JP3836248B2 - Analog / digital converter - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばCCD(電荷結合形撮像素子)を用いたディジタルスチ−ルカメラやビデオカメラなどから時分割で交互に出力される基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との差分を有効デ−タとして取り出し、その有効デ−タである電圧信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(アナログ/ディジタル変換器)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
CCDは素子間にばらつきがあるため、画素レベルの電圧信号の他に基準レベルの電圧信号を出力し、両者のレベル差を有効デ−タとしている。具体的には図6に示すように基準レベルの電圧信号と画素レベルの電圧信号とを交互に出力している。図7はディジタルスチ−ルカメラやビデオカメラといったCCDカメラの信号処理のためのブロック図を示し、レンズ11からCCDイメ−ジセンサ12に取り込まれた画像は、ここでアナログ電圧信号に変換され、この電圧信号は前処理回路13にて前処理された後、A/D変換器14を通ってディジタル処理部15で処理される。
【0003】
図8はこのブロック図を具体化した回路図であり、前処理回路13では、相関二重サンプリング(CDS;Correlated Double Sample)を行っている。相関二重サンプリングとは、時間をずらして信号のサンプリングを2回行って夫々をホ−ルドする処理である。この回路ではサンプルホ−ルド部16a、16bにより基準レベル及び画素レベルの電圧信号が順次サンプリングしてホ−ルドされ、加算器17にてその差分を取り出し、ラダ−回路18の各抵抗成分から基準電圧を取り込んでいるコンパレ−タ19−1、19−2……19−mに前記差分の電圧を入力し、その出力に基づいてエンコ−ダ10にてディジタル信号が出力される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところでCCDカメラに使用されるA/D変換器の出力ビット数は一般に10ビット以上であるため、加算器として使用する差動アンプはバイポ−ラトランジスタにより構成したものが用いられる。その理由は、CMOSアンプはオフセット誤差が大きく入力に対する出力のリニアリティが高くないため、10ビット以上もの分解能を持たせることができないからである。一方A/D変換器にはCMOSアンプを用いているため、前処理回路とA/D変換器とを同一のチップに搭載することができず、別々に製造しなければならなかった。この結果製造プロセスの簡素化及び製造コストの低廉化が阻まれる一因となっていた。
【0005】
また基準レベル及び画素レベルの電圧信号を各々共通のA/Dコンバ−タに入力し、その出力を後から引き算して有効デ−タを取り出す手法も考えられるが、この場合には精度がA/D変換器のステップレベルの差で決まってしまうので高い精度が得られない。
【0006】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的とするところは、例えばCCDカメラのように相関二重サンプリングを行った2個の信号のレベル差に対応するディジタル信号を得るA/D変換器において、製造プロセスが簡素化され、コストを低く抑えることのできる技術を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のアナログ/ディジタル変換器は、基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号とを交互に取り込み、連続するこれら電圧信号のレベル差を有効デ−タとし、この有効デ−タをディジタルコ−ド信号に変換するアナログ/ディジタル変換器において、
前記ディジタルコ−ド信号の各値に夫々対応する参照電圧を発生させる参照電圧発生部と、
前記基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との少なくとも一方をサンプリングして保持するサンプル保持部と、
前記各参照電圧に夫々対応して設けられ、演算増幅器と、この演算増幅器の正転入力端と反転入力端との間、及び反転入力端と正転出力端との間を開閉する入出力間スイッチと、前記演算増幅器の正転入力端及び反転入力端に夫々一端側が接続された第1の容量成分及び第2の容量成分と、これら容量成分の他端側に接続された充電制御用のスイッチ群と、を含む複数の差動チョッパ比較器と、
各差動チョッパ比較器の入力側に共通の設定電圧を供給するための設定電圧源と、
各差動チョッパ比較器の比較結果が入力され、これら比較結果に対応するディジタルコ−ド信号を出力するエンコ−ダと、を備え、
前記入出力間スイッチを閉状態としておくと共に前記充電制御用のスイッチ群の開閉を制御して、基準レベルの電圧信号及びデ−タレベルの電圧信号のうちの一方と前記サンプル保持部にて保持された他方とにより、夫々第1の容量成分及び第2の容量成分の一方及び他方を充電し、
次いで前記入出力間スイッチを開状態としておくと共に前記充電制御用のスイッチ群の開閉を制御して、各参照電圧の印加点を、対応する差動チョッパ比較器の第1の容量成分及び第2の容量成分の一方に、また前記設定電圧源を第1の容量成分及び第2の容量成分の他方に夫々接続し、
こうして基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との差に応じた比較結果を各差動チョッパ比較器から得ることを特徴とする。
【0008】
他の発明のアナログ/ディジタル変換器は、差動差動チョッパ比較器を用いる構成は上記発明の同じであるが、サンプル保持部を用いない構成とし、
入出力間スイッチを閉状態として、基準レベルの電圧信号及びデ−タレベルの電圧信号の一方と参照電圧及び設定電圧の一方とにより、第1の容量成分及び第2の容量成分の一方及び他方を夫々充電するように前記充電制御用のスイッチ群の開閉を制御し、
次いで入出力間スイッチを開状態としておき、基準レベルの電圧信号及びデ−タレベルの電圧信号の他方と参照電圧及び設定電圧の他方とを、第1の容量成分及び第2の容量成分の他方及び一方に入力し、
