JP2020028118A - Ad converter and solid-state image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はAD変換器、及びAD変換器を用いた固体撮像装置に関する。 The present invention relates to an AD converter and a solid-state imaging device using the AD converter.
近年、イメージセンサは広く普及しその用途は広範囲に亘る。中でもCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサは、汎用半導体形成プロセスにより生産可能であることから、固体撮像装置として広く用いられている。 2. Description of the Related Art In recent years, image sensors have become widespread, and their applications are widespread. Above all, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor is widely used as a solid-state imaging device because it can be produced by a general-purpose semiconductor forming process.
CMOSイメージセンサにおいては、リセット動作時のノイズを除去するために、相関二重サンプリング(Corelated Double Sampling:略称CDS)によるノイズ除去処理が行わる。このような手法として、列(カラム)ごとに設けられたAD変換器にて、画素のリセット電位とシグナル電位との2回のAD変換を行い、その差分を取ることでノイズ除去処理を行う、デジタルCDSが用いられている。 In a CMOS image sensor, noise removal processing by correlated double sampling (CDS) is performed to remove noise during a reset operation. As such a technique, an AD converter provided for each column performs two A / D conversions of a reset potential and a signal potential of a pixel, and performs a noise removal process by taking a difference between the two. Digital CDS is used.
しかしながら、CMOSイメージセンサのさらなる高性能化が望まれており、そのためそれに用いられるAD変換器の処理能力のさらなる向上が切望されている。 However, further enhancement of the performance of the CMOS image sensor is desired, and therefore, further improvement of the processing capability of the AD converter used therein is desired.
本発明の一態様は、処理能力の向上した、固体撮像装置に適用可能なAD変換器を実現することを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to realize an AD converter with improved processing capability that can be applied to a solid-state imaging device.
(1)本発明の一実施形態は、複数の画素から、リセット電位とシグナル電位とを受信し、カラムAD変換を行うAD変換器であって、リファレンス電位を基準とした、前記リセット電位と前記シグナル電位との差分である合成電位を出力するアナログ回路と、前記合成電位と前記リファレンス電位とが入力されるAD変換回路とを備え、前記合成電位と前記リファレンス電位との差分をデジタル出力することを特徴とするAD変換器である。
(2)本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、前記AD変換回路が、シングルスロープ型AD変換回路であることを特徴とする、AD変換器である。
(3)本発明のある実施形態は、上記(1)または(2)のいずれかの構成に加え、前記アナログ回路を複数備える、AD変換器である。
(4)本発明のある実施形態は、複数の画素から、リセット電位とシグナル電位とを受信し、カラムAD変換を行うことができる単位AD変換器であって、リファレンス電位を基準とした、前記リセット電位と前記シグナル電位との差分である合成電位を出力できるアナログ回路と、前記合成電位と前記リファレンス電位とが入力できるAD変換回路とを備え、前記合成電位と前記リファレンス電位との差分をデジタル出力することができる単位AD変換器、を複数有し、前記単位AD変換器の前記合成電位に、他の前記単位AD変換器の前記合成電位を加算した電位を、前記AD変換回路に入力することができることを特徴とするAD変換器である。
(5)本発明のある実施形態は、上記(4)の構成に加え、前記単位AD変換器が、前記アナログ回路を複数備えることを特徴とする、AD変換器である。
(6)本発明のある実施形態は、上記(3)から(5)のいずれかの構成に加え、前記AD変換回路が、シングルスロープ型AD変換回路であることを特徴とする、AD変換器である。
(7)本発明のある実施形態は、上記(1)から(6)のいずれかの構成に加え、前記合成電位が、前記リファレンス電位から前記リセット電位を減じ、かつ、前記シグナル電位を加えた電位であることを特徴とするAD変換器である。
(8)本発明のある実施形態は、上記(1)から(7)のいずれかの構成に加え、前記アナログ回路が、リファレンス電位と前記リセット電位との電位差を保持する第1のコンデンサと、前記シグナル電位を保持する第2のコンデンサと、を備え、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとが直列接続されることにより、前記アナログ回路が前記合成電位を出力することを特徴とする、AD変換器である。
(9)本発明のある実施形態は、マトリックス状に配置された複数の画素、及び、上記(1)から(8)のいずれかのAD変換器を複数備えた、固体撮像装置である。
(1) One embodiment of the present invention is an AD converter that receives a reset potential and a signal potential from a plurality of pixels and performs column AD conversion, wherein the reset potential and the reset potential are referenced to a reference potential. An analog circuit that outputs a composite potential that is a difference from a signal potential, and an AD conversion circuit that receives the composite potential and the reference potential, and digitally outputs a difference between the composite potential and the reference potential. An AD converter characterized by the following.
(2) An embodiment of the present invention is an A / D converter characterized in that the A / D conversion circuit is a single-slope A / D conversion circuit in addition to the configuration of (1).
(3) One embodiment of the present invention is an AD converter including a plurality of the analog circuits in addition to any one of the above (1) and (2).
(4) One embodiment of the present invention is a unit AD converter capable of receiving a reset potential and a signal potential from a plurality of pixels and performing column AD conversion, wherein the unit AD converter is based on a reference potential. An analog circuit capable of outputting a composite potential that is a difference between a reset potential and the signal potential; and an AD conversion circuit capable of inputting the composite potential and the reference potential, wherein a difference between the composite potential and the reference potential is digitally calculated. A plurality of unit A / D converters that can be output, and a potential obtained by adding the combined potential of the other unit A / D converter to the combined potential of the unit A / D converter is input to the A / D conversion circuit. An AD converter characterized in that the AD converter can be used.
(5) An embodiment of the present invention is an AD converter, characterized in that the unit AD converter includes a plurality of the analog circuits in addition to the configuration of the above (4).
(6) In one embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the above (3) to (5), the AD converter is a single slope type AD converter. It is.
(7) In one embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of (1) to (6), the composite potential is obtained by subtracting the reset potential from the reference potential and adding the signal potential. An AD converter characterized by being a potential.
(8) In one embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of (1) to (7), the analog circuit includes a first capacitor that holds a potential difference between a reference potential and the reset potential; A second capacitor for holding the signal potential, wherein the analog circuit outputs the composite potential by connecting the first capacitor and the second capacitor in series. , AD converters.
(9) One embodiment of the present invention is a solid-state imaging device including a plurality of pixels arranged in a matrix and a plurality of AD converters according to any one of (1) to (8).
