JP5070945B2 - Solid-state imaging device, imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、物理量分布検知の半導体装置の一例である固体撮像装置および撮像装置に関する。詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性を有する複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を示すアナログの電気信号をデジタルデータに変換して外部に出力する仕組みに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device which are an example of a semiconductor device for physical quantity distribution detection. Specifically, for example, a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged, and an analog signal indicating a physical quantity distribution converted into an electric signal by the unit components. The present invention relates to a mechanism for converting an electrical signal into digital data and outputting it externally.

たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力(接触など)などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)を行列状(マトリクス状)に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   For example, a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to changes in physical quantity such as electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation or pressure (contact, etc.) are arranged in a matrix (matrix). Physical quantity distribution detection semiconductor devices are used in various fields.

一例として映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor ;金属酸化膜半導体)やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor; 相補金属酸化膜半導体)型の撮像素子(撮像デバイス)を用いた固体撮像装置が使われている。   For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) or CMOS (Complementary Metal-oxide) that detects a change in light (an example of an electromagnetic wave) which is an example of a physical quantity. A solid-state imaging device using a semiconductor (complementary metal oxide semiconductor) type imaging device (imaging device) is used.

近年では、固体撮像装置の一例として、CCDイメージセンサが持つ種々の問題を克服し得るMOSやCMOS型のイメージセンサが注目を集めている。また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。   In recent years, MOS and CMOS type image sensors that can overcome various problems of CCD image sensors have attracted attention as an example of solid-state imaging devices. In the field of computer equipment, fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics based on pressure and changes in optical characteristics are used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).

たとえば、CMOSイメージセンサは、画素ごとにフローティングディフュージョンアンプなどによる増幅回路を持ち合わせており、画素信号の読出しに当たっては、アドレス制御の一例として、画素アレイ部の中のある1行を選択し、その1行分を同時にアクセスして行単位で、つまり1行分の全画素について同時並列的に、画素信号を画素アレイ部から読み出す、いわゆる列並列出力型あるいはカラム型と称される方式が多く用いられている。   For example, a CMOS image sensor has an amplifying circuit such as a floating diffusion amplifier for each pixel. When reading a pixel signal, one row in the pixel array unit is selected as an example of address control. A so-called column-parallel output type or column type is often used in which row signals are accessed simultaneously and in units of rows, that is, pixel signals are read from the pixel array unit simultaneously in parallel for all pixels in one row. ing.

また、固体撮像装置では、画素アレイ部から読み出されたアナログの画素信号を、アナログ−デジタル変換装置(AD変換装置;Analog Digital Converter)にてデジタルデータに変換してから外部に出力する方式が採られることもある。   Further, in the solid-state imaging device, there is a method in which an analog pixel signal read from the pixel array unit is converted into digital data by an analog-digital conversion device (AD conversion device; Analog Digital Converter) and then output to the outside. Sometimes taken.

この点については、列並列出力型の固体撮像装置についても同様であり、その信号出力回路については様々なものが考案されているが、その最も進んだ形態の一例として、列ごとにAD変換装置を備え、デジタルデータとして画素情報を外部に取り出す方式が考えられている(たとえば特許文献1を参照)。   The same applies to the column parallel output type solid-state imaging device, and various signal output circuits have been devised. As an example of the most advanced form, an AD conversion device is provided for each column. There is a method of taking out pixel information as digital data to the outside (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−323331号公報JP 2005-323331 A

AD変換方式としては、回路規模や処理速度(高速化)や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、一例として、アナログの単位信号とデジタルデータに変換するための漸次値の変化するいわゆるランプ状の参照信号(ランプ波)と比較するとともに、この比較処理と並行してカウント処理を行ない、比較処理が完了した時点のカウント値に基づいて単位信号のデジタルデータを取得する、いわゆるスロープ積分型あるいはランプ信号比較型(以下本明細書においては参照信号比較型と称する)と言われるAD変換方式がある。前述の特許文献1でも参照信号比較型AD変換方式を採用した構成例が開示されている。参照信号比較型AD変換方式と前述の列並列出力型とを組み合わせることで、画素からのアナログ出力を列並列に低帯域でAD変換ができ、高画質と高速性を両立するイメージセンサに適しているといえる。   Various methods are considered as AD conversion methods from the viewpoint of circuit scale, processing speed (speedup), resolution, etc. As an example, changes in gradual values for conversion to analog unit signals and digital data are considered as an example. Compared with a so-called ramp-shaped reference signal (ramp wave), a count process is performed in parallel with this comparison process, and the digital data of the unit signal is obtained based on the count value at the time when the comparison process is completed. There is an AD conversion method called a slope integration type or a ramp signal comparison type (hereinafter referred to as a reference signal comparison type). The above-described Patent Document 1 also discloses a configuration example that employs a reference signal comparison AD conversion method. By combining the reference signal comparison AD conversion method with the aforementioned column parallel output type, analog output from pixels can be AD converted in a low bandwidth in a column parallel, making it suitable for image sensors that achieve both high image quality and high speed. It can be said that.

しかしながら、列並列出力型で列ごとにAD変換したデジタルデータを後段に出力する場合(一般的には水平データ転送と称される)、水平データ転送用のバスラインに存在する寄生容量が問題となる。寄生容量の容量値が大きくなれば、その分だけ信号遅延の原因となり、データ転送の高速化を妨げることとなる。   However, when digital data that has been AD-converted for each column in the column parallel output type is output to the subsequent stage (generally referred to as horizontal data transfer), the parasitic capacitance existing in the horizontal data transfer bus line is a problem. Become. If the capacitance value of the parasitic capacitance is increased, signal delay is caused by that amount, and the speeding up of data transfer is hindered.

たとえば、フレームレートを上げるなど理由で高速動作を行なう場合は、行走査、AD変換および水平データ転送などの動作を高速に動作させる必要がある。この中で、水平データ転送を高速化させたい場合、列アドレス選択で指定された列のデータ出力段がバスラインを駆動し、その列のデータが後段の回路に到達するまでの時間が支配的となる。   For example, when high-speed operation is performed for reasons such as increasing the frame rate, operations such as row scanning, AD conversion, and horizontal data transfer must be performed at high speed. Of these, when it is desired to speed up horizontal data transfer, the data output stage of the column specified by column address selection drives the bus line, and the time until the data of that column reaches the subsequent circuit is dominant. It becomes.

バスラインには水平方向の画素分のデータ出力段が接続されることになり、データ出力段おのおのの持つ寄生容量が合成され、選択された列のデータ出力段はその大きな容量を負荷として駆動することになる。近年は多画素化の要求があるためバスラインに接続されるデータ出力段の数が増加傾向にあり、近年、特に要求のある高速動作化の制約となってしまう。   A data output stage for pixels in the horizontal direction is connected to the bus line, the parasitic capacitances of the data output stages are combined, and the data output stage of the selected column is driven using the large capacity as a load. It will be. In recent years, since there is a demand for increasing the number of pixels, the number of data output stages connected to the bus line tends to increase, and in recent years, there is a restriction on high speed operation that is particularly required.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画素信号をデジタル変換して装置外部に出力を行なう仕組みにおいて、バスライン上の寄生容量に起因する問題を改善することのできる仕組みを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a mechanism that can improve problems caused by parasitic capacitance on a bus line in a mechanism for digitally converting a pixel signal and outputting it to the outside of the apparatus. The purpose is to do.

本発明に係る固体撮像装置の一実施形態では、単位画素が配列された画素部と、前記画素部の各単位画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換するAD変換部と、前記AD変換部から出力される前記デジタルデータの論理レベルに対応した2つの電圧レベルの一方を前記前記2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更する第1の振幅レベル変更部と、前記第1の振幅レベル変更部から出力される情報を共通の信号線に転送する水平走査部と、前記第1の振幅レベル変更部で振幅レベルが変更された情報を後段回路用の論理レベルに変更する第2の振幅レベル変更部とを備える列並列型の構成を採る。
なお、各列のAD変換部の後段には、AD変換部で変換されたデジタルデータを保持するデータ保持部を設けてもよい。画素信号をデジタル変換して装置外部に出力を行なう仕組みとする点においては、2次元マトリクス状に画素が配列されているものに限らず、1次元(ライン)状に画素が配列されているいわゆるラインセンサへの適用もある。
In one embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention, a pixel unit in which unit pixels are arranged, an AD conversion unit that converts an analog pixel signal read from each unit pixel of the pixel unit into digital data, A first amplitude level changing unit that changes one of two voltage levels corresponding to the logic level of the digital data output from the AD conversion unit to a third voltage level between the two voltage levels ; A horizontal scanning unit that transfers information output from the first amplitude level changing unit to a common signal line, and information whose amplitude level has been changed by the first amplitude level changing unit is set to a logic level for a subsequent circuit. taking a second amplitude level changing unit for changing, a column-parallel configuration with.
Note that a data holding unit that holds the digital data converted by the AD conversion unit may be provided after the AD conversion unit of each column. In terms of a mechanism in which pixel signals are converted into digital signals and output to the outside of the apparatus, the pixels are not limited to those arranged in a two-dimensional matrix but are so-called one-dimensional (line) pixels. There is also application to line sensors.

さらに、AD変換部(もしくはデータ保持部;以下同様)から出力されるデジタルデータの論理レベルに対応した2つの電圧レベルの一方を2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更する第1の振幅レベル変更部と、第1の振幅レベル変更部から出力される情報を各列共通の信号線に転送する水平走査部と、第1の振幅レベル変更部で振幅レベルが変更された情報を後段回路用の電圧レベルに変更する第2の振幅レベル変更部とを設ける。 Further, the first voltage level is changed from one of the two voltage levels corresponding to the logic level of the digital data output from the AD conversion unit (or data holding unit; the same applies below) to a third voltage level between the two voltage levels . Amplitude level changing unit, a horizontal scanning unit for transferring information output from the first amplitude level changing unit to a signal line common to each column, and information on the amplitude level changed by the first amplitude level changing unit And a second amplitude level changing unit for changing to a voltage level for a subsequent circuit.

端的に言えば、列ごとにAD変換されたデジタル出力を水平転送する際に、論理レベルのデジタル出力振幅をより小さな振幅の情報に変換して水平信号線上を転送し、出力側にて、後段回路用の電圧レベルに戻す点に特徴を有する。 In short, when the digital output AD-converted for each column is horizontally transferred, the digital output amplitude at the logic level is converted into information of a smaller amplitude and transferred on the horizontal signal line. It is characterized in that it returns to the voltage level for the circuit.

たとえば、AD変換されたデジタル出力の低い方の電圧レベルを2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更し、高い方の電圧レベルを同一電圧レベルに維持する。電源電圧側に片寄った電圧振幅の狭い電圧情報を後段回路用の論理レベルの電圧情報に変換して出力する。または、AD変換されたデジタル出力の高い方の電圧レベル2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更し、低い方の電圧レベルを同一電圧レベルに維持する。接地電圧側に片寄った電圧振幅の狭い電圧情報を後段回路用の論理レベルの電圧情報に変換して出力する。なお、必要に応じて、電源電圧側もしくは接地電圧側に片寄った小振幅の電圧情報を電源電圧−接地電圧間の中間に位置する電圧情報にシフトしてから、後段回路用の論理レベルの電圧情報に変換してもよい。 For example, the lower voltage level of the AD converted digital output is changed to a third voltage level between two voltage levels, and the higher voltage level is maintained at the same voltage level. Voltage information with a narrow voltage amplitude that is biased toward the power supply voltage side is converted into voltage information of a logic level for the subsequent circuit and output. Alternatively, the higher voltage level of the AD-converted digital output is changed to a third voltage level between the two voltage levels, and the lower voltage level is maintained at the same voltage level. Voltage information with a narrow voltage amplitude that is biased toward the ground voltage side is converted into voltage information of a logic level for the subsequent circuit and output. If necessary, the voltage information with a small amplitude shifted to the power supply voltage side or the ground voltage side is shifted to the voltage information located in the middle between the power supply voltage and the ground voltage, and then the voltage at the logic level for the subsequent circuit. It may be converted into information.

なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とが纏めてパッケージングされた、撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。   Note that the solid-state imaging device may have a form formed as a single chip, or a module-like form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. Also good.

また、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態の仕組みは、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、固体撮像装置と同様の効果が得られる。ここで、撮像装置は、たとえば、カメラ(あるいはカメラシステム)や撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   The mechanism of the embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention can also be applied to the imaging device. In this case, the same effect as the solid-state imaging device can be obtained as the imaging device. Here, the imaging device indicates, for example, a camera (or camera system) or a portable device having an imaging function. “Imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting, but also includes fingerprint detection in a broad sense.

本発明の一実施形態によれば、AD変換された論理レベルのデジタル出力振幅をより小さな振幅の情報に変換して水平信号線上を転送し、出力側にて、後段回路用の電圧レベルに戻すようにしたので、バスラインである水平信号線上の寄生容量に起因する問題を改善できる。大振幅の情報での転送よりも小振幅の情報での転送の方が、低消費電力であり、また高速転送動作が可能になるからである。 According to an embodiment of the present invention, a digital output amplitude of an AD converted logic level is converted into information of a smaller amplitude, transferred on a horizontal signal line, and returned to a voltage level for a subsequent circuit on the output side. Since it did in this way, the problem resulting from the parasitic capacitance on the horizontal signal line which is a bus line can be improved. This is because a transfer with small amplitude information consumes less power and a high-speed transfer operation is possible than a transfer with large amplitude information.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例である、CMOS固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS固体撮像装置は、全ての画素がNMOSよりなるものであるとして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS solid-state imaging device will be described on the assumption that all pixels are made of NMOS.

ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の固体撮像装置に限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。   However, this is an example, and the target device is not limited to the MOS type solid-state imaging device. All the semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form, and all implementations described later. Forms are applicable as well.

<固体撮像装置の全体概要>
図1は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。
<Overview of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention.

固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)などが列並列に設けられているものである。   The solid-state imaging device 1 has a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to an incident light amount is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix form). The signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital conversion unit (ADC), etc. are provided in parallel in a column. It is.

“列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線(列信号線の一例)19に対して実質的に並列に複数のCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。   “A CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column” means that a plurality of CDS processing function units substantially parallel to a vertical signal line (an example of a column signal line) 19 in a vertical column This means that a digital conversion unit is provided.

複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素アレイ部(画素部)10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)にのみ配されている形態のものであってもよいし、画素アレイ部10に対して列方向の一方の端縁側(図の下側に配されている出力側)とその反対側である他方の端縁側(図の上側)に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査(水平走査)を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。   Each of the plurality of functional units is arranged only on one edge side in the column direction (output side arranged on the lower side of the figure) with respect to the pixel array unit (pixel unit) 10 when the device is viewed in plan view. It may be of the form that is arranged, or one end side in the column direction with respect to the pixel array unit 10 (output side arranged on the lower side of the figure) and the other end side that is the opposite side (The upper side of the figure) may be arranged separately. In the latter case, it is preferable that the horizontal scanning unit that performs readout scanning (horizontal scanning) in the row direction is also arranged separately on each edge side so that each can operate independently.

たとえば、列並列にCDS処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、CDS処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型(列並列型)に限らず、隣接する複数(たとえば2つ分)の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、N本おき(Nは正の整数;間にN−1本を配する)のN本分の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。   For example, as a typical example in which a CDS processing function unit and a digital conversion unit are provided in parallel in a column, a CDS processing function unit and a digital conversion unit are arranged for each vertical column in a portion called a column area provided on the output side of the imaging unit. And is a column type that sequentially reads out to the output side. In addition to the column type (column parallel type), one CDS processing function unit or digital conversion unit is allocated to a plurality of adjacent (for example, two) vertical signal lines 19 (vertical columns), N A mode in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is allocated to N vertical signal lines 19 (vertical columns) every other number (N is a positive integer; N−1 are arranged therebetween). It can also be taken.

カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線19(垂直列)が1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、画素アレイ部10側から供給される複数列分の画素信号を1つのCDS処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路(スイッチ)を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が別途必要になる。   Except for the column type, in any form, since a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns) commonly use one CDS processing function unit and digital conversion unit, they are supplied from the pixel array unit 10 side. A switching circuit (switch) that supplies pixel signals for a plurality of columns to one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided. Depending on the subsequent processing, a separate measure such as providing a memory for holding the output signal is required.

何れにしても、複数の垂直信号線19(垂直列)に対して1つのCDS処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。   In any case, the signal processing of each pixel signal is read out in units of pixel columns by adopting a form in which one CDS processing function unit or digital conversion unit is assigned to a plurality of vertical signal lines 19 (vertical columns). By performing the processing later, the configuration in each unit pixel can be simplified and the number of pixels of the image sensor can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced as compared with the case where the same signal processing is performed in each unit pixel.

また、列並列に配された複数の信号処理部にて1行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で1つのCDS処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。   In addition, since a plurality of signal processing units arranged in parallel in a column can simultaneously process pixel signals for one row, one CDS processing function unit or digital conversion unit is provided on the output circuit side or outside the device. Therefore, the signal processing unit can be operated at a low speed as compared with the case where processing is performed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like. In other words, when the power consumption and bandwidth performance are the same, the entire sensor can be operated at high speed.

なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路(スイッチ)が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。   In the case of a column type configuration, it can be operated at a low speed, which is advantageous in terms of power consumption, bandwidth performance, noise, and the like, and has an advantage that a switching circuit (switch) is unnecessary. In the following embodiments, this column type will be described unless otherwise specified.

図1に示すように、本実施形態の固体撮像装置1は、複数の単位画素3が行および列に配列された画素部や撮像部などとも称される画素アレイ部10と、画素アレイ部10の外側に設けられた駆動制御部7と、画素アレイ部10の単位画素3に画素信号読出用の動作電流(読出電流)を供給する読出電流源部24と、垂直列ごとに配されたカラムAD回路25を有するカラム処理部26と、出力回路28とを備えている。これらの各機能部は、同一の半導体基板上に設けられている。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 of the present embodiment includes a pixel array unit 10 that is also referred to as a pixel unit or an imaging unit in which a plurality of unit pixels 3 are arranged in rows and columns, and a pixel array unit 10. Drive control unit 7 provided outside, a read current source unit 24 for supplying an operation current (read current) for reading a pixel signal to the unit pixels 3 of the pixel array unit 10, and a column arranged for each vertical column A column processing unit 26 having an AD circuit 25 and an output circuit 28 are provided. Each of these functional units is provided on the same semiconductor substrate.

図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。この単位画素3は、典型的には、検知部の一例である受光素子(電荷生成部)としてのフォトダイオードと、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプ(画素信号生成部の一例)とから構成される。   In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of unit pixels 3 are arranged in each row and each column. The unit pixel 3 typically includes a photodiode as a light receiving element (charge generation unit) that is an example of a detection unit, and an intra-pixel amplifier (for example, a transistor) of an amplification semiconductor element (for example, a transistor). Example).

なお、固体撮像装置1は、色分解(色分離)フィルタを使用することで、画素アレイ部10をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素アレイ部10における各電荷生成部(フォトダイオードなど)の電磁波(本例では光)が入射される受光面に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れの色フィルタを、たとえばいわゆるベイヤー(Bayer)配列などにして設けることで、カラー画像撮像対応とする。   Note that the solid-state imaging device 1 can make the pixel array unit 10 compatible with color imaging by using a color separation (color separation) filter. That is, color separation comprising a combination of a plurality of color filters for capturing a color image on a light receiving surface on which electromagnetic waves (light in this example) of each charge generation unit (photodiode, etc.) in the pixel array unit 10 are incident. Any color filter of the filter is provided in, for example, a so-called Bayer array, so that color image capturing is supported.

本実施形態のカラムAD回路25は、画素信号Soの基準レベルである画素リセット直後の信号レベル(以下リセットレベルと称する)と信号レベルとの間で差分処理を実行することで、リセットレベルと信号レベルの差で示される信号成分を取得する差分処理部(CDS)25aと、画素信号の基準レベルであるリセットレベルと信号レベルとの差である信号成分をNビットデジタルデータに変換するAD変換部(ADC)25bの機能を備えている。   The column AD circuit 25 of the present embodiment performs a difference process between a signal level immediately after pixel reset (hereinafter referred to as a reset level), which is a reference level of the pixel signal So, and a signal level, whereby the reset level and the signal A difference processing unit (CDS) 25a that acquires a signal component indicated by a level difference, and an AD conversion unit that converts a signal component that is a difference between a reset level that is a reference level of a pixel signal and a signal level into N-bit digital data (ADC) 25b is provided.