こうして基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との差に応じた比較結果を各差動チョッパ比較器から得ることを特徴とする。
【0009】
上記発明において、設定電圧源は例えばグランドであり、また基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号とは、例えば電荷結合形撮像素子イメ−ジセンサから出力される基準レベル及び画素レベルの信号である。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明のA/D変換器に係る実施の形態を図1に示す。図中2は抵抗ラダー回路であり、一端及び他端が夫々高位電源及び低位電源に接続されている。この抵抗ラダー回路2は参照電圧を発生させるための複数の分圧用の抵抗成分Rが直列に接続されて構成され、A/D変換器がnビットのディジタルコード信号を得るものであれば、ディジタルコード信号の各値に夫々対応する参照電圧を取り出すための2n (=m)個の分圧点が選択できるようになっている。この例では抵抗ラダー回路2及び高位電源及び低位電源が参照電圧発生部に相当する。
【0011】
前記参照電圧に夫々対応して2n 個の差動チョッパ比較器である差動チョッパコンパレータ3(3−1〜3−m)が設けられている。この差動チョッパコンパレータ3について図2を参照しながら説明する。31は演算増幅器であり、正転入力端と反転出力端との間、及び反転入力端と正転出力端との間には、夫々スイッチS2及びS5が設けられている。演算増幅器31の正転入力端及び反転入力端には夫々第1の容量成分C1及び第2の容量成分C2の一端が接続されている。容量成分C1の他端は、スイッチS1を介して、CCDイメージセンサ12の出力信号が送られる信号線12aに接続されており、容量成分C2の他端はスイッチS4及びサンプルホールド回路41を介して前記信号線12aに接続されている。また容量成分C1の他端はスイッチS3を介して前記抵抗ラダー回路2の分圧点に、容量成分C2の他端はスイッチS6を介してグランドGに接続されている。なお前記スイッチS2、S5は特許請求の範囲でいう入出力間スイッチに、スイッチS1、S3、S4、S6は特許請求の範囲でいう充電制御用のスイッチ群に、サンプルホールド回路41は特許請求の範囲でいうサンプル保持部に夫々相当する。
【0012】
差動チョッパコンパレータ3の出力側にはエンコーダ(符号器)5が接続されており、例えば論理「H」が出力された差動チョッパコンパレータ3の段数に対応するディジタル信号がエンコーダ5から出力される。
【0013】
次にこの実施の形態の動作について説明する。図3はCCD12の出力信号と、差動チョッパコンパレータ3の各スイッチS1〜S6の状態とを対応付けて示すタイミングチャートである。
【0014】
この例では、基準レベルの電圧信号と画素レベルの電圧信号とが交互にCCDイメージセンサ12から出力されているとすると、先ず早い方の信号つまり基準レベルの電圧信号をサンプルホールド回路41によりサンプリングして保持する。このタイミングを図3にてA1を付した丸印で示す。そして前記基準レベルの電圧信号に続いて画素レベルの電圧信号が信号路12aに現われるタイミングでスイッチS1、S2、S4、S5を閉状態にすると共にスイッチS3、S6を開状態とする。これによって信号路12aに現われた画素レベルの電圧信号をスイッチS1を通じて容量成分C1に導いて当該容量成分C1を充電すると共に、既にサンプルホールド回路41に保持されている基準レベルの電圧信号により容量成分C2を充電する。なお図3中A2を付した丸印は、画素レベルの電圧信号により容量成分C1を充電するタイミングを模式的に示したものである。このとき差動チョッパコンパレータ3のオートゼロ電圧(差動チョッパコンパレータ3のしきい値vt)をVbとし、画素レベルの電圧及び基準レベルの電圧を夫々Vin1 及びVin2 とすると、容量成分C1に充電される電荷Q1及び容量成分C2に充電される電荷Q2は夫々(1)式及び(2)式で表わされる。
【0015】
ただし容量成分の符号C1、C2は便宜上容量値も兼用しているのものとする。
Q1=(Vin1 −Vb)C1…(1)
Q2=(Vin2 −Vb)C2…(2)
その後、例えば次の基準レベルの電圧信号が信号路12aに現われるタイミングでスイッチS1、S2、S4、S5を開状態にし、かつスイッチS3、S6を閉状態にして、参照電圧の印加点つまり抵抗ラダー回路2の分圧点を第1の容量成分C1の他端に接続すると共に、設定電圧源であるグランドGを第2の容量成分C2の他端に接続する。またこのとき演算増幅器31の正転入力端と反転出力端との間、及び反転入力端と正転出力端との間が開かれ、演算増幅器31において比較処理が行われる。
【0016】
この状態における演算増幅器31の正転入力端に入力される入力電圧V1は(3)式で、また反転入力端に入力される入力電圧V2は(4)で夫々表わされる。なおVRef参照電圧である。
【0017】
V1=VRef−Q1/C1=VRef−Vin1 +Vb …(3)
V2=0−Q2/C2=−Vin2 +Vb …(4)
従ってV1とV2との誤差ΔV(=V1−V2)は(5)式で表わされる。
【0018】
ΔV=V1−V2=VRef−(Vin1 −Vin2 ) …(5)
この結果例えば演算増幅器31の正転出力端及び反転出力端の一方例えば正転出力端を差動チョッパコンパレータ3の出力端とすると(この場合反転出力端は浮遊している状態である)、画素レベルの電圧信号と基準レベルの電圧信号とのレベル差(Vin1 −Vin2 )がVRefよりも大きければ比較結果は論理「1」となり、VRefよりも小さければ論理「0」となる。こうして前記レベル差(Vin1 −Vin2 )に応じて、論理「1」を出力する差動チョッパコンパレータ3の段数が決定されるので、それに対応するディジタルコード信号がエンコーダ5から出力される。
【0019】