本発明の一態様によれば、固体撮像装置に適用可能な、処理能力の向上したAD変換器を実現できる。 According to one embodiment of the present invention, an AD converter with improved processing capability, which can be applied to a solid-state imaging device, can be realized.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成の形状、相対配置、動作などはあくまで一例に過ぎず、これらによって本発明の範囲が限定解釈されるべきではない。さらに、図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状、数値の大小・比率は現実のものとは異なる。また、各図において、同一若しくは相応する構成要素には同一の符号を付していることがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the configuration, relative arrangement, operation, and the like of the configuration described in this embodiment are merely examples, and the scope of the present invention should not be limitedly interpreted by these. Further, the drawings are schematic, and dimensional ratios, shapes, and magnitudes and ratios of numerical values are different from actual ones. In each drawing, the same or corresponding components may be denoted by the same reference numerals.
〔実施形態1〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
[Embodiment 1]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
(固体撮像装置の構成)
図1は、実施形態1に係る固体撮像装置1を示す図である。固体撮像装置1は、複数の画素120が平面上にマトリックス状に配置され、それぞれの画素120には、行選択信号線111と読出信号線112とが接続されている。垂直走査回路110は各行の行選択信号線111を通じて画素120を行選択する。行選択された画素120は、各列の読出信号線112に信号を出力する。各列の読出信号線112には、それぞれAD変換器130が接続され、さらにメモリ142が接続されている。AD変換器130は、当該列の画素120から画素出力信号を取得し、順次、デジタル信号に変換して出力するカラムAD変換を行う。水平走査回路140は、各列の列選択信号線141を通じてメモリ142を列選択する。選択されたメモリ142は、水平出力線143を通じて、デジタル信号を順次出力する。固体撮像装置1は、実施形態1においてCMOSイメージセンサであるが、他の撮像装置であってもよい。
(Configuration of solid-state imaging device)
FIG. 1 is a diagram illustrating a solid-
(画素の構成)
図2は、固体撮像装置1の画素120の構成例を概略的に示す回路図である。画素120は、フォトダイオードPDと、転送トランジスタTtrと、リセットトランジスタRtrと、選択トランジスタStrと、増幅トランジスタAtrと、信号電荷蓄積部FDと、を含む。また、画素120は、読出信号線112と、転送信号TXを送る転送信号線と、リセット信号RSTを送るリセット信号線と、行選択信号SELを送る行選択信号線111と、電源電圧Vddを供給する電源電力線に電気的に接続されている。なお、図1においては、煩雑さを避けるために、リセット信号線、選択信号線等の記載は省略しているが、これらは、行選択信号線111と同様に行ごとに配置される信号線である。
(Pixel configuration)
FIG. 2 is a circuit diagram schematically illustrating a configuration example of the pixel 120 of the solid-
リセットトランジスタRtrは、リセット信号RSTに従ってオンすることにより、信号電荷蓄積部FDに蓄積された信号電荷を排出し、信号電荷蓄積部FDの電位を高電位にリセットする。フォトダイオードPD(センサ素子)は、光電変換を行い、受光した光(入射光)の光量に応じた信号電荷を発生させる。画素120は、フォトダイオードPDの代わりに、他の種類の受光素子及びセンサ素子等を含んでもよい。転送トランジスタTtrは、転送信号TXに従ってオンになることにより、フォトダイオードPDで発生した信号電荷を信号電荷蓄積部FDへ転送する。信号電荷蓄積部FDは、信号電荷が蓄積されるフローティングディフュージョン領域である。このため、蓄積された信号電荷の量に応じて信号電荷蓄積部FDの電位が減少する。 The reset transistor Rtr turns on in accordance with the reset signal RST, thereby discharging the signal charges stored in the signal charge storage unit FD, and resetting the potential of the signal charge storage unit FD to a high potential. The photodiode PD (sensor element) performs photoelectric conversion and generates signal charges corresponding to the amount of received light (incident light). The pixel 120 may include another type of light receiving element, sensor element, or the like, instead of the photodiode PD. The transfer transistor Ttr transfers the signal charge generated by the photodiode PD to the signal charge storage unit FD by being turned on in accordance with the transfer signal TX. The signal charge storage section FD is a floating diffusion region where signal charges are stored. Therefore, the potential of the signal charge storage section FD decreases according to the amount of the stored signal charge.
選択トランジスタStrにおいて、ゲートが行選択信号線111に接続され、ドレインが増幅トランジスタAtrのソースに接続され、ソースが読出信号線112に接続されている。選択トランジスタStrは、行選択信号SELに従ってオンになることにより、固体撮像装置1に複数配置された画素120のうち、選択された行の画素120のみが読出信号線112に画素出力信号を出力する。
In the selection transistor Str, the gate is connected to the row selection signal line 111, the drain is connected to the source of the amplification transistor Atr, and the source is connected to the read signal line 112. When the selection transistor Str is turned on in accordance with the row selection signal SEL, only the pixels 120 in the selected row among the plurality of pixels 120 arranged in the solid-
増幅トランジスタAtrは、電圧利得一定でゲート電圧(入力電圧)に追従するようにソース電圧(出力電圧)が変化するソースフォロアトランジスタとして動作する。また、増幅トランジスタAtrにおいて、ゲートが信号電荷蓄積部FDに接続され、ドレインが電源電力線に接続されている。これにより、増幅トランジスタAtrは、信号電荷蓄積部FDの電位を増幅した信号電圧を選択トランジスタStrを介して読出信号線112へ出力する。 The amplification transistor Atr operates as a source follower transistor in which the source voltage (output voltage) changes so as to follow the gate voltage (input voltage) with a constant voltage gain. In the amplification transistor Atr, the gate is connected to the signal charge storage unit FD, and the drain is connected to the power supply line. Thus, the amplification transistor Atr outputs a signal voltage obtained by amplifying the potential of the signal charge storage unit FD to the read signal line 112 via the selection transistor Str.
信号電荷蓄積部FDの電位がリセットされたときの画素出力信号VSIGの電圧値(リセット電位)をVSIG(RST)とする。また、PDに蓄積された信号電荷の量に応じて信号電荷蓄積部FDの電位が減少したときの画素出力信号VSIGの電圧値(シグナル電位)をVSIG(SIG)とする。 The voltage value (reset potential) of the pixel output signal VSIG when the potential of the signal charge storage unit FD is reset is set to VSIG (RST). In addition, the voltage value (signal potential) of the pixel output signal VSIG when the potential of the signal charge storage unit FD decreases according to the amount of signal charge stored in the PD is set to VSIG (SIG).
