになっている。例えば、コンパレータ100の出力が、ハイレベルのとき、オン、ローレベルのときオフにされる。あるいは、この逆の動作でもよい。なお、スイッチ106も、スイッチ105、107と同様に、外部から与える制御信号に応じて、オン・オフを制御されもよい。   The switches 105 and 107 are turned on or off according to a control signal given from the outside. The control signal supplied from the outside has a high level or low level voltage, and the switches 105 and 107 are turned on and off depending on whether the control signal is high level or low level. It is turned on when it is high, turned off when it is low, or vice versa. The switch 106 is turned on or off according to the output of the comparator 100. For example, the output of the comparator 100 is turned on when the output is high, and turned off when the output is low. Alternatively, the reverse operation may be performed. Note that, similarly to the switches 105 and 107, the switch 106 may be controlled to be turned on / off according to a control signal given from the outside.

以下、本増幅器の動作の概要を説明し、その後、図2のタイミング・チャートを用いて、詳細な動作を示す。   Hereinafter, the outline of the operation of the present amplifier will be described, and then the detailed operation will be described using the timing chart of FIG.

本増幅器の動作として、増幅動作の開始前の一定期間P1、スイッチ105、106、107はオンにされている。このとき、制御電圧生成器109から制御電圧(VCM+VCTRL)が、出力端子VSIGに与えられており、出力端子VSIGの電圧VSIGは、VCM+VCTRLである。また接続ノード104の電圧は、接続ノード104が、スイッチ105を介して電源端子VCMに接続されているから、VCMである。よって、容量CCP2の両端には、電源電圧VREFと電源電圧VCMが印加され、容量CCP1の両端には電源電圧VCMと、制御電圧VCM+VCTRLが印加される。これにより、各容量に電荷がチャージされる。 As an operation of this amplifier, the fixed period P1 and the switches 105, 106, and 107 before the start of the amplification operation are turned on. At this time, the control voltage from the control voltage generator 109 (V CM + V CTRL) is, is given to the output terminal V SIG, the voltage V SIG output terminal V SIG is a V CM + V CTRL. The voltage at the connection node 104, the connection node 104, from being connected to the power supply terminal V CM via the switch 105, a V CM. Therefore, the power supply voltage V REF and the power supply voltage V CM are applied to both ends of the capacitor C CP2 , and the power supply voltage V CM and the control voltage V CM + V CTRL are applied to both ends of the capacitor C CP1 . Thereby, electric charge is charged in each capacitor.

コンパレータ100の入力端子102には、接続ノード104の電圧VFBが入力される。入力端子101へ入力される電圧(増幅対象の直流電圧)VPIXは、電圧VCM以下の範囲で設定されている。コンパレータ100は、入力端子101に入力される電圧VPIXより、入力端子102に入力される電圧VFBが大きいときは(VCM>VPIX)、スイッチ106をオンにする。入力端子102の入力電圧VFBが、一方の入力端子101の入力電圧VPIX以下となったとき(VCM<=VPIX)、スイッチ106をオフにする。ここでは、VFB(=VCM)>VPIXのため、スイッチ106はオンの状態である。このように、増幅動作の開始前に、スイッチ105、106、107をオンにして、各容量を充電するフェーズを、初期フェーズと呼ぶ。 The voltage V FB of the connection node 104 is input to the input terminal 102 of the comparator 100. The voltage (DC voltage to be amplified) V PIX input to the input terminal 101 is set in the range of the voltage V CM or less. The comparator 100 turns on the switch 106 when the voltage V FB input to the input terminal 102 is larger than the voltage V PIX input to the input terminal 101 (V CM > V PIX ). When the input voltage V FB at the input terminal 102 becomes equal to or lower than the input voltage V PIX at one input terminal 101 (V CM ≦ V PIX ), the switch 106 is turned off. Here, since V FB (= V CM )> V PIX , the switch 106 is on. As described above, the phase in which the switches 105, 106, and 107 are turned on and the capacitors are charged before the amplification operation is started is referred to as an initial phase.

外部からの制御信号により、ある時刻(時刻T1とする)で、スイッチ105、107をオフにすることで、増幅フェーズに移行する。このとき、電流源ICPにより、電源電圧VREFから、容量CCP1、CCP2を介して、電源電圧GNDへの電流パスが形成される。つまり、電流源ICPによって、容量CCP1,CCP2から電荷が引き抜かれる。これにより、接続ノード104の電圧VFBは、ある傾きSRVFBで減少し、出力端子VSIGの電圧VSIGも、別のある傾きSRVSIGで減少する。このような、ある傾きで減少する電圧のグラフをランプ波とも呼ぶ。接続ノード104の電圧VFBの傾きSRVFB、出力端子VSIGの電圧VSIGの傾きSRVSIGは、容量CCP1および容量CCP2に応じて、以下のように決まる。 By turning off the switches 105 and 107 at a certain time (time T1) by an external control signal, the phase shifts to the amplification phase. At this time, the current source I CP forms a current path from the power supply voltage V REF to the power supply voltage GND via the capacitors C CP1 and C CP2 . That is, the electric current is extracted from the capacitors C CP1 and C CP2 by the current source I CP . Thus, the voltage V FB at the connection node 104 is decreased at a certain inclination SR VFB voltage V SIG output terminal V SIG also decreases at another certain inclination SR VSIG. Such a graph of voltage decreasing at a certain slope is also called a ramp wave. The slope SR VFB of the voltage V FB of the connection node 104 and the slope SR VSIG of the voltage V SIG of the output terminal V SIG are determined as follows according to the capacitance C CP1 and the capacitance C CP2 .

出力端子VSIGの電圧VSIGの傾きSRVSIGは、式(1)により表される。

Figure 2017126810
The slope SR VSIG of the voltage V SIG of the output terminal V SIG is expressed by Expression (1).
Figure 2017126810

ここで、「CCP1//CCP2」は、容量CCP1,CCP2の合成キャパシタンスを表す。容量CCP1、CCP2は直列に接続されているため、合成キャパシタンスは、(CCP1×CCP2)/(CCP1+CCP2)である。 Here, “C CP1 // C CP2 ” represents the combined capacitance of the capacitors C CP1 and C CP2 . Since the capacitors C CP1 and C CP2 are connected in series, the combined capacitance is (C CP1 × C CP2 ) / (C CP1 + C CP2 ).

接続ノード104の電圧VFBの傾きSRVFBは、容量分割により、式(2)により表される。

Figure 2017126810
The slope SRV FB of the voltage V FB of the connection node 104 is expressed by Expression (2) by capacity division.
Figure 2017126810

入力端子102の電圧VFBが、入力端子101の電圧VPIX以下になったとき、コンパレータ100の出力は反転し、このとき、スイッチ106がオフにされる。具体的に、

Figure 2017126810
となった段階で、スイッチ106がオフになる。スイッチ106がオフになったときの電圧VSIGが、容量CCP1、CCP2によって保持され、この電圧が、出力端子VSIGから増幅電圧として出力される。 When the voltage V FB of the input terminal 102 becomes equal to or lower than the voltage V PIX of the input terminal 101, the output of the comparator 100 is inverted, and at this time, the switch 106 is turned off. Specifically,
Figure 2017126810
At this stage, the switch 106 is turned off. The voltage V SIG when the switch 106 is turned off is held by the capacitors C CP1 and C CP2 , and this voltage is output as an amplified voltage from the output terminal V SIG .

Figure 2017126810
Figure 2017126810

つまり、入力された電圧VPIXが、増幅率Mで増幅されて、出力端子VSIGから出力される。式(3)および式(4)から、2個の容量CCP1、CCP2のキャパシタンスに基づき、コンパレータの増幅率Mを制御できることが分かる。 That is, the input voltage V PIX is amplified by the amplification factor M and output from the output terminal V SIG . It can be seen from the equations (3) and (4) that the amplification factor M of the comparator can be controlled based on the capacitances of the two capacitors C CP1 and C CP2 .

ここで、コンパレータ100が仮に遅延のない、理想的なコンパレータの場合を考える。理想的なコンパレータでは、入力電圧VPIXが、電圧VFBに一致した(あるいは下回った)時点で、コンパレータの出力が、反転し、スイッチ106がオフになる。 Here, consider the case where the comparator 100 is an ideal comparator with no delay. In an ideal comparator, when the input voltage V PIX matches (or falls below) the voltage V FB , the output of the comparator is inverted and the switch 106 is turned off.