差分処理部25aとAD変換部25bは、その配置順は自由であり、たとえば、図1に示すように、差分処理部25aによりアナログのリセットレベルと信号レベルとの間で差分処理を行ない、その差分処理結果をAD変換部25bでデジタルデータに変換する構成としてもよいし、図示を割愛するが、AD変換部25bでリセットレベルと信号レベルとをそれぞれデジタルデータに変換し、各デジタルデータの差分を差分処理部25aでとる構成としてもよい。   The difference processing unit 25a and the AD conversion unit 25b can be arranged in any order. For example, as shown in FIG. 1, the difference processing unit 25a performs difference processing between an analog reset level and a signal level. The difference processing result may be converted into digital data by the AD conversion unit 25b. Although not shown, the AD conversion unit 25b converts the reset level and the signal level into digital data, and the difference between the digital data. The difference processing unit 25a may take the above.

差分処理部25aの機能は、リセットレベルと真の(受光光量に応じた)信号レベルとの差分をとる処理(いわゆるCDS処理と等価)と等価となり、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズと言われるノイズ信号成分を取り除くことができる。   The function of the difference processing unit 25a is equivalent to a process (equivalent to a so-called CDS process) that takes a difference between a reset level and a true signal level (according to a received light amount), and is equivalent to a fixed pattern noise (FPN). A noise signal component called reset noise can be removed.

このように、本実施形態のカラムAD回路25は、画素アレイ部10から転送されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換するAD変換機能と、ノイズ成分を抑制・除去する機能の両方を兼ね備えたAD変換・ノイズ除去信号処理装置として機能するようになっている。カラムAD回路(AD変換・ノイズ除去信号処理装置)25では、行アドレスを選択する垂直走査部14で選択された行の単位画素3から出力される画素信号をそれぞれ1行同時にNビットのデジタルデータへの変換およびノイズ除去信号処理を行なう。   As described above, the column AD circuit 25 of the present embodiment has both an AD conversion function that converts an analog pixel signal transferred from the pixel array unit 10 into digital data and a function that suppresses and removes noise components. It functions as an AD conversion / noise removal signal processing apparatus. In the column AD circuit (AD conversion / noise removal signal processing device) 25, the pixel signals output from the unit pixels 3 in the row selected by the vertical scanning unit 14 for selecting the row address are simultaneously converted into N-bit digital data for each row. Conversion to noise and noise removal signal processing are performed.

カラム処理部26におけるAD変換処理としては、行単位で並列に保持されたアナログ信号を、列ごとに設けられたカラムAD回路25(詳細にはAD変換部25b)を使用して、行単位でその1行分の全列について並列にAD変換する方法を採ることもできる。この際には、参照信号比較型(シングルスロープ積分型やランプ信号比較型など)のAD変換方式を採用するとよい。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。   As AD conversion processing in the column processing unit 26, analog signals held in parallel in units of rows are converted in units of rows using a column AD circuit 25 (specifically, the AD conversion unit 25b) provided for each column. A method of performing AD conversion in parallel for all the columns of one row can also be adopted. In this case, a reference signal comparison type (single slope integration type or ramp signal comparison type) AD conversion method may be employed. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel.

カラムAD回路25(AD変換部25b)における参照信号比較型のAD変換に当たっては、たとえば変換開始から参照信号Vslopと処理対象信号電圧(画素信号電圧Vx)とが一致するまでの時間に基づいて、アナログの処理対象信号をデジタル信号に変換する。このための仕組みとしては、原理的には、コンパレータ(電圧比較器)にランプ状の参照信号Vslopを供給するとともに、クロック信号でのカウント(計数)を開始し、垂直信号線19を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号Vslopと比較することによって比較結果を示すパルス信号が得られるまでのクロック数をカウントすることでAD変換を行なう。   In the reference signal comparison type AD conversion in the column AD circuit 25 (AD conversion unit 25b), for example, based on the time from the start of conversion until the reference signal Vslop and the processing target signal voltage (pixel signal voltage Vx) match, The analog processing target signal is converted into a digital signal. As a mechanism for this, in principle, a ramp-like reference signal Vslop is supplied to a comparator (voltage comparator), and counting (counting) with a clock signal is started and input via a vertical signal line 19. AD conversion is performed by counting the number of clocks until a pulse signal indicating the comparison result is obtained by comparing the analog pixel signal thus obtained with the reference signal Vslop.

また、この際、AD変換部25bの回路構成や動作を工夫することで、AD変換とともに、垂直信号線19を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後のリセットレベルと真の(受光光量に応じた)信号レベルとの差分をとるCDS処理を行なうことができ、固定パターンノイズなどのノイズ信号成分を取り除く差分処理部25aとしても機能させることができる。   At this time, by devising the circuit configuration and operation of the AD conversion unit 25b, with respect to the voltage mode pixel signal input through the vertical signal line 19 together with the AD conversion, CDS processing that takes a difference from the true signal level (according to the amount of received light) can be performed, and it can also function as a difference processing unit 25a that removes noise signal components such as fixed pattern noise.

詳細は後述するが、本実施形態は、水平データ転送おける水平信号線18上の負荷容量に起因する問題を解決する水平転送方式の仕組みに特徴があり、参照信号比較型のAD変換の具体的な仕組みとしては、たとえば特許文献1に記載の仕組みを始めとして、どのようなものを用いてもよい。   Although details will be described later, this embodiment is characterized by a mechanism of a horizontal transfer system that solves a problem caused by a load capacity on the horizontal signal line 18 in horizontal data transfer, and is a specific example of reference signal comparison type AD conversion. For example, any mechanism such as the mechanism described in Patent Document 1 may be used.

たとえば、参考文献1(米国特許第6,518,910号)には、ADC(ADC:AD変換装置)混載CMOSイメージセンサのADCのアーキテクチャに関する仕組みが開示されている。この仕組みでは、画素ごとに設けられた電流源(図中の204〜206)とリファレンス電流源(図中の213)との差が反転した時間をN−ビットカウンタで計測し、ラッチ(図中の303)でその値を捕らえることでAD変換を行なう。また、リファレンス電流源(213)を制御する電圧は、Vrefジェネレータ(図中の302)で作り出している。このような参考文献1に記載の仕組みを本実施形態でも適用することができる。   For example, Reference 1 (US Pat. No. 6,518,910) discloses a mechanism related to the ADC architecture of an ADC (ADC: AD converter) mixed CMOS image sensor. In this mechanism, the time when the difference between the current source (204 to 206 in the figure) provided for each pixel and the reference current source (213 in the figure) is inverted is measured by an N-bit counter and latched (in the figure). 303), AD conversion is performed by capturing the value. The voltage for controlling the reference current source (213) is generated by a Vref generator (302 in the figure). Such a mechanism described in Reference 1 can also be applied to this embodiment.

また、参考文献2(米国特許第5,920,274号)にも、ADC混載CMOSイメージセンサCのアーキテクチャに関する仕組みが開示されている。この仕組みでは、画素出力(図15)と10ビットDAC(図中の24)からの出力をコンパレータ(図中の42)に入力し、その差が反転した時間をカウンタ(図中の44)で計測することで、AD変換を行なう。このような参考文献2に記載の仕組みを本実施形態でも適用することができる。   Reference 2 (US Pat. No. 5,920,274) also discloses a mechanism relating to the architecture of the ADC mixed CMOS image sensor C. In this mechanism, the pixel output (FIG. 15) and the output from the 10-bit DAC (24 in the figure) are input to the comparator (42 in the figure), and the time when the difference is inverted is countered (44 in the figure). A / D conversion is performed by measuring. Such a mechanism described in Reference 2 can also be applied to this embodiment.

また、カラムAD回路25として参照信号比較型の構成を採用することは一例に過ぎず、AD変換処理やノイズ除去信号処理を行なうことができるものであればよく、その他の任意の回路構成を採用することができる。   Further, the use of the reference signal comparison type configuration as the column AD circuit 25 is merely an example, and any other configuration that can perform AD conversion processing and noise removal signal processing is employed. can do.

駆動制御部7は、画素アレイ部10の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば駆動制御部7としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査部(列走査回路)12と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部(行走査回路)14と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部20とを備えている。   The drive control unit 7 has a control circuit function for sequentially reading signals from the pixel array unit 10. For example, as the drive control unit 7, a horizontal scanning unit (column scanning circuit) 12 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning unit (row scanning circuit) 14 that controls row addresses and row scanning, and an internal clock are generated. And a communication / timing control unit 20 having functions such as

単位画素3は、行選択のための行制御線15を介して垂直走査部14と、また垂直信号線19を介してカラムAD回路25が垂直列ごとに設けられているカラム処理部26と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線15は垂直走査部14から画素に入る配線全般を示す。   The unit pixel 3 includes a vertical scanning unit 14 via a row control line 15 for row selection, a column processing unit 26 in which a column AD circuit 25 is provided for each vertical column via a vertical signal line 19, Each is connected. Here, the row control line 15 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning unit 14.

垂直走査部14は、画素アレイ部10の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものであり、たとえば、垂直方向の読出し行を規定する(画素アレイ部10の行を選択する)垂直デコーダ14aと、垂直デコーダ14aにて規定された読出アドレス上(行方向)の単位画素3に対する行制御線15にパルスを供給して駆動する垂直駆動部14bとを有する。なお、垂直デコーダ14aは、信号を読み出す行(読出し行:選択行や信号出力行とも称する)の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning unit 14 selects a row of the pixel array unit 10 and supplies a necessary pulse to the row. For example, the vertical scanning unit 14 defines a readout row in the vertical direction (selects a row of the pixel array unit 10). It has a vertical decoder 14a and a vertical driver 14b that supplies a pulse to the row control line 15 for the unit pixel 3 on the read address (in the row direction) defined by the vertical decoder 14a and drives it. Note that the vertical decoder 14a selects not only a row from which a signal is read (reading row: also referred to as a selection row or a signal output row) but also a row for an electronic shutter.

水平走査部12は、クロックに同期してカラム処理部26のカラムAD回路25を順番に選択し、画素信号をデジタル変換したデータを水平信号線18へ読み出す読出走査部の機能を持つ。たとえば、水平走査部12は、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部26内の個々のカラムAD回路25を選択する)水平デコーダ12aと、水平デコーダ12aにて規定された読出アドレスに従って、カラム処理部26の各信号を水平信号線18に導く水平駆動部12bとを有する。   The horizontal scanning unit 12 has a function of a reading scanning unit that sequentially selects the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 in synchronization with the clock and reads data obtained by digitally converting the pixel signal to the horizontal signal line 18. For example, the horizontal scanning unit 12 defines a horizontal readout row (selects each column AD circuit 25 in the column processing unit 26), and a read address defined by the horizontal decoder 12a. A horizontal driving unit 12b for guiding each signal of the column processing unit 26 to the horizontal signal line 18;

水平信号線18は、たとえばカラムAD回路25が取り扱うビット数n(nは正の整数)分とその並列数m(mは正の整数)に対応するn*m本、たとえば10(=n)ビットで並列数が2(=m)であれば、10*2=20本配置されるバスラインである。   The horizontal signal lines 18 are, for example, n * m lines corresponding to the number of bits n (n is a positive integer) handled by the column AD circuit 25 and the parallel number m (m is a positive integer), for example, 10 (= n). If the number of parallel bits is 2 (= m), 10 * 2 = 20 bus lines are arranged.

通信・タイミング制御部20は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子5aを介して外部の主制御部から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、また端子5bを介して外部の主制御部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置1の情報を含むデータを外部の主制御部に出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 20 is externally connected via a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal required for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and a terminal 5a. Receives the master clock CLK0 supplied from the main control unit, receives data instructing the operation mode supplied from the external main control unit via the terminal 5b, and further includes data including information of the solid-state imaging device 1. And a functional block of a communication interface that outputs to an external main control unit.

たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダ12aへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダ14aへ出力し、各デコーダ12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。水平走査部12や垂直走査部14は、アドレス設定用のデコーダ12a,14aを含んで構成され、通信・タイミング制御部20から与えられる制御信号CN1,CN2に応答してシフト動作(走査)などにより読出しアドレスを切り替える。   For example, the horizontal address signal is output to the horizontal decoder 12a and the vertical address signal is output to the vertical decoder 14a, and each decoder 12a, 14a receives it and selects a corresponding row or column. The horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 include address setting decoders 12a and 14a, and perform a shift operation (scanning) in response to control signals CN1 and CN2 provided from the communication / timing control unit 20. Switch the read address.

この際、単位画素3を2次元マトリクス状に配置してあるので、単位画素3に設けられる画素信号生成部により生成され垂直信号線19を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(本例ではデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素3を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素3の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。   At this time, since the unit pixels 3 are arranged in a two-dimensional matrix, analog pixel signals generated by the pixel signal generation unit provided in the unit pixels 3 and output in the column direction via the vertical signal lines 19 are processed. Access and fetch (vertical) scan reading in units (in parallel), and then access the row direction, which is the arrangement direction of the vertical columns, and output pixel signals (digital pixel data in this example) to the output side Reading (horizontal) scan reading is preferably performed to speed up reading of pixel signals and pixel data. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only the information of the necessary unit pixel 3 is possible by directly addressing the unit pixel 3 to be read out.

水平走査部12や垂直走査部14などの駆動制御部7の各要素は、画素アレイ部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる1チップもの(同一の半導体基板上に設けられているもの)として、半導体システムの一例であるCMOSイメージセンサとして、本実施形態の固体撮像装置1の一部をなすように構成される。   The elements of the drive control unit 7 such as the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 are formed integrally with the pixel array unit 10 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to the semiconductor integrated circuit manufacturing technique. As a so-called one-chip (provided on the same semiconductor substrate), a CMOS image sensor which is an example of a semiconductor system is configured to form part of the solid-state imaging device 1 of the present embodiment. .

なお、固体撮像装置1は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された1チップとして形成された形態であってもよいし、図示を割愛するが、画素アレイ部10、駆動制御部7、カラム処理部26などの各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、あるいは赤外光カットフィルタなどの光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。   Note that the solid-state imaging device 1 may be configured as one chip in which each unit is integrally formed in the semiconductor region as described above. Although not illustrated, the pixel array unit 10 and the drive control unit are omitted. 7. In addition to various signal processing units such as the column processing unit 26, an imaging function in which these are collectively packaged in a state including an optical system such as a photographing lens, an optical low-pass filter, or an infrared light cut filter It is good also as a modular form which has.

このような構成の固体撮像装置1において、単位画素3から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線19を介して、カラム処理部26のカラムAD回路25に供給される。   In the solid-state imaging device 1 having such a configuration, the pixel signal output from the unit pixel 3 is supplied to the column AD circuit 25 of the column processing unit 26 via the vertical signal line 19 for each vertical column.

データ記憶・転送出力部256を設けない基本構成の場合は、AD変換部25bもしくは差分処理部25aの出力を水平信号線18に接続する。差分処理部25aによりアナログで差分処理してからAD変換部25bでデジタルデータに変換する場合にはAD変換部25bの出力が水平信号線18に接続されるし、逆に、AD変換部25bでデジタルデータに変換してから差分処理部25aにより差分処理する場合には差分処理部25aの出力が水平信号線18に接続される。以下、図1のように、前者の場合で説明する。   In the case of a basic configuration in which the data storage / transfer output unit 256 is not provided, the output of the AD conversion unit 25 b or the difference processing unit 25 a is connected to the horizontal signal line 18. When analog difference processing is performed by the difference processing unit 25a and then converted into digital data by the AD conversion unit 25b, the output of the AD conversion unit 25b is connected to the horizontal signal line 18, and conversely, by the AD conversion unit 25b. When differential processing is performed by the differential processing unit 25 a after conversion to digital data, the output of the differential processing unit 25 a is connected to the horizontal signal line 18. Hereinafter, the former case will be described as shown in FIG.

AD変換部25bには、水平走査部12から制御線12cを介して制御パルス(水平データ転送クロックφH)を入力する。AD変換部25bは、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線12cを介しての制御パルスによる指示があるまでは、データを保持する。   A control pulse (horizontal data transfer clock φH) is input from the horizontal scanning unit 12 to the AD conversion unit 25b via the control line 12c. The AD conversion unit 25b has a latch function for holding the count result, and holds data until an instruction by a control pulse is given via the control line 12c.

本実施形態では、個々のカラムAD回路25の出力側は、図示のように、AD変換部25bの後段に、このAD変換部25bの保持したカウント結果を保持するNビットのメモリ装置としてのデータ記憶・転送出力部256と、AD変換部25bとデータ記憶・転送出力部256との間に配されたデータ切替部の一例であるスイッチ(SEL)258を備える。   In the present embodiment, as shown in the drawing, the output side of each column AD circuit 25 has data as an N-bit memory device that holds the count result held by the AD conversion unit 25b at the subsequent stage of the AD conversion unit 25b. A storage / transfer output unit 256 and a switch (SEL) 258 that is an example of a data switching unit disposed between the AD conversion unit 25b and the data storage / transfer output unit 256 are provided.

データ記憶・転送出力部256を備える構成を採る場合、スイッチ258には、他の垂直列のスイッチ258と共通に、通信・タイミング制御部20から、所定のタイミングで、制御パルスとしてのメモリ転送指示パルスCN8が供給される。   When the configuration including the data storage / transfer output unit 256 is adopted, the switch 258 is in common with the switches 258 in the other vertical columns, and from the communication / timing control unit 20, a memory transfer instruction as a control pulse at a predetermined timing. A pulse CN8 is supplied.

スイッチ258は、ロード機能に基づき、メモリ転送指示パルスCN8が供給されると、対応する自列のAD変換部25bのデータをデータ記憶・転送出力部256に転送する。データ記憶・転送出力部256は、転送されたデータを保持・記憶する。   When the memory transfer instruction pulse CN8 is supplied based on the load function, the switch 258 transfers the data of the corresponding AD conversion unit 25b in the own column to the data storage / transfer output unit 256. The data storage / transfer output unit 256 holds and stores the transferred data.

本実施形態の水平走査部12は、スイッチ258を設けたことに対応して、カラム処理部26の各差分処理部25aとAD変換部25bが、それぞれが担当する処理を行なうのと並行して、各データ記憶・転送出力部256が保持していたデータを読み出す読出走査部の機能を持つ。   Corresponding to the provision of the switch 258, the horizontal scanning unit 12 of the present embodiment is parallel to the processing performed by the difference processing unit 25a and the AD conversion unit 25b of the column processing unit 26. The data storage / transfer output unit 256 has a function of a reading scanning unit that reads data held by the data storage / transfer output unit 256.

データ記憶・転送出力部256の出力は、水平信号線18に接続される。水平信号線18は、一例としてカラムAD回路25のビット幅であるnビット幅分の信号線を有し、図示しないそれぞれの出力線に対応したn個のセンス回路を具備する出力回路28に接続される。   The output of the data storage / transfer output unit 256 is connected to the horizontal signal line 18. As an example, the horizontal signal line 18 has a signal line of n-bit width which is the bit width of the column AD circuit 25, and is connected to an output circuit 28 having n sense circuits corresponding to the respective output lines (not shown). Is done.

特に、データ記憶・転送出力部256を備えた構成とすれば、AD変換部25bが保持したAD変換データを、データ記憶・転送出力部256に転送することができるため、AD変換部25bのAD変換処理と、AD変換結果の水平信号線18への読出動作とを独立して制御可能であり、AD変換処理と外部への信号の読出動作とを並行して行なうパイプライン動作が実現できる。   In particular, if the data storage / transfer output unit 256 is configured, the AD conversion data held by the AD conversion unit 25b can be transferred to the data storage / transfer output unit 256. The conversion processing and the reading operation of the AD conversion result to the horizontal signal line 18 can be controlled independently, and a pipeline operation in which the AD conversion processing and the external signal reading operation are performed in parallel can be realized.

たとえば、カラムAD回路25として参照信号比較型のAD変換方式を採用する場合、カラムAD回路25は、1水平期間中の所定のタイミングで画素信号を画素アレイ部10から読み出し、その後、参照信号比較型のAD変換処理を行ない、所定のタイミングでAD変換結果を出力する。すなわち、先ず、電圧比較部では、比較処理用(事実上のAD変換処理用)の参照信号と、垂直信号線19を介して入力される画素信号電圧とを比較し、双方の電圧が同じになると、電圧比較部のコンパレート出力が反転する。たとえば、電圧比較部は、電源電位などの高い方の電圧レベルをインアクティブ状態として、画素信号電圧と参照信号とが一致したときに低い方の電圧レベル(アクティブ状態)へ遷移する。 For example, when the reference signal comparison type AD conversion method is adopted as the column AD circuit 25, the column AD circuit 25 reads out the pixel signal from the pixel array unit 10 at a predetermined timing in one horizontal period, and then compares the reference signal. A type AD conversion process is performed, and an AD conversion result is output at a predetermined timing. That is, first, the voltage comparison unit compares the reference signal for comparison processing (for practical AD conversion processing) with the pixel signal voltage input via the vertical signal line 19, and the two voltages are the same. Then, the comparator output of the voltage comparison unit is inverted. For example, the voltage comparison unit sets the higher voltage level such as the power supply potential to the inactive state, and transitions to the lower voltage level (active state) when the pixel signal voltage matches the reference signal.