(AD変換器の構成)
図3は、AD変換器130の構成を示す概略回路図である。AD変換器130には、画素出力信号VSIGが入力される。画素出力信号VSIGは、垂直走査回路110により行選択された画素120の出力である。AD変換器130は、画素120で発生したリセット電位VSIG(RST)とPDに蓄積された信号電荷の量に応じたシグナル電位VSIG(SIG)とを読み出し(サンプリングし)、差分を取るCDS動作を実行する。AD変換器130は、当該差分をデジタル信号として出力する。
(Configuration of AD converter)
FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing the configuration of the
AD変換器130は、前段のアナログ回路131と、後段のAD変換回路132とで構成される。以下の説明では、AD変換器130の入力端に近い方を入力側、デジタル出力端に近い側を出力側と称する。
The
まず、アナログ回路131の構成を説明する。画素出力信号VSIGが入力される入力端から2分岐されて、それぞれスイッチSIG_SMP1と、スイッチRST_SMP1とが接続されている。また、アナログ回路131には、リファレンス電位VCDS_REFも入力され、スイッチCDS_REF_SMP1に接続されている。スイッチSIG_SMP1の出力側(電圧ラベルVC_SIG)とグラウンドとの間にはコンデンサCS(第2のコンデンサ)が設けられている。スイッチSIG_SMP1の出力側とスイッチRST_SMP1の出力側(電圧ラベルVC_RST)との間には、スイッチACDS_EN1が設けられている。スイッチRST_SMP1の出力側とスイッチCDS_REF_SMP1の出力側(電圧ラベルVACDS)との間には、コンデンサCR(第1のコンデンサ)が設けられている。スイッチCDS_REF_SMP1の出力側(コンデンサCRの一端)とアナログ回路131の出力(電圧ラベルVAD_SIGIN)との間には、スイッチCMP_CNCT1が設けられている。 First, the configuration of the analog circuit 131 will be described. A switch SIG_SMP1 and a switch RST_SMP1 are connected to each of two branches from an input terminal to which the pixel output signal VSIG is input. The analog circuit 131 also receives a reference potential VCDS_REF and is connected to the switch CDS_REF_SMP1. A capacitor CS (second capacitor) is provided between the output side (voltage label VC_SIG) of the switch SIG_SMP1 and the ground. The switch ACDS_EN1 is provided between the output side of the switch SIG_SMP1 and the output side (voltage label VC_RST) of the switch RST_SMP1. A capacitor CR (first capacitor) is provided between the output side of the switch RST_SMP1 and the output side (voltage label VACDS) of the switch CDS_REF_SMP1. A switch CMP_CCNT1 is provided between the output side of the switch CDS_REF_SMP1 (one end of the capacitor CR) and the output of the analog circuit 131 (voltage label VAD_SIGIN).
次に、AD変換回路132の構成を説明する。AD変換回路132は、シングルスロープ型のAD変換回路である。AD変換回路132の入力端子は、アナログ回路131の出力端子と接続されている。AD変換回路132の入力端子(電圧ラベルVAD_SIGIN)は、結合コンデンサCINを通じてコンパレータ133に接続されている。また、AD変換回路132の入力端子には、スイッチCMP_AZCLPを介してクリップ電圧VAZCLPも導入され得る。コンパレータ133のもう一方の入力端子には、結合コンデンサCINを通じてランプ信号VRAMPが導入される。コンパレータ133の出力(電圧ラベルXCMPO:1ビット信号)は、カウンタ134に入力される。カウンタ134は、所定期間のクロック信号CLKのパルスのカウント数を、AD変換器130の出力デジタル信号D_OUTとして出力する。シングルスロープ型のAD変換回路とは、アナログ入力信号とランプ信号とをコンパレータで比較して、それらの大小関係が反転するまでに要するクロック信号のパルスカウント数をデジタル出力することでAD変換を行う回路をいう。
Next, the configuration of the
コンパレータ133について、例示の回路図を図12に示した。図12には、コンパレータ133に加えて、信号VAD_SIGIN及びランプ信号VRAMPの入力コンデンサCINも合わせて示されている。
An example circuit diagram of the
図12において、AVDD、CVDD、CGND、AGNDはそれぞれ、アナログ電源電圧、コンパレータ部レギュレータ電圧、1stコンパレータグランド、アナロググランドである。CMP_REG_VG1、CMP_REG_VG2、XAZはそれぞれ、1stコンパレータ部レギュレータ電圧生成Trのゲート入力電圧、2ndコンパレータ部レギュレータ電圧生成Trのゲート入力電圧、入出力ショート(オートゼロ)制御信号である。CMP1ST_VB1、CMP1ST_VB0、CMP1ST_ENはそれぞれ、第1の1stコンパレータのテイルバイアス電流制御電圧、第2の1stコンパレータのテイルバイアス電流制御電圧、1stコンパレータのテイルバイアス電流オン/オフ制御信号である。CMP2ND_VB1、CMP2ND_VB0、CMP2ND_ENはそれぞれ、第1の2ndコンパレータのテイルバイアス電流制御電圧、第2の2ndコンパレータのテイルバイアス電流制御電圧、2ndコンパレータのテイルバイアス電流オン/オフ制御信号である。 In FIG. 12, AVDD, CVDD, CGND, and AGND represent an analog power supply voltage, a comparator regulator voltage, a first comparator ground, and an analog ground, respectively. CMP_REG_VG1, CMP_REG_VG2, and XAZ are a gate input voltage of the first comparator section regulator voltage generation Tr, a gate input voltage of the second comparator section regulator voltage generation Tr, and an input / output short (auto zero) control signal, respectively. CMP1ST_VB1, CMP1ST_VB0, and CMP1ST_EN are a tail bias current control voltage of the first 1st comparator, a tail bias current control voltage of the second 1st comparator, and a tail bias current ON / OFF control signal of the 1st comparator, respectively. CMP2ND_VB1, CMP2ND_VB0, and CMP2ND_EN are a tail bias current control voltage of the first 2nd comparator, a tail bias current control voltage of the second 2nd comparator, and a tail bias current ON / OFF control signal of the 2nd comparator, respectively.