上述実施の形態によれば、A/D変換器の比較器として差動チョッパコンパレータ3を用いているので、相関二重サンプリングの機能つまり画素レベルの電圧信号及び基準レベルの電圧信号のうちの一方と他方とを順次サンプリングして同時に保持する機能をA/D変換器の中に取り込むことができる。このため従来両レベルの差を求めるためにバイポーラトランジスタで構成せざるをえなかった加算器を使用せずに済み、そして差動チョッパコンパレータ3の演算増幅器31は各スイッチやエンコーダなどと同様にCMOS回路により構成することができる。従って製造工程が簡素化されると共にA/D変換器を1チップで構成することができ、コストの低減、小型化を図ることができ、CCDカメラのコストを低く抑えることができる。またCCDイメージセンサ12からの出力がA/D変換器の入力となるのでA/D変換器本来の性能が得られ、加算器のアンプによる入力信号の劣化という問題もない。
【0020】
以上においてサンプルホールド回路41は、上述のようにスイッチS4側に設ける代りにスイッチS1側に設け、CCDイメージセンサ12からははじめに画素レベルの電圧信号を、次いで基準レベルの電圧信号を夫々出力するようにしてもよく、この場合には早い方の信号である画素レベルの電圧信号がサンプルホールド回路41に保持されることになると共に、図3に示すスイッチS1〜S6のシーケンスは反転したものとなる。なお本発明は、スイッチS1、S4側の一方にサンプルホールド回路41を設ければよいが、両側に設けた構成においても未発明の範囲に含まれる。
【0021】
ここで前記スイッチS6を通じて容量成分C2の他端に印加される設定電圧源の設定電圧は上述の例ではグランドを用いているので0ボルトであるが、これに限らず所定の電圧であってもよい。また上述の実施の形態とは逆に、第1の容量成分C1及び第2の容量成分C2を夫々基準レベルの電圧信号及び画素レベルの電圧信号で充電するようにしてもよく、この場合例えばCCDイメージセンサ12の出力をインバータにより反転させるようにすれば同様の結果となる。更にまた第1の容量成分C1側にスイッチS3を介してグランドを接続し、第2の容量成分C2側にスイッチS6を介して抵抗ラダー回路2の分圧点を接続するようにしてもよい。
【0022】
次に本発明の他の実施の形態について図4及び図5を参照しながら説明する。この実施の形態が先の実施の形態と異なる点は、サンプルホールド回路41、42を用いていない点、第1の容量成分C1の他端をスイッチS3を介して信号線12aに接続している点、第2の容量成分C2の他端をスイッチS4を介して抵抗ラダー回路2の分圧点に接続している点である。
【0023】
この実施の形態では、先ず画素レベルの電圧信号が出力されているときにスイッチS1、S2を閉状態とし、次いで例えば基準レベルの電圧信号が出力されているときにスイッチS4、S5を閉状態とする。容量成分C1、C2に夫々充電される電荷Q1、Q2は(6)、(7)式で表わされる。
【0024】
Q1=(Vin1 −Vb)C1 …(6)
Q2=(VRef−Vb)C1 …(7)
そしてまだ前記基準レベルの電圧信号が出力されている間にスイッチS3、S6を閉状態に、その他のスイッチS1、S2、S4、S5を開状態にすると、演算増幅器31の正転入力端及び反転入力端の入力電圧V1、V2は夫々(8)、(9)式で表わされる。
【0025】
V1=Vin2 −Q1/C1=Vin2 −Vin1 +Vb …(8)
V2=0−Q2/C2=−VRef+Vb …(9)
従ってΔV(=V1−V2)は(10)式で表わされる。
【0026】
ΔV=VRef−(Vin1 −Vin2 ) …(10)
この式からも分かるように、先の実施の形態と同様に差動チョッパコンパレータ3から(Vin1 −Vin2 )とVRefとの大小に応じた論理出力(比較結果)が得られ、やはり加算器を用いずに画素レベルと基準レベルとのレベル差に応じたディジタルコード出力が得られる。なおこの実施の形態においてVin1 及びVin2 を第2の容量成分C2側へ入力し、VRef及びグランドの0Vを第1の容量成分C1側へ入力するようにしてもよい。
【0027】
図2の構成と図4の構成とを比べた場合、前者の場合差動チョッパコンパレータ3のゲインがほとんどない領域でも正常な動作を行える点で優れている。
【0028】
以上において本発明は基準レベルの電圧信号とデータレベルの電圧信号とを交互に取り込み、そのレベル差を有効データとするものであれば適用でき、CCDイメージセンサからの出力信号を処理することに限定されるものではない。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、基準レベルの電圧信号及びデータレベルの電圧信号の一方と他方とを交互に取り込んでそのレベル差に対応するディジタルコード信号を得るにあたって、A/D変換器の比較器として差動チョッパコンパレータを用いているので加算器が不要になり、従ってA/D変換器の中にバイポーラトランジスタとCMOS回路とを混在させずにCMOS回路で統一できるので製造工程が簡素化され、また1チップで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態の要部を示す回路図である。
【図3】本発明の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の他の実施の形態の要部を示す回路図である。
【図5】本発明の他の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。
【図6】CCDイメージセンサから出力されるビデオ信号を示す波形図である。
【図7】CCDを用いたカメラの一般的な構成を示すブロック図である。
【図8】CCDを用いたカメラの要部を示す回路図である。
【符号の説明】
12 CCDイメージセンサ
12a 信号線
3(3−1〜3−m)差動チョッパコンパレータ
31 演算増幅器
S1、S3、S4、S6 充電制御用のスイッチ
S2、S5 入出力間スイッチ
C1、C2 容量成分
41 サンプルホールド回路