しかしながら、入力電圧VPIXと電圧VFBが一致し、その大小関係が逆転してから、実際にコンパレータの出力として反映されるまでに、コンパレータの内部で遅延が生じる。したがって、この遅延の時間をtCMPと表すと、実際には、入力電圧VPIXが電圧VFBに一致した時刻(時刻T2とする)から、遅延時間tCMP経過後に、コンパレータ100の出力が反転する(たとえばコンパレータの出力が、ハイレベルからローレベルになる)。この遅延時間tCMPのため、入力端子102の電圧VFBは、電圧VPIXと一致した後も、電圧VPIXよりもある電圧Vofsだけ、余分にオーバーシュートする。これにより、出力電圧VSIGも、理想的なコンパレータの場合に比べて、ある電圧(オーバーシュート電圧VOSとする)だけ、余分にオーバーシュートする。 However, there is a delay in the comparator from when the input voltage V PIX and the voltage V FB coincide and the magnitude relationship is reversed until it is actually reflected as the output of the comparator. Therefore, when this delay time is expressed as t CMP , the output of the comparator 100 is actually inverted after the delay time t CMP has elapsed from the time when the input voltage V PIX matches the voltage V FB (time T2). (For example, the output of the comparator changes from high level to low level). Because of this delay time t CMP, the voltage V FB at the input terminal 102, even after the match with the voltage V PIX, only voltage V ofs, which is also the voltage V PIX, extra overshoot. As a result, the output voltage V SIG also overshoots by a certain voltage (referred to as overshoot voltage V OS ) as compared with an ideal comparator.

上述の出力電圧VSIGに対するオーバーシュート電圧VOSは、以下の式(5)により表される。

Figure 2017126810
The overshoot voltage V OS with respect to the output voltage V SIG described above is expressed by the following equation (5).
Figure 2017126810

式(5)から、出力電圧VSIGに対するオーバーシュート電圧VOSは、SRVSIG(VSIGのスルーレート)またはSRVFB(VFBのスルーレート)が高くなるほど、また、遅延時間tCMPが長いほど、大きくなる。本実施形態では、この出力電圧VSIGに対するオーバーシュート電圧VOSを、制御電圧生成器109が生成する制御電圧を調整することでキャンセルする工夫を行っている。 From equation (5), the overshoot voltage V OS with respect to the output voltage V SIG increases as SR VSIG (V SIG slew rate) or SR VFB (V FB slew rate) increases and the delay time t CMP increases. ,growing. In the present embodiment, the overshoot voltage V OS with respect to the output voltage V SIG is devised to cancel by adjusting the control voltage generated by the control voltage generator 109.

より詳細に、本実施形態において、コンパレータ100の出力反転後(スイッチ106がオフになった後)の出力電圧VSIGは、コンパレータ100の遅延を考慮して、式(6)で表される。式(6)において、Vofsは、上述したように、入力端子102の電圧VFBが電圧VPIXよりも余分に下回った分(オーバーシュートした分)の電圧を表す。VCTRLは、上述したように、制御電圧生成器109が生成する制御電圧VCM+VCTRLのうち、VCMに上乗せした分の電圧である。

Figure 2017126810
More specifically, in the present embodiment, the output voltage V SIG after the output inversion of the comparator 100 (after the switch 106 is turned off) is expressed by Expression (6) in consideration of the delay of the comparator 100. In Expression (6), V ofs represents a voltage corresponding to the voltage V FB at the input terminal 102 that is excessively lower than the voltage V PIX (the amount of overshoot) as described above. As described above, V CTRL is a voltage that is added to V CM in the control voltage V CM + V CTRL generated by the control voltage generator 109.
Figure 2017126810

よって、出力電圧VSIGに対するオーバーシュート電圧は、出力端子VSIGに与える制御電圧(VCM+VCTRL)を制御することによって、任意に制御することができる。 Therefore, the overshoot voltage with respect to the output voltage V SIG can be arbitrarily controlled by controlling the control voltage (V CM + V CTRL ) given to the output terminal V SIG .

式(6)から、VCTRL = M・Vofsとなるように、制御電圧(VCM+VCTRL)を調整すれば、

Figure 2017126810
となり、出力電圧VSIGに対するオーバーシュート電圧が、キャンセルされる。よって、制御電圧生成器109により、VCTRL = M・Vofsとなるように調整した制御電圧(VCM+VCTRL)を生成することで、遅延時間を考慮しつつ、入力電圧VPIXを高精度に増幅できる。なお、増幅率Mの値は任意でよく、1以上の値でもよいし、1未満の値でもよい。 From the equation (6), if the control voltage (V CM + V CTRL ) is adjusted so that V CTRL = M · V ofs ,
Figure 2017126810
Thus, the overshoot voltage with respect to the output voltage V SIG is canceled. Therefore, the control voltage generator 109 generates the control voltage (V CM + V CTRL ) adjusted so as to satisfy V CTRL = M · V ofs, and thus the input voltage V PIX is highly accurate while considering the delay time. Can be amplified. Note that the value of the amplification factor M is arbitrary and may be 1 or more, or may be a value less than 1.

図2は、図1の増幅器の動作のタイミング・チャートである。紙面に沿って横方向は時間軸に対応する。各電圧VFB、VCM、VSIG、VPIXのグラフが示される。なお、これらのグラフは、電圧VCMを基準として、その電圧からの距離(差)に応じた位置に描かれている。 FIG. 2 is a timing chart of the operation of the amplifier of FIG. The horizontal direction along the paper corresponds to the time axis. A graph of each voltage V FB , V CM , V SIG , V PIX is shown. Note that these graphs, as the reference voltage V CM, depicted in a position corresponding to the distance (difference) from the voltage.

以下の説明では、増幅率M=2として、入力電圧VPIXの2倍の電圧(2×VPIX)を、出力電圧VSIGとして得る(より正確には、VCMとの差が、VPIXに対して2倍の電圧を得る)場合を想定している。 In the following description, with the amplification factor M = 2, a voltage (2 × V PIX ) that is twice the input voltage V PIX is obtained as the output voltage V SIG (more precisely, the difference from V CM is V PIX Is obtained).

W1は、接続ノード104の電圧VFB(入力端子102に入力される電圧VFB)のグラフ、W2は、出力端子VSIGの電圧のグラフを示す。最初の初期フェーズでは、スイッチ105、106、107がオンであり、入力端子102の電圧VFBはVCMに一致し、出力端子VSIGの電圧は、VCM+VCTRLに一致する。また、VCTRL = M・Vofsとなるように設定されている。コンパレータ100の入力端子101には、増幅対象となる入力電圧VPIXが与えられている。 W1 is a graph of the voltage V FB at the connection node 104 (the voltage V FB inputted to the input terminal 102), W2 represents a graph of the voltage at the output terminal V SIG. In the first initial phase, the switches 105, 106, and 107 are on, the voltage V FB at the input terminal 102 matches V CM , and the voltage at the output terminal V SIG matches V CM + V CTRL . Also, V CTRL = M · V ofs is set. An input voltage V PIX to be amplified is applied to the input terminal 101 of the comparator 100.

時刻T1で、外部から与える制御信号により、スイッチ105、107をオフにすると、増幅フェーズに移行する。このとき、グラフW1に示すように、電圧VFBは、前述した傾きSRVFBで減少し、時刻T2で入力電圧VPIXと、入力端子102の電圧VFBが一致する。コンパレータ100の遅延により、この時点では、コンパレータ100の出力は反転せず、遅延時間tCMP後の時刻T3で、コンパレータ100の出力が反転し、スイッチ106がオフになる。このとき入力端子102の電圧VFBは、入力電圧VPIXを、電圧Vofsだけオーバーシュートする。 At time T1, when the switches 105 and 107 are turned off by an external control signal, the phase shifts to the amplification phase. At this time, as shown in the graph W1, the voltage V FB decreases with the above-described slope SRV FB , and the input voltage V PIX and the voltage V FB of the input terminal 102 match at time T2. Due to the delay of the comparator 100, the output of the comparator 100 is not inverted at this time, and at time T3 after the delay time t CMP , the output of the comparator 100 is inverted and the switch 106 is turned off. At this time, the voltage V FB at the input terminal 102 overshoots the input voltage V PIX by the voltage V ofs .