電圧比較部の後段に設けられるカウンタ部は、参照信号の変化に同期してダウンカウントモードもしくはアップカウントモードでカウント動作を開始し、コンパレート出力の反転した情報が通知されると、カウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ(保持・記憶)することでAD変換を完了する。その後、所定のタイミングでデータ記憶・転送出力部256に転送し、記憶・保持しておく。   The counter unit provided in the subsequent stage of the voltage comparison unit starts the count operation in the down-count mode or the up-count mode in synchronization with the change of the reference signal, and performs the count operation when the inverted information of the comparator output is notified. The AD conversion is completed by latching (holding / storing) the count value at that time as pixel data. Thereafter, the data is transferred to the data storage / transfer output unit 256 at a predetermined timing, and stored / held.

この後、カラムAD回路25は、所定のタイミングで水平走査部12から制御線12cを介して入力される制御パルスに同期したシフト動作に基づき、データ記憶・転送出力部256に記憶・保持した画素データを、順次、カラム処理部26外や画素アレイ部10を有するチップ外へ出力端子5cから出力する。   Thereafter, the column AD circuit 25 stores the pixels stored / held in the data storage / transfer output unit 256 based on a shift operation synchronized with a control pulse input from the horizontal scanning unit 12 via the control line 12c at a predetermined timing. Data is sequentially output from the output terminal 5 c to the outside of the column processing unit 26 or the outside of the chip having the pixel array unit 10.

<水平データ転送の問題点について>
ここで、各列のデータ記憶・転送出力部256に保持されたデータを、バスラインである水平信号線18を介して順次出力回路28側に転送する場合、出力回路28と接続された水平信号線18に寄生容量が存在するため、転送スピードの劣化や、寄生容量抑制のため水平信号線18に使われる配線幅(Metal幅)を広げなければならずチップサイズが大きくなるなどの、寄生容量の存在により様々な問題が生ずる。
<Problems of horizontal data transfer>
Here, when the data held in the data storage / transfer output unit 256 of each column is sequentially transferred to the output circuit 28 side via the horizontal signal line 18 which is a bus line, the horizontal signal connected to the output circuit 28 Since parasitic capacitance exists in the line 18, parasitic capacitance such as deterioration in transfer speed and increase in chip size due to increase in wiring width (Metal width) used for the horizontal signal line 18 to suppress parasitic capacitance. Various problems arise due to the presence of the.

たとえば、寄生容量の値は、
(1)水平信号線18による容量、
(2)出力回路28の入力段による容量、
(3)1つのデータ記憶・転送出力部256の出力段による容量×データ記憶・転送出力部256の総数、
(4)水平信号線18と1つのデータ記憶・転送出力部256の出力段とを接続する配線の容量×データ記憶・転送出力部256の総数、
などを合計した値となる。
For example, the value of parasitic capacitance is
(1) Capacity due to the horizontal signal line 18,
(2) capacitance due to the input stage of the output circuit 28;
(3) Capacity by output stage of one data storage / transfer output unit 256 × total number of data storage / transfer output units 256,
(4) capacity of wiring connecting the horizontal signal line 18 and the output stage of one data storage / transfer output unit 256 × total number of data storage / transfer output units 256,
It is the total value.

したがって、各列のデータ記憶・転送出力部256に保持されたデータを、データ記憶・転送出力部256を順次選択して水平信号線18に読み出す場合、上述した水平信号線18の寄生容量のため、データ転送に障害が生じる。特に、寄生容量の容量値が大きくなれば、信号遅延の原因となり、データ転送の高速化を妨げることとなる。   Therefore, when the data stored in the data storage / transfer output unit 256 of each column is sequentially selected by the data storage / transfer output unit 256 and read out to the horizontal signal line 18, the above-described parasitic capacitance of the horizontal signal line 18 is caused. , Data transfer failure. In particular, if the capacitance value of the parasitic capacitance is increased, it causes signal delay and hinders speeding up of data transfer.

たとえば、フレームレートを上げるなど理由で高速動作を行なう場合は、行走査、AD変換および水平データ転送などの動作を高速に動作させる必要がある。この中で、水平データ転送を高速化させたい場合、水平走査部12で選択されたデータ記憶・転送出力部256が水平信号線18を駆動し、その信号が出力回路28に到達するまでの時間が支配的となる。   For example, when high-speed operation is performed for reasons such as increasing the frame rate, operations such as row scanning, AD conversion, and horizontal data transfer must be performed at high speed. Of these, when it is desired to speed up the horizontal data transfer, the time until the data storage / transfer output unit 256 selected by the horizontal scanning unit 12 drives the horizontal signal line 18 and the signal reaches the output circuit 28. Becomes dominant.

水平方向の画素分、たとえば2000列の単位画素3を有する画素アレイ部10の場合、2000個のデータ記憶・転送出力部256が水平信号線18に接続されることになり、データ記憶・転送出力部256の出力段おのおのの持つ寄生容量が合成され、選択されたデータ記憶・転送出力部256はその大きな容量を負荷として駆動することになる。近年は多画素化の要求があるため水平信号線18に接続されるデータ記憶・転送出力部256の数が増加傾向にあり、近年、特に要求のある高速動作化の制約となってしまう。   In the case of the pixel array section 10 having horizontal pixels, for example, 2000 columns of unit pixels 3, 2000 data storage / transfer output sections 256 are connected to the horizontal signal line 18, and data storage / transfer output is performed. The parasitic capacitances of the output stages of the unit 256 are combined, and the selected data storage / transfer output unit 256 is driven with the large capacity as a load. In recent years, since there is a demand for increasing the number of pixels, the number of data storage / transfer output units 256 connected to the horizontal signal line 18 tends to increase, and in recent years, there is a restriction on high-speed operation that is particularly required.

このような問題を解決する一手法として、寄生抵抗を減少させ、寄生容量による配線遅延を抑制するために、水平信号線18に使われる配線幅を広げる手法が考えられるが、ビット別のデータをバスラインとしての水平信号線18で転送するには、チップサイズが大きくなってしまう。   As a technique for solving such a problem, a technique of widening the wiring width used for the horizontal signal line 18 in order to reduce parasitic resistance and suppress wiring delay due to parasitic capacitance can be considered. In order to transfer by the horizontal signal line 18 as a bus line, the chip size becomes large.

そこで、本実施形態では、画素信号をデジタル変換して固体撮像装置1の外部に出力を行なう仕組みにおいて、カラム処理部26や水平走査部12を、水平信号線18の寄生容量に起因する問題を改善することのできる仕組みにする。以下、具体的に説明する。   Therefore, in the present embodiment, in the mechanism in which the pixel signal is digitally converted and output to the outside of the solid-state imaging device 1, the column processing unit 26 and the horizontal scanning unit 12 are caused to have a problem caused by the parasitic capacitance of the horizontal signal line 18. Make it a mechanism that can be improved. This will be specifically described below.

<データ記憶・転送出力部と出力回路の構成:基本>
図2および図2Aは、図1に示したカラム処理部26(特にデータ記憶・転送出力部256周辺)と出力回路28の基本構成を説明するである。ここで、図2は、その基本構成を示す回路ブロック図であり、図2Aは、その基本動作を説明する電圧レベル図である。また、図3〜図3Bは、図2および図2Aに対する比較例を説明する図である。ここで、図3は、その構成例を示す回路ブロック図であり、図3Aおよび図3Bは、その動作を説明する電圧レベル図である。
<Configuration of data storage / transfer output unit and output circuit: Basic>
2 and 2A illustrate the basic configuration of the column processing unit 26 (particularly the periphery of the data storage / transfer output unit 256) and the output circuit 28 shown in FIG. Here, FIG. 2 is a circuit block diagram showing the basic configuration, and FIG. 2A is a voltage level diagram for explaining the basic operation. 3 to 3B are diagrams illustrating a comparative example with respect to FIGS. 2 and 2A. Here, FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration example thereof, and FIGS. 3A and 3B are voltage level diagrams for explaining the operation thereof.

本実施形態の固体撮像装置1においては、水平信号線18の寄生容量の影響を受けずにデータの高速転送を実現する仕組みとして、各データ記憶・転送出力部256のデータ保持機能部から出力される、論理レベルに応じた2つの電圧レベルを有するデータをそのまま転送ドライバを介して水平信号線18に出力するのではなく、より小さな振幅レベルの情報に変換して水平信号線18上を転送し、出力回路28にて後段回路用の電圧レベルに再変換する構成をとる。 In the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, as a mechanism for realizing high-speed data transfer without being affected by the parasitic capacitance of the horizontal signal line 18, it is output from the data holding function unit of each data storage / transfer output unit 256. The data having two voltage levels corresponding to the logic level is not directly output to the horizontal signal line 18 through the transfer driver, but is converted into information of a smaller amplitude level and transferred on the horizontal signal line 18. The output circuit 28 re-converts to the voltage level for the subsequent circuit.

そのための仕組みの基本構成としては、先ず図2(A)に示すように、データ記憶・転送出力部256は、クロック端子CKに入力されたサブクロックSUBCKに同期してD入力端子に入力されたカラムAD回路25からのデータを取り込み保持するデータ保持部の一例であるD型フリップフロップ(D−FF)402と、転送出力機能部としてのバス駆動回路(データ出力段)の一例である転送ドライバ404を有する。転送ドライバ404の出力は、バスラインである水平信号線18を介して出力回路28に接続されている。   As a basic configuration of the mechanism for that, first, as shown in FIG. 2A, the data storage / transfer output unit 256 is input to the D input terminal in synchronization with the subclock SUBCK input to the clock terminal CK. A D-type flip-flop (D-FF) 402 that is an example of a data holding unit that captures and holds data from the column AD circuit 25, and a transfer driver that is an example of a bus drive circuit (data output stage) as a transfer output function unit 404. The output of the transfer driver 404 is connected to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 that is a bus line.

各転送ドライバ404_1〜404_hの出力イネーブル端子OEには、通信・タイミング制御部20から、対応する水平データ転送クロックφH_1〜φH_hが入力されるようになっている。転送ドライバ404_1〜404_hのそれぞれは、対応する水平データ転送クロックφH_1〜φH_hがアクティブ(本例ではH(ハイ)レベルとする)のときに(つまり出力イネーブル端子OEが高い方の電圧レベルのときに)、入力された情報を、水平信号線18を介して出力回路28に転送する。 Corresponding horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_h are input from the communication / timing controller 20 to the output enable terminals OE of the transfer drivers 404_1 to 404_h. Each of the transfer drivers 404_1 to 404_h is when the corresponding horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_h are active (in this example, H (high) level) (that is, when the output enable terminal OE is at the higher voltage level ). The input information is transferred to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18.

図2(B)に示すように、固体撮像装置1は、D型フリップフロップ(D−FF)402の後段には、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の論理レベルに応じた2つの電圧レベルの一方を2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更する第1振幅レベル変更部410と、第1振幅レベル変更部410で振幅レベルが変更された情報を後段回路用の電圧レベルに変更する第2振幅レベル変更部416を有する。第2振幅レベル変更部416は、各列共通の水平信号線18に対して設けられた出力回路28内に設けられている。 As shown in FIG. 2B, in the solid-state imaging device 1, the D-type flip-flop (D-FF) 402 has a subsequent stage according to the logic level of data (information) output from the D-type flip-flop 402 . the third and the first amplitude level changing section 410 for changing the voltage level, the information that the amplitude level is changed in the first amplitude level changing unit 410 subsequent circuit between hand of two voltage levels of the two voltage levels A second amplitude level changing unit 416 for changing to a voltage level for use. The second amplitude level changing unit 416 is provided in an output circuit 28 provided for the horizontal signal line 18 common to each column.

第1振幅レベル変更部410は先ず、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)を反転するインバータ412と、インバータ412から出力されるデータの論理レベルに応じた2つの電圧レベルの一方を2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変換する第1レベル調整部414を、それぞれ列ごとの転送ドライバ404に備える。なお、回路構成によっては、インバータ412を、非反転型のバッファとすることもできるし削除することもできる。 The first amplitude level changing unit 410 First, D-type inverter 412 for inverting the data (information) output from the flip-flop 402, hand the two voltage levels corresponding to logic levels of the data output from the inverter 412 Is provided in the transfer driver 404 for each column. The first level adjustment unit 414 converts the signal to a third voltage level between the two voltage levels . Note that depending on the circuit configuration, the inverter 412 can be a non-inverting buffer or can be eliminated.

また、第1振幅レベル変更部410は、D型フリップフロップ402から出力されるデータの論理レベルに応じた2つの電圧レベルの他方を実質的に同一電圧レベルに維持する第2レベル調整部415を有する。第2レベル調整部415は、各列共通の水平信号線18に対して設けられた出力回路28内に設けられている。 The first amplitude level changing section 410, the second level adjustment unit 415 to maintain substantially the same voltage level other side of the two voltage levels corresponding to logic levels of data outputted from the D-type flip-flop 402 Have The second level adjustment unit 415 is provided in an output circuit 28 provided for the horizontal signal line 18 common to each column.

さらに好ましくは、出力回路28内には、図中に点線で示すように、レベルシフト部418を設けるようにするとよい。レベルシフト部418は、各列共通の信号線である水平信号線18と第2振幅レベル変更部416の間に第1振幅レベル変更部410から出力された情報の中点電位を、2つの電圧レベルの間の第4の電圧レベルにシフトする。レベルシフト部418を設ける場合、第2振幅レベル変更部416は、レベルシフト部418から出力された情報を後段回路用の電圧論理レベルに変更する。 More preferably, a level shift unit 418 may be provided in the output circuit 28 as indicated by a dotted line in the drawing. The level shift unit 418 converts the midpoint potential of the information output from the first amplitude level change unit 410 between the horizontal signal line 18 that is a signal line common to each column and the second amplitude level change unit 416 to two voltages. Shift to a fourth voltage level between levels . When the level shift unit 418 is provided, the second amplitude level change unit 416 changes the information output from the level shift unit 418 to the voltage logic level for the subsequent circuit.

第1レベル調整部414は、たとえば、図2A(A)に示す第1例のように、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルVL1に変更する。これに対応して、第2レベル調整部415は、D型フリップフロップ402から出力されるデータの高い方の電圧レベルを実質的に同一電圧レベルのHレベルVH1に維持する。HレベルVH1は、たとえばD型フリップフロップ402などの論理回路の電源電圧Vddと同電位である。 For example, as in the first example shown in FIG. 2A (A), the first level adjustment unit 414 sets the other (lower) voltage level of data (information) output from the D-type flip-flop 402 to two voltages. Change to a third voltage level VL1 between levels . In response to this, the second level adjustment unit 415 maintains the higher voltage level of the data output from the D-type flip-flop 402 at the H level VH1 that is substantially the same voltage level. H level VH1 is at the same potential as power supply voltage Vdd of a logic circuit such as D flip-flop 402, for example.

あるいは、第1レベル調整部414は、図2A(B)に示す第2例のように、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)の電圧レベルを2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルVH2に変更する。これに対応して、第2レベル調整部415は、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを実質的に同一電圧レベルのLレベルVL2に維持する。LレベルVL2は、たとえばD型フリップフロップ402などの論理回路の接地電圧と同電位である。 Alternatively, as in the second example shown in FIG. 2A (B), the first level adjustment unit 414 sets one (higher) voltage level of data (information) output from the D-type flip-flop 402 to two voltages. Change to the third voltage level VH2 between the levels. In response to this, the second level adjustment unit 415 maintains the other (lower) voltage level of the data (information) output from the D-type flip-flop 402 at the L level VL2 which is substantially the same voltage level. . L level VL2 is at the same potential as the ground voltage of a logic circuit such as D flip-flop 402, for example.

このように、本実施形態の転送ドライバ404(特に第1レベル調整部414)と第2レベル調整部415は、図2Aに示すように、D型フリップフロップ402から出力され、一般的な電圧レベルVL(接地電位相当),VH(論理回路用の電源電位相当)の2値の電圧レベルのデータ(同図(A1)もしくは(B1))を、より電圧振幅の狭いアナログ状の電圧信号に変換して水平信号線18に出力する(同図(A2)もしくは(B2))。これは、高負荷の水平信号線の駆動において、高速データ転送の観点では、VL,VHの元の電圧レベルのままで水平信号線18を介して出力回路28に情報を転送する場合よりも駆動能力や電力消費や対雑音性能などの面で有利にするためである。 As described above, the transfer driver 404 (particularly, the first level adjustment unit 414) and the second level adjustment unit 415 of this embodiment are output from the D-type flip-flop 402 as shown in FIG. VL (equivalent ground potential), VH data voltage level for binary (power supply potential equivalent logic circuit) (Fig. (A1) or (B1)), the narrower the analog-like voltage signals voltage amplitude The signal is converted and output to the horizontal signal line 18 ((A2) or (B2) in the figure). This is because, in the driving of a high load horizontal signal line, from the viewpoint of high-speed data transfer, the driving is performed more than when information is transferred to the output circuit 28 via the horizontal signal line 18 while maintaining the original voltage levels of VL and VH. This is because it is advantageous in terms of performance, power consumption, and anti-noise performance.

出力回路28の第2振幅レベル変更部416は、転送ドライバ404(特に第1レベル調整部414)と第2レベル調整部415によって論理レベル(ロジックレベル)に応じた電圧レベルをもつデータ(アナログ状の信号)から電圧振幅の狭いアナログ状の信号に変換された水平信号線18上の電圧情報(VL1〜VH1)を受け取ると、再度、後段回路用の論理レベル(ロジックレベル)の電圧情報VLout,VHoutに変換して出力する(同図(A4)もしくは(B4)))。 The second amplitude level changing unit 416 of the output circuit 28 is data (analog data ) having a voltage level corresponding to the logic level (logic level) by the transfer driver 404 (particularly the first level adjusting unit 414) and the second level adjusting unit 415. When the voltage information (VL1 to VH1) on the horizontal signal line 18 converted into an analog signal with a narrow voltage amplitude is received, the voltage information VLout of the logic level (logic level) for the subsequent circuit is received again. VHout is converted and output ((A4) or (B4) in the figure)).

たとえばレベルシフト部418を備えておらず、かつ図2Aに示す第1例の場合においては、第2振幅レベル変更部416は、図2A(A2)に示すように、VL1〜VH1で変化する電圧情報の中点電位である“(VH1−VL1)/2+VL1”を閾値電圧Vbias1として、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias1よりも高いか低いかを電圧比較器(コンパレータ)で比較し、その電圧差を電圧比較器が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファとの協働処理によって)、後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHoutまで増幅する。 For example, in the case of the first example shown in FIG. 2A that does not include the level shift unit 418, the second amplitude level changing unit 416 is a voltage that varies between VL1 and VH1 as shown in FIG. 2A (A2). Using “(VH1−VL1) / 2 + VL1” which is the midpoint potential of the information as a threshold voltage Vbias1, a voltage comparator (comparator) compares whether the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher or lower than the threshold voltage Vbias1. The voltage difference is amplified to logic information voltage information VLout and VHout for the subsequent stage circuit by an amplification function of the voltage comparator (when necessary, by cooperation with the output buffer).

また、レベルシフト部418を備えておらず、かつ図2Aに示す第2例の場合においては、第2振幅レベル変更部416は、図2A(B2)に示すように、VL2〜VH2で変化する電圧情報の中点電位である(VH2−VL2)/2+VL2を閾値電圧Vbias2として、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias2よりも高いか低いかを電圧比較器(コンパレータ)で比較し、その電圧差を電圧比較器が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファとの協働処理によって)、後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHoutまで増幅する。 Further, in the case of the second example shown in FIG. 2A without the level shift unit 418, the second amplitude level changing unit 416 changes between VL2 and VH2 as shown in FIG. 2A (B2). A voltage comparator (comparator) compares whether the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher or lower than the threshold voltage Vbias2 with (VH2−VL2) / 2 + VL2 being the midpoint potential of the voltage information as the threshold voltage Vbias2. The voltage difference is amplified to logic information voltage information VLout and VHout for the subsequent stage circuit by an amplification function of the voltage comparator (when necessary, by cooperation with the output buffer).