5 エンコーダ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention effectively uses the difference between a reference level voltage signal and a data level voltage signal that are alternately output in a time-division manner, for example, from a digital still camera or video camera using a CCD (Charge Coupled Image Sensor). The present invention relates to an A / D converter (analog / digital converter) which takes out as data and converts a voltage signal which is the effective data into a digital signal.
[0002]
[Prior art]
Since CCDs vary among elements, a reference level voltage signal is output in addition to a pixel level voltage signal, and the level difference between the two is used as effective data. Specifically, as shown in FIG. 6, a reference level voltage signal and a pixel level voltage signal are alternately output. FIG. 7 shows a block diagram for signal processing of a CCD camera such as a digital still camera or a video camera. An image captured from the lens 11 to the CCD image sensor 12 is converted into an analog voltage signal, and this voltage is shown in FIG. The signal is preprocessed by the preprocessing circuit 13 and then processed by the digital processing unit 15 through the A / D converter 14.
[0003]
FIG. 8 is a circuit diagram embodying this block diagram, and the preprocessing circuit 13 performs correlated double sampling (CDS). Correlated double sampling is a process of holding each signal by sampling the signal twice at different times. In this circuit, the voltage signals of the reference level and the pixel level are sequentially sampled and held by the sample hold units 16a and 16b, the difference is taken out by the adder 17, and the reference component is obtained from each resistance component of the ladder circuit 18. The differential voltage is input to the comparators 19-1, 19-2,... 19-m that take in the voltage, and the encoder 10 outputs a digital signal based on the output.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the number of output bits of an A / D converter used in a CCD camera is generally 10 bits or more, a differential amplifier used as an adder is composed of a bipolar transistor. This is because the CMOS amplifier has a large offset error and does not have a high output linearity with respect to the input, and therefore cannot have a resolution of 10 bits or more. On the other hand, since a CMOS amplifier is used for the A / D converter, the preprocessing circuit and the A / D converter cannot be mounted on the same chip, and must be manufactured separately. As a result, the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost is reduced.
[0005]
A method of inputting the reference level and pixel level voltage signals to a common A / D converter and subtracting the output later to extract valid data is also conceivable. Since it is determined by the difference in the step level of the / D converter, high accuracy cannot be obtained.