次に、グラフW2について説明する。初期フェーズ時、出力端子VSIGの電圧は、VCM+VCTRLである。時刻T1で、スイッチ105、107がオフにされると、出力電圧VSIGは、傾きSRVSIGで減少する。時刻T2で、入力電圧VPIXと、入力端子102の電圧VFBが一致してから、遅延時間tCMP後の時刻T3で、コンパレータ100の出力が反転する。これにより、スイッチ106がオフになり、このときの容量CCP1および容量CCP2の電荷により、出力電圧VSIGが保持される。出力電圧VSIGの値は、式(6)からM(VPIX+Vofs)−VCTRLであり、VCTRL = M・VofsとなるようにVCTRLが設定されていることから、2×VPIXとなる。よって、入力端子102の電圧VFBにおける電圧Vofs分のオーバーシュートに係わらず、入力電圧を、所望の増幅率M(=2)で増幅した電圧が得られる。 Next, the graph W2 will be described. During the initial phase, the voltage at the output terminal V SIG is V CM + V CTRL . When the switches 105 and 107 are turned off at time T1, the output voltage V SIG decreases with the slope SR VSIG . The output of the comparator 100 is inverted at time T3 after the delay time t CMP after the input voltage V PIX and the voltage V FB of the input terminal 102 match at time T2. As a result, the switch 106 is turned off, and the output voltage V SIG is held by the charges of the capacitors C CP1 and C CP2 at this time. The value of the output voltage V SIG is from equation (6) M (V PIX + V ofs) -V CTRL, since the V CTRL is set to be V CTRL = M · V ofs, 2 × V PIX . Therefore, a voltage obtained by amplifying the input voltage with a desired amplification factor M (= 2) can be obtained regardless of the overshoot for the voltage V ofs in the voltage V FB of the input terminal 102.

ここで、本実施形態との比較用に、制御電圧生成器109により生成する制御電圧を、電源端子VCMと同じ電源電圧VCMとした場合(すなわちVCTRL=0とした場合)の出力端子の電圧グラフをグラフW3として示す。この場合、初期フェーズ時、出力端子のVSIGの電圧は、電源電圧VCMに一致する。時刻T1で、スイッチ105、107がオフにされると、出力電圧VSIGは、傾きSRVSIGで減少する。時刻T2で、入力電圧VPIXと、入力端子102の電圧VFBが一致してから、遅延時間tCMP後の時刻T3で、コンパレータ100の出力が反転し、これにより、スイッチ106がオフになる。このときの出力電圧VSIGは、入力電圧VPIXを所望の増幅率M(=2)で増幅した電圧(2×VPIX)に対し、オーバーシュート電圧Vos(=M・Vofs)だけ、オーバーシュートする。上述した本実施形態のグラフW2は、VCTRL = M・Vofsとしており、これは、比較用のグラフW3をVCTRLだけ、上に上昇させたものに一致する。つまり、本実施形態では、出力端子VSIGに、オーバーシュート電圧Vos分の電圧をVCMに上乗せした電圧を初期フェーズ時に与えることで、出力電圧VSIGのオーバーシュートをキャンセルすることができる。 Here, the output terminal of the comparison between the present embodiment, when the control voltage generated by the control voltage generator 109, and the same power supply voltage V CM and the power supply terminal V CM (i.e. case of a V CTRL = 0) Is shown as a graph W3. In this case, during the initial phase, the voltage of V SIG at the output terminal matches the power supply voltage V CM . When the switches 105 and 107 are turned off at time T1, the output voltage V SIG decreases with the slope SR VSIG . At time T2, after the input voltage V PIX and the voltage V FB of the input terminal 102 coincide with each other, at time T3 after the delay time t CMP , the output of the comparator 100 is inverted, whereby the switch 106 is turned off. . At this time, the output voltage V SIG is higher than the voltage (2 × V PIX ) obtained by amplifying the input voltage V PIX with a desired amplification factor M (= 2) by an overshoot voltage Vos (= M · V ofs ). Shoot. The graph W2 of the present embodiment described above is V CTRL = M · V ofs , which is the same as the graph W3 for comparison raised by V CTRL . That is, in this embodiment, the output terminal V SIG, to provide a voltage obtained by adding the voltage of the overshoot voltage Vos min to V CM during the initial phase, it is possible to cancel the overshoot of the output voltage V SIG.

以上、本実施形態によれば、初期フェーズ時に出力端子VSIGに与える電圧を制御することで、コンパレータ100の遅延に起因して発生するオーバーシュート電圧を防止できる。よって、コンパレータの遅延時間を考慮しつつ、入力電圧を、高い精度かつ低消費電力で、増幅できる。 As described above, according to the present embodiment, the overshoot voltage generated due to the delay of the comparator 100 can be prevented by controlling the voltage applied to the output terminal V SIG in the initial phase. Therefore, it is possible to amplify the input voltage with high accuracy and low power consumption in consideration of the delay time of the comparator.

(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態に係る増幅器の回路図である。図1に示した第1の実施形態の増幅器との差分は、制御電圧供給回路110(制御電圧生成器109とスイッチ107)が除去され、これとは別の構成を有する制御電圧供給回路210とスイッチ111が追加された点である。また、出力端子VSIGは、スイッチ105の一端に接続され、スイッチ105を介して電源端子VCMに接続されている。制御電圧供給回路210は、スイッチ201、202、203、204を備える。なお、図1のスイッチ106は、ここではNMOSトランジスタ206として具体化した例で示されている。スイッチ201、202、203、204は、MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタなど、任意のスイッチング素子で構成できる。スイッチ111は、外部の制御信号に応じて動作し、スイッチ105がオンのときオン、スイッチ105がオフのときオフであるように、スイッチ105と同期して動作する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram of an amplifier according to the second embodiment. The difference from the amplifier of the first embodiment shown in FIG. 1 is that the control voltage supply circuit 110 (the control voltage generator 109 and the switch 107) is removed, and the control voltage supply circuit 210 having a different configuration from this is The switch 111 is added. The output terminal V SIG is connected to one end of the switch 105 is connected to the power supply terminal V CM via the switch 105. The control voltage supply circuit 210 includes switches 201, 202, 203, and 204. Note that the switch 106 of FIG. 1 is shown here as an example embodied as an NMOS transistor 206. The switches 201, 202, 203, and 204 can be composed of arbitrary switching elements such as MOS transistors and bipolar transistors. The switch 111 operates in response to an external control signal and operates in synchronization with the switch 105 so that the switch 111 is on when the switch 105 is on and off when the switch 105 is off.

スイッチ201、202、203、204は、キャパシタCCP1の両端と、接続ノード104および出力端子VSIGとの接続関係を切り換える役割を有する。スイッチ201、202、203、204は、外部から与えられる制御信号に応じて、オンまたはオフされるようになっている。スイッチ201、202がオンで、スイッチ203、204がオフのとき、キャパシタCCP1の一端は接続ノード104に接続され、他端は出力端子VSIGに接続される。一方、スイッチ201、202がオフで、スイッチ203、204がオンのとき、キャパシタCCP1の一端は出力端子VSIGに接続され、他端は接続ノード104に接続される。これらのスイッチ201、202、203、204により、キャパシタCCP1の両端と、接続ノード104および出力端子VSIGとの接続関係を逆にすることで、容量CCP1の極性を反転させ、接続ノード104の電圧を出力端子VSIGに制御電圧として与えることができる。 The switches 201, 202, 203, and 204 have a role of switching the connection relationship between both ends of the capacitor CP1 , the connection node 104, and the output terminal V SIG . The switches 201, 202, 203, and 204 are turned on or off according to a control signal given from the outside. When the switches 201 and 202 are on and the switches 203 and 204 are off, one end of the capacitor CCP1 is connected to the connection node 104 and the other end is connected to the output terminal V SIG . On the other hand, when the switches 201 and 202 are off and the switches 203 and 204 are on, one end of the capacitor CP1 is connected to the output terminal V SIG and the other end is connected to the connection node 104. These switches 201, 202, 203, 204 invert the polarity of the capacitor C CP1 by reversing the connection relationship between both ends of the capacitor C CP1 and the connection node 104 and the output terminal V SIG. Can be applied to the output terminal V SIG as a control voltage.