ただしこれらの場合、第1振幅レベル変更部410から出力された電圧情報(VL1〜VH1またはVL2〜VH2)の中点電位(=閾値電圧Vbias1 ,Vbias2 )を中心にして後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHoutをほぼ正確なタイミングで生成できる反面、水平信号線18上の電圧レベルとしては、第1例では電源電圧Vdd側に片寄り、また第1例では接地電圧GND側に片寄っており、その処理を行なうに回路構成上の工夫が必要なるなど困難さが伴う。   However, in these cases, the logic level for the subsequent circuit is centered on the midpoint potential (= threshold voltages Vbias1, Vbias2) of the voltage information (VL1 to VH1 or VL2 to VH2) output from the first amplitude level changing unit 410. While the voltage information VLout and VHout can be generated with almost accurate timing, the voltage level on the horizontal signal line 18 is shifted to the power supply voltage Vdd side in the first example, and shifted to the ground voltage GND side in the first example. Therefore, it is difficult to devise the circuit configuration to perform the processing.

回路構成のコンパクトさからすれば、たとえば、第1振幅レベル変更部410から出力された電圧情報(VL1〜VH1またはVL2〜VH2)をMOSトランジスタのゲート端に入力して反転出力し、それをさらに反転型の出力バッファにて論理反転して出力する構成をとることも考えられる。しかしながら、この場合、MOSトランジスタによる反転出力処理時に、閾値電圧の影響を受け、前述の中点電位(=閾値電圧Vbias1 ,Vbias2 )を中心にした比較処理と増幅処理による場合に比べて論理変化のタイミングがズレる難点がある。   Considering the compactness of the circuit configuration, for example, the voltage information (VL1 to VH1 or VL2 to VH2) output from the first amplitude level changing unit 410 is input to the gate terminal of the MOS transistor and inverted and output. It is also conceivable to adopt a configuration in which the logic is inverted with an inverting output buffer. However, in this case, at the time of inversion output processing by the MOS transistor, it is affected by the threshold voltage, and the logic change is compared with the comparison processing and amplification processing centering on the above-described midpoint potential (= threshold voltages Vbias1 and Vbias2). There is a difficult point that timing shifts.

これら問題を解決するべく、論理変化のタイミングのズレを避けつつ第2振幅レベル変更部416での処理をし易くするために、水平信号線18と第2振幅レベル変更部416の間に第1振幅レベル変更部410から出力されたデータの電圧情報(VL1〜VH1またはVL2〜VH2)の中点電位(=閾値電圧Vbias1 ,Vbias2 )を、VL,VHの間の第4の電圧レベルの中間電位にシフトし、VL3〜VH3の振幅を持つ電圧情報のデータに変換するレベルシフト部418を設けるのがよい。この際、レベルシフト部418は、入力された電圧情報(VL1〜VH1またはVL2〜VH2)の振幅を維持してもよいし、その振幅を増幅して第2振幅レベル変更部416での比較処理をよりし易くしてもよい。 In order to solve these problems, in order to facilitate the processing in the second amplitude level changing unit 416 while avoiding the deviation of the timing of the logical change, the first amplitude level changing unit 416 is arranged between the horizontal signal line 18 and the second amplitude level changing unit 416. The midpoint potential (= threshold voltages Vbias1 and Vbias2) of the voltage information (VL1 to VH1 or VL2 to VH2) of the data output from the amplitude level changing unit 410 is an intermediate potential of the fourth voltage level between VL and VH. It is preferable to provide a level shift unit 418 for shifting to voltage information data having an amplitude of VL3 to VH3. At this time, the level shift unit 418 may maintain the amplitude of the input voltage information (VL1 to VH1 or VL2 to VH2), or amplifies the amplitude and performs a comparison process in the second amplitude level change unit 416. May be made easier.

この場合、第2振幅レベル変更部416は、図2A(A3)や図2A(B3)に示すように、VL3〜VH3で変化する電圧情報の中点電位である“(VH3−VL3)/2+VL3”を閾値電圧Vbias3として、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias3よりも高いか低いかを電圧比較器(コンパレータ)で比較し、その電圧差を電圧比較器が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファとの協働処理によって)、後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHoutまで増幅する。 In this case, as shown in FIG. 2A (A3) and FIG. 2A (B3), the second amplitude level changing unit 416 is the midpoint potential of the voltage information that changes in VL3 to VH3, “(VH3−VL3) / 2 + VL3”. ”As a threshold voltage Vbias3, a voltage comparator (comparator) compares whether the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher or lower than the threshold voltage Vbias3, and the voltage difference is compared with the amplification function of the voltage comparator (necessary In accordance with the output buffer), the voltage information VLout and VHout of the logic level for the subsequent circuit is amplified.

一方、比較例の構成では、図3に示すように、転送ドライバ404は、D型フリップフロップ402の後段に非反転型のバッファ512と、アナログスイッチ514を、列ごとに備えている。バッファ512からは高い方の電圧レベル相当の電源電圧Vdd近傍の高電圧と低い方の電圧レベル相当の接地電圧GND近傍の低電圧で振幅するデータが出力され、これがそのままアナログスイッチ514を介して水平信号線18に伝達され出力回路28まで転送される。なお、バッファ512は、インバータに置き換えることができる。この場合、出力回路28側で論理反転すればよい。 On the other hand, in the configuration of the comparative example, as illustrated in FIG. 3, the transfer driver 404 includes a non-inverting buffer 512 and an analog switch 514 for each column after the D flip-flop 402. The buffer 512 outputs data that swings with a high voltage in the vicinity of the power supply voltage Vdd corresponding to the higher voltage level and a low voltage in the vicinity of the ground voltage GND corresponding to the lower voltage level. The signal is transmitted to the signal line 18 and transferred to the output circuit 28. Note that the buffer 512 can be replaced with an inverter. In this case, the logic may be inverted on the output circuit 28 side.

各アナログスイッチ514は、相補性回路技術で形成されたCMOS構造の極性の異なる2つのCMOSのSWトランジスタ(スイッチトランジスタ)514N,514Pを、ソース端同士とドレイン端同士を接続した、いわゆるトランスファーゲート構成を採っている。このためアナログスイッチ514の一方のSWトランジスタ514Pのゲート端を駆動するインバータ516を列ごとに設けている。   Each analog switch 514 has a so-called transfer gate configuration in which two CMOS SW transistors (switch transistors) 514N and 514P having different polarities of CMOS structure formed by complementary circuit technology are connected to each other between source ends and drain ends. Is adopted. Therefore, an inverter 516 for driving the gate end of one SW transistor 514P of the analog switch 514 is provided for each column.

SWトランジスタ514Nのゲート端とインバータ516の入力端には、水平走査部12からの水平データ転送クロックφH_1〜φH_hの列対応のものが供給され、SWトランジスタ514Pのゲート端には、水平走査部12からの水平データ転送クロックφH_1〜φH_hの列対応のものをインバータ516で論理反転した水平データ転送クロックφNH_1〜φNH_hの列対応のものが供給される。   The gate terminal of the SW transistor 514N and the input terminal of the inverter 516 are supplied with the column corresponding to the horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_h from the horizontal scanning unit 12, and the horizontal scanning unit 12 is connected to the gate end of the SW transistor 514P. The horizontal data transfer clocks φNH_1 to φNH_h corresponding to the columns obtained by logically inverting the horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_h corresponding to the columns from the inverter 516 are supplied.

SWトランジスタ514N,514Pからなるアナログスイッチ514は、SWトランジスタ514Nのゲート端が高い方の電圧レベルで、かつ、SWトランジスタ514Pのゲート端が低い方の電圧レベルのときにオンすることにより、ソース端側に入力される電圧レベルVL,VHの状態をドレイン端側に出力する。 The analog switch 514 composed of the SW transistors 514N and 514P is turned on when the gate terminal of the SW transistor 514N is at the higher voltage level and the gate terminal of the SW transistor 514P is at the lower voltage level , so that the source terminal The voltage levels VL and VH input to the side are output to the drain end side.

アナログスイッチ514としては、原理的には、SWトランジスタ514N,514Pのどちらか一方のみのnチャネル型のMOSトランジスタやpチャネル型のMOSトランジスタによるスイッチでもよいが、その場合、閾電圧Vthの問題があるため、nチャネル型およびpチャネル型の両方を組み合わせて利用したCMOSスイッチを採用している。   In principle, the analog switch 514 may be a switch composed of only one of the SW transistors 514N and 514P, or an n-channel MOS transistor or a p-channel MOS transistor. However, in this case, there is a problem of the threshold voltage Vth. For this reason, a CMOS switch using a combination of both an n-channel type and a p-channel type is employed.

ところが、このような比較例の構成では、画素数の増加に関しては、水平信号線18にはラッチ回路としてのD型フリップフロップ402の出力部に備え付けられたMOSスイッチ(SWトランジスタ514N,514P)でなるアナログスイッチ514が多数接続されているため、たとえば、SWトランジスタ514N,514Pのドレイン−ゲート容量C514N,C514Pによる寄生容量が多く接続されていることになる。   However, in the configuration of such a comparative example, regarding the increase in the number of pixels, the horizontal signal line 18 is provided with MOS switches (SW transistors 514N and 514P) provided at the output portion of the D-type flip-flop 402 as a latch circuit. Since many analog switches 514 are connected, for example, many parasitic capacitances due to the drain-gate capacitances C514N and C514P of the SW transistors 514N and 514P are connected.

たとえば、画素アレイが4000(V)×2000(H)の8Mピクセルのとき、この寄生容量は1つのラッチ回路(本例ではD型フリップフロップ402)につき数fF程度と考えると、画素列が4000列あるので、結局、水平信号線18には数〜数10pF接続されたことになる。また、水平信号線18は行方向に長く伸びているため、対基板との接地容量C515も存在し、この接地容量は水平信号線18の幅や周りの配線の影響などで異なるが、一般的には数pF程度はある。このため、ラッチ回路にとって水平信号線18は高負荷になっている。   For example, when the pixel array has 8M pixels of 4000 (V) × 2000 (H), the parasitic capacitance is about several fF per latch circuit (D-type flip-flop 402 in this example). Since there are columns, the horizontal signal line 18 is eventually connected to several to several tens of pF. Further, since the horizontal signal line 18 extends in the row direction, there is also a grounding capacitance C515 with respect to the substrate, and this grounding capacitance varies depending on the width of the horizontal signal line 18 and the influence of surrounding wiring. There are several pF. For this reason, the horizontal signal line 18 has a high load for the latch circuit.

高フレームレート化に関しては、同様に画素アレイが4000(V)×2000(H)の8Mピクセルのときを考えると、30fpsでは1H(1水平期間)に要する時間が(1/30)/2000=17μsecであるが、さらにフレームレートが増加すると、たとえば120fpsでは4.2μsecになる。列ごとに設けられたラッチ回路が1画素のデータを保持し、これを1Hの時間内に水平転送する場合、120fpsのときに1Hの時間で4000列の画素を転送するならば、1画素当たりの転送時間は4.2/4000=1.1nsec程度になる。   Regarding the increase in the frame rate, similarly, when the pixel array has 8M pixels of 4000 (V) × 2000 (H), the time required for 1H (one horizontal period) at 30 fps is (1/30) / 2000 = Although it is 17 μsec, if the frame rate is further increased, for example, it becomes 4.2 μsec at 120 fps. When a latch circuit provided for each column holds data of one pixel and horizontally transfers the data within a time of 1H, if pixels of 4000 columns are transferred in a time of 1H at 120 fps, per pixel The transfer time is about 4.2 / 4000 = 1.1 nsec.

このように、高負荷の水平信号線18を高速で駆動することは、高駆動能力のバッファで水平信号線18を駆動しなければならず、消費電力の増大を伴う。水平信号線18の駆動電流I、電源電圧V、水平信号線18に充放電される電荷Qは、水平信号線の容量C、消費電力Pとすると、一般にはP=I・V=(dQ/dt)・V=C(dV/dt)・Vとなる。前述の例で計算すると、C=10pF,V=1.8V,t=1.1nsecとすると、P=10pF×(1.8V/1.1nsec)=16mWとなる。実際には、水平信号線18を駆動するバッファ自体の駆動回路などの消費電力も考慮しなければならず、さらに数倍から十数倍の消費電力がかかる。   As described above, driving the high-load horizontal signal line 18 at a high speed requires driving the horizontal signal line 18 with a buffer having a high driving capability, which increases power consumption. The driving current I of the horizontal signal line 18, the power supply voltage V, and the charge Q charged / discharged to the horizontal signal line 18 are generally P = I · V = (dQ / dt) · V = C (dV / dt) · V. In the above example, if C = 10 pF, V = 1.8 V, and t = 1.1 nsec, then P = 10 pF × (1.8 V / 1.1 nsec) = 16 mW. Actually, the power consumption of the drive circuit of the buffer itself for driving the horizontal signal line 18 must be taken into consideration, and the power consumption is several times to ten times the power consumption.

また、バッファ512もしくはインバータによる駆動の場合は、水平方向に画素ピッチ×水平画素数に対応した水平信号線18を電源電圧Vdd−接地電圧GND間で駆動しなければならず、途中でリピータを入れたとしても、抵抗成分Rと容量成分CによるRC遅延により高速化が難しく、またバッファ512もしくはインバータの貫通電流による消費電力が増大する。   In the case of driving by the buffer 512 or the inverter, the horizontal signal line 18 corresponding to the pixel pitch × the number of horizontal pixels in the horizontal direction must be driven between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND, and a repeater is inserted in the middle. Even so, it is difficult to increase the speed due to the RC delay caused by the resistance component R and the capacitance component C, and the power consumption due to the through current of the buffer 512 or the inverter increases.

さらに、高負荷の水平信号線18を高速で駆動する場合には、スルーレートを確保することが難しくなる。このことを示したのが図3Aである。図示のように、そもそも電源電圧Vまで振幅するはずの水平信号線18の電位が、実際にはある微小な振幅しか振れないことになる。これは、水平信号線18には抵抗があり、またバッファに有限の出力インピーダンスがあるため、いわゆるCR遅延により、微小な振幅になってしまうからである。   Further, when the high load horizontal signal line 18 is driven at a high speed, it is difficult to secure a slew rate. This is shown in FIG. 3A. As shown in the figure, the potential of the horizontal signal line 18 that should originally swing to the power supply voltage V can actually swing only a small amplitude. This is because the horizontal signal line 18 has a resistance and the buffer has a finite output impedance, so that the amplitude becomes very small due to a so-called CR delay.

また、このように微小な振幅でしか振れない場合、雑音に対する耐性が悪くなり、信号の誤りを起こす可能性がある。このことを示したのが図3Bである。図示のように、隣り合った列ごとの出力が常に異なり、水平信号線18の変化が常にある場合は、振幅が小さくなり、変化がない場合は振幅が大きくなる。そのため、値を判別する閾値が出力変化で異なってしまうことにより、誤判定の原因になる。   In addition, when the signal can swing only with such a small amplitude, resistance to noise is deteriorated, and there is a possibility of causing a signal error. This is shown in FIG. 3B. As shown in the figure, when the outputs of the adjacent columns are always different and the horizontal signal line 18 always changes, the amplitude decreases, and when there is no change, the amplitude increases. For this reason, the threshold value for discriminating the value varies depending on the output change, which causes a misjudgment.

これらの要因から、たとえば水平信号線18を複数本に分割し、1本当たりの水平信号線18につく容量を低減し、さらに駆動周波数を低減することで、消費電力の増大と微小振幅の問題を回避することが考えられる。しかしながら、この場合は、水平信号線18およびその水平信号線18に接続される出力回路28を複数設けることになるため、レイアウト面積の増大や複数系統の水平信号線18間のクロストークによる雑音の要因や水平信号線18間のスキューなどの問題を引き起こしてしまう。   From these factors, for example, the horizontal signal line 18 is divided into a plurality of lines, the capacity of the horizontal signal line 18 per line is reduced, and the drive frequency is further reduced. It is conceivable to avoid this. However, in this case, since a plurality of horizontal signal lines 18 and a plurality of output circuits 28 connected to the horizontal signal lines 18 are provided, noise due to an increase in layout area and crosstalk between the horizontal signal lines 18 of a plurality of systems is provided. This causes a problem such as a factor and a skew between the horizontal signal lines 18.

これに対して、本実施形態では、ラッチ回路(本例ではD型フリップフロップ402)の論理出力レベルのままで水平信号線18上をデータ転送するのではなく、より小振幅の電圧信号に変換して出力回路28に伝達し、出力回路28にて再度後段回路用の電圧情報(電圧レベル)となるように小振幅の電圧信号を増幅する構成となっているのである。小振幅の電圧信号で水平信号線18上を転送することにより、結果として高速動作化を実現するようにしている。以下、具体的な構成例を幾つか示して説明する。 On the other hand, in the present embodiment, the data is not transferred on the horizontal signal line 18 with the logic output level of the latch circuit (D-type flip-flop 402 in this example), but is converted into a voltage signal having a smaller amplitude. Then, it is transmitted to the output circuit 28, and the output circuit 28 amplifies the voltage signal with a small amplitude so that it becomes voltage information (voltage level) for the subsequent circuit again. By transferring the voltage on the horizontal signal line 18 with a voltage signal having a small amplitude, high speed operation is realized as a result. Hereinafter, some specific configuration examples will be shown and described.

<第1実施形態:第1例>
図4および図4Aは、第1実施形態の第1例を説明する図である。ここで、図4は、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるLの電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図であり、図4Aはその動作を説明するタイミングチャートである。図4Bは、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるHの電圧レベルを第3の電圧レベルVL2に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図であり、図4Cはその動作を説明するタイミングチャートである。
<First Embodiment: First Example>
4 and 4A are diagrams illustrating a first example of the first embodiment. Here, FIG. 4 is a circuit showing a configuration example when the L voltage level output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1 as in the first example shown in FIG. 2A (A). FIG. 4A is a block diagram, and FIG. 4A is a timing chart illustrating the operation. FIG. 4B is a circuit block diagram showing a configuration example when the H voltage level output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL2 as in the second example shown in FIG. 2A (B). FIG. 4C is a timing chart illustrating the operation.

図4(A)に示すように、第1実施形態の第1例の構成では、先ずデータ記憶・転送出力部256の第1レベル調整部414は、インバータ412と水平信号線18との間にNMOSトランジスタ420Nとアナログスイッチ機能を持つスイッチトランジスタとしてのPMOSトランジスタ422PとPMOSトランジスタ422Pのゲート端を制御するインバータ424を有する。   As shown in FIG. 4A, in the configuration of the first example of the first embodiment, first, the first level adjustment unit 414 of the data storage / transfer output unit 256 is connected between the inverter 412 and the horizontal signal line 18. An NMOS transistor 420N, a PMOS transistor 422P as a switch transistor having an analog switch function, and an inverter 424 for controlling the gate terminal of the PMOS transistor 422P are provided.

PMOSトランジスタ422Pのゲート端には、水平走査部12からの水平データ転送クロックφH_1〜φH_hの列対応のものをインバータ424で論理反転した水平データ転送クロックφNH_1〜φNH_hの列対応のものが供給される。インバータ424を介在させてはいるが、PMOSトランジスタ422Pは、水平走査部12の制御の元で、NMOSトランジスタ420Nの反転出力を各列共通の水平信号線18側に出力する。   The gate end of the PMOS transistor 422P is supplied with a column corresponding to the horizontal data transfer clocks φNH_1 to φNH_h obtained by logically inverting the column corresponding to the horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_h from the horizontal scanning unit 12 by the inverter 424. . Although the inverter 424 is interposed, the PMOS transistor 422P outputs the inverted output of the NMOS transistor 420N to the common horizontal signal line 18 side of each column under the control of the horizontal scanning unit 12.

NMOSトランジスタ420Nは、ゲート端にインバータ412の出力データが入力され、ソース端が接地され、ドレイン端がPMOSトランジスタ422Pの一方の入出力端
(たとえばドレイン端)に接続されている。
In the NMOS transistor 420N, the output data of the inverter 412 is input to the gate terminal, the source terminal is grounded, and the drain terminal is connected to one input / output terminal (for example, drain terminal) of the PMOS transistor 422P.

また、水平信号線18には、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の2つの電圧レベルの内の高い方の電圧レベルに関して、D型フリップフロップ402の高い方の電圧レベルと実質的に同一電圧レベルのHレベルVH1に維持する第2レベル調整部415が接続されている。第1実施形態の第1例において、第2レベル調整部415は、水平信号線18の電位を高電位側である電源電圧Vddに維持するプルアップ手段として機能するものを用いる。水平信号線18を、予め電源電圧Vddにプルアップし、水平信号線18を電源電圧Vddで固定しておくのである。 Further, the horizontal signal line 18 is substantially the same as the higher voltage level of the D flip-flop 402 with respect to the higher one of the two voltage levels of the data (information) output from the D flip-flop 402. A second level adjustment unit 415 that maintains the same voltage level at the H level VH1 is connected. In the first example of the first embodiment, the second level adjustment unit 415 uses a function that functions as pull-up means for maintaining the potential of the horizontal signal line 18 at the power supply voltage Vdd on the high potential side. The horizontal signal line 18 is previously pulled up to the power supply voltage Vdd, and the horizontal signal line 18 is fixed at the power supply voltage Vdd.