[0006]
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a digital signal corresponding to a level difference between two signals subjected to correlated double sampling such as a CCD camera. In the obtained A / D converter, a manufacturing process is simplified, and a technique capable of keeping costs low is provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The analog / digital converter of the present invention alternately takes in the voltage signal of the reference level and the voltage signal of the data level, makes the level difference between the continuous voltage signals effective data, and converts this effective data into digital data. In an analog / digital converter that converts to a code signal,
A reference voltage generator for generating a reference voltage corresponding to each value of the digital code signal;
A sample holding unit for sampling and holding at least one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal;
Provided in correspondence with each of the reference voltages, and between an input / output that opens and closes an operational amplifier, between the normal input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier, and between the inverting input terminal and the normal output terminal A switch, a first capacitance component and a second capacitance component, one end of which is connected to the normal rotation input end and the inverting input end of the operational amplifier, respectively, and a charge control connected to the other end of these capacitance components A plurality of differential chopper comparators including a switch group;
A setting voltage source for supplying a common setting voltage to the input side of each differential chopper comparator;
An encoder for inputting a comparison result of each differential chopper comparator and outputting a digital code signal corresponding to the comparison result;
The switch between the input and output is closed and the opening and closing of the switch group for charge control is controlled, and is held in one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal and the sample holding unit. And charging one and the other of the first capacitive component and the second capacitive component, respectively,
Next, the switch between the input and output is opened, and the opening and closing of the switch group for charging control is controlled, so that the application point of each reference voltage is determined by the first capacitance component and the second capacitance of the corresponding differential chopper comparator. And the set voltage source is connected to the other one of the first capacitance component and the second capacitance component, respectively.
Thus, a comparison result corresponding to the difference between the reference level voltage signal and the data level voltage signal is obtained from each differential chopper comparator.
[0008]
The analog / digital converter according to another invention has the same configuration as that of the above-described invention except that a differential differential chopper comparator is used.
With the input / output switch closed, one or the other of the first capacitance component and the second capacitance component is set by one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal and one of the reference voltage and the set voltage. Control the opening and closing of the charging control switch group to charge each,
Next, the input / output switch is opened, and the other of the reference level voltage signal and the data level voltage signal and the other of the reference voltage and the set voltage are connected to the other of the first capacitance component and the second capacitance component, and Type in one,
Thus, a comparison result corresponding to the difference between the reference level voltage signal and the data level voltage signal is obtained from each differential chopper comparator.
[0009]
In the above invention, the set voltage source is, for example, the ground, and the reference level voltage signal and the data level voltage signal are, for example, a reference level and pixel level signal output from a charge coupled image sensor image sensor. is there.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment according to the A / D converter of the present invention is shown in FIG. In the figure, reference numeral 2 denotes a resistance ladder circuit, and one end and the other end are connected to a high level power source and a low level power source, respectively. The resistor ladder circuit 2 is configured by connecting a plurality of voltage dividing resistance components R for generating a reference voltage in series, and the A / D converter can obtain an n-bit digital code signal. 2 n (= m) voltage dividing points for extracting reference voltages corresponding to the respective values of the code signal can be selected. In this example, the resistor ladder circuit 2, the high-level power supply, and the low-level power supply correspond to the reference voltage generation unit.
[0011]
Differential chopper comparators 3 (3-1 to 3-m), which are 2 n differential chopper comparators, are provided corresponding to the reference voltages, respectively. The differential chopper comparator 3 will be described with reference to FIG. Reference numeral 31 denotes an operational amplifier, and switches S2 and S5 are provided between the normal rotation input terminal and the inverting output terminal, and between the inverting input terminal and the normal rotation output terminal, respectively. One end of the first capacitance component C1 and the second capacitance component C2 is connected to the normal rotation input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 31, respectively. The other end of the capacitive component C1 is connected to a signal line 12a through which the output signal of the CCD image sensor 12 is sent via a switch S1, and the other end of the capacitive component C2 is connected via a switch S4 and a sample hold circuit 41. It is connected to the signal line 12a. The other end of the capacitive component C1 is connected to the voltage dividing point of the resistance ladder circuit 2 via the switch S3, and the other end of the capacitive component C2 is connected to the ground G via the switch S6. The switches S2 and S5 are the input / output switches referred to in the claims, the switches S1, S3, S4, and S6 are the charge control switches referred to in the claims, and the sample hold circuit 41 is the claims. Each corresponds to a sample holding section in the range.
[0012]
An encoder (encoder) 5 is connected to the output side of the differential chopper comparator 3. For example, a digital signal corresponding to the number of stages of the differential chopper comparator 3 that outputs logic “H” is output from the encoder 5. .
[0013]
Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 3 is a timing chart showing the output signal of the CCD 12 and the states of the switches S1 to S6 of the differential chopper comparator 3 in association with each other.
[0014]
In this example, assuming that the reference level voltage signal and the pixel level voltage signal are alternately output from the CCD image sensor 12, the sample signal is first sampled by the sample hold circuit 41. Hold. This timing is indicated by a circle with A1 in FIG. The switches S1, S2, S4, and S5 are closed and the switches S3 and S6 are opened at the timing when the pixel level voltage signal appears on the signal path 12a following the reference level voltage signal. As a result, the voltage signal of the pixel level appearing on the signal path 12a is guided to the capacitive component C1 through the switch S1 to charge the capacitive component C1, and at the same time, the capacitive component is generated by the reference level voltage signal already held in the sample hold circuit 41. Charge C2. In FIG. 3, the circles marked with A2 schematically show the timing of charging the capacitive component C1 with a pixel level voltage signal. At this time, if the auto-zero voltage of the differential chopper comparator 3 (the threshold value vt of the differential chopper comparator 3) is Vb, and the pixel level voltage and the reference level voltage are Vin1 and Vin2, respectively, the capacitance component C1 is charged. The charge Q1 and the charge Q2 charged in the capacitive component C2 are expressed by the equations (1) and (2), respectively.