第1の実施形態では、初期フェーズ時に出力端子VSIGに、制御電圧(VCM+VCTRL)を与え、このとき、VCTRL = M・VofsとなるようにVCTRLを調整することで、オーバーシュート電圧をキャンセルした。本実施形態では、初期フェーズ時に出力端子VSIGに与える電圧はVCMとしつつ、増幅動作の開始時に容量CCP1の極性を反転させることで、オーバーシュート電圧の一部をキャンセルする。 In the first embodiment, the output terminal V SIG during the initial phase, the control voltage applied to (V CM + V CTRL), this time, by adjusting the V CTRL such that V CTRL = M · V ofs, over Canceled the shoot voltage. In the present embodiment, the voltage applied to the output terminal V SIG at the initial phase is V CM, and a part of the overshoot voltage is canceled by inverting the polarity of the capacitor CC 1 at the start of the amplification operation.

図4は、図3の増幅器の動作のタイミング・チャートである。紙面に沿って横方向は時間軸に対応する。各電圧VFB、VCM、VSIG、VPIXのグラフが示される。 FIG. 4 is a timing chart of the operation of the amplifier of FIG. The horizontal direction along the paper corresponds to the time axis. A graph of each voltage V FB , V CM , V SIG , V PIX is shown.

まず、初期フェーズにおいて、外部から与える制御信号により、スイッチ105、206およびスイッチ201、202はオン、スイッチ203、204はオフとする。また、コンパレータ100の入力端子101には、初期電圧Viniを与える。この初期電圧は、電圧VCMに一致させる。 First, in the initial phase, the switches 105 and 206 and the switches 201 and 202 are turned on and the switches 203 and 204 are turned off by an external control signal. An initial voltage V ini is applied to the input terminal 101 of the comparator 100. This initial voltage to match the voltage V CM.

この状態の下、時刻T11で、スイッチ105(およびスイッチ111)をオフにすることで、オーバーシュート電圧抽出フェーズに移行する。当該抽出フェーズに移行すると、接続ノード104の電圧VFBと出力端子VSIGの電圧VSIGが、容量CCP1および容量CCP2に応じて、それぞれ、ある傾きで低下し、時刻T11からコンパレータ100の遅延時間経過後の時刻T12で、コンパレータ100の出力が反転し、スイッチ206がオフになる。なお、強制的に、時刻T11からコンパレータ100の遅延時間経過後にスイッチ206をオフにする制御信号を与えてもよい。入力端子101には、VCMに一致する初期電圧Viniを与えたことから、オーバーシュート電圧VOSを、容量CCP1および容量CCP2に蓄積された電荷として抽出できる。時刻T12での出力端子VSIGの電圧は、時刻T11よりもオーバーシュート電圧VOSだけ低下し、また接続ノード104の電圧VFBは、Vofs(=VOS/M)だけ低下する。 Under this state, at time T11, the switch 105 (and the switch 111) is turned off to shift to the overshoot voltage extraction phase. After the transition to the extraction phase, the voltage V SIG of the voltage V FB and output terminal V SIG of the connection node 104, according to the capacity C CP1 and the capacitor C CP2, respectively, decreased in a certain inclination, from the time T11 of the comparator 100 At time T12 after the delay time has elapsed, the output of the comparator 100 is inverted and the switch 206 is turned off. Note that a control signal for turning off the switch 206 may be given after the delay time of the comparator 100 has elapsed from time T11. Since the initial voltage V ini that matches V CM is applied to the input terminal 101, the overshoot voltage V OS can be extracted as the charges accumulated in the capacitors C CP1 and C CP2 . The voltage of the output terminal V SIG at the time T12 is decreased by the overshoot voltage V OS from the time T11, and the voltage V FB of the connection node 104 is decreased by V ofs (= V OS / M).

時刻T12から一定時間後の時刻T13で、スイッチ201、202をオフにし、スイッチ203、204をオンにすることで、容量CCP1の極性を反転させる。この結果、容量CCP1の両端間の電圧分、出力端子VSIGの電圧を上昇させる。その後、続けて、増幅対象となる所望の入力電圧VPIXを、コンパレータ100の入力端子101に与え、時刻T14で、スイッチ206を、外部から与える制御信号によりオンにする。 At time T13 after a certain time from time T12, the switches 201 and 202 are turned off and the switches 203 and 204 are turned on, thereby inverting the polarity of the capacitor CC1 . As a result, the voltage of the output terminal V SIG is increased by the voltage across the capacitor CCP1 . Thereafter, a desired input voltage VPIX to be amplified is applied to the input terminal 101 of the comparator 100, and at time T14, the switch 206 is turned on by an external control signal.

接続ノードの電圧(入力端子102の電圧)VFBおよび出力端子VSIGの電圧VSIGは、容量CCP1および容量CCP2に応じて、それぞれ、ある傾きで低下する。時刻T15で、入力電圧VPIXと入力端子102の電圧VFBが一致してから、遅延時間tCMP後の時刻T16で、コンパレータ100の出力が反転して、スイッチ206がオフになる。このとき、容量CCP1および容量CCP2に保持された電荷により、出力端子VSIGの電圧VSIGが固定される。 The voltage of the connection node (the voltage of the input terminal 102) V FB and the voltage V SIG of the output terminal V SIG decrease with a certain slope according to the capacitance C CP1 and the capacitance C CP2 , respectively. At time T15, after the input voltage V PIX and the voltage V FB of the input terminal 102 coincide with each other, at time T16 after the delay time t CMP , the output of the comparator 100 is inverted and the switch 206 is turned off. At this time, the electric charge held in the capacitor C CP1 and the capacitor C CP2, the voltage V SIG output terminal V SIG is fixed.

このときの出力電圧VSIGの値は、

Figure 2017126810
となる。よって、出力端子VSIGに対するオーバーシュート電圧Vosを、Vos/Mに抑制することができる。つまり、オーバーシュート電圧抽出フェーズで抽出したオーバーシュート電圧VOSの一部を、容量CCP1の反転により、キャンセルすることができる。オフセット第1実施形態の図2のグラフW2の場合に比べて、Vos/Mだけ、オーバーシュートするが、比較例のグラフW3に比べれば、その1/Mに抑えることができる。 The value of the output voltage V SIG at this time is
Figure 2017126810
It becomes. Therefore, the overshoot voltage Vos with respect to the output terminal V SIG can be suppressed to Vos / M. That is, a part of the overshoot voltage V OS extracted in the overshoot voltage extraction phase can be canceled by inversion of the capacitor CCP1 . Compared to the case of the graph W2 of FIG. 2 of the first embodiment of the offset, the overshoot is by Vos / M, but can be suppressed to 1 / M compared to the graph W3 of the comparative example.

(第3の実施形態)
図5に、第3の実施形態に係るCMOSイメージセンサのブロック図を示す。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a block diagram of a CMOS image sensor according to the third embodiment.

受光部301と、入力制御回路302と、増幅器(プログラマブル・ゲイン・アンプ)303と、アナログ・ディジタル(AD)変換器304、ディジタル回路305を備える。増幅器303は、第1または第2の実施形態に係る増幅器である。   A light receiving unit 301, an input control circuit 302, an amplifier (programmable gain amplifier) 303, an analog / digital (AD) converter 304, and a digital circuit 305 are provided. The amplifier 303 is an amplifier according to the first or second embodiment.

受光部301では、受光した光の強さに応じた量の電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に応じた電圧VPIXを出力する。入力制御回路302は、受光部301の出力電圧と、予め定めた電圧を有するリセット信号との一方を、外部から与えられる制御信号に応じて選択し、増幅器303へ入力する。リセット信号は、第2の実施形態の初期電圧と同じ電圧VCMである。この電圧は、一例として黒を表す信号(受光部での受光がない場合の信号)に相当する。入力制御回路302が、増幅器303の内部に設けられ、上記のいずれか一方の電圧を選択するスイッチとして構成されてもよい。 The light receiving unit 301 accumulates an amount of charge corresponding to the intensity of the received light, and outputs a voltage VPIX corresponding to the accumulated amount of charge. The input control circuit 302 selects one of the output voltage of the light receiving unit 301 and a reset signal having a predetermined voltage according to a control signal supplied from the outside, and inputs the selected signal to the amplifier 303. Reset signal is the same voltage V CM and the initial voltage of the second embodiment. This voltage corresponds to, for example, a signal representing black (a signal when no light is received by the light receiving unit). The input control circuit 302 may be provided inside the amplifier 303 and configured as a switch that selects any one of the above voltages.