(AD変換器の動作)
各スイッチのオン/オフ動作を示すタイミングチャートを図4に、及び各点の電圧波形を示すタイミングチャートを図5に示す。これらを参照しつつ、AD変換器130の動作について説明する。
(Operation of AD converter)
FIG. 4 is a timing chart showing the on / off operation of each switch, and FIG. 5 is a timing chart showing the voltage waveform at each point. The operation of the
期間T1(オートゼロ期間):初めに、スイッチCDS_REF_SMP1と、スイッチCMP_AZCLPとをオンにする。他のスイッチはオフである。コンパレータ133の入力端子にクリップ電圧VAZCLIPが印加されると同時に、コンパレータ133の入出力をショートする(入出力ショート制御信号XAZオン)ことでオートゼロされる。期間の終わりに、スイッチCMP_AZCLPをオフにする(入出力ショート制御信号XAZ信号もオフ)。
Period T1 (auto-zero period): First, the switch CDS_REF_SMP1 and the switch CMP_AZCLP are turned on. Other switches are off. The clip voltage VAZCLIP is applied to the input terminal of the
期間T2(リファレンス電位のAD変換期間):スイッチCMP_CNCT1をオンにする。すると、コンパレータ133の入力電圧VAD_SIGINは、リファレンス電位VCDS_REFに等しくなる。そして、カウンタ134によるクロック数のカウントとランプ信号VRAMPの電圧変化とを開始する(シングルスロープ型AD変換開始)。ここで、ランプ信号VRAMPは、通常状態で、リファレンス電位VCDS_REFよりやや高電位の一定値VRAMP(ST)であるが、電圧変化を開始すると時間とともに一定の傾きで直線的に下降する信号である。なお、電圧変化は下降方向に限らず上昇方向である構成とすることもできる。電圧変化が終了すると、最初の一定値に戻る。電圧変化開始時点で、ランプ信号VRAMPの方がコンパレータ133への入力電圧VAD_SIGINよりも高電位である。ランプ信号VRAMPの電位の下降に伴って大小関係が逆転すると、コンパレータ出力XCMPOが反転する。コンパレータ出力XCMPOの反転を検出するとカウンタ134はカウントを終了する。(シングルスロープ型AD変換終了)。よってここでは、VRAMP(ST)を基準としたリファレンス電位VRAMP(ST)−VCDS_REFが、カウント数に変換されている。また、リファレンス電位のAD変換(期間T2)においては、ダウンカウントとする。カウントが停止すると、スイッチCMP_CNCT1をオフにし、期間T2を終了する。
Period T2 (AD conversion period of reference potential): The switch CMP_CCNT1 is turned on. Then, the input voltage VAD_SIGIN of the
期間T3(リセット電位のサンプリング期間):AD変換器130は、期間T3を画素120がリセット電位VSIG(RST)を出力信号VSIGとして出力している期間に適合させるように動作する。スイッチRST_SMP1をオンにする。すると、コンデンサCRの両端の電位は、それぞれ、VACDS=VCDS_REF、VC_RST=VSIG(RST)となる。期間T3の終わりに、スイッチRST_SMP1、スイッチCDS_REF_SMP1をオフにする。
Period T3 (reset potential sampling period): The
期間T4(シグナル電位のサンプリング期間):AD変換器130は、期間T4を画素120がシグナル電位VSIG(SIG)を出力信号VSIGとして出力している期間に適合させるように動作する。スイッチSIG_SMP1をオンにする。すると、コンデンサCSの出力側の端子の電位VC_SIGがVSIG(SIG)となる。コンデンサCSの他端子の電位はグラウンドされているため常に0である。期間T4の終わりに、スイッチSIG_SMP1をオフにする。
Period T4 (sampling period of signal potential): The
期間T5(CDS期間):スイッチACDS_EN1をオンにする。一般にコンデンサはそれぞれ電荷が出入りしない限り、両端の電位差を保とうとする。コンデンサCSの出力側の端子の電位VC_SIGは期間T4から変化せずVSIG(SIG)である。コンデンサCRは、期間T3中に両端の電位差がVCDS_REF−VSIG(RST)となるように充電されている。その後の期間T4の間はコンデンサCRに繋がるスイッチは全てオフである。従って、コンデンサCRは、期間5においても、両端の電位差VACDS−VC_RSTを、VCDS_REF−VSIG(RST)に保つように動作する。よってスイッチACDS_EN1をオンにすることにより、コンデンサCRとCSとを直列接続した結果、それぞれの電位差が合成され、コンデンサCRの出力側の端子の電位VACDSは、合成電位VSIG(SIG)+VCDS_REF−VSIG(RST)=VCとなる。つまり合成電位VCは、リファレンス電位VCDS_REFからリセット電位VSIG(RST)を減じ、さらにシグナル電位VSIG(SIG)を加えたものである。また、合成電位はリファレンス電位を基準にすれば、リセット電位とシグナル電位との差分VSIG(SIG)−VSIG(RST)である。次いで、スイッチCMP_CNCT1をオンにすると、コンパレータの入力電圧VAD_SIGINが本合成電位VCにセットされる。 Period T5 (CDS period): The switch ACDS_EN1 is turned on. Generally, a capacitor tries to maintain a potential difference between both ends unless electric charges enter and exit. The potential VC_SIG of the terminal on the output side of the capacitor CS does not change from the period T4 and is VSIG (SIG). The capacitor CR is charged so that the potential difference between both ends becomes VCDS_REF-VSIG (RST) during the period T3. During the subsequent period T4, all switches connected to the capacitor CR are off. Therefore, even in the period 5, the capacitor CR operates to keep the potential difference VACDS-VC_RST between both ends at VCDS_REF-VSIG (RST). Therefore, by turning on the switch ACDS_EN1, the capacitors CR and CS are connected in series. As a result, the respective potential differences are combined, and the potential VACDS of the terminal on the output side of the capacitor CR becomes the combined potential VSIG (SIG) + VCDS_REF-VSIG ( RST) = VC. That is, the composite potential VC is obtained by subtracting the reset potential VSIG (RST) from the reference potential VCDS_REF and further adding the signal potential VSIG (SIG). The combined potential is a difference VSIG (SIG) -VSIG (RST) between the reset potential and the signal potential with reference to the reference potential. Next, when the switch CMP_CCNT1 is turned on, the input voltage VAD_SIGIN of the comparator is set to the main composite potential VC.