[0015]
However, the capacity component codes C1 and C2 also serve as capacity values for convenience.
Q1 = (Vin1−Vb) C1 (1)
Q2 = (Vin2−Vb) C2 (2)
Thereafter, for example, at the timing when the voltage signal of the next reference level appears on the signal path 12a, the switches S1, S2, S4, and S5 are opened, and the switches S3 and S6 are closed, so that the reference voltage application point, that is, the resistance ladder The voltage dividing point of the circuit 2 is connected to the other end of the first capacitance component C1, and the ground G, which is a set voltage source, is connected to the other end of the second capacitance component C2. At this time, the operational amplifier 31 is opened between the normal input terminal and the inverted output terminal and between the inverted input terminal and the normal output terminal, and the operational amplifier 31 performs comparison processing.
[0016]
In this state, the input voltage V1 inputted to the normal input terminal of the operational amplifier 31 is represented by the equation (3), and the input voltage V2 inputted to the inverting input terminal is represented by (4). It is a VRef reference voltage.
[0017]
V1 = VRef−Q1 / C1 = VRef−Vin1 + Vb (3)
V2 = 0-Q2 / C2 = -Vin2 + Vb (4)
Therefore, the error ΔV (= V1−V2) between V1 and V2 is expressed by the equation (5).
[0018]
ΔV = V1−V2 = VRef− (Vin1−Vin2) (5)
As a result, for example, when one of the normal output terminal and the inverted output terminal of the operational amplifier 31 is the output terminal of the differential chopper comparator 3, for example, the inverted output terminal is in a floating state. If the level difference (Vin1−Vin2) between the level voltage signal and the reference level voltage signal is larger than VRef, the comparison result is logic “1”, and if it is smaller than VRef, the logic is “0”. Thus, since the number of stages of the differential chopper comparator 3 that outputs logic “1” is determined according to the level difference (Vin1−Vin2), the corresponding digital code signal is output from the encoder 5.
[0019]
According to the above-described embodiment, since the differential chopper comparator 3 is used as the comparator of the A / D converter, one of the correlated double sampling function, that is, the pixel level voltage signal and the reference level voltage signal. A function of sequentially sampling and holding the other and the other can be incorporated into the A / D converter. For this reason, it is not necessary to use an adder which has conventionally been required to be composed of bipolar transistors in order to obtain the difference between the two levels, and the operational amplifier 31 of the differential chopper comparator 3 is a CMOS similar to each switch and encoder. It can be configured by a circuit. Accordingly, the manufacturing process can be simplified, and the A / D converter can be configured with one chip, the cost can be reduced and the size can be reduced, and the cost of the CCD camera can be kept low. Further, since the output from the CCD image sensor 12 becomes the input of the A / D converter, the original performance of the A / D converter can be obtained, and there is no problem of deterioration of the input signal by the amplifier of the adder.
[0020]
In the above, the sample hold circuit 41 is provided on the switch S1 side instead of being provided on the switch S4 side as described above, so that the CCD image sensor 12 first outputs a pixel level voltage signal and then a reference level voltage signal. In this case, the pixel level voltage signal which is the earlier signal is held in the sample hold circuit 41, and the sequence of the switches S1 to S6 shown in FIG. 3 is inverted. . In the present invention, the sample hold circuit 41 may be provided on one of the switches S1 and S4, but the configuration provided on both sides is also included in the uninvented range.
[0021]
Here, the set voltage of the set voltage source applied to the other end of the capacitive component C2 through the switch S6 is 0 volt because the ground is used in the above example, but the present invention is not limited to this. Good. Contrary to the above-described embodiment, the first capacitive component C1 and the second capacitive component C2 may be charged with a reference level voltage signal and a pixel level voltage signal, respectively. If the output of the image sensor 12 is inverted by an inverter, the same result is obtained. Furthermore, a ground may be connected to the first capacitive component C1 side via the switch S3, and a voltage dividing point of the resistance ladder circuit 2 may be connected to the second capacitive component C2 side via the switch S6.
[0022]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment differs from the previous embodiment in that the sample hold circuits 41 and 42 are not used, and the other end of the first capacitance component C1 is connected to the signal line 12a via the switch S3. In other words, the other end of the second capacitance component C2 is connected to the voltage dividing point of the resistance ladder circuit 2 via the switch S4.