増幅器303は、入力制御回路302から入力された電圧を増幅し、増幅された電圧をAD変換器304に出力する。AD変換器304は、増幅器303により増幅された電圧をAD変換によりディジタルデータとして数値化する。ディジタル回路305は、電圧VPIXが増幅された信号のディジタルデータと、リセット信号が増幅された信号のディジタルデータとの差分をとるCDS(相関二重サンプリング:Correlated Double Sampling)処理を行う。これにより、増幅器303で生じるオーバーシュート電圧をより確実に低減させる。その他、ディジタル回路305は、CDS処理により得られたディジタルデータに対し、色調補正やノイズカットなどの任意の画像処理を行ってもよい。 The amplifier 303 amplifies the voltage input from the input control circuit 302 and outputs the amplified voltage to the AD converter 304. The AD converter 304 digitizes the voltage amplified by the amplifier 303 as digital data by AD conversion. The digital circuit 305 performs CDS (Correlated Double Sampling) processing that takes the difference between the digital data of the signal with the amplified voltage V PIX and the digital data of the signal with the amplified reset signal. Thereby, the overshoot voltage generated in the amplifier 303 is more reliably reduced. In addition, the digital circuit 305 may perform arbitrary image processing such as color correction and noise cut on the digital data obtained by the CDS processing.

一般的なCMOSイメージセンサでは、リセット信号と、実際の信号(入力信号VPIX)の両方を増幅器で増幅した後、A/D変換し、CDS処理により、その差分をとる。増幅器で生じるオーバーシュート電圧は、リセット信号と入力信号でほとんど変わらないため、CDSの処理をすることにより、オーバーシュート電圧はキャンセルされる。 In a general CMOS image sensor, both a reset signal and an actual signal (input signal V PIX ) are amplified by an amplifier, A / D converted, and the difference is obtained by CDS processing. Since the overshoot voltage generated in the amplifier hardly changes between the reset signal and the input signal, the overshoot voltage is canceled by performing the CDS process.

しかし、特に増幅器での増幅率を高く設定した場合、オーバーシュート電圧が非常に大きくなる。その結果、増幅器の後段に接続されるAD変換器のダイナミックレンジへの要求が、非常に高くなる。また、増幅器内の電流源のオーバードライブ電圧が確保できなくなり、これはアナログ的な歪の要因となる。   However, particularly when the amplification factor in the amplifier is set high, the overshoot voltage becomes very large. As a result, the demand for the dynamic range of the AD converter connected to the subsequent stage of the amplifier becomes very high. In addition, the overdrive voltage of the current source in the amplifier cannot be secured, which causes analog distortion.

本実施形態に係る増幅器303は、第1の実施形態で説明したように、オーバーシュート電圧をキャンセルする構成を備えているが、素子のマッチングや、寄生容量などの影響により、オーバーシュート電圧が残留する可能性もある。そのため、本実施形態では、リセット信号と実際の入力信号の両方を増幅器303で増幅した後、AD変換器304でA/D変換し、さらに、後段のディジタル回路305でCDS処理を行うことで、その差分を計算および出力する。これにより、増幅器303で残留したオーバードライブ電圧を確実にキャンセルする。   As described in the first embodiment, the amplifier 303 according to this embodiment has a configuration that cancels the overshoot voltage. However, the overshoot voltage remains due to the effects of element matching and parasitic capacitance. There is also a possibility to do. Therefore, in this embodiment, after both the reset signal and the actual input signal are amplified by the amplifier 303, A / D conversion is performed by the AD converter 304, and further, the CDS processing is performed by the digital circuit 305 in the subsequent stage. Calculate and output the difference. Thereby, the overdrive voltage remaining in the amplifier 303 is surely canceled.

図6に、本実施形態に係る動作のタイミング・チャートを示す。紙面に沿って横方向は時間軸に対応する。各電圧VFB、VCM、VSIG、VPIXのグラフが示される。 FIG. 6 shows a timing chart of the operation according to the present embodiment. The horizontal direction along the paper corresponds to the time axis. A graph of each voltage V FB , V CM , V SIG , V PIX is shown.

まず、リセットサンプリング(RSTサンプリング)フェーズを行う。このフェーズでは、増幅器303におけるコンパレータ100の入力端子101にリセット信号(電圧VCM)を与え、時刻T21で、スイッチ105、107をオフにする。以降は、第1の実施形態と同様の動作を行う。増幅後の信号は、残留オーバーシュート電圧Vos(理想的には0)であり、これが後段のAD変換器でディジタル化され、ディジタル回路305に入力される。 First, a reset sampling (RST sampling) phase is performed. In this phase, a reset signal (voltage V CM ) is applied to the input terminal 101 of the comparator 100 in the amplifier 303, and the switches 105 and 107 are turned off at time T21. Thereafter, the same operation as in the first embodiment is performed. The amplified signal is a residual overshoot voltage Vos (ideally 0), which is digitized by a subsequent AD converter and input to the digital circuit 305.

次に、セットサンプリング(SETサンプリング)フェーズに移行する。このフェーズでは、まず、時刻T22で、スイッチ105、106、107をオンにして、容量CCP1および容量CCP2を充電する。そして、時刻T23で、入力端子101に、入力信号の電圧VPIXを与え、スイッチ105、107をオフにする。以降、第1の実施形態と同様の動作を行う。増幅後の信号は、入力電圧VPIXを増幅したM・VPIXと、残留オーバーシュート電圧Vosとを加算した電圧(M・VPIX+Vos)である。この電圧が、後段のAD変換器304でディジタル化され、ディジタルデータがディジタル回路305に入力される。 Next, the process proceeds to a set sampling (SET sampling) phase. In this phase, first, at time T22, the switches 105, 106, and 107 are turned on to charge the capacitor C CP1 and the capacitor C CP2 . At time T23, the input signal voltage V PIX is applied to the input terminal 101, and the switches 105 and 107 are turned off. Thereafter, the same operation as in the first embodiment is performed. The amplified signal is a voltage (M · V PIX + Vos) obtained by adding the M · V PIX obtained by amplifying the input voltage V PIX and the residual overshoot voltage Vos. This voltage is digitized by a subsequent AD converter 304, and digital data is input to the digital circuit 305.

ディジタル回路305は、SETサンプリングフェーズで入力されたディジタルデータから、リセットサンプリングフェーズで入力されたディジタルデータを減算することで、オーバードライブ電圧をキャンセルする。すなわち、(M・VPIX+Vos)−Vos=M・VPIXとなり、実際の入力信号VPIXを、所望の増幅率Mで増幅した電圧のデータが得られる。 The digital circuit 305 cancels the overdrive voltage by subtracting the digital data input in the reset sampling phase from the digital data input in the SET sampling phase. That is, (M · V PIX + Vos) −Vos = M · V PIX is obtained, and voltage data obtained by amplifying the actual input signal V PIX with a desired amplification factor M is obtained.