また、出力回路28に設けられる第2振幅レベル変更部416は、オペアンプなどの差動増幅回路430を有する。差動増幅回路430は、電圧比較器(コンパレータ)の機能と増幅回路の機能を併せ持つ。差動増幅回路430の後段には非反転型の出力バッファ438が設けられている。出力バッファ438は、一般的なバッファ機能の他に、差動増幅回路430から出力された信号電圧が後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHout(フル振幅とも称する)に足りないときには電源電圧Vdd−接地電圧GND間でのフル振幅の動作を行なう。出力バッファ438の出力は図示を割愛した出力端子5cに接続され、チップ外へ後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHoutのデータが出力される。 The second amplitude level changing unit 416 provided in the output circuit 28 includes a differential amplifier circuit 430 such as an operational amplifier. The differential amplifier circuit 430 has both a voltage comparator (comparator) function and an amplifier circuit function. A non-inverting output buffer 438 is provided following the differential amplifier circuit 430. In addition to the general buffer function, the output buffer 438 supplies a power supply voltage when the signal voltage output from the differential amplifier circuit 430 is insufficient for the logic information VLout and VHout (also referred to as full amplitude) for the subsequent circuit. Full amplitude operation between Vdd and ground voltage GND is performed. The output of the output buffer 438 is connected to an output terminal 5c (not shown), and logic level voltage information VLout and VHout data for the subsequent circuit is output outside the chip.

差動増幅回路430は、高電位側電源端に電源電圧Vddが供給され、低電位側電源端が接地される。また、差動増幅回路430は、非反転入力端(+)に水平信号線18が接続され差動増幅回路430を水平信号線18で駆動する構成となるとともに、反転入力端(−)に閾値電圧Vbias1=“(VH1−VL1)/2+VL1”が参照電圧として供給される。   In the differential amplifier circuit 430, the power supply voltage Vdd is supplied to the high potential side power supply end, and the low potential side power supply end is grounded. The differential amplifier circuit 430 is configured such that the horizontal signal line 18 is connected to the non-inverting input terminal (+) and the differential amplifier circuit 430 is driven by the horizontal signal line 18, and the threshold value is connected to the inverting input terminal (−). The voltage Vbias1 = “(VH1−VL1) / 2 + VL1” is supplied as a reference voltage.

差動増幅回路430は、その電圧比較器と増幅回路の機能により、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias1よりも高いときにはその電圧差を自身が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファ438との協働処理によって)、後段回路用のH論理の電圧レベルVHoutまで増幅し、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias1よりも低いときにはその電圧差を自身が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファ438との協働処理によって)、後段回路用のL論理の電圧レベルVLoutまで増幅する。   The differential amplifying circuit 430 uses its own voltage difference and the amplifying circuit so that when the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher than the threshold voltage Vbias1, the differential amplifying circuit 430 has its voltage difference by its own amplifying function (output as necessary). Amplifying to the H logic voltage level VHout for the post-stage circuit (by cooperating with the buffer 438), and when the voltage value on the horizontal signal line 18 is lower than the threshold voltage Vbias1, the voltage difference itself has an amplification function. It amplifies to the L logic voltage level VLout for the subsequent circuit (by cooperating with the output buffer 438 as necessary).

たとえば、ある列(i列)のAD変換部25bの出力データが“H”のとき、D型フリップフロップ402の出力も同様に“H”だとすると、D型フリップフロップ402の出力に接続されたインバータ412の出力が“L”になり、そのインバータ412の先に接続されたNMOSトランジスタ420Nがオフするため、水平信号線18の電圧は第2レベル調整部415でプルアップされた電源電圧Vddのままであり、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)の電圧レベルと実質的に同一電圧レベルのHレベルVH1が維持される。 For example, if the output data of the AD conversion unit 25b in a certain column (i column) is “H”, and the output of the D-type flip-flop 402 is also “H”, an inverter connected to the output of the D-type flip-flop 402 Since the output of 412 becomes “L” and the NMOS transistor 420N connected to the tip of the inverter 412 is turned off, the voltage of the horizontal signal line 18 remains the power supply voltage Vdd pulled up by the second level adjustment unit 415. Thus, the H level VH1, which is substantially the same voltage level as one (higher) voltage level of the data (information) output from the D-type flip-flop 402, is maintained.

一方、出力データが“L”のときはD型フリップフロップ402の出力が“L”だとすると、D型フリップフロップ402の出力に接続されたインバータ412の出力が“H”になり、そのインバータ412の先に接続されたNMOSトランジスタ420Nがオンし、水平信号線18がある電圧だけ低下し、高い方の電圧レベルに対応する電源電圧Vddと低い方の電圧レベルに対応する接地電圧GNDとの間の第3の電圧レベルVL1になる。どの程度の電圧低下が生じるかは、NMOSトランジスタ420Nのドレイン−ソース間の駆動能力(ドレイン−ソース間の駆動電流と出力抵抗に関係する)と水平信号線18側の負荷抵抗と負荷容量とで決まる。 On the other hand, when the output data is “L”, if the output of the D-type flip-flop 402 is “L”, the output of the inverter 412 connected to the output of the D-type flip-flop 402 becomes “H”. previously set to connect the NMOS transistor 420N is turned on, between the ground voltage GND to decrease by a voltage has a horizontal signal line 18, corresponding to the higher voltage level of the power supply voltage Vdd and lower corresponding to the voltage level of the It becomes the third voltage level VL1. The amount of voltage drop depends on the drain-source drive capability (related to the drain-source drive current and output resistance) of the NMOS transistor 420N and the load resistance and load capacitance on the horizontal signal line 18 side. Determined.

第1レベル調整部414を構成するに当たり、AD変換部25bやD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の論理レベルに応じた2つの電圧レベルを反転するトランジスタ(本例ではNMOSトランジスタ420N)を使用することで、H,Lの電圧レベルの一方(本例では低い方の電圧レベル)を簡単に第3の電圧レベルVL1に変換できる利点がある。 In configuring the first level adjusting section 414, NMOS transistor in inversion transistors (in this example two voltage levels corresponding to logic levels of the data (information) output from the AD converter 25b and the D-type flip-flop 402 420N) has an advantage that one of the H and L voltage levels (the lower voltage level in this example) can be easily converted to the third voltage level VL1.

出力回路28内の差動増幅回路430は、反転入力端に閾値電圧Vbias1=“(VH1−VL1)/2+VL1”が参照電圧として供給されており、これを参照電圧として、水平信号線18と接続された非反転入力端の電位と比較して、その電圧差を後段回路用の論理レベルの電圧情報VLout,VHoutまで増幅する。これにより、水平信号線18の信号値(VL1,VH1)に対応した出力データが得られ、ある列の出力データが転送されたことになり、水平転送が行なえる。 The differential amplifier circuit 430 in the output circuit 28 is supplied with the threshold voltage Vbias1 = “(VH1−VL1) / 2 + VL1” as a reference voltage at the inverting input terminal, and is connected to the horizontal signal line 18 using this as a reference voltage. Compared with the potential of the non-inverting input terminal, the voltage difference is amplified up to voltage information VLout and VHout of the logic level for the subsequent circuit. As a result, output data corresponding to the signal values (VL1, VH1) of the horizontal signal line 18 is obtained, and the output data of a certain column is transferred, and horizontal transfer can be performed.

なお、図示した例では、インバータ412を設けて先ずD型フリップフロップ402の出力データを論理反転し、インバータ412から出力されるデータ(情報)の2つの電圧レベルをNMOSトランジスタ420Nで反転する構成としているが、このことは必須ではない。たとえば、出力回路28の差動増幅回路430を反転アンプ構成とすれば、インバータ412を非反転型のバッファに代えるか削除することができる。この点は、後述する他の実施形態でも同様である。 In the example shown, the output data of the first inverter 412 is provided D-type flip-flop 402 logically inverts and inverted two voltage levels of the data output from the inverter 412 (information) in NMOS transistor 420N structure However, this is not essential. For example, if the differential amplifier circuit 430 of the output circuit 28 has an inverting amplifier configuration, the inverter 412 can be replaced with a non-inverting buffer or eliminated. This also applies to other embodiments described later.

図4Aには、第1実施形態の第1例の構成をとったときの、i列目から交互に“H”,“L”が出力されているときのタイミングチャートを示している。図示のように、水平信号線18の電圧は、電源電圧Vddと第3の電圧レベルVL1との間で振幅する、つまり、カラムAD回路25からのデジタル出力に応じて、水平信号線18を電源電圧Vdd付近の小振幅電圧で駆動させることができる。このため、比較例のように電源電圧Vdd−接地電圧GND間で振幅する場合に比べて、消費電力の増大を防ぐことができ、また小振幅であるためスルーレートの低下による問題は生じない。VL1〜VH1間での小振幅動作での水平転送により、低消費電力と高速動作が可能となるのである。   FIG. 4A shows a timing chart when “H” and “L” are alternately output from the i-th column when the configuration of the first example of the first embodiment is taken. As shown in the figure, the voltage of the horizontal signal line 18 swings between the power supply voltage Vdd and the third voltage level VL1, that is, the horizontal signal line 18 is powered according to the digital output from the column AD circuit 25. It can be driven with a small amplitude voltage near the voltage Vdd. For this reason, as compared with the case of the amplitude between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND as in the comparative example, an increase in power consumption can be prevented, and since the amplitude is small, there is no problem due to a decrease in the slew rate. The horizontal transfer in the small amplitude operation between VL1 to VH1 enables low power consumption and high speed operation.

また、Hレベル出力時は、第2レベル調整部415でのプルアップ機能により常に電源電圧Vdd(=VH1)までプルアップし、Lレベル出力時は、列ごとに設けられたNMOSトランジスタ420Nで第3の電圧レベルVL1までプルダウンさせる。高負荷である水平信号線18の充放電に必要な電流値を緩和させることができ、またHレベル出力時は定常電流パスがないので、水平信号線18による消費電力がなく、低消費電力で駆動する水平転送回路を提供できる。NMOSトランジスタ420NがオフするLレベル(第3の電圧レベルVL1)からHレベル(VH1=Vdd)への遷移時には貫通電流が流れないので、比較例よりも低消費電力で動作する利点もある。   When the H level is output, the pull-up function of the second level adjustment unit 415 always pulls up to the power supply voltage Vdd (= VH1). When the L level is output, the NMOS transistor 420N provided for each column Pull down to 3 voltage level VL1. The current value necessary for charging / discharging the horizontal signal line 18 which is a high load can be relaxed, and since there is no steady current path at the time of H level output, there is no power consumption by the horizontal signal line 18 and low power consumption. A horizontal transfer circuit to be driven can be provided. Since the through current does not flow at the transition from the L level (third voltage level VL1) where the NMOS transistor 420N is turned off to the H level (VH1 = Vdd), there is also an advantage of operating with lower power consumption than the comparative example.

比較例のようにバッファ512を介して水平信号線18を駆動する場合、Hレベル相当の電源電圧Vdd近傍の高電圧とLレベル相当の接地電圧GND近傍の低電圧で振幅するデータを水平信号線18に出力する。このため、実際には、Hレベル出力時およびLレベル出力時ともに、僅かの電流パスが存在し、伝送速度に応じた消費電力の増加があるのと異なるのである。第1実施形態の第1例の構成をとったときには、高速性を改良しながら、低消費電力もねらえるため、今後の高速CMOSイメージセンサ開発に対してアドバンテージになる。   When the horizontal signal line 18 is driven through the buffer 512 as in the comparative example, data that is amplified by a high voltage in the vicinity of the power supply voltage Vdd corresponding to the H level and a low voltage in the vicinity of the ground voltage GND corresponding to the L level is displayed on the horizontal signal line. 18 is output. For this reason, there are actually a few current paths both at the time of H level output and at the time of L level output, which is different from the increase in power consumption corresponding to the transmission speed. When the configuration of the first example of the first embodiment is adopted, it aims at low power consumption while improving high speed, which is an advantage for future high speed CMOS image sensor development.

また、図4(A)に示すように、第2振幅レベル変更部416としては、オペアンプなどの差動増幅回路430を使用し、VL1〜VH1で変化する電圧情報の中点電位である“(VH1−VL1)/2+VL1”を閾値電圧Vbias1として、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias1よりも高いか低いかを比較し、その電圧差を後段回路用の電圧レベルVLout,VHoutまで増幅するようにすれば、列ごとの信号変化に伴う水平信号線18の電圧変化があった場合でも、一定の閾値で判定できるので、雑音耐性が向上する。 Further, as shown in FIG. 4A, the second amplitude level changing unit 416 uses a differential amplifier circuit 430 such as an operational amplifier, and is a midpoint potential of voltage information that changes in VL1 to VH1. VH1−VL1) / 2 + VL1 ″ is set as a threshold voltage Vbias1 to compare whether the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher or lower than the threshold voltage Vbias1, and the voltage difference is amplified to the voltage levels VLout and VHout for the subsequent circuit. By doing so, even if there is a voltage change of the horizontal signal line 18 due to a signal change for each column, the determination can be made with a certain threshold value, so noise resistance is improved.

なお、図4(B)に示すように、出力回路28に設けられる第2振幅レベル変更部416は、オペアンプなどの差動増幅回路430に代えて、PMOSトランジスタ434Pと負荷抵抗436を設けてもよい。PMOSトランジスタ434Pはインバータとして機能するもので、そのソース端に電源電圧Vddが供給され、ドレイン端が負荷抵抗436の一方の端子に接続され、ゲート端に第1振幅レベル変更部410から出力された電圧情報(VL1〜VH1)が供給される。負荷抵抗436の他方の端子は接地される。   As shown in FIG. 4B, the second amplitude level changing unit 416 provided in the output circuit 28 may include a PMOS transistor 434P and a load resistor 436 instead of the differential amplifier circuit 430 such as an operational amplifier. Good. The PMOS transistor 434P functions as an inverter, the power supply voltage Vdd is supplied to the source terminal, the drain terminal is connected to one terminal of the load resistor 436, and the gate terminal outputs the first amplitude level changing unit 410. Voltage information (VL1 to VH1) is supplied. The other terminal of the load resistor 436 is grounded.

これに対応して、出力バッファ438としては、非反転型ではなく、反転型のものにする。一例として、PMOSトランジスタ438Pと、NMOSトランジスタ438Nとを、電源電圧Vddと接地電圧GNDの間に直列に配置した構成にする。   Correspondingly, the output buffer 438 is not inverted but inverted. As an example, the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N are arranged in series between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND.

PMOSトランジスタ438Pのソース端には電源電圧Vddが供給され、NMOSトランジスタ438Nのソース端は接地電圧GNDが供給される。PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nの各ドレイン端を共通に接続し、その接続点を、出力端子5cに接続する。全体としては、CMOSインバータを構成している。PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nの各ゲート端を共通に接続し、その接続点をPMOSトランジスタ434Pと負荷抵抗436との接続点と接続する。   The power supply voltage Vdd is supplied to the source terminal of the PMOS transistor 438P, and the ground voltage GND is supplied to the source terminal of the NMOS transistor 438N. The drain ends of the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N are connected in common, and the connection point is connected to the output terminal 5c. As a whole, a CMOS inverter is configured. The gate ends of the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N are connected in common, and the connection point is connected to the connection point between the PMOS transistor 434P and the load resistor 436.

D型フリップフロップ402の出力が“H”のときには、水平信号線18の電圧が第2レベル調整部415でプルアップされた電源電圧Vdd(=HレベルVH1)となる。このため、PMOSトランジスタ434Pはオフで、PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nとで構成されたCMOSインバータの入力が接地電圧GNDになる。これにより、PMOSトランジスタ438Pがオンするので、そのCMOSインバータの出力が電源電圧Vddになり、後段回路用の一方(高い方)の電圧レベルに対応した電圧情報VHoutが出力される。 When the output of the D-type flip-flop 402 is “H”, the voltage of the horizontal signal line 18 becomes the power supply voltage Vdd (= H level VH1) pulled up by the second level adjustment unit 415. For this reason, the PMOS transistor 434P is off, and the input of the CMOS inverter composed of the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N becomes the ground voltage GND. As a result, the PMOS transistor 438P is turned on, so that the output of the CMOS inverter becomes the power supply voltage Vdd, and the voltage information VHout corresponding to one (higher) voltage level for the subsequent circuit is output.

一方、D型フリップフロップ402の出力が“L”のときには、水平信号線18の電圧が電源電圧Vddと接地電圧GNDとの間の第3の電圧レベルVL1になる。この第3の電圧レベルVL1の絶対値がPMOSトランジスタ434Pの閾値電圧の絶対値を上回るときには、PMOSトランジスタ434Pはオンするので、PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nとで構成されたCMOSインバータの入力が電源電圧Vddになる。これにより、NMOSトランジスタ438Nがオンするので、そのCMOSインバータの出力が接地電圧GNDになり、後段回路用の他方(低い方)の電圧レベルに対応した電圧情報VLoutが出力される。 On the other hand, when the output of the D-type flip-flop 402 is “L”, the voltage of the horizontal signal line 18 becomes the third voltage level VL1 between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND. When the absolute value of the third voltage level VL1 exceeds the absolute value of the threshold voltage of the PMOS transistor 434P, the PMOS transistor 434P is turned on, so that the input of the CMOS inverter composed of the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N is the power source. The voltage becomes Vdd. As a result, the NMOS transistor 438N is turned on, so that the output of the CMOS inverter becomes the ground voltage GND, and the voltage information VLout corresponding to the other (lower) voltage level for the subsequent circuit is output.

ただし、図4(B)に示すような構成の場合、図4(A)に示す構成よりも第2振幅レベル変更部416をコンパクトに構成できるが、PMOSトランジスタ434Pによる反転出力処理時に、閾値電圧の影響を受け、中点電位(=閾値電圧Vbias1)を中心にした比較処理と増幅処理による場合に比べて論理変化のタイミングがズレる難点がある。そのため、列ごとの信号変化に伴う水平信号線18の電圧変化があった場合には、一定の閾値で判定できないことになり、雑音耐性が低下する。   However, in the case of the configuration shown in FIG. 4B, the second amplitude level changing unit 416 can be configured more compactly than the configuration shown in FIG. 4A, but the threshold voltage is applied during the inverted output processing by the PMOS transistor 434P. As a result, there is a problem that the timing of the logic change is shifted as compared with the case of comparison processing and amplification processing centering on the midpoint potential (= threshold voltage Vbias1). For this reason, when there is a voltage change of the horizontal signal line 18 accompanying a signal change for each column, the determination cannot be made with a certain threshold value, and the noise resistance is lowered.

<第1実施形態:第2例>
図4Bおよび図4Cは、第1実施形態の第2例を説明する図である。ここで、図4Bは、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータの一方(低い方)の論理レベルに対応した電圧レベルを第3の電圧レベルVL2に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図であり、図4Cはその動作を説明するタイミングチャートである。
<First Embodiment: Second Example>
4B and 4C are diagrams illustrating a second example of the first embodiment. Here, FIG. 4B shows a third voltage level corresponding to one (lower) logic level of the data output from the D-type flip-flop 402 as in the second example shown in FIG. 2A (B). FIG. 4C is a circuit block diagram showing a configuration example in the case of changing to VL2, and FIG. 4C is a timing chart for explaining the operation.

図4B(A)に示すように、第1実施形態の第2例の構成では、先ずデータ記憶・転送出力部256の第1レベル調整部414は、インバータ412と水平信号線18との間にPMOSトランジスタ420Pとアナログスイッチ機能を持つスイッチトランジスタとしてのNMOSトランジスタ422Nを有する。   As shown in FIG. 4B (A), in the configuration of the second example of the first embodiment, first, the first level adjustment unit 414 of the data storage / transfer output unit 256 is connected between the inverter 412 and the horizontal signal line 18. A PMOS transistor 420P and an NMOS transistor 422N as a switch transistor having an analog switch function are included.