[0023]
In this embodiment, the switches S1 and S2 are closed when the pixel level voltage signal is output, and then the switches S4 and S5 are closed when the reference level voltage signal is output. To do. Charges Q1 and Q2 charged in the capacitance components C1 and C2, respectively, are expressed by equations (6) and (7).
[0024]
Q1 = (Vin1−Vb) C1 (6)
Q2 = (VRef−Vb) C1 (7)
If the switches S3 and S6 are closed and the other switches S1, S2, S4, and S5 are opened while the voltage signal of the reference level is still output, the normal rotation input terminal and the inversion of the operational amplifier 31 are reversed. Input voltages V1 and V2 at the input end are expressed by equations (8) and (9), respectively.
[0025]
V1 = Vin2-Q1 / C1 = Vin2-Vin1 + Vb (8)
V2 = 0−Q2 / C2 = −VRef + Vb (9)
Therefore, ΔV (= V1−V2) is expressed by equation (10).
[0026]
ΔV = VRef− (Vin1−Vin2) (10)
As can be seen from this equation, a logical output (comparison result) corresponding to the magnitude of (Vin1−Vin2) and VRef is obtained from the differential chopper comparator 3 as in the previous embodiment, and an adder is also used. Instead, a digital code output corresponding to the level difference between the pixel level and the reference level is obtained. In this embodiment, Vin1 and Vin2 may be input to the second capacitance component C2 side, and VRef and ground 0V may be input to the first capacitance component C1 side.
[0027]
When the configuration of FIG. 2 is compared with the configuration of FIG. 4, the former case is excellent in that a normal operation can be performed even in a region where there is almost no gain of the differential chopper comparator 3.
[0028]
In the above, the present invention can be applied as long as the reference level voltage signal and the data level voltage signal are alternately taken and the level difference is used as effective data, and is limited to processing an output signal from the CCD image sensor. Is not to be done.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, when one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal is alternately taken to obtain a digital code signal corresponding to the level difference, the difference is used as a comparator of the A / D converter. The use of a dynamic chopper comparator eliminates the need for an adder. Accordingly, the CMOS circuit can be unified without mixing bipolar transistors and CMOS circuits in the A / D converter, thereby simplifying the manufacturing process. It can be configured with a chip.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a main part of the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart showing the operation of the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a main part of another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a time chart showing the operation of another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing a video signal output from a CCD image sensor.
FIG. 7 is a block diagram showing a general configuration of a camera using a CCD.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a main part of a camera using a CCD.
[Explanation of symbols]
12 CCD image sensor 12a Signal line 3 (3-1 to 3-m) Differential chopper comparator 31 Operational amplifiers S1, S3, S4, S6 Switches for charge control S2, S5 Input / output switches C1, C2 Capacitance component 41 samples Hold circuit 5 Encoder

Claims (4)

基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号とを交互に取り込み、連続するこれら電圧信号のレベル差を有効デ−タとし、この有効デ−タをディジタルコ−ド信号に変換するアナログ/ディジタル変換器において、
前記ディジタルコ−ド信号の各値に夫々対応する参照電圧を発生させる参照電圧発生部と、
前記基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との少なくとも一方をサンプリングして保持するサンプル保持部と、
前記各参照電圧に夫々対応して設けられ、演算増幅器と、この演算増幅器の正転入力端と反転入力端との間、及び反転入力端と正転出力端との間を開閉する入出力間スイッチと、前記演算増幅器の正転入力端及び反転入力端に夫々一端側が接続された第1の容量成分及び第2の容量成分と、これら容量成分の他端側に接続された充電制御用のスイッチ群と、を含む複数の差動チョッパ比較器と、
各差動チョッパ比較器の入力側に共通の設定電圧を供給するための設定電圧源と、
各差動チョッパ比較器の比較結果が入力され、これら比較結果に対応するディジタルコ−ド信号を出力するエンコ−ダと、を備え、
前記入出力間スイッチを閉状態としておくと共に前記充電制御用のスイッチ群の開閉を制御して、基準レベルの電圧信号及びデ−タレベルの電圧信号のうちの一方と前記サンプル保持部にて保持された他方とにより、夫々第1の容量成分及び第2の容量成分の一方及び他方を充電し、
次いで前記入出力間スイッチを開状態としておくと共に前記充電制御用のスイッチ群の開閉を制御して、各参照電圧の印加点を、対応する差動チョッパ比較器の第1の容量成分及び第2の容量成分の一方に、また前記設定電圧源を第1の容量成分及び第2の容量成分の他方に夫々接続し、
こうして基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との差に応じた比較結果を各差動チョッパ比較器から得ることを特徴とするアナログ/ディジタル変換器。
An analog / digital signal that alternately takes in a reference level voltage signal and a data level voltage signal, makes the level difference between these successive voltage signals effective data, and converts this effective data into a digital code signal. In the converter,
A reference voltage generator for generating a reference voltage corresponding to each value of the digital code signal;
A sample holding unit for sampling and holding at least one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal;
Provided in correspondence with each of the reference voltages, and between an input / output that opens and closes an operational amplifier, between the normal input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier, and between the inverting input terminal and the normal output terminal A switch, a first capacitance component and a second capacitance component, one end of which is connected to the normal rotation input end and the inverting input end of the operational amplifier, respectively, and a charge control connected to the other end of these capacitance components A plurality of differential chopper comparators including a switch group;
A setting voltage source for supplying a common setting voltage to the input side of each differential chopper comparator;
An encoder for inputting a comparison result of each differential chopper comparator and outputting a digital code signal corresponding to the comparison result;
The switch between the input and output is closed and the opening and closing of the switch group for charge control is controlled, and is held in one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal and the sample holding unit. And charging one and the other of the first capacitive component and the second capacitive component, respectively,
Next, the switch between the input and output is opened, and the opening and closing of the switch group for charging control is controlled, so that the application point of each reference voltage is determined by the first capacitance component and the second capacitance of the corresponding differential chopper comparator. And the set voltage source is connected to the other one of the first capacitance component and the second capacitance component, respectively.