(第4の実施形態)
図7に、第4の実施形態に係る増幅器のブロック図を示す。第1の実施形態と異なり、容量CCP1およびCCP2のキャパシタンスが可変になっている。また電流源108の電流(バイアス電流)ICPが可変になっている。また、利得制御回路401が追加され、利得制御回路401は、容量CCP1およびCCP2のキャパシタンス、および電流源108の電流ICPを、端子402から与えられる指示信号に従って、制御する。指示信号は、例えば増幅器の増幅率Mを指定するものでもよいし、容量CCP1およびCCP2のキャパシタンス、および電流源108の電流ICPの値を指定した信号でもよい。増幅率Mが指定された場合は、増幅率Mに応じて、容量CCP1およびCCP2のキャパシタンス、および電流源108の電流ICPを制御する。例えば増幅率Mと、CCP1、CCP2と、ICPとを対応づけたテーブルに従って、これらの値を制御してもよいし、増幅率Mの値から、CCP1、CCP2、ICPをそれぞれ計算する関数に基づいて制御してもよい。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a block diagram of an amplifier according to the fourth embodiment. Unlike the first embodiment, the capacitances of the capacitors C CP1 and C CP2 are variable. Further, the current (bias current) I CP of the current source 108 is variable. A gain control circuit 401 is added, and the gain control circuit 401 controls the capacitances of the capacitors C CP1 and C CP2 and the current I CP of the current source 108 in accordance with an instruction signal supplied from the terminal 402. The instruction signal may be, for example, a signal that specifies the amplification factor M of the amplifier, or a signal that specifies the capacitances of the capacitors C CP1 and C CP2 and the value of the current I CP of the current source 108. When the amplification factor M is designated, the capacitances of the capacitors C CP1 and C CP2 and the current I CP of the current source 108 are controlled according to the amplification factor M. For example the amplification factor M, and C CP1, C CP2, according to the table associates the I CP, may be controlled these values, the value of the amplification factor M, and C CP1, C CP2, I CP You may control based on the function to calculate, respectively.

このようにCCP1、CCP2、ICPを制御することで、増幅率(利得)に関わらず、オーバーシュート量を抑制できる。以下、これについて詳細に説明する。 By controlling C CP1 , C CP2 , and I CP in this manner, the amount of overshoot can be suppressed regardless of the amplification factor (gain). This will be described in detail below.

コンパレータを用いた場合のオーバーシュート電圧は、第1の実施形態の式(1)および式(5)に示したように、バイアス電流ICP、容量CCP1、CCP2、およびコンパレータの遅延時間tCMPを用いて、

Figure 2017126810
となる。オーバーシュート電圧は、バイアス電流と,各容量のキャパシタンスの両方によって決定される。一方、増幅率Mは、第1の実施形態の式(4)に示したように、
Figure 2017126810
で表わされ、容量CCP1とCCP2を調整することで、利得Mを調整できる。 As shown in the equations (1) and (5) of the first embodiment, the overshoot voltage when the comparator is used is the bias current I CP , the capacitors C CP1 , C CP2 , and the delay time t of the comparator. Using CMP ,
Figure 2017126810
It becomes. The overshoot voltage is determined by both the bias current and the capacitance of each capacitor. On the other hand, the amplification factor M, as shown in the equation (4) of the first embodiment,
Figure 2017126810
The gain M can be adjusted by adjusting the capacitors C CP1 and C CP2 .

この場合、利得Mの設定に応じて、合成容量CCP1//CCP2の値が変化し、オーバーシュート電圧にも変化が生じる。例えば、ある利得の元ではオーバーシュート電圧がある値(例えば0)になったとしても、増幅率(利得)を変更するために各容量のキャパシタンスを変更した場合は、オーバーシュート電圧も、当該値から乖離した値となる。そこで、本実施形態では、利得調整の際に、CCP1とCCP2だけでなく、ICPも調整することで、オーバーシュート電圧の変動を抑制する。例えば合成容量CCP1//CCP2が大きいほど、ICPが大きくなるように制御する。これにより、利得の値にかかわらず、オーバーシュート電圧をある程度に抑えることができる。 In this case, the value of the combined capacitance C CP1 // C CP2 changes according to the setting of the gain M, and the overshoot voltage also changes. For example, even if the overshoot voltage becomes a certain value (for example, 0) under a certain gain, if the capacitance of each capacitor is changed in order to change the amplification factor (gain), the overshoot voltage is also the value. The value deviates from. Therefore, in the present embodiment, at the time of gain adjustment, not only C CP1 and C CP2 but also I CP is adjusted to suppress fluctuations in the overshoot voltage. For example, control is performed so that I CP increases as the combined capacity C CP1 // C CP2 increases. As a result, the overshoot voltage can be suppressed to some extent regardless of the gain value.

(第5の実施形態)
図8に、第5の実施形態に係る増幅器のブロック図を示す。第1の実施形態の増幅器(図1参照)に対して、容量CDCOCと、スイッチ501が追加されている。スイッチ501の一端は、コンパレータ100の出力に接続され、他端は、コンパレータ100の入力端子102に接続されている。また、容量CDCOCの一端は、入力端子102に接続され、他端は、接続ノード104に接続されている。この増幅器は、第1の実施形態の動作を開始する前に、コンパレータ100の入力端子102におけるコンパレータ入力換算DC(Direct Current)オフセットの抽出および補正を行い、その後に、第1の実施形態と同様の動作を行う。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 shows a block diagram of an amplifier according to the fifth embodiment. A capacitor C DCOC and a switch 501 are added to the amplifier of the first embodiment (see FIG. 1). One end of the switch 501 is connected to the output of the comparator 100, and the other end is connected to the input terminal 102 of the comparator 100. In addition, one end of the capacitor CDOC is connected to the input terminal 102, and the other end is connected to the connection node 104. This amplifier extracts and corrects a comparator input conversion DC (Direct Current) offset at the input terminal 102 of the comparator 100 before starting the operation of the first embodiment, and thereafter, similarly to the first embodiment. Perform the operation.

第1の実施形態で示したような増幅器では、コンパレータ入力換算DCオフセットの影響を受けやすい。例えば、コンパレータの入力端子102に、VofsのDCオフセットが入力された場合、出力信号VSIGは、

Figure 2017126810
と表わされる。よって、増幅器の出力は、DCオフセット電圧Vofsの影響を受ける。これは、特に増幅率が高い時に顕著となる。そこで、本実施形態は、第1の実施形態の動作の開始前に、コンパレータのDCオフセットの抽出およびキャンセルを行うことで、この問題を解決する。 The amplifier as shown in the first embodiment is easily affected by the comparator input conversion DC offset. For example, when the DC offset of Vofs is input to the input terminal 102 of the comparator, the output signal V SIG is
Figure 2017126810
It is expressed as Therefore, the output of the amplifier is affected by the DC offset voltage Vofs. This is particularly noticeable when the amplification factor is high. Therefore, this embodiment solves this problem by extracting and canceling the DC offset of the comparator before the operation of the first embodiment is started.

DCオフセットの抽出では、スイッチ501をオンにすることで、コンパレータ100の出力と入力端子102を接続し、容量CDCOCに、DCオフセットの電圧に応じた電荷を蓄積する。これをDCオフセット抽出フェーズと呼ぶ。このフェーズの動作イメージを図9(A)に示す。このとき、入力端子101の電圧をVCMとし、スイッチ105、106、107はオンにした状態で、DCオフセット抽出を行う。その後、DCオフセット補正フェーズに移行する。このフェーズでは、スイッチ501をオフにすることで、容量CDCOCに蓄積された電荷によりDCオフセットを補正(キャンセル)する。図10(B)にオフセット補正フェーズの動作イメージを示す。以降は、第1の実施形態と同様の動作(図2参照)を行う。 In the extraction of the DC offset, the switch 501 is turned on to connect the output of the comparator 100 and the input terminal 102, and charges corresponding to the DC offset voltage are accumulated in the capacitor CDOCC . This is called a DC offset extraction phase. An operation image of this phase is shown in FIG. At this time, the voltage of the input terminal 101 and V CM, switches 105, 106 and 107 while turning on, performs DC offset extraction. Thereafter, the process proceeds to the DC offset correction phase. In this phase, the DC offset is corrected (cancelled) by the electric charge accumulated in the capacitor CDOC by turning off the switch 501. FIG. 10B shows an operation image of the offset correction phase. Thereafter, the same operation as in the first embodiment (see FIG. 2) is performed.

以下、本実施形態のDCオフセット抽出およびキャンセルの原理について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the principle of DC offset extraction and cancellation according to this embodiment will be described in more detail.