期間T6(合成電位のAD変換期間):
カウンタ134によるクロックのカウントとランプ信号VRAMPの電圧変化を実行して、上述の期間T2と同様にシングルスロープ型AD変換を行う。するとここでは、VRAMP(ST)を基準とした合成電位VCがカウント数に変換されることになる。さらに、合成電位のAD変換(期間T6)では、リファレンス電位のAD変換(期間T2)でのダウンカウント終了時点からカウント数を引き継いでアップカウントを実施する。従って、合成電位VCのAD変換(期間T6)が完了した時点で、カウント数は、合成電位のAD変換値とリファレンス電位のAD変換値の差分に相当する。つまり、VSIG(RST)−VSIG(SIG)が、最終的なカウント数に相当し、デジタル出力D_OUTとしてAD変換器130から出力される。期間T6の終わりに、スイッチACDS_EN1、スイッチCMP_CNCT1をオフにする。
Period T6 (A / D conversion period of composite potential):
The clock count by the counter 134 and the voltage change of the ramp signal VRAMP are executed, and the single slope AD conversion is performed in the same manner as in the above-described period T2. Then, here, the combined potential VC based on VRAMP (ST) is converted into the count number. Further, in the A / D conversion of the composite potential (period T6), the count is taken over from the end of the down-count in the A / D conversion of the reference potential (period T2), and the up-count is performed. Therefore, when the AD conversion of the composite potential VC (period T6) is completed, the count number corresponds to the difference between the AD conversion value of the composite potential and the AD conversion value of the reference potential. That is, VSIG (RST) -VSIG (SIG) corresponds to the final count number, and is output from the
以上、期間T1〜T6で、AD変換器130による1画素分についての読み出しとAD変換処理とが完了する。従って、実施形態1において、AD変換器130が1画素分の読み出しを行う周期であり、また1画素分のデジタル出力を行う周期でもある、単位H時間(単位水平時間)は、期間T1〜T6に等しい期間となる。
As described above, in the periods T1 to T6, the reading of one pixel by the
(AD変換器の利点)
上述の通り、AD変換器130からは、それぞれの画素120につき、VSIG(RST)−VSIG(SIG)が最終出力として得られており、CDS動作が実行されている。画素120毎のトランジスタの閾値特性等に起因する閾値ばらつき(以下、画素ばらつき)は、リセット電位VSIG(RST)とシグナル電位VSIG(SIG)との2つの画素出力の差分を取ることでキャンセルされる。これは、実効的に期間T5においてアナログ回路131で合成電位VCを生成することで実現されている。さらに、AD変換回路132毎の特性ばらつき等である列ごとの特性のばらつき(以下、カラムばらつき)は、リファレンス電位(デジタル値)と上記合成電位(デジタル値)との2回のAD変換結果の差分を取ることでキャンセルされる。これは、リファレンス電位VCDS_REFのAD変換のためのカウントをダウンカウントとし、次いで合成電位VCのAD変換のためのカウントをアップカウントとするカウンタ(アップダウンカウンタ)で実現されている。しかし、2回のAD変換結果の差分を取る手法はこれに限られるものではなく、他の公知の手法に置換しても良い。例えば、リファレンス電位VCDS_REFのAD変換のためのカウントをアップカウントとし、そのカウント値を全ビット反転し、次いで合成電位VCのAD変換のためのカウントをアップカウントとするカウンタ(アップアップカウンタ)で実現されても良い。
(Advantages of AD converter)
As described above, VSIG (RST) -VSIG (SIG) is obtained as a final output from the
このように実施形態1のAD変換器130によれば、画素ばらつきとカラムばらつきの双方ともキャンセルされた最終出力が得られる。
As described above, according to the
(比較例との対比)
実施形態1のAD変換器130との対比のため、一般的なデジタルCDS動作を行う比較例のAD変換器930について説明する。図10は比較例のAD変換器930を示す図である。AD変換器930は、AD変換器130とは異なり、アナログ回路131が無く、かつ、画素出力信号VSIGがコンパレータ933に直接入力されている。また、AD変換器930では、AD変換器130とは異なり、リファレンス電位VCDS_REFが用いられない。AD変換器930におけるAD変換の方式は、カウンタ934を用いたシングルスロープ型であり、AD変換器130と同様である。
(Comparison with comparative example)
An
図11は比較例のAD変換器930の動作を示す図であり、ランプ信号VRAMPと、画素出力信号VSIGの電圧波形を示している。一般的なデジタルCDSを行うAD変換器930の動作では、ある画素120に関して、最初のAD変換として、リセット電位VSIG(RST)のAD変換を行い、次のAD変換として、シグナル電位VSIG(SIG)のAD変換を行う。カウンタ934によるダウンカウントとアップカウントにより、VSIG(RST)−VSIG(SIG)がデジタル出力D_OUTとして得られる。画素ばらつきは、リセット電位VSIG(RST)とVSIG(SIG)との差分を取ることでキャンセルされる。カラムばらつきも、2回のAD変換の差分を取っていることでキャンセルされる。このように、一般的なデジタルCDS動作を行う比較例のAD変換器930においても、画素ばらつきとカラムばらつきがキャンセルされた最終出力が得られる。
FIG. 11 is a diagram showing the operation of the
シングルスロープ型AD変換では、コンパレータへの2つの入力の大小関係の逆転によりカウントを行うため、ランプ信号VRAMPの電圧変化幅の範囲に入力信号が無ければAD変換できない。比較例のAD変換器930では、最初のAD変換の対象である、リセット電位VSIG(RST)は、画素ばらつきを有しているので、確実にAD変換値を求めるためには、電圧変化幅を大きくとる必要がある。すると、リセット電位VSIG(RST)のAD変換の期間を長く要する。同様に次のAD変換の対象であるシグナル電位VSIG(SIG)も画素ばらつきを含むので、ここでも必要な電圧変化の期間が長くなる。なお、この期間は電圧からカウント数(時間)の変換への比率である電圧変化波形の傾きを小さく(高アナログゲイン化)し、カウント数の精度を向上させる、つまり高諧調化させると更に長くなる。よって、AD変換処理速度を向上させるには限界があった。
In the single-slope AD conversion, counting is performed by reversing the magnitude relationship between two inputs to the comparator. Therefore, AD conversion cannot be performed unless there is an input signal within the range of the voltage change width of the ramp signal VRAMP. In the