An analog / digital converter characterized in that a comparison result corresponding to a difference between a reference level voltage signal and a data level voltage signal is obtained from each differential chopper comparator.
基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号とを交互に取り込み、連続するこれら電圧信号のレベル差を有効デ−タとし、この有効デ−タをディジタルコ−ド信号に変換するアナログ/ディジタル変換器において、
前記ディジタルコ−ド信号の各値に夫々対応する参照電圧を発生させる参照電圧発生部と、
前記各参照電圧に夫々対応して設けられ、演算増幅器と、この演算増幅器の正転入力端と反転入力端との間、及び反転入力端と正転出力端との間を開閉する入出力間スイッチと、前記演算増幅器の正転入力端及び反転入力端に夫々一端側が接続された第1の容量成分及び第2の容量成分と、これら容量成分の他端側に接続された充電制御用のスイッチ群と、を含む複数の差動チョッパ比較器と、
各差動チョッパ比較器の入力側に共通の設定電圧を供給するための設定電圧源と、
各差動チョッパ比較器の比較結果が入力され、これら比較結果に対応するディジタルコ−ド信号を出力するエンコ−ダと、を備え、
前記入出力間スイッチを閉状態として、基準レベルの電圧信号及びデ−タレベルの電圧信号の一方と参照電圧及び設定電圧の一方とにより、第1の容量成分及び第2の容量成分の一方及び他方を夫々充電するように前記充電制御用のスイッチ群の開閉を制御し、
次いで前記入出力間スイッチを開状態としておき、基準レベルの電圧信号及びデ−タレベルの電圧信号の他方と参照電圧及び設定電圧の他方とを、第1の容量成分及び第2の容量成分の他方及び一方に入力し、
こうして基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号との差に応じた比較結果を各差動チョッパ比較器から得ることを特徴とするアナログ/ディジタル変換器。
An analog / digital signal that alternately takes in a reference level voltage signal and a data level voltage signal, makes the level difference between these successive voltage signals effective data, and converts this effective data into a digital code signal. In the converter,
A reference voltage generator for generating a reference voltage corresponding to each value of the digital code signal;
Provided in correspondence with each of the reference voltages, and between an input / output that opens and closes an operational amplifier, between the normal input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier, and between the inverting input terminal and the normal output terminal A switch, a first capacitance component and a second capacitance component, one end of which is connected to the normal rotation input end and the inverting input end of the operational amplifier, respectively, and a charge control connected to the other end of these capacitance components A plurality of differential chopper comparators including a switch group;
A setting voltage source for supplying a common setting voltage to the input side of each differential chopper comparator;
An encoder for inputting a comparison result of each differential chopper comparator and outputting a digital code signal corresponding to the comparison result;
With the switch between input and output closed, one and the other of the first capacitance component and the second capacitance component are generated by one of the reference level voltage signal and the data level voltage signal and one of the reference voltage and the set voltage. To control the opening and closing of the switch group for charging control so as to charge each,
Next, the input / output switch is opened, and the other one of the reference voltage and the set voltage is connected to the other one of the first capacitance component and the second capacitance component. And enter in one,
An analog / digital converter characterized in that a comparison result corresponding to a difference between a reference level voltage signal and a data level voltage signal is obtained from each differential chopper comparator.
設定電圧源はグランドであることを特徴とする請求項1または2記載のアナログ/ディジタル変換器。3. The analog / digital converter according to claim 1, wherein the set voltage source is a ground. 基準レベルの電圧信号とデ−タレベルの電圧信号とは、電荷結合形撮像素子イメ−ジセンサから出力される基準レベル及び画素レベルの信号であることを特徴とする請求項1、2または3記載のアナログ/ディジタル変換器。4. A reference level voltage signal and a data level voltage signal are signals of a reference level and a pixel level output from a charge coupled image sensor image sensor, respectively. Analog / digital converter.
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