NMOSトランジスタ422Nのゲート端には、水平走査部12からの水平データ転送クロックφH_1〜φH_hの列対応のものが供給される。PMOSトランジスタ420Pは、ゲート端にインバータ412の出力データが入力され、ソース端が電源電圧Vddが供給され、ドレイン端がNMOSトランジスタ422Nの一方の入出力端(たとえばドレイン端)に接続されている。NMOSトランジスタ422Nは、水平走査部12の制御の元で、PMOSトランジスタ420Pの反転出力を各列共通の水平信号線18側に出力する。   The gate end of the NMOS transistor 422N is supplied with a column corresponding to the horizontal data transfer clocks φH_1 to φH_h from the horizontal scanning unit 12. In the PMOS transistor 420P, the output data of the inverter 412 is input to the gate terminal, the power supply voltage Vdd is supplied to the source terminal, and the drain terminal is connected to one input / output terminal (for example, the drain terminal) of the NMOS transistor 422N. The NMOS transistor 422N outputs the inverted output of the PMOS transistor 420P to the common horizontal signal line 18 side of each column under the control of the horizontal scanning unit 12.

また、水平信号線18には、D型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の論理レベルに対応した2つの電圧レベルうち、低い方の電圧レベルに関して、D型フリップフロップ402のLレベル電圧と実質的に同一電圧レベルのLレベルVL2に維持する第2レベル調整部415が接続されている。第1実施形態の第2例において、第2レベル調整部415は、水平信号線18の電位を低電位側である接地電圧GNDに維持するプルダウン手段として機能するものを用いる。水平信号線18を、予め接地電圧GNDにプルダウンし、水平信号線18を接地電圧GNDで固定しておくのである。 The horizontal signal line 18 has an L level of the D flip-flop 402 with respect to the lower voltage level of the two voltage levels corresponding to the logic level of the data (information) output from the D flip-flop 402. A second level adjustment unit 415 that maintains the L level VL2 that is substantially the same voltage level as the voltage is connected. In the second example of the first embodiment, the second level adjustment unit 415 is used as a pull-down unit that maintains the potential of the horizontal signal line 18 at the ground voltage GND on the low potential side. The horizontal signal line 18 is previously pulled down to the ground voltage GND, and the horizontal signal line 18 is fixed at the ground voltage GND.

また、出力回路28に設けられる第2振幅レベル変更部416は、先ず図4B(A)に示すように、第1実施形態の第1例と同様のオペアンプなどの差動増幅回路430と非反転型の出力バッファ438を有するものとすることができる。ただし、第1実施形態の第2例の差動増幅回路430は、非反転入力端(+)に水平信号線18が接続され、反転入力端(−)に閾値電圧Vbias2=(VH2−VL2)/2+VL2が参照電圧として供給される。   Further, the second amplitude level changing unit 416 provided in the output circuit 28 is not non-inverted with a differential amplifier circuit 430 such as an operational amplifier similar to the first example of the first embodiment, as shown in FIG. 4B (A). A type output buffer 438 may be included. However, in the differential amplifier circuit 430 of the second example of the first embodiment, the horizontal signal line 18 is connected to the non-inverting input terminal (+), and the threshold voltage Vbias2 = (VH2−VL2) is connected to the inverting input terminal (−). / 2 + VL2 is supplied as a reference voltage.

差動増幅回路430は、その電圧比較器と増幅回路の機能により、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias2よりも高いときにはその電圧差を自身が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファ438との協働処理によって)、後段回路用のH論理の電圧レベルVHoutまで増幅し、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias2よりも低いときにはその電圧差を自身が持つ増幅機能により(必要に応じて出力バッファ438との協働処理によって)、後段回路用のL論理の電圧レベルVLoutまで増幅する。   The differential amplifier circuit 430 has its voltage difference when the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher than the threshold voltage Vbias2 due to the functions of the voltage comparator and the amplifier circuit (output as necessary). Amplifying to the H logic voltage level VHout for the post-stage circuit (by cooperating with the buffer 438), and when the voltage value on the horizontal signal line 18 is lower than the threshold voltage Vbias2, the voltage difference of its own is amplified by its own amplifying function. It amplifies to the L logic voltage level VLout for the subsequent circuit (by cooperating with the output buffer 438 as necessary).

図4Cには、第1実施形態の第2例の構成をとったときの、i列目から交互に“H”,“L”が出力されているときのタイミングチャートを示している。図示のように、水平信号線18の電圧は、接地電圧GNDと第3の電圧レベルVL2との間で振幅するため、比較例のように電源電圧Vddと接地電圧GNDで振幅する場合に比べて、消費電力の増大を防ぐことができ、また小振幅であるためスルーレートの低下による問題は生じない。VL2〜VH2間での小振幅動作での水平転送により、低消費電力と高速動作が可能となるのである。   FIG. 4C shows a timing chart when “H” and “L” are alternately output from the i-th column when the configuration of the second example of the first embodiment is taken. As shown in the figure, since the voltage of the horizontal signal line 18 swings between the ground voltage GND and the third voltage level VL2, as compared with the case where it swings between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND as in the comparative example. The increase in power consumption can be prevented, and since the amplitude is small, there is no problem due to a decrease in slew rate. The horizontal transfer in the small amplitude operation between VL2 and VH2 enables low power consumption and high speed operation.

また、Lレベル出力時は、第2レベル調整部415でのプルダウン機能により常に接地電圧GND(=VL2)までプルダウンし、Hレベル出力時は、列ごとに設けられたPMOSトランジスタ420Pで第3の電圧レベルVH2までプルアップさせる。高負荷である水平信号線18の充放電に必要な電流値を緩和させることができ、またLレベル出力時は定常電流パスがないので、水平信号線18による消費電力がなく、低消費電力で駆動する水平転送回路を提供できる。PMOSトランジスタ420PがオフするHレベル(第3の電圧レベルVH2)からLレベル(VL2=GND)への遷移時には貫通電流が流れないので、比較例よりも低消費電力で動作する利点もある。第1実施形態の第1例と同様に、高速性を改良しながら、低消費電力もねらえる。   When the L level is output, the pull-down function of the second level adjustment unit 415 always pulls down to the ground voltage GND (= VL2). When the H level is output, the PMOS transistor 420P provided for each column causes the third level. Pull up to voltage level VH2. The current value required for charging / discharging the horizontal signal line 18 which is a high load can be relaxed, and since there is no steady current path at the time of L level output, there is no power consumption by the horizontal signal line 18 and low power consumption. A horizontal transfer circuit to be driven can be provided. Since no through current flows at the transition from the H level (third voltage level VH2) at which the PMOS transistor 420P is turned off to the L level (VL2 = GND), there is an advantage of operating with lower power consumption than the comparative example. Similar to the first example of the first embodiment, it aims at low power consumption while improving high speed.

また、図4B(A)に示すように、第2振幅レベル変更部416としては、オペアンプなどの差動増幅回路430を使用し、VL2〜VH2で変化する電圧情報の中点電位である(VH2−VL2)/2+VL2を閾値電圧Vbias2として、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias2よりも高いか低いかを比較し、その電圧差を後段回路用の論理レベルに対応した電圧情報VLout,VHoutまで増幅するようにすれば、第1実施形態の第1例と同様に、列ごとの信号変化に伴う水平信号線18の電圧変化があった場合でも、一定の閾値で判定できるので、雑音耐性が向上する。 Further, as shown in FIG. 4B (A), as the second amplitude level changing unit 416, a differential amplifier circuit 430 such as an operational amplifier is used, which is a midpoint potential of voltage information that changes in VL2 to VH2 (VH2 -VL2) / 2 + VL2 as a threshold voltage Vbias2 and voltage information VLout which compares whether the voltage value on the horizontal signal line 18 is higher or lower than the threshold voltage Vbias2, corresponding to the voltage difference to a logical level for subsequent circuit, By amplifying to VHout, as in the first example of the first embodiment, even when there is a voltage change of the horizontal signal line 18 due to a signal change for each column, it can be determined with a constant threshold, so noise Resistance is improved.

なお、図4B(B)に示すように、出力回路28に設けられる第2振幅レベル変更部416は、オペアンプなどの差動増幅回路430に代えて、NMOSトランジスタ434Nと負荷抵抗436を設けてもよい。NMOSトランジスタ434Nはインバータとして機能するもので、そのソース端に接地電圧GNDが供給され、ドレイン端が負荷抵抗436の一方の端子に接続され、ゲート端に第1振幅レベル変更部410から出力された電圧情報
(VL2〜VH2)が供給される。負荷抵抗436の他方の端子には電源電圧Vddが供給される。
As shown in FIG. 4B (B), the second amplitude level changing unit 416 provided in the output circuit 28 may include an NMOS transistor 434N and a load resistor 436 instead of the differential amplifier circuit 430 such as an operational amplifier. Good. The NMOS transistor 434N functions as an inverter. The ground voltage GND is supplied to the source terminal, the drain terminal is connected to one terminal of the load resistor 436, and the gate terminal outputs from the first amplitude level changing unit 410. Voltage information (VL2 to VH2) is supplied. A power supply voltage Vdd is supplied to the other terminal of the load resistor 436.

これに対応して、出力バッファ438としては、非反転型ではなく、図4B(B)に示すように、反転型のものにする。一例として、図4(B)に示したものと同様に、PMOSトランジスタ438Pと、NMOSトランジスタ438Nとを、電源電圧Vddと接地電圧GNDの間に直列に配置した構成にする。PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nの各ゲート端を共通に接続し、その接続点をNMOSトランジスタ434Nと負荷抵抗436との接続点と接続する。   Correspondingly, the output buffer 438 is not a non-inverting type, but an inverting type as shown in FIG. 4B (B). As an example, a PMOS transistor 438P and an NMOS transistor 438N are arranged in series between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND in the same manner as that shown in FIG. The gate ends of the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N are connected in common, and the connection point is connected to the connection point between the NMOS transistor 434N and the load resistor 436.

D型フリップフロップ402の出力が“L”のときには、水平信号線18の電圧が第2レベル調整部415でプルダウンされた接地電圧GND(=LレベルVL2)となる。このため、NMOSトランジスタ434Nはオフで、PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nとで構成されたCMOSインバータの入力が電源電圧Vddになる。これにより、NMOSトランジスタ438Nがオンするので、そのCMOSインバータの出力が接地電圧GNDになり、後段回路用の他方(低い方)の電圧レベルに対応した電圧情報VLoutが出力される。 When the output of the D-type flip-flop 402 is “L”, the voltage of the horizontal signal line 18 becomes the ground voltage GND (= L level VL2) pulled down by the second level adjustment unit 415. Therefore, the NMOS transistor 434N is off, and the input of the CMOS inverter constituted by the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N becomes the power supply voltage Vdd. As a result, the NMOS transistor 438N is turned on, so that the output of the CMOS inverter becomes the ground voltage GND, and the voltage information VLout corresponding to the other (lower) voltage level for the subsequent circuit is output.

一方、D型フリップフロップ402の出力が“H”のときには、水平信号線18の電圧が電源電圧Vddと接地電圧GNDとの間の第3の電圧レベルVH2になる。どの程度の電圧上昇が生じるかは、PMOSトランジスタ422Pのドレイン−ソース間の駆動電流と水平信号線18側の負荷抵抗とで決まる。   On the other hand, when the output of the D-type flip-flop 402 is “H”, the voltage of the horizontal signal line 18 becomes the third voltage level VH2 between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND. The amount of voltage rise is determined by the drive current between the drain and source of the PMOS transistor 422P and the load resistance on the horizontal signal line 18 side.

第1レベル調整部414を構成するに当たり、AD変換部25bやD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の論理レベルに対応した2つの電圧レベルを反転するトランジスタ(本例ではPMOSトランジスタ420P)を使用することで、2つの電圧レベルの一方(本例ではHレベル)を簡単に第3の電圧レベルVH2に変換できる利点がある。 In configuring the first level adjusting section 414, PMOS transistor in inversion transistors (in this example two voltage levels corresponding to logic levels of the data (information) output from the AD converter 25b and the D-type flip-flop 402 420P) has an advantage that one of the two voltage levels (H level in this example) can be easily converted to the third voltage level VH2.

第3の電圧レベルVH2がNMOSトランジスタ434Nの閾値電圧を上回るときには、NMOSトランジスタ434Nはオンするので、PMOSトランジスタ438PとNMOSトランジスタ438Nとで構成されたCMOSインバータの入力が接地電圧GNDになる。これにより、POSトランジスタ438Pがオンするので、そのCMOSインバータの出力が電源電圧Vddになり、後段回路用の一方(低い方)の電圧レベルに対応した電圧情報VHoutが出力される。 When the third voltage level VH2 exceeds the threshold voltage of the NMOS transistor 434N, the NMOS transistor 434N is turned on, so that the input of the CMOS inverter constituted by the PMOS transistor 438P and the NMOS transistor 438N becomes the ground voltage GND. As a result, the POS transistor 438P is turned on, so that the output of the CMOS inverter becomes the power supply voltage Vdd, and the voltage information VHout corresponding to one (lower) voltage level for the subsequent circuit is output.

ただし、図4B(B)に示すような構成の場合、図4B(A)に示す構成よりも第2振幅レベル変更部416をコンパクトに構成できるが、NMOSトランジスタ434Nによる反転出力処理時に、閾値電圧の影響を受け、中点電位(=閾値電圧Vbias2)を中心にした比較処理と増幅処理による場合に比べて論理変化のタイミングがズレる難点がある。そのため、列ごとの信号変化に伴う水平信号線18の電圧変化があった場合には、一定の閾値で判定できないことになり、雑音耐性が低下する。   However, in the case of the configuration shown in FIG. 4B (B), the second amplitude level changing unit 416 can be configured more compactly than the configuration shown in FIG. 4B (A), but the threshold voltage is applied during the inversion output processing by the NMOS transistor 434N. As a result, there is a problem that the timing of the logic change is shifted as compared with the case of comparison processing and amplification processing centered on the midpoint potential (= threshold voltage Vbias2). For this reason, when there is a voltage change of the horizontal signal line 18 accompanying a signal change for each column, the determination cannot be made with a certain threshold value, and the noise resistance is lowered.

なお、第1実施形態の第1例と第2例を比べた場合、インバータ412と出力データ列を切り替えるアナログスイッチ(NMOSトランジスタ422NやPMOSトランジスタ422P)との間が、NMOSトランジスタ422NであるのかPMOSトランジスタ422Pであるか(つまりN型トランジスタであるのかP型トランジスタであるのか)が基本的な相違点である。ここで、N型とP型とを比べたときには、一般的には駆動能力や周波数特性はN型の方が優れている。こういった点では、第1振幅レベル変更部410としては、データ保持部(ラッチ回路)としてのD型フリップフロップ402から出力されるデータに関し、インバータ412で反転されたH,Lの電圧レベルの内の低い方の電圧レベル側を、N型トランジスタであるNMOSトランジスタ420Nを使用して2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルVL1に変更する第1例の方が優れていると考えられる。 If the first example and the second example of the first embodiment are compared, whether the NMOS transistor 422N is between the inverter 412 and the analog switch (NMOS transistor 422N or PMOS transistor 422P) that switches the output data string is PMOS. The basic difference is whether it is the transistor 422P (that is, whether it is an N-type transistor or a P-type transistor). Here, when comparing the N-type and the P-type, the N-type is generally superior in terms of drive capability and frequency characteristics. In terms of saying, as the first amplitude level changing unit 410 relates to a data output from the D-type flip-flop 402 as the data holding unit (latch circuit), inversion has been H inverter 412, L voltage level The lower voltage level side of the first example is considered to be superior to the first example in which the NMOS transistor 420N, which is an N-type transistor, is used to change to a third voltage level VL1 between the two voltage levels. It is done.

<第2実施形態:第1例>
図5は、第2実施形態の第1例を説明する図である。ここで、図5は、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるLの電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図である。
<Second Embodiment: First Example>
FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of the second embodiment. Here, FIG. 5 is a circuit showing a configuration example when the L voltage level output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1 as in the first example shown in FIG. 2A (A). It is a block diagram.

第2実施形態の第1例の仕組みは、基本的には、図4に示した第1実施形態の第1例と同様の構成を採用し、プルアップ手段として機能する第2レベル調整部415をより具体的に構成したもので、水平信号線18を電源電圧Vddに固定するために、PMOSトランジスタを用いてプルアップする。   The mechanism of the first example of the second embodiment basically adopts the same configuration as that of the first example of the first embodiment shown in FIG. 4, and the second level adjustment unit 415 that functions as pull-up means. In order to fix the horizontal signal line 18 to the power supply voltage Vdd, it is pulled up using a PMOS transistor.

具体的には、水平信号線18と電源電圧Vddとの間に、カレントミラー接続されたPMOSトランジスタ440P,442Pと定電流源444とを有する第2レベル調整部415を設ける。PMOSトランジスタ440P,442Pの各ソース端には電源電圧Vddが供給され、PMOSトランジスタ440Pのドレイン端が水平信号線18と接続されている。PMOSトランジスタ440P,440Pの各ゲート端およびPMOSトランジスタ442Pのドレイン端が共通に定電流源444の一方に端子に接続され、定電流源444の他方の端子が接地されている。   Specifically, a second level adjustment unit 415 having PMOS transistors 440P and 442P and a constant current source 444 that are current mirror connected is provided between the horizontal signal line 18 and the power supply voltage Vdd. The power supply voltage Vdd is supplied to the source terminals of the PMOS transistors 440P and 442P, and the drain terminal of the PMOS transistor 440P is connected to the horizontal signal line 18. The gate ends of the PMOS transistors 440P and 440P and the drain end of the PMOS transistor 442P are commonly connected to one terminal of the constant current source 444, and the other terminal of the constant current source 444 is grounded.

このようなPMOSトランジスタ440Pをプルアップ手段として持つ第2振幅レベル変更部416の構成では、ある列の出力データが“H”のときにはPMOSトランジスタ440Pを用いて水平信号線18の電圧を電源電圧Vdd(=VH1)にプルアップしておく。また、ある列の出力データが“L”になったときに、その列のD型フリップフロップ402の出力に接続されたインバータ412により駆動されるNMOSトランジスタ420Nによりプルダウンして、信号値“L”を伝送する。もちろん、ある列の出力データが“H”の場合は、NMOSトランジスタ420Nがオフするため、PMOSトランジスタ440Pによるプルアップにより信号値“H”を伝送する。   In the configuration of the second amplitude level changing unit 416 having the PMOS transistor 440P as a pull-up means, when the output data of a certain column is “H”, the voltage of the horizontal signal line 18 is set to the power supply voltage Vdd using the PMOS transistor 440P. Pull up to (= VH1). Further, when the output data of a certain column becomes “L”, the signal value “L” is pulled down by the NMOS transistor 420N driven by the inverter 412 connected to the output of the D-type flip-flop 402 of that column. Is transmitted. Of course, when the output data of a certain column is “H”, the NMOS transistor 420N is turned off, so that the signal value “H” is transmitted by pull-up by the PMOS transistor 440P.

プルアップ手段を具体的に構成するに当たり、MOSトランジスタを使用すれば、抵抗素子を使用する後述の第3実施形態と比べて小面積で実現できる利点がある。加えて、低い方の電圧レベルから高い方の電圧レベルへの遷移時にはPMOSトランジスタ440Pの駆動能力を活かすことができるので抵抗素子に比べて駆動能力もある。 In concretely configuring the pull-up means, if a MOS transistor is used, there is an advantage that it can be realized with a small area as compared with a third embodiment to be described later using a resistance element. In addition, since the driving capability of the PMOS transistor 440P can be utilized at the time of transition from the lower voltage level to the higher voltage level , the driving capability is higher than that of the resistance element.

ただし、定電流源444によるバイアス電流がPMOSトランジスタ442Pに流れ、さらにNMOSトランジスタ420Nがオンになると、PMOSトランジスタ422Pを通じて、PMOSトランジスタ440PからNMOSトランジスタ420Nへの貫通電流が流れる可能性がある(後述の第2実施形態の第2例や第3例と比較するとよい)。   However, when a bias current from the constant current source 444 flows to the PMOS transistor 442P and the NMOS transistor 420N is turned on, a through current from the PMOS transistor 440P to the NMOS transistor 420N may flow through the PMOS transistor 422P (described later). Compared to the second and third examples of the second embodiment).

図示を割愛するが、第2実施形態の第1例の仕組みは、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)電圧レベルを第3の電圧レベルVH2に変更する場合についても適用できる。この場合、図4Bに示した第1実施形態の第2例と同様の構成を採用し、プルダウン手段として機能する第2レベル調整部415に関して、水平信号線18を接地電圧GNDに固定するために、カレントミラー接続された1対のNMOSトランジスタと定電流源とを有し、NMOSトランジスタを用いてプルダウンする構成とすればよい。 Although illustration is omitted, the mechanism of the first example of the second embodiment is one (higher) of data (information) output from the D-type flip-flop 402 as in the second example shown in FIG. 2A (B). also applicable to a case of changing the voltage level to the third voltage level VH2. In this case, a configuration similar to that of the second example of the first embodiment shown in FIG. 4B is adopted, and the second level adjustment unit 415 functioning as a pull-down means is used to fix the horizontal signal line 18 to the ground voltage GND. A configuration may be adopted in which a pair of NMOS transistors and a constant current source connected in a current mirror connection and a constant current source are provided and pulled down using the NMOS transistors.