一方、AD変換器130の動作における、ある画素120に関する最初のAD変換(期間T2)は、一定のリファレンス電位VCDS_REFに対するものであり、そのばらつきは非常に小さい。よって、最初のAD変換の期間は非常に短くてよい。同様に、合成電位VCのAD変換を行う2回目のAD変換(期間T2)においても、画素ばらつきは既にアナログ回路131でキャンセルされ含まれていないので、その分必要な電圧変化の期間は短くてよい。さらには、画素ばらつきを含むことによりAD変換で飽和しやすくなる問題もなく、高諧調化も可能である。
On the other hand, the first A / D conversion (period T2) for a certain pixel 120 in the operation of the A /
(効果)
以上のように、実施形態1に係るAD変換器130によれば、画素ばらつき及びカラムばらつきがキャンセルされた出力信号を得ることができる。AD変換に要する期間も短く処理能力を向上できる。処理能力を感度向上に振り向ければ、高感度化も可能である。また飽和が少なく高諧調化が可能である。
(effect)
As described above, according to the
実施形態1に係る固体撮像装置1によれば、画素ばらつき及びカラムばらつきが低減された高画質の撮影映像を得ることができる。さらには、より高フレームレートの撮影映像を得ることもできる。また、より高感度、より高諧調化された高品位の撮影映像を得ることができる。
According to the solid-
〔実施形態2〕
本発明の実施形態2について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Embodiment 2 of the present invention will be described below. For convenience of description, members having the same functions as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(AD変換器230の構成)
図6は、実施形態2に係るAD変換器230の構成を示す概略回路図である。
(Configuration of AD converter 230)
FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration of the
AD変換器230は、実施形態1に係るAD変換器130のアナログ回路131と同じアナログ回路を2式(231、281)並列接続した構成を有している。画素出力信号VSIGが入力される入力端、リファレンス電位VCDS_REFが導入される入力端は、それぞれが分岐されてアナログ回路231、281のそれぞれに接続されている。それぞれのアナログ回路231、281の出力が合流され、AD変換回路132に入力される。AD変換回路132は、実施形態1に係るAD変換器130のAD変換回路と同じである。AD変換回路132はコンパレータ133とカウンタ134とを有する。アナログ回路231の各スイッチの符号は、アナログ回路131におけるそれぞれ対応するスイッチの符号と同一である。アナログ回路281の各スイッチの符号は、アナログ回路131におけるそれぞれ対応するスイッチの符号の最後の1の文字を2に変えたものである。アナログ回路231、281の各コンデンサの符号は、アナログ回路131におけるそれぞれ対応するコンデンサの符号の末尾に、それぞれ、1、2の文字を付加したものである。
The
(AD変換器230の動作)
AD変換器230は、画素出力信号VSIGにて順次送り込まれるそれぞれの画素120についてのリセット電位とシグナル電位とのセットを、2つのアナログ回路231、281で交互に読み出す動作を行う。また、2つのアナログ回路231、281で処理したそれぞれの画素120についての電圧信号をAD変換回路132に入力し、AD変換処理を行う。読み出し(サンプリング)処理とAD変換処理は同時並行で進行する。初めの単位H時間内に一方のアナログ回路231が第k行の画素120の読み出し処理を行い、次の単位H時間でAD変換処理を行う。もう一方のアナログ回路281では上記次の単位H時間に第k+1行の画素120の読み出し処理を行う。各スイッチのオン/オフについては、この2単位H時間が一周期となる。以下の説明では、一画素分の処理について2単位H時間に渡って説明を行うとともに、各スイッチのオン/オフについては、すべてのスイッチについて動作を説明する。
(Operation of AD converter 230)
The
期間T11:初めに、スイッチCDS_REF_SMP2はオンであり、他のスイッチはオフである。期間の始めにスイッチCDS_REF_SMP1と、スイッチCMP_AZCLPをオンにし、期間の終わりに、スイッチCMP_AZCLPをオフにする。 Period T11: First, the switch CDS_REF_SMP2 is on and the other switches are off. At the beginning of the period, the switch CDS_REF_SMP1 and the switch CMP_AZCLP are turned on, and at the end of the period, the switch CMP_AZCLP is turned off.
期間T12(リセット電位のサンプリング期間):AD変換器230は、期間T12を第k行の画素120がリセット電位VSIG(RST)を画素出力信号VSIGとして出力している期間に適合させるように動作する。期間の始めにスイッチRST_SMP1をオンにし、期間の終わりに、オフにする。また、期間の始めにスイッチSIG_SMP1とスイッチACDS_EN1とをオンにし、すぐさまオフにする。スイッチRST_SMP1、スイッチSIG_SMP1、スイッチACDS_EN1をごく短期間全てオンにすることで、コンデンサCS1とコンデンサCR1の接続部にリセット電位VSIG(RST)を印加する。これにより先の信号の大小に係わらずコンデンサCS1とコンデンサCR1の状態を一定にする初期化を行う。期間T12は、コンデンサCR1にリセット電位をサンプリングする期間である(実施形態1における期間T3と同様)。また、期間の始めにスイッチCMP_CNCT2をオンにし、期間の終わりまでにスイッチCDS_REF_SMP2とともにオフにする。その際、CMP_AZCLPをオンにする。
Period T12 (sampling period of reset potential): The
期間T13(シグナル電位のサンプリング期間):AD変換器230は、期間T13を画素120がシグナル電位VSIG(SIG)を画素出力信号VSIGとして出力している期間に適合させるように動作する。期間の始めにスイッチCMP_AZCLPをオフにし、スイッチSIG_SMP1をオンにする。コンデンサCS1にシグナル電位をサンプリングする期間である(期間T4と同様)。期間の終わりにスイッチSIG_SMP1をオフにする。また、期間の始めにスイッチCMP_AZCLPをオフにしたら、スイッチACDS_EN2、CMP_CNCT2をオンにし、期間の終わりにオフにする。
Period T13 (sampling period of signal potential): The
以上期間T11〜T13で初めの単位H時間が終了し、第k行の画素120からの読み出しが完了する。次の単位H時間でのスイッチのオン/オフ動作は、初めの単位H時間(T11〜T13)におけるスイッチのオン/オフ動作をアナログ回路231、281相互に入れ替えたものになる。 The first unit H time ends in the periods T11 to T13, and the reading from the pixels 120 in the k-th row is completed. The on / off operation of the switch in the next unit H time is the one in which the on / off operation of the switch in the first unit H time (T11 to T13) is replaced by the analog circuits 231 and 281.