図9(A)に示したように、コンパレータの入力端子102の前段に、DCオフセット・キャンセル用の容量505(容量CDCOCに対応)が接続されている。まず、DCオフセット抽出フェーズで、コンパレータ(オペアンプ等)の入力端子102と出力を短絡する。このとき、コンパレータの出力Voと入力端子102の電圧は一致するから、オフセットがない理想的なコンパレータの場合、

Figure 2017126810
となる。ViPはコンパレータのプラス端子(ここでは入力端子101)の電圧を表す。 As shown in FIG. 9A, a DC offset / cancellation capacitor 505 (corresponding to the capacitor CDOC ) is connected in front of the input terminal 102 of the comparator. First, in the DC offset extraction phase, the input terminal 102 of the comparator (such as an operational amplifier) and the output are short-circuited. At this time, since the output Vo of the comparator and the voltage of the input terminal 102 match, in the case of an ideal comparator having no offset,
Figure 2017126810
It becomes. ViP represents the voltage of the plus terminal (here, input terminal 101) of the comparator.

一方、オフセットVofsがある場合、

Figure 2017126810
となる。このため、DCオフセットを抽出できる。上記のオフセットの抽出のとき、容量505の両端にはVofsが蓄積されるため、コンパレータ(オペアンプ等)の入力端子102と出力間の短絡を解放することで、DCオフセットをキャンセルした状態で動作させることができる。 On the other hand, if there is an offset Vofs,
Figure 2017126810
It becomes. For this reason, DC offset can be extracted. Since Vofs is accumulated at both ends of the capacitor 505 at the time of the above-described offset extraction, the circuit is operated in a state where the DC offset is canceled by releasing the short circuit between the input terminal 102 and the output of the comparator (operational amplifier or the like). be able to.

(第6の実施形態)
第5の実施形態では、DCオフセット・キャンセル機能の付加のために、新たな容量CDCOCを追加したが、本実施形態では、これとは別の構成によりDCオフセット・キャンセルを実行する。
(Sixth embodiment)
In the fifth embodiment, a new capacitor CDOC is added to add a DC offset / cancellation function. However, in this embodiment, DC offset / cancellation is executed with a different configuration.

図10に、第6の実施形態に係る増幅器のブロック図を示す。図8に示されるDCオフセット・キャンセル用の容量CDCOCを、容量CCP2に含ませている。すなわち、本実施形態では、図8のDCオフセット・キャンセル用の容量CDCOCが除去され、スイッチ501の一端がコンパレータ100の出力に接続され、他端が接続ノード104および入力端子102に接続されている。 FIG. 10 shows a block diagram of an amplifier according to the sixth embodiment. A capacitor C DCOC for DC offset cancellation shown in FIG. 8 is included in the capacitor C CP2 . That is, in the present embodiment, the DC offset / cancellation capacitor DCCOC in FIG. 8 is removed, one end of the switch 501 is connected to the output of the comparator 100, and the other end is connected to the connection node 104 and the input terminal 102. Yes.

DCオフセット抽出フェーズ時は、スイッチ105、106、107、501をオンにし、入力電圧VPIXとして電源電圧VCMを入力することで、容量CCP2にオフセット電圧Vofsを蓄積する。その電圧を保持した状態で、スイッチ105、107、501をオフにして、第1の実施形態と同様の動作を行う。これにより、DCオフセットをキャンセルした状態で動作させることが可能である。 When DC offset extraction phase turns on the switch 105,106,107,501, by inputting a power supply voltage V CM as the input voltage V PIX, storing the offset voltage V ofs the capacitance C CP2. With the voltage held, the switches 105, 107, and 501 are turned off to perform the same operation as in the first embodiment. As a result, it is possible to operate with the DC offset canceled.

本実施形態によれば、第5の実施形態よりも、面積の増加を抑制できる。また、容量CDCOCに生じる寄生容量による容量分割に起因する、増幅器の利得の変化を抑制できる。
(第7の実施形態)
図11は、第7の実施形態に係るイメージセンサを示すブロックである。このイメージセンサは、CMOSイメージセンサであり、画素アレイ601と、行選択回路602と、読み出し回路603と、制御信号生成回路604とを備える。なお、上述の通り、イメージセンサは、図5に示したディジタル回路305をさらに備えた構成も可能である。
According to this embodiment, an increase in area can be suppressed as compared with the fifth embodiment. Further, it is possible to suppress a change in the gain of the amplifier due to the capacitance division due to the parasitic capacitance generated in the capacitor CDOC .
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a block diagram illustrating an image sensor according to the seventh embodiment. This image sensor is a CMOS image sensor, and includes a pixel array 601, a row selection circuit 602, a readout circuit 603, and a control signal generation circuit 604. As described above, the image sensor may be configured to further include the digital circuit 305 shown in FIG.

画素アレイ601は、アレイ状に配列された複数の受光部611を備える。行選択回路602は、電圧VPIXを読み出す受光部1の行を選択する。読み出し回路603は、各受光部1が出力した電圧PIXを増幅し、増幅信号をディジタル信号に変換して出力する。読み出し回路603は、受光部1の列ごとに設けられた、複数の増幅器612及び複数のAD変換器613を備える。増幅器612は、上述の各実施形態のいずれであってもよい。制御信号生成回路604は、増幅器2やAD変換器3で利用される各種の制御信号を生成し、読み出し回路603に入力する。例えば、制御信号生成回路604は、図1の制御電圧生成器109、図5の入力制御回路302、または図7の利得制御回路の機能を備える。また制御信号生成回路604は、各実施形態で示したスイッチの制御信号を生成する。 The pixel array 601 includes a plurality of light receiving units 611 arranged in an array. The row selection circuit 602 selects a row of the light receiving unit 1 from which the voltage VPIX is read. The readout circuit 603 amplifies the voltage PIX output from each light receiving unit 1, converts the amplified signal into a digital signal, and outputs the digital signal. The readout circuit 603 includes a plurality of amplifiers 612 and a plurality of AD converters 613 provided for each column of the light receiving units 1. The amplifier 612 may be any of the embodiments described above. The control signal generation circuit 604 generates various control signals used by the amplifier 2 and the AD converter 3 and inputs them to the reading circuit 603. For example, the control signal generation circuit 604 has the function of the control voltage generator 109 in FIG. 1, the input control circuit 302 in FIG. 5, or the gain control circuit in FIG. The control signal generation circuit 604 generates a switch control signal shown in each embodiment.

このイメージセンサでは、画素アレイ601が光を照射されると、行選択回路602が画素アレイ101の行を選択し、選択された行の受光部1からそれぞれ電圧VPIXが出力される。電圧VPIXは、受光部611と対応する各列に設けられた増幅器612に入力される。増幅器612は、電圧VPIXを増幅した電圧VSIGを出力する。電圧VSIGは、受光部611と対応する各列に設けられたAD変換器613に入力され、ディジタル変換される。 In this image sensor, when the pixel array 601 is irradiated with light, the row selection circuit 602 selects a row of the pixel array 101, and the voltage V PIX is output from the light receiving unit 1 of the selected row. The voltage V PIX is input to the amplifier 612 provided in each column corresponding to the light receiving unit 611. The amplifier 612 outputs a voltage V SIG obtained by amplifying the voltage V PIX . The voltage V SIG is input to an AD converter 613 provided in each column corresponding to the light receiving unit 611 and is digitally converted.

上記では、CMOSイメージセンサの実施形態を示したが、CCDイメージセンサも、各実施形態の増幅器を用いて、同様にして実施可能である。   Although the embodiment of the CMOS image sensor has been described above, the CCD image sensor can be similarly implemented using the amplifier of each embodiment.