<第2実施形態:第2例>
図5Aは、第2実施形態の第2例を説明する図である。ここで、図5Aは、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図である。
<Second Embodiment: Second Example>
FIG. 5A is a diagram illustrating a second example of the second embodiment. Here, in FIG. 5A, as in the first example shown in FIG. 2A (A), the other (lower) voltage level of the data (information) output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1. It is a circuit block diagram which shows the structural example in the case of changing.

第2実施形態の第2例の仕組みは、基本的には、図5に示した第2実施形態の第1例をベースとして、プルアップ用のPMOSトランジスタ440Pと水平信号線18との間に、スイッチ用のPMOSトランジスタ446PとPMOSトランジスタ446Pのゲート端を駆動するインバータ448を設けた点に特徴を有する。PMOSトランジスタ446Pは、ゲート端が差動増幅回路430の出力端と接続され、差動増幅回路430の出力を用いて駆動される。インバータ448を介在させてはいるが、事実上、差動増幅回路430は、スイッチ用のPMOSトランジスタ446Pのオン/オフを制御する。後述の第2実施形態の第3例とは異なり、自励でのスイッチ制御となるので、他励用の制御パルスを生成する機能部が不要になる利点がある。   The mechanism of the second example of the second embodiment is basically based on the first example of the second embodiment shown in FIG. 5 between the pull-up PMOS transistor 440P and the horizontal signal line 18. This is characterized in that a PMOS transistor 446P for switching and an inverter 448 for driving the gate terminal of the PMOS transistor 446P are provided. The PMOS transistor 446P has a gate terminal connected to the output terminal of the differential amplifier circuit 430, and is driven using the output of the differential amplifier circuit 430. Although the inverter 448 is interposed, the differential amplifier circuit 430 effectively controls on / off of the PMOS transistor 446P for switching. Unlike the third example of the second embodiment which will be described later, since the switch control is performed by self-excitation, there is an advantage that a functional unit for generating a control pulse for other excitation is not required.

たとえば、水平信号線18の電圧が“L”レベルのときには、差動増幅回路430の出力も同様に“L”レベルになるため、このPMOSトランジスタ446Pがオフする。こうすることで、ある列のNMOSトランジスタ422Nがオンしたときに、プルアップ用のPMOSトランジスタ440Pがオンしていることによるバイアス電流が流れることを防ぐことができ、無駄な電力の消費を防ぐことができる。   For example, when the voltage of the horizontal signal line 18 is at the “L” level, the output of the differential amplifier circuit 430 is also at the “L” level, so that the PMOS transistor 446P is turned off. In this way, when the NMOS transistor 422N in a certain column is turned on, it is possible to prevent a bias current from flowing due to the PMOS transistor 440P for pull-up being turned on, thereby preventing wasteful power consumption. Can do.

図示を割愛するが、第2実施形態の第2例の仕組みは、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVH2に変更する場合についても適用できる。この場合、図4Bに示した第1実施形態の第2例と同様の構成を採用し、プルダウン手段として機能する第2レベル調整部415に関して、水平信号線18を接地電圧GNDに固定するために、カレントミラー接続された1対のNMOSトランジスタと定電流源とを有し、NMOSトランジスタを用いてプルダウンする構成とする。そして、そのNMOSトランジスタと水平信号線18との間に、水平信号線18の電圧が“H”レベルのときにオフするスイッチ用のNMOSトランジスタを設け、そのNMOSトランジスタのゲート端を、差動増幅回路430の出力に基づいて駆動する構成とすればよい。 Although illustration is omitted, the mechanism of the second example of the second embodiment is one (higher) of data (information) output from the D-type flip-flop 402 as in the second example shown in FIG. 2A (B). This can also be applied to the case where the voltage level is changed to the third voltage level VH2. In this case, a configuration similar to that of the second example of the first embodiment shown in FIG. 4B is adopted, and the second level adjustment unit 415 functioning as a pull-down means is used to fix the horizontal signal line 18 to the ground voltage GND. , A pair of NMOS transistors and a constant current source connected in a current mirror, and pull-down using the NMOS transistors. A switching NMOS transistor that is turned off when the voltage of the horizontal signal line 18 is at “H” level is provided between the NMOS transistor and the horizontal signal line 18, and the gate end of the NMOS transistor is differentially amplified. A structure in which driving is performed based on the output of the circuit 430 may be employed.

<第2実施形態:第3例>
図5Bおよび図5Cは、第2実施形態の第3例を説明する図である。ここで、図5Bは、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図である。図5Cは、その動作を説明するタイミングチャートである。
<Second Embodiment: Third Example>
5B and 5C are diagrams illustrating a third example of the second embodiment. Here, in FIG. 5B, as in the first example shown in FIG. 2A (A), the other (lower) voltage level of the data (information) output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1. It is a circuit block diagram which shows the structural example in the case of changing. FIG. 5C is a timing chart for explaining the operation.

第2実施形態の第3例の仕組みは、基本的には、図5Aに示した第2実施形態の第2例をベースとして、スイッチ用のPMOSトランジスタ446Pを、差動増幅回路430の出力を用いずに独立に制御可能とした点に特徴を有する。   The mechanism of the third example of the second embodiment is basically based on the second example of the second embodiment shown in FIG. 5A. The PMOS transistor 446P for switching is used as the output of the differential amplifier circuit 430. It is characterized in that it can be controlled independently without using it.

具体的には、図示のように、第2例のインバータ448と同様にインバータ449を設け、さらにこのインバータ449を制御する制御パルス生成部450を出力回路28の外部に設けている。制御パルス生成部450は、PMOSトランジスタ446Pのゲート端を駆動するための制御パルスφfを生成する。インバータ449を介在させてはいるが、事実上、制御パルス生成部450は、スイッチ用のPMOSトランジスタ446Pのオン/オフを制御する。前述の第2実施形態の第2例とは異なり、他励でのスイッチ制御となるので、制御パルスの生成の自由度を活かした使い方ができるようになる。   Specifically, as illustrated, an inverter 449 is provided in the same manner as the inverter 448 of the second example, and a control pulse generator 450 for controlling the inverter 449 is provided outside the output circuit 28. The control pulse generator 450 generates a control pulse φf for driving the gate terminal of the PMOS transistor 446P. Although the inverter 449 is interposed, in effect, the control pulse generator 450 controls on / off of the PMOS transistor 446P for switching. Unlike the second example of the second embodiment described above, the switch control is performed by separate excitation, so that it is possible to use the control pulse by utilizing the degree of freedom in generating the control pulse.

図5Cに示すように、制御パルス生成部450で生成される制御パルスφfは、列の出力期間の最後のある期間だけスイッチ用のPMOSトランジスタ446をオンするようなものである。こうすることで、水平信号線18の電圧値が確定するまではプルアップ用のPMOSトランジスタ446Pをオフすることができ、ある列の出力が“L”のときに、NMOSトランジスタ422Nによる第3の電圧レベルVL1が出力し易いようにできるので、より低消費電力化がねらえる。   As shown in FIG. 5C, the control pulse φf generated by the control pulse generator 450 is such that the switching PMOS transistor 446 is turned on only during the last certain period of the output period of the column. In this way, the pull-up PMOS transistor 446P can be turned off until the voltage value of the horizontal signal line 18 is determined. When the output of a certain column is “L”, the third NMOS transistor 422N Since the voltage level VL1 can be easily output, the power consumption can be further reduced.

図示を割愛するが、第2実施形態の第3例の仕組みは、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVH2に変更する場合についても適用できる。この場合、図4Bに示した第1実施形態の第2例と同様の構成を採用し、プルダウン手段として機能する第2レベル調整部415に関して、水平信号線18を接地電圧GNDに固定するために、カレントミラー接続された1対のNMOSトランジスタと定電流源とを有し、NMOSトランジスタを用いてプルダウンする構成とする。そして、そのNMOSトランジスタと水平信号線18との間に、スイッチ用のNMOSトランジスタを設け、またそのNMOSトランジスタをオン/オフ制御するための制御パルスを生成する制御部を設ければよい。この制御部は、列の出力期間の最後のある期間だけスイッチ用のNMOSトランジスタをオンするものとすればよい。 Although illustration is omitted, the mechanism of the third example of the second embodiment is one (higher) of data (information) output from the D-type flip-flop 402 as in the second example shown in FIG. 2A (B). This can also be applied to the case where the voltage level is changed to the third voltage level VH2. In this case, a configuration similar to that of the second example of the first embodiment shown in FIG. 4B is adopted, and the second level adjustment unit 415 functioning as a pull-down means is used to fix the horizontal signal line 18 to the ground voltage GND. , A pair of NMOS transistors and a constant current source connected in a current mirror, and pull-down using the NMOS transistors. Then, a switching NMOS transistor may be provided between the NMOS transistor and the horizontal signal line 18, and a control unit for generating a control pulse for on / off control of the NMOS transistor may be provided. The control unit may turn on the NMOS transistor for switching only for a certain period at the end of the output period of the column.

<第3実施形態>
図6は、第3実施形態を説明する図である。ここで、図6は、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合の構成例を示す回路ブロック図である。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a diagram for explaining the third embodiment. Here, in FIG. 6, as in the first example shown in FIG. 2A (A), the other (lower) voltage level of the data (information) output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1. It is a circuit block diagram which shows the structural example in the case of changing.

第3実施形態の仕組みは、基本的には、図4に示した第1実施形態の第1例と同様の構成を採用し、プルアップ手段として機能する第2レベル調整部415をより具体的に構成したもので、水平信号線18を電源電圧Vddに固定するために、抵抗素子を用いてプルアップする。   The mechanism of the third embodiment basically adopts the same configuration as that of the first example of the first embodiment shown in FIG. 4, and more specifically the second level adjustment unit 415 that functions as pull-up means. In order to fix the horizontal signal line 18 to the power supply voltage Vdd, it is pulled up using a resistance element.

具体的には、差動増幅回路430の非反転入力側近傍で、水平信号線18と電源電圧Vddとの間に、抵抗素子460を設ける。抵抗素子460としては、拡散抵抗や配線抵抗などその種別は問わない。抵抗素子460をプルアップ手段として用いた場合、PMOSトランジスタ440Pを用いた第2実施形態の各例に必要な定電流源444などの回路が不要である利点がある。   Specifically, a resistance element 460 is provided between the horizontal signal line 18 and the power supply voltage Vdd near the non-inverting input side of the differential amplifier circuit 430. The resistance element 460 may be of any type, such as a diffusion resistance or a wiring resistance. When the resistance element 460 is used as the pull-up means, there is an advantage that a circuit such as the constant current source 444 necessary for each example of the second embodiment using the PMOS transistor 440P is unnecessary.

もちろん、抵抗素子460を用いた場合でも、第2実施形態の第2例や第3例のように、水平信号線18と抵抗素子460との間にスイッチ用のPMOSトランジスタ446Pを挿入した態様を採ることができる。   Of course, even when the resistance element 460 is used, a mode in which a PMOS transistor 446P for switching is inserted between the horizontal signal line 18 and the resistance element 460 as in the second and third examples of the second embodiment. Can be taken.

図示を割愛するが、第2実施形態の第3例の仕組みは、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVH2に変更する場合についても適用できる。この場合、図4Bに示した第1実施形態の第2例と同様の構成を採用し、プルダウン手段として機能する第2レベル調整部415に関して、水平信号線18を接地電圧GNDに固定するために、水平信号線18と接地電圧GNDとの間に抵抗素子を設ければよい。 Although illustration is omitted, the mechanism of the third example of the second embodiment is one (higher) of data (information) output from the D-type flip-flop 402 as in the second example shown in FIG. 2A (B). This can also be applied to the case where the voltage level is changed to the third voltage level VH2. In this case, a configuration similar to that of the second example of the first embodiment shown in FIG. 4B is adopted, and the second level adjustment unit 415 functioning as a pull-down means is used to fix the horizontal signal line 18 to the ground voltage GND. A resistive element may be provided between the horizontal signal line 18 and the ground voltage GND.

<第4実施形態>
図7および図7Aは、第4実施形態を説明する図である。ここで、図7は、第4実施形態の構成例を示す回路ブロック図である。図7Aは、その動作を説明するタイミングチャートである。
<Fourth embodiment>
7 and 7A are diagrams illustrating the fourth embodiment. FIG. 7 is a circuit block diagram showing a configuration example of the fourth embodiment. FIG. 7A is a timing chart for explaining the operation.

第4実施形態の仕組みは、基本的には、図4に示した第1実施形態の第1例もしくは第2例と同様の構成を採用し、かつレベルシフト部418を備えるようにし、そのレベルシフト部418をより具体的に構成したものである。   The mechanism of the fourth embodiment basically adopts the same configuration as that of the first example or the second example of the first embodiment shown in FIG. 4 and is provided with a level shift unit 418, and its level. The shift unit 418 is more specifically configured.

本例では、レベルシフト部418として、ソースフォロア回路を利用する。具体的には、水平信号線18と差動増幅回路430の非反転入力端(+)の間に、縦続接続されたNMOSトランジスタ470N,472Nを有する。NMOSトランジスタ470Nは、ゲート端に水平信号線18が接続され、ドレイン端には電源電圧Vddが供給される。NMOSトランジスタ470Nのソース端とNMOSトランジスタ472Nのドレイン端とが接続され、その接続点が差動増幅回路430の非反転入力端(+)に接続されている。NMOSトランジスタ472Nは、ソース端が接地され、ゲート端にはバイアス電圧Vbが供給される。   In this example, a source follower circuit is used as the level shift unit 418. Specifically, NMOS transistors 470N and 472N connected in cascade are provided between the horizontal signal line 18 and the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier circuit 430. The NMOS transistor 470N has a gate terminal connected to the horizontal signal line 18, and a drain terminal supplied with the power supply voltage Vdd. The source terminal of the NMOS transistor 470N and the drain terminal of the NMOS transistor 472N are connected, and the connection point is connected to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier circuit 430. The source of the NMOS transistor 472N is grounded, and the bias voltage Vb is supplied to the gate end.

このような構成では、NMOSトランジスタ470Nのソース端とNMOSトランジスタ472Nのドレイン端とが接続された接続点の動作基準電圧がNMOSトランジスタ472Nのバイアス電圧Vbに基づく駆動電流で規定される。本例では、その動作基準電圧が、差動増幅回路430の電源電圧Vddと接地電圧GNDとの丁度中間レベルとなるようにバイアス電圧Vbを設定する。   In such a configuration, the operation reference voltage at the connection point where the source terminal of the NMOS transistor 470N and the drain terminal of the NMOS transistor 472N are connected is defined by the drive current based on the bias voltage Vb of the NMOS transistor 472N. In this example, the bias voltage Vb is set so that the operation reference voltage is just an intermediate level between the power supply voltage Vdd of the differential amplifier circuit 430 and the ground voltage GND.

こうすることで、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合には、第1振幅レベル変更部410から出力される電源電圧Vdd側に片寄って振幅している水平信号線18の電圧(VL1〜VH1)は、振幅(VH1−VL1)がほぼ維持された状態で、低い方の電圧レベル(Lレベル)に対応した第3の電圧レベルがVL3に、高い方の電圧レベル(Hレベル)に対応した電圧レベルVH1がVH3にシフトされ、VL3〜VH3で変化する電圧情報とされるとともに、中点電位である“(VH3−VL3)/2+VL3”が、電源電圧Vddと接地電圧GNDとの丁度中間レベルとなる。つまり、レベルシフト部418は、電源電圧Vdd側に片寄って振幅している電位(VL1〜VH1)を、ソースフォロア回路を用いて、別の中間電圧(VL3〜VH3)にシフトさせる。 By doing so, the other (lower) voltage level of the data (information) output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1 as in the first example shown in FIG. 2A (A). In this case, the amplitude (VH1−VL1) of the voltage (VL1 to VH1) of the horizontal signal line 18 that is offset from the power supply voltage Vdd output from the first amplitude level changing unit 410 is substantially maintained. In this state, the third voltage level corresponding to the lower voltage level (L level) is shifted to VL3, the voltage level VH1 corresponding to the higher voltage level (H level) is shifted to VH3, and changes in VL3 to VH3. In addition to the voltage information, the midpoint potential “(VH3−VL3) / 2 + VL3” is just an intermediate level between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND. That is, the level shift unit 418 shifts the potential (VL1 to VH1) that is offset toward the power supply voltage Vdd side to another intermediate voltage (VL3 to VH3) using the source follower circuit.

図示を割愛するが、縦続接続されたNMOSトランジスタ470N,472Nに対する双対関係となる回路として、縦続接続された2個のPMOSトランジスタを有するソースフォロア回路を用いて、レベルシフト部418を構成することも可能である。この場合、図2A(B)に示す第2例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の一方(高い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVH2に変更する場合には、第1振幅レベル変更部410から出力される接地電圧GND側に片寄って振幅している水平信号線18の電圧(VL2〜VH2)は、振幅(VH2−VL2)がほぼ維持された状態で、高い方の電圧レベル(Hレベル)に対応した第3の電圧レベルがVH3に、低い方の電圧レベル(Lレベル)に対応した電圧レベルVL2がVL3にシフトされ、VL3〜VH3で変化する電圧情報とされるとともに、中点電位である“(VH3−VL3)/2+VL3”が、電源電圧Vddと接地電圧GNDとの丁度中間レベルとなる。つまり、レベルシフト部418は、接地電圧GND側に片寄って振幅している電位(VL2〜VH2)を、ソースフォロア回路を用いて別の中間電圧(VL3〜VH3)にシフトさせる。 Although not shown, the level shift unit 418 may be configured by using a source follower circuit having two cascaded PMOS transistors as a circuit having a dual relationship with the cascaded NMOS transistors 470N and 472N. Is possible. In this case, when one (higher) voltage level of data (information) output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VH2 as in the second example shown in FIG. 2A (B). Is the voltage (VL2 to VH2) of the horizontal signal line 18 that is offset from the ground voltage GND output from the first amplitude level changing unit 410 while the amplitude (VH2−VL2) is substantially maintained. The third voltage level corresponding to the higher voltage level (H level) is shifted to VH3, the voltage level VL2 corresponding to the lower voltage level (L level) is shifted to VL3, and the voltage varies between VL3 and VH3. In addition to information, the midpoint potential “(VH3−VL3) / 2 + VL3” is just an intermediate level between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND. That is, the level shift unit 418 shifts the potential (VL2 to VH2) that is offset toward the ground voltage GND side to another intermediate voltage (VL3 to VH3) using the source follower circuit.

第2振幅レベル変更部416の差動増幅回路430は、VL3〜VH3で変化する電圧情報の中点電位である“(VH3−VL3)/2+VL3”を閾値電圧Vbias3として、水平信号線18上の電圧値が閾値電圧Vbias3よりも高いか低いかを比較し、その電圧差を増幅機能により(必要に応じて出力バッファ438との協働処理によって)、後段回路用の電圧レベルVLout,VHoutまで増幅する。 The differential amplifier circuit 430 of the second amplitude level changing unit 416 uses “(VH3−VL3) / 2 + VL3”, which is the midpoint potential of the voltage information that changes in VL3 to VH3, as the threshold voltage Vbias3 on the horizontal signal line 18. Compares whether the voltage value is higher or lower than the threshold voltage Vbias3, and amplifies the voltage difference to the voltage levels VLout and VHout for the subsequent circuit by an amplification function (by cooperating with the output buffer 438 if necessary) To do.

図7Aには、第4実施形態の構成をとったときの、i列目から交互に“H”,“L”が出力されているときのタイミングチャートを示している。ここでは、図2A(A)に示す第1例のようにD型フリップフロップ402から出力されるデータ(情報)の他方(低い方)の電圧レベルを第3の電圧レベルVL1に変更する場合で示している。 FIG. 7A shows a timing chart when “H” and “L” are alternately output from the i-th column when the configuration of the fourth embodiment is adopted. Here, as in the first example shown in FIG. 2A, the other (lower) voltage level of data (information) output from the D-type flip-flop 402 is changed to the third voltage level VL1. Show.

図示のように、先ず第1振幅レベル変更部410によって、水平信号線18の電圧は、電源電圧Vdd(=VH1)と第3の電圧レベルVL1との間で振幅するが、これをレベルシフト部418のソースフォロア回路を通すことで、別の中間電圧(VL3〜VH3)にシフトさせることができる。   As shown in the figure, first, the first amplitude level changing section 410 causes the voltage of the horizontal signal line 18 to swing between the power supply voltage Vdd (= VH1) and the third voltage level VL1. By passing through the source follower circuit 418, it is possible to shift to another intermediate voltage (VL3 to VH3).