期間T21(オートゼロ期間):期間の始めにスイッチCDS_REF_SMP2と、スイッチCMP_AZCLPをオンにし、期間の終わりに、スイッチCMP_AZCLPをオフにする。期間中クリップ電圧VAZCLIPがコンパレータ133の入力に印加されオートゼロされる(期間T1と同様)。
Period T21 (auto-zero period): The switches CDS_REF_SMP2 and the switch CMP_AZCLP are turned on at the beginning of the period, and the switch CMP_AZCLP is turned off at the end of the period. During the period, the clip voltage VAZCLIP is applied to the input of the
期間T22(リファレンス電位のAD変換期間):期間T22の始めにCMP_CNCT1をオンにする。スイッチCDS_REF_SMP1とスイッチCMP_CNCT1とがオンであることにより、リファレンス電位VCDS_REFがコンパレータ133に入力される。この間にAD変換回路132は、リファレンス電位VCDS_REFのAD変換を行う(期間T2と同様)。期間の終わりまでにCMP_CNCT1とスイッチCDS_REF_SMP1をオフにする。その際、CMP_AZCLPをオンにする。するとクリップ電圧VAZCLIPがコンパレータ133の入力に印加されオートゼロされる。また、AD変換器230は、期間T22を画素120がリセット電位VSIG(RST)を画素出力信号VSIGとして出力している期間に適合させるように動作する。期間の始めにスイッチRST_SMP2をオンにし、終わりにオフにする。また、期間の始めにスイッチSIG_SMP2とスイッチACDS_EN2とをオンにし、すぐさまオフにする。
Period T22 (AD conversion period of reference potential): At the beginning of the period T22, the CMP_CCNT1 is turned on. When the switches CDS_REF_SMP1 and the switch CMP_CCNT1 are on, the reference potential VCDS_REF is input to the
期間T23(電位の合成操作と合成電位のAD変換期間):期間の始めにスイッチCMP_AZCLPをオフにしオートゼロを終了する。それからスイッチACDS_EN1、CMP_CNCT1をオンにするとコンデンサCR1とコンデンサCS1に保持された電圧の合成が行われる(期間T5と同様)。さらに合成電位VCがコンパレータ133に供給されてAD変換を行う(期間T6と同様)。期間の終わりにスイッチACDS_EN1、CMP_CNCT1をオフにする。また、AD変換器230は、期間T23を画素120がシグナル電位VSIG(SIG)を画素出力信号VSIGとして出力している期間に適合させるように動作する。期間の始めにスイッチSIG_SMP2をオンにし、終わりにオフにする。
Period T23 (combination operation of potential and AD conversion period of combined potential): At the beginning of the period, the switch CMP_AZCLP is turned off to end the auto-zero. Then, when the switches ACDS_EN1 and CMP_CCNT1 are turned on, the voltages held in the capacitors CR1 and CS1 are combined (similar to the period T5). Further, the combined potential VC is supplied to the
以上期間T21〜T23で次の単位H時間が終了し、2回のAD変換が完了した。初めの単位H時間(T11〜T13)におけるスイッチのオン/オフ動作を、次の単位H時間(T21〜T23)では、アナログ回路231、281相互に入れ替えたものである。よってアナログ回路281は、期間T21〜T23の間に、第k+1行の画素120についての処理を開始し、読み出し動作を完了している。 In the above periods T21 to T23, the next unit H time ends, and two AD conversions are completed. The on / off operation of the switch in the first unit H time (T11 to T13) is replaced by the analog circuits 231 and 281 in the next unit H time (T21 to T23). Therefore, the analog circuit 281 starts the process for the pixels 120 in the (k + 1) th row during the periods T21 to T23, and completes the reading operation.
(実施形態2の効果)
以上の期間T11〜T23での動作により、画素出力信号に対して実施形態1と同じ処理が遂行される。よって、実施形態2においても画素ばらつき及びカラムばらつきがキャンセルされた出力信号を得ることができる。また、AD変換に要する期間も短く処理能力を向上できる。処理能力を感度向上に振り向ければ、高感度化も可能である。また飽和か少なく高諧調化が可能である。
(Effect of Embodiment 2)
By the operations in the above periods T11 to T23, the same processing as that in the first embodiment is performed on the pixel output signal. Therefore, also in the second embodiment, it is possible to obtain an output signal in which the pixel variation and the column variation are canceled. Further, the period required for AD conversion is short, and the processing capability can be improved. Higher sensitivity can be achieved by allocating processing power to sensitivity improvement. In addition, high gradation can be achieved with little saturation.
さらに、実施形態2に係るAD変換器230によれば、アナログ回路231、281を複数備えていることによって、画素120からの読み出しとAD変換とが同時並行で実行される。従って、AD変換の処理能力をさらに大幅に向上させることができる。
Furthermore, according to the
また、AD変換器230を用いた固体撮像装置では、画素ばらつき及びカラムばらつきが低減された高画質の撮影映像を得ることができる。さらには、大幅に高フレームレート化された撮影映像を得ることもできる。また、より高感度、より高諧調化された高品位の撮影映像を得ることができる。
Further, in the solid-state imaging device using the
〔実施形態3〕
本発明の実施形態3について、以下に説明する。
[Embodiment 3]
(AD変換器330の構成)
図8は、実施形態3に係るAD変換器330の構成を示す概略回路図である。
(Configuration of AD converter 330)
FIG. 8 is a schematic circuit diagram illustrating a configuration of the
AD変換器330は、実施形態2に係るAD変換器230と同様の回路を単位AD変換器330a、330bとして備えるものである。実施形態3に係る固体撮像装置では、AD変換器330が2列に跨って設けられている。単位AD変換器330aはアナログ回路331a、381aとAD変換回路332aを備え、AD変換回路332aはコンパレータ333aとカウンタ334aを有する。単位AD変換器330bはアナログ回路331b、381bとAD変換回路332bを備え、AD変換回路332bはコンパレータ333bとカウンタ334bを有する。単位AD変換器330a、330bのスイッチの符号は、AD変換器230での対応する各スイッチの符号に、それぞれ最後に_A、_Bを付加したものである。また、単位AD変換器330a、330bのコンデンサの符号は、AD変換器230での対応する各コンデンサの符号に、それぞれ最後にa、bを付加したものである。
The
ただしAD変換器230と異なる点として、単位AD変換器330aにおいては、コンデンサCS1aのグラウンド側の端子が2分岐されている。分岐の一方がスイッチCB_ASE_EN1を介してグラウンドされる。もう一方がスイッチHB_INNING_EN1を介して単位AD変換器330bのコンデンサCR1bの出力側の端子に接続されている。またコンデンサCS2aについても同様である。コンデンサCS2aのグラウンド側の端子からの分岐の一方がスイッチCB_ASE_EN2を介してグラウンドされる。もう一方がスイッチHB_INNING_EN2を介して単位AD変換器330bのコンデンサCR2bの出力側の端子に接続されている。
However, as a point different from the
(AD変換器330の動作)
通常動作モード:単位AD変換器330a、330bは、それぞれが実施形態2のAD変換器230と全く同様に動作し得る。通常動作モードでは、スイッチCB_ASE_EN1、CB_ASE_EN2が常時オンであり、スイッチHB_INNING_EN1、HB_INNING_EN2が常時オフである。よって単位AD変換器330a、330bは切り離されて、それぞれが回路構成上実施形態2のAD変換器230と同じである。単位AD変換器330aは第n列のカラムAD変換を実行し、単位AD変換器330bは第n+1列のカラムAD変換を実行する。
(Operation of AD converter 330)
Normal operation mode: Each of the unit AD converters 330a and 330b can operate exactly the same as the
水平加算動作モード:また単位AD変換器330a、330bは、連携して、水平加算動作を実行し得る。この動作モードについて、以下に詳細に説明する。 Horizontal addition operation mode: Also, the unit AD converters 330a and 330b can execute the horizontal addition operation in cooperation with each other. This operation mode will be described in detail below.