増幅器612は、上述の通り、低消費電力で、高精度な増幅が可能である。よって、本イメージセンサは、低消費電力かつ高精度な検出機能を備えたものとして実現できる。   As described above, the amplifier 612 can perform high-accuracy amplification with low power consumption. Therefore, this image sensor can be realized as having a low power consumption and a highly accurate detection function.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

Claims (13)

第1の電源電圧が与えられる第1の端子に一端が接続された第1の容量と、
一端が前記第1の容量の他端に接続された第2の容量と、
前記第1および第2の容量間の接続ノードを、第2の電源電圧が与えられる第2の端子に接続する第1のスイッチと、
第3の電源電圧が与えられる第3の端子に一端が接続された電流源と、
前記電流源の他端と前記第2の容量の他端間を接続する第2のスイッチと、
前記第2の容量の他端に接続された出力端子と、
前記出力端子へ制御電圧を供給する制御電圧供給部と、
入力信号と、前記接続ノードの電圧との差分に応じて、前記第2のスイッチを制御するコンパレータと、
を備えた増幅器。
A first capacitor having one end connected to a first terminal to which a first power supply voltage is applied;
A second capacitor having one end connected to the other end of the first capacitor;
A first switch connecting a connection node between the first and second capacitors to a second terminal to which a second power supply voltage is applied;
A current source having one end connected to a third terminal to which a third power supply voltage is applied;
A second switch connecting the other end of the current source and the other end of the second capacitor;
An output terminal connected to the other end of the second capacitor;
A control voltage supply unit for supplying a control voltage to the output terminal;
A comparator that controls the second switch according to a difference between an input signal and a voltage of the connection node;
With amplifier.
前記制御電圧供給部は、前記制御電圧を生成する制御電圧生成器と、第3のスイッチとを備え、前記第3のスイッチのオンおよびオフを切り換えることで、前記制御電圧を供給する
請求項1に記載の増幅器。
The control voltage supply unit includes a control voltage generator that generates the control voltage and a third switch, and supplies the control voltage by switching on and off of the third switch. The amplifier described in 1.
前記制御電圧は、前記第1の電源電圧と、前記コンパレータの動作遅延時間に応じた電圧とに基づいて決定された電圧である
請求項2に記載の増幅器。
The amplifier according to claim 2, wherein the control voltage is a voltage determined based on the first power supply voltage and a voltage corresponding to an operation delay time of the comparator.
前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオンの状態で、前記出力端子に前記制御電圧を供給する初期フェーズと、前記初期フェーズの後、前記第1スイッチをオフにし、前記出力端子への前記制御電圧の供給を停止することで増幅を行う増幅フェーズと
を備えた請求項2または3に記載の増幅器。
An initial phase for supplying the control voltage to the output terminal in a state where the first switch is on and the second switch is on, and after the initial phase, the first switch is turned off and connected to the output terminal. The amplifier according to claim 2, further comprising: an amplification phase that performs amplification by stopping supply of the control voltage.
前記出力端子は、前記第1のスイッチを介して前記第2の端子に接続されており、
前記制御電圧供給部は、第4のスイッチ、第5のスイッチ、第6のスイッチ、第7のスイッチを備え、
前記第4のスイッチの一端は前記第1の容量の他端に接続されて、前記接続ノードを形成し、前記第4のスイッチの他端は、前記第2の容量の一端に接続され、
前記第5のスイッチの一端は,前記第2の容量の他端に接続され、前記第5のスイッチの他端は、前記第2のスイッチと前記出力端子に接続され、
前記第6のスイッチの一端は、前記接続ノードに接続され、前記第6のスイッチの他端は、前記第2の容量の他端に接続され、
前記第7のスイッチの一端は、前記第2の容量の一端に接続され、前記第7のスイッチの他端は、前記第2のスイッチと前記出力端子に接続された
請求項1に記載の増幅器。
The output terminal is connected to the second terminal via the first switch;
The control voltage supply unit includes a fourth switch, a fifth switch, a sixth switch, and a seventh switch,
One end of the fourth switch is connected to the other end of the first capacitor to form the connection node, and the other end of the fourth switch is connected to one end of the second capacitor,
One end of the fifth switch is connected to the other end of the second capacitor, and the other end of the fifth switch is connected to the second switch and the output terminal,
One end of the sixth switch is connected to the connection node, the other end of the sixth switch is connected to the other end of the second capacitor,
The amplifier according to claim 1, wherein one end of the seventh switch is connected to one end of the second capacitor, and the other end of the seventh switch is connected to the second switch and the output terminal. .
前記制御電圧供給部は、前記第1のスイッチがオフの状態で、前記4スイッチおよび前記第5のスイッチをオフ、前記第6のスイッチおよび前記第7のスイッチをオンに切り換えることで、前記出力端子に前記接続ノードの電圧を前記制御電圧として供給する
請求項5に記載の増幅器。
The control voltage supply unit is configured to turn off the fourth switch and the fifth switch and turn on the sixth switch and the seventh switch while the first switch is off, so that the output The amplifier according to claim 5, wherein a voltage of the connection node is supplied to a terminal as the control voltage.
前記増幅器は、前記入力信号とは異なる所定の電圧信号の入力を受け、前記所定の電圧信号に基づいて動作する第1フェーズと、前記入力信号に基づいて動作する第1フェーズと、を備え、前記第1フェーズおよび前記第2フェーズをこの順番または逆の順番に実行する
請求項1ないし6のいずれか一項に記載の増幅器。
The amplifier includes a first phase that receives an input of a predetermined voltage signal different from the input signal and operates based on the predetermined voltage signal; and a first phase that operates based on the input signal; The amplifier according to any one of claims 1 to 6, wherein the first phase and the second phase are executed in this order or in the reverse order.
前記所定の電圧信号は、前記第1の電源電圧と同じ電圧を有する
請求項7に記載の増幅器。
The amplifier according to claim 7, wherein the predetermined voltage signal has the same voltage as the first power supply voltage.
前記増幅器に対する利得調整信号を受信する端子と、前記端子で受信された利得制御信号に応じて、前記第1の容量、前記第2の容量および前記電流源を制御する利得制御回路
を備えた請求項1ないし8のいずれか一項に記載の増幅器。
A terminal for receiving a gain adjustment signal for the amplifier, and a gain control circuit for controlling the first capacitor, the second capacitor, and the current source according to a gain control signal received at the terminal. Item 9. The amplifier according to any one of Items 1 to 8.
第3の容量と、第8のスイッチとを備え、
前記コンパレータは、前記入力信号を受信する第1の入力端子と、前記接続ノードの電圧を受信する第2の入力端子とを有し、
前記第3の容量の一端が前記接続ノードに接続され、前記第3の容量の他端が前記第2の入力端子に接続され、
前記第8のスイッチの一端が前記第2の入力端子に接続され、前記第8のスイッチの他端が、前記コンパレータの出力に接続された
請求項1ないし9のいずれか一項に記載の増幅器。
A third capacitor and an eighth switch;
The comparator has a first input terminal that receives the input signal, and a second input terminal that receives the voltage of the connection node;
One end of the third capacitor is connected to the connection node, the other end of the third capacitor is connected to the second input terminal;
The amplifier according to any one of claims 1 to 9, wherein one end of the eighth switch is connected to the second input terminal, and the other end of the eighth switch is connected to an output of the comparator. .
第9のスイッチを備え、
前記コンパレータは、前記入力信号を受信する第1の入力端子と、前記接続ノードの電圧を受信する第2の入力端子とを有し、
前記第9のスイッチの一端は、前記第2の入力端子に接続され、前記第9のスイッチの他端が、前記コンパレータの出力に接続された
請求項1ないし9のいずれか一項に記載の増幅器。
A ninth switch,
The comparator has a first input terminal that receives the input signal, and a second input terminal that receives the voltage of the connection node;
The one end of the ninth switch is connected to the second input terminal, and the other end of the ninth switch is connected to the output of the comparator. amplifier.
受光した光に応じた信号を出力する受光部と、
前記受光部の出力信号を前記入力信号として受信し、前記出力信号の増幅を行う、請求項1ないし11のいずれか一項に記載の増幅器と、
前記増幅器により増幅された信号をアナログ・ディジタル変換するアナログ・ディジタル変換器と
を備えたイメージセンサ。
A light receiving unit that outputs a signal corresponding to the received light;
The amplifier according to any one of claims 1 to 11, which receives an output signal of the light receiving unit as the input signal and amplifies the output signal;
An image sensor comprising: an analog / digital converter that performs analog / digital conversion on the signal amplified by the amplifier.
前記アナログ・ディジタル変換器により変換されたディジタル信号を処理するディジタル回路をさらに備え、
請求項7に記載の増幅器を備え、
前記ディジタル回路は、前記第1フェーズで前記増幅器から出力された信号のディジタル信号と、前記第2フェーズで前記増幅器から出力された信号のディジタル信号の差分を計算する
請求項12に記載のイメージセンサ。
A digital circuit for processing the digital signal converted by the analog-digital converter;
An amplifier according to claim 7,
The image sensor according to claim 12, wherein the digital circuit calculates a difference between a digital signal output from the amplifier in the first phase and a digital signal output from the amplifier in the second phase. .
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