水平加算動作モードにおいては、単位AD変換器330bのAD変換回路332bは動作しない。AD変換回路332bへの入力のスイッチCMP_CNCT1_B、CMP_CNCT2_Bは常時オフである。よって、このときAD変換器330を備えた実施形態3に係る固体撮像装置における列数は、通常動作モード時の半分になる。
In the horizontal addition operation mode, the
水平加算動作モードにおいても通常は、スイッチCB_ASE_EN1、CB_ASE_EN2はオンであり、スイッチHB_INNING_EN1、HB_INNING_EN2はオフである。これにより、単位AD変換器330a、330bのアナログ回路331a、381a、331b、381bは、通常それぞれ実施形態2のAD変換器230と同様に動作する。
Also in the horizontal addition operation mode, normally, the switches CB_ASE_EN1 and CB_ASE_EN2 are on, and the switches HB_INNING_EN1 and HB_INNING_EN2 are off. Thus, the
ただし、実施形態2の期間T23におけるコンデンサに保持された電位差の合成操作について動作が異なる。AD変換器330においては、コンデンサCR1a、CS1a、CR1b、CS1bに保持された電位差が合成される。合成操作時のスイッチのオン/オフの状態を図9に示す。この期間において、図9に示すように、スイッチACDS_EN1_A、ACDS_EN1_Bがオンするのに合わせて、単位AD変換器330aにおけるスイッチCB_ASE_EN1_Aをオフとし、スイッチHB_INNING_EN1をオンとする。すると、コンデンサCR1a、CS1a、CR1b、CS1bが直列接続される。この操作によって、コンデンサCR1a、CS1a、CR1b、CS1bに保持された電位差が合成されてAD変換回路332aに入力される。また、期間T13においても同様にコンデンサCR2a、CS2a、CR2b、CS2bに保持された電位差の合成操作を行う。アナログ回路331a、331bでそれぞれ受信した第n列目、第n+1列目の画素の信号が加算されてAD変換されるため、出力電圧は実施形態2と比較して約2倍となる。
However, the operation differs in the operation of synthesizing the potential difference held in the capacitor during the period T23 in the second embodiment. In the
(実施形態3の効果)
以上の動作により、単位AD変換器330a、330bは、通常動作モードにおいて、それぞれ実施形態2のAD変換器230と回路構成が実質同じであり、各列において同様の処理が画素出力信号VSIGに対して遂行される。よって、AD変換器330においても実施形態2のAD変換器230と同様の効果を得ることができる。また、AD変換器330を用いた実施形態3に係る固体撮像装置においても、実施形態2の固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。
(Effect of Embodiment 3)
With the above operation, the unit AD converters 330a and 330b have substantially the same circuit configuration as the
さらに、AD変換器330は、水平加算動作モードにおいて、複数の列の画素からの信号を加算して出力することができ、感度を大幅に向上させることもできる。よって、実施形態3に係る固体撮像装置では、大幅に高感度化した撮影映像を得ることができる。
Further, in the horizontal addition operation mode, the
また、実施形態3に係る固体撮像装置及びAD変換器330では、このように通常動作モードと水平加算動作モードとを切り替えることができる。
Further, in the solid-state imaging device and the
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
[Appendix]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
1 固体撮像装置
110 垂直走査回路
111 行選択信号線
112 読出信号線
120 画素
130、230、330 AD変換器
131、231、281、331a、331b、381a、381b アナログ回路
132、332a、332b AD変換回路
133、333a、333b コンパレータ
134、334a、224b カウンタ
140 水平走査回路
141 列選択信号線
142 メモリ
143 水平出力線
330a、330b 単位AD変換器
CR、CR1、CR1a、CR1b、CR2、CR2a、CR2b コンデンサ(第1のコンデンサ)
CS、CS1、CS1a、CS1b、CS2、CS2a、CS2b コンデンサ(第2のコンデンサ)
DESCRIPTION OF
CS, CS1, CS1a, CS1b, CS2, CS2a, CS2b Capacitor (second capacitor)
Claims (9)
リファレンス電位を基準とした、前記リセット電位と前記シグナル電位との差分である合成電位を出力するアナログ回路と、
前記合成電位と前記リファレンス電位とが入力されるAD変換回路とを備え、
前記AD変換回路は、前記合成電位と前記リファレンス電位との差分をデジタル出力することを特徴とするAD変換器。 An AD converter that receives a reset potential and a signal potential from a plurality of pixels and performs column AD conversion,
An analog circuit that outputs a composite potential that is a difference between the reset potential and the signal potential with reference to a reference potential,
An AD conversion circuit to which the combined potential and the reference potential are input,
The A / D converter, wherein the A / D conversion circuit digitally outputs a difference between the combined potential and the reference potential.
請求項1に記載のAD変換器。 The AD conversion circuit is a single slope type AD conversion circuit,
The AD converter according to claim 1.
リファレンス電位を基準とした、前記リセット電位と前記シグナル電位との差分である合成電位を出力できるアナログ回路と、
前記合成電位と前記リファレンス電位とが入力できるAD変換回路とを備え、
前記合成電位と前記リファレンス電位との差分をデジタル出力することができる単位AD変換器、を複数有し、
前記単位AD変換器の前記合成電位に、他の前記単位AD変換器の前記合成電位を加算した電位を、前記AD変換回路に入力することができることを特徴とするAD変換器。 A unit AD converter capable of receiving a reset potential and a signal potential from a plurality of pixels and performing column AD conversion,
An analog circuit that can output a composite potential that is a difference between the reset potential and the signal potential with reference to a reference potential,
An AD conversion circuit capable of inputting the composite potential and the reference potential,
A plurality of unit AD converters that can digitally output a difference between the combined potential and the reference potential,
An A / D converter characterized in that a potential obtained by adding the combined potential of another unit A / D converter to the combined potential of the unit A / D converter can be input to the A / D conversion circuit.
請求項4に記載のAD変換器。 The unit AD converter includes a plurality of the analog circuits,
The AD converter according to claim 4.
請求項3から5のいずれか1項に記載のAD変換器。 The AD conversion circuit is a single slope type AD conversion circuit,
The AD converter according to claim 3.
リファレンス電位と前記リセット電位との電位差を保持する第1のコンデンサと、
前記シグナル電位を保持する第2のコンデンサと、を備え、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとが直列接続されることにより、前記アナログ回路が前記合成電位を出力することを特徴とする、
請求項1から5のいずれか1項に記載のAD変換器。 The analog circuit includes:
A first capacitor for holding a potential difference between a reference potential and the reset potential;
A second capacitor for holding the signal potential,
The analog circuit outputs the composite potential by connecting the first capacitor and the second capacitor in series,
The A / D converter according to claim 1.
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