特に、NMOSトランジスタ472Nの駆動電流を調整することで、その中間電圧(VL3〜VH3)の中点電位“(VH3−VL3)/2+VL3”を、電源電圧Vddと接地電圧GNDの中点付近にレベルシフトすることができる。この場合、第2振幅レベル変更部416の差動増幅回路430では、電源電圧Vddと接地電圧GNDの中点付近で動作することができるので、比較処理や増幅処理がし易くなる利点がある。   In particular, by adjusting the drive current of the NMOS transistor 472N, the midpoint potential “(VH3−VL3) / 2 + VL3” of the intermediate voltage (VL3 to VH3) is set near the midpoint of the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND. Can be shifted. In this case, the differential amplifier circuit 430 of the second amplitude level changing unit 416 can operate near the midpoint between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND, and thus has an advantage of facilitating comparison processing and amplification processing.

また、中点付近で対称な電圧(VL3〜VH3)の振幅を、低電位側のVLoutを接地電圧GNDに、高電位側のVHoutを電源電圧Vddに、それぞれ対称的に増幅することができるので、レベルシフト部418を設けない場合に比べてデータの変化タイミングの精度が増す。   Also, the amplitude of the symmetrical voltage (VL3 to VH3) near the midpoint can be amplified symmetrically with the low potential side VLout as the ground voltage GND and the high potential side VHout as the power supply voltage Vdd. The accuracy of the data change timing is increased as compared with the case where the level shift unit 418 is not provided.

さらに、レベルシフト部418として、ソースフォロア回路を用いることで、インピーダンス変換をするため、レベルシフト部418を設けずに差動増幅回路430を水平信号線18で駆動するよりも、駆動し易くなる。   Furthermore, since a source follower circuit is used as the level shift unit 418, impedance conversion is performed, so that it becomes easier to drive the differential amplifier circuit 430 than the horizontal signal line 18 without providing the level shift unit 418. .

なお、本実施形態では、第2振幅レベル変更部416をなす差動増幅回路430の入力段にて、ソースフォロア回路によりレベルシフト部418を構成していたが、レベルシフト部418の機能を第2振幅レベル変更部416に取り込んだ構成にすることもできる。たとえば、比較処理や増幅処理の過程でレベルシフトを行なうことにより、次段以降の増幅を容易にできる。   In the present embodiment, the level shift unit 418 is configured by the source follower circuit at the input stage of the differential amplifier circuit 430 forming the second amplitude level changing unit 416. However, the function of the level shift unit 418 is It is also possible to adopt a configuration in which the two amplitude level changing unit 416 is incorporated. For example, by performing level shift in the process of comparison processing and amplification processing, amplification in the subsequent stages can be facilitated.

<第5実施形態>
図8〜図8Bは、第5実施形態を説明する図である。ここで、図8は、第5実施形態の構成例を示す回路ブロック図である。図8Aは、第5実施形態の差動増幅回路430の詳細構成例を示す回路図である。図8Bは、その動作を説明するタイミングチャートである。
<Fifth Embodiment>
8 to 8B are diagrams illustrating the fifth embodiment. Here, FIG. 8 is a circuit block diagram showing a configuration example of the fifth embodiment. FIG. 8A is a circuit diagram illustrating a detailed configuration example of the differential amplifier circuit 430 of the fifth embodiment. FIG. 8B is a timing chart for explaining the operation.

第5実施形態の仕組みは、図7に示した第4実施形態をベースとして、レベルシフト部418によるレベルシフト後の電圧(VL3〜VH3)をクロックコンパレータで2値化する点に特徴を有する。   The mechanism of the fifth embodiment is characterized in that the voltage (VL3 to VH3) after the level shift by the level shift unit 418 is binarized by a clock comparator based on the fourth embodiment shown in FIG.

このため、差動増幅回路430をクロック同期で制御するための制御パルスφgを生成する制御パルス生成部480を出力回路28の外部に設けている。差動増幅回路430には、クロック同期で比較処理を行なうための制御パルスφgを制御パルス生成部480から供給する。本実施形態の差動増幅回路430の電圧比較機能部としては、制御パルスφgに基づいて比較処理を行なうクロックコンパレータにする。   Therefore, a control pulse generator 480 that generates a control pulse φg for controlling the differential amplifier circuit 430 in clock synchronization is provided outside the output circuit 28. The control pulse generator 480 supplies a control pulse φg for performing comparison processing in synchronization with the clock to the differential amplifier circuit 430. The voltage comparison function unit of the differential amplifier circuit 430 of the present embodiment is a clock comparator that performs comparison processing based on the control pulse φg.

詳細は後述するが、差動増幅回路430をクロックコンパレータ構成にすると、その出力信号は、制御パルスφgがアクティブレベル(たとえば高い方の電圧レベル)のときには、レベルシフト部418によるレベルシフト後の電圧(VL3,VH3の何れか)に応じた電圧レベルVLout(≒GND),VHout(≒Vdd)になるが、制御パルスφgがインアクティブレベル(たとえば低い方の電圧レベル)のときには、電圧レベルVLout,VHoutの間の適当な電圧になり、第1〜第4実施形態とは異なる出力信号になるので、後段回路との信号インタフェースが問題となり得る。 Although details will be described later, when the differential amplifier circuit 430 is configured as a clock comparator, the output signal is a voltage after level shift by the level shift unit 418 when the control pulse φg is at an active level (for example, a higher voltage level ). The voltage levels VLout (≈GND) and VHout (≈Vdd) according to (one of VL3 and VH3), but when the control pulse φg is at the inactive level (for example, the lower voltage level ), the voltage level VLout, Since it becomes an appropriate voltage between VHout and becomes an output signal different from those in the first to fourth embodiments, a signal interface with a subsequent circuit may be a problem.

これに対応して、出力バッファ438を第2振幅レベル変更部416に含め、この出力バッファ438に、クロックコンパレータ構成を持つ差動増幅回路430から出力された信号を通常のデータ出力形式に変換する機能を設けるのがよい。なお、通常のデータ出力形式に変換する機能部は、出力バッファ438にではなく、後段回路に設けるようにしても構わない。   Correspondingly, the output buffer 438 is included in the second amplitude level changing unit 416, and the signal output from the differential amplifier circuit 430 having the clock comparator configuration is converted into the normal data output format in the output buffer 438. A function should be provided. Note that the function unit for converting to the normal data output format may be provided not in the output buffer 438 but in a subsequent circuit.

一例としては、制御パルスφgの立下りエッジに同期して差動増幅回路430の出力信号を保持(ラッチ)することで後段回路用のデジタルデータを生成する出力データ生成部としてのD型フリップフロップを備えた構成にするとよい。あるいは、図示のように、制御パルスφgに同期した別の制御パルスφckを用いて、差動増幅回路430の出力信号を保持(ラッチ)することで後段回路用のデジタルデータを生成する出力データ生成部としてのD型フリップフロップ439を備えた構成にするとよい。   As an example, a D-type flip-flop as an output data generation unit that generates digital data for a subsequent circuit by holding (latching) the output signal of the differential amplifier circuit 430 in synchronization with the falling edge of the control pulse φg It is good to have a configuration comprising Alternatively, as shown in the figure, output data generation for generating digital data for the subsequent circuit by holding (latching) the output signal of the differential amplifier circuit 430 using another control pulse φck synchronized with the control pulse φg A D-type flip-flop 439 as a part may be provided.

前者の構成では、D型フリップフロップのホールドマージンを確保できず、誤動作する可能性がある。これに対して、図示した後者の構成では、クロックコンパレータのクロック(制御パルスφg)に対してD型フリップフロップ439のクロック(制御パルスφck)をπ/2〜π程度遅らせたパルスにすることで、ホールドマージンを確保できる。   In the former configuration, the hold margin of the D-type flip-flop cannot be secured, and there is a possibility of malfunction. In contrast, in the latter configuration shown in the figure, the clock (control pulse φck) of the D-type flip-flop 439 is delayed by about π / 2 to π with respect to the clock (control pulse φg) of the clock comparator. A hold margin can be secured.

クロックコンパレータ構成を持つ第5実施形態の差動増幅回路430は、具体的には、図8Aに示すように、互いに正帰還構成を採る第1の回路ブロック482_1と第2の回路ブロック482_1との組合せで構成されている。以下の説明において、回路ブロック別に説明をするときには、各構成部材やノードや信号などには、回路ブロック別の参照子“_1”,“_2”を付して示し、纏めて説明をするときには、回路ブロック別の参照子を付さずに示すことにする。   Specifically, as shown in FIG. 8A, the differential amplifier circuit 430 of the fifth embodiment having a clock comparator configuration includes a first circuit block 482_1 and a second circuit block 482_1 that adopt a positive feedback configuration. It consists of a combination. In the following description, when describing each circuit block, each component member, node, signal, etc. is shown with reference symbols “_1” and “_2” for each circuit block. The reference is shown without a reference for each circuit block.

各回路ブロック482_1,482_2には、D型フリップフロップ402などの論理回路に供給される電源電圧Vddおよび接地電圧GNDと同じ電源電圧Vddおよび接地電圧GNDが供給されるようになっている。   The circuit blocks 482_1 and 482_2 are supplied with the same power supply voltage Vdd and ground voltage GND as the power supply voltage Vdd and ground voltage GND supplied to the logic circuit such as the D-type flip-flop 402.

第1の回路ブロック482_1は、差動入力ノードIN_1と差動出力ノードOUT_1を備え、また第2の回路ブロック482_2は、差動入力ノードIN_2と差動出力ノードOUT_2を備える。差動入力ノードIN_1は、ソースフォロア回路をなすNMOSトランジスタ470N,472Nの接続点と接続され、“(VH3−VL3)/2+VL3”を閾値電圧Vbias3とする中間電圧(VL3〜VH3)の情報が供給される。差動入力ノードIN_1は差動増幅回路430の非反転入力端(+)に相当し、差動入力ノードIN_2は差動増幅回路430の反転入力端(−)に相当する。   The first circuit block 482_1 includes a differential input node IN_1 and a differential output node OUT_1, and the second circuit block 482_2 includes a differential input node IN_2 and a differential output node OUT_2. The differential input node IN_1 is connected to the connection point of the NMOS transistors 470N and 472N forming the source follower circuit, and is supplied with information on an intermediate voltage (VL3 to VH3) having a threshold voltage Vbias3 of “(VH3−VL3) / 2 + VL3”. Is done. The differential input node IN_1 corresponds to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier circuit 430, and the differential input node IN_2 corresponds to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier circuit 430.

第5実施形態の差動増幅回路430は、差動入力ノードIN_2側には、差動入力ノードIN_1側と同様に、ソースフォロア回路をなす縦続接続されたNMOSトランジスタ484N,486Nを有する。NMOSトランジスタ484Nは、所定のバイアス電圧Vbiasがゲート端に供給され、ドレイン端には電源電圧Vddが供給される。NMOSトランジスタ484Nのソース端とNMOSトランジスタ486Nのドレイン端とが接続され、その接続点が差動入力ノードIN_2に接続されている。NMOSトランジスタ486Nは、ソース端が接地され、ゲート端にはNMOSトランジスタ472Nと共通にバイアス電圧Vbが供給される。   The differential amplifier circuit 430 of the fifth embodiment includes NMOS transistors 484N and 486N that are cascade-connected to form a source follower circuit on the differential input node IN_2 side, similarly to the differential input node IN_1 side. In the NMOS transistor 484N, a predetermined bias voltage Vbias is supplied to the gate terminal, and the power supply voltage Vdd is supplied to the drain terminal. The source end of the NMOS transistor 484N and the drain end of the NMOS transistor 486N are connected, and the connection point is connected to the differential input node IN_2. The NMOS transistor 486N has a source terminal grounded and a gate terminal supplied with the bias voltage Vb in common with the NMOS transistor 472N.

NMOSトランジスタ484Nのソース端とNMOSトランジスタ486Nのドレイン端とが接続された接続点の動作基準電圧がNMOSトランジスタ486Nのバイアス電圧Vbに基づく駆動電流で規定される。本例では、その動作基準電圧が、差動増幅回路430の電源電圧Vddと接地電圧GNDとの丁度中間レベルで、VL3〜VH3で変化する電圧情報の中点電位である“(VH3−VL3)/2+VL3”=閾値電圧Vbias3となるようにバイアス電圧Vb,Vbiasを設定する。   The operation reference voltage at the connection point where the source terminal of the NMOS transistor 484N and the drain terminal of the NMOS transistor 486N are connected is defined by the drive current based on the bias voltage Vb of the NMOS transistor 486N. In this example, the operation reference voltage is just the intermediate level between the power supply voltage Vdd of the differential amplifier circuit 430 and the ground voltage GND, and is the midpoint potential of the voltage information changing from VL3 to VH3 “(VH3−VL3)”. Bias voltages Vb and Vbias are set so that / 2 + VL3 "= threshold voltage Vbias3.

第1の回路ブロック482_1は、ソースフォロア回路をなすNMOSトランジスタ470N,472Nの接続点から出力された中間電圧(VL3〜VH3)の情報が一方の差動入力ノードIN_1を介してゲート端(制御入力端子)に入力され、ソースが電源電圧Vddに接続され、ドレイン(トランジスタの出力端子)が一方の差動出力ノードOUT_1に接続されたPMOSトランジスタ490_1を備える。   In the first circuit block 482_1, information on the intermediate voltages (VL3 to VH3) output from the connection point of the NMOS transistors 470N and 472N forming the source follower circuit is supplied to the gate terminal (control input) via one differential input node IN_1. A PMOS transistor 490_1 having a source connected to the power supply voltage Vdd and a drain (output terminal of the transistor) connected to one differential output node OUT_1.

また、第1の回路ブロック482_1は、ゲートに第2の回路ブロック482_2の差動出力ノードOUT_2から帰還信号SFB_2が入力され、ドレインがPMOSトランジスタ490_1のドレインと接続されたNMOSトランジスタ492_1を備える。   The first circuit block 482_1 includes an NMOS transistor 492_1 whose gate is supplied with the feedback signal SFB_2 from the differential output node OUT_2 of the second circuit block 482_2 and whose drain is connected to the drain of the PMOS transistor 490_1.

第2の回路ブロック482_2は、ソースフォロア回路をなすNMOSトランジスタ484N,486Nの接続点から出力された情報(バイアス入力信号Vin_2とする)を入力信号とする相違があるものの、基本的には、第1の回路ブロック482_1と同様に構成されている。   The second circuit block 482_2 is basically different from the second circuit block 482_2 in that the information (bias input signal Vin_2) output from the connection point of the NMOS transistors 484N and 486N forming the source follower circuit is used as an input signal. The same configuration as that of one circuit block 482_1.

たとえば、第2の回路ブロック482_2は、バイアス入力信号Vin_2が他方の差動入力ノードIN_2を介してゲートに入力され、ソースが電源電圧Vddに接続され、ドレイン(トランジスタの出力端子)が他方の差動出力ノードOUT_2に接続されたPMOSトランジスタ490_2を備える。   For example, in the second circuit block 482_2, the bias input signal Vin_2 is input to the gate via the other differential input node IN_2, the source is connected to the power supply voltage Vdd, and the drain (output terminal of the transistor) is the difference between the other. A PMOS transistor 490_2 connected to the dynamic output node OUT_2 is provided.

また、第2の回路ブロック482_2は、ゲートに第1の回路ブロック482_1の差動出力ノードOUT_1から帰還信号SFB_1が入力され、ドレインがトランジスタ490_2のドレインと接続されたNMOSトランジスタ492_2を備える。   In addition, the second circuit block 482_2 includes an NMOS transistor 492_2 whose gate receives the feedback signal SFB_1 from the differential output node OUT_1 of the first circuit block 482_1 and whose drain is connected to the drain of the transistor 490_2.

第5実施形態の差動増幅回路430は、さらに、第1および第2の回路ブロック482_1,482_2に対して共通にバイアス回路として使用されるNMOSトランジスタ494Nを有する。NMOSトランジスタ494Nは、ドレイン端が各トランジスタ492_1,492_2のソース端に共通に接続され、ソース端には接地電圧GNDが供給され、ゲート端には制御パルス生成部480から制御パルスφgが供給される。NMOSトランジスタ494Nは、制御パルスφgが高い方の電圧レベルのときにのみ第1および第2の回路ブロック482_1,482_2に対してバイアス電流を流し得る。 The differential amplifier circuit 430 of the fifth embodiment further includes an NMOS transistor 494N that is commonly used as a bias circuit for the first and second circuit blocks 482_1 and 482_2. The NMOS transistor 494N has a drain end connected in common to the source ends of the transistors 492_1 and 492_2, a source end supplied with the ground voltage GND, and a gate end supplied with the control pulse φg from the control pulse generator 480. . The NMOS transistor 494N can pass a bias current to the first and second circuit blocks 482_1 and 482_2 only when the control pulse φg is at the higher voltage level .

これから分かるように、第5実施形態の差動増幅回路430は、その入力段において差動入力のインタフェースを持っており、トランジスタ490_1,490_2のゲートに入力信号(中間電圧(VL3〜VH3)の情報やバイアス入力信号Vin_2)の供給を受けることで、出力段において襷掛けの正帰還ループを持つようにされている。   As can be seen, the differential amplifier circuit 430 of the fifth embodiment has a differential input interface at its input stage, and the input signals (intermediate voltages (VL3 to VH3) information) are connected to the gates of the transistors 490_1 and 490_2. And a bias input signal Vin_2), the output stage has a positive positive feedback loop.

トランジスタ490_1,490_2の出力端子(ドレイン)には、中間電圧(VL3〜VH3)の情報に対応した出力パルス信号が相補関係で得られる。本例では、その内のトランジスタ490_2のドレイン端の情報をそのまま出力信号Voutとして、差動出力ノードOUT_2に供給する。差動出力ノードOUT_2は、出力バッファ438の入力に接続される。   Output pulse signals corresponding to information on the intermediate voltages (VL3 to VH3) are obtained in a complementary relationship at the output terminals (drains) of the transistors 490_1 and 490_2. In this example, the information on the drain end of the transistor 490_2 is supplied as it is to the differential output node OUT_2 as the output signal Vout. The differential output node OUT_2 is connected to the input of the output buffer 438.

図8Bには、第5実施形態の構成をとったときの、i列目から交互に“H”,“L”が出力されているときのタイミングチャートを示している。図8Bに示すように、制御パルス生成部480で生成される制御パルスφgは、差動増幅回路430の非反転入力端(+)の電圧がレベルシフト後の低い方の電圧レベル(Lレベル)に対応した電圧VL3もしくは高い方の電圧レベル(Hレベル)に対応した電圧VH3にあるときに高い方の電圧レベルを差動増幅回路430のNMOSトランジスタ494Nのゲート端に供給して、閾値電圧Vbias3を参照電圧として比較処理を行なうようなものである。 FIG. 8B shows a timing chart when “H” and “L” are alternately output from the i-th column when the configuration of the fifth embodiment is adopted. As shown in FIG. 8B, the control pulse φg generated by the control pulse generation unit 480 has a lower voltage level (L level) after the voltage at the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier circuit 430 is level-shifted. is supplied to the gate terminal of the NMOS transistor 494N of the differential amplifier circuit 430 the higher voltage level when in the voltage VH3 corresponding to the voltage level of the voltage VL3 or higher corresponding (H level), the threshold voltage Vbias3 Is used as a reference voltage for comparison processing.

前述のように、NMOSトランジスタ494Nは、制御パルスφgが高い方の電圧レベルのときにのみ第1および第2の回路ブロック482_1,482_2に対してバイアス電流を流し得るので、制御パルスφgが高い方の電圧レベルのときにのみ、つまり非反転入力端(+)の電圧がレベルシフト後の低い方の電圧レベル(Lレベル)に対応した電圧VL3もしくは高い方の電圧レベル(Hレベル)に対応した電圧VH3にあるときにのみ、実際に有効な比較処理がなされることになる。 As described above, NMOS transistor 494N, since the first and second circuit blocks 482_1,482_2 only when the control pulse φg is higher voltage level can flow a bias current, who control pulse φg is high The voltage VL3 corresponding to the lower voltage level (L level) after the level shift or the higher voltage level (H level) only when the voltage level of the non-inverting input terminal (+) is Only when the voltage VH3 is present, an effective comparison process is actually performed.

たとえば、制御パルスφgが高い方の電圧レベルのときに、第1の回路ブロック482_1のPMOSトランジスタ490_1への入力信号Vin_1の電圧がVH3側となる期間では、第2の回路ブロック482_2のPMOSトランジスタ490_2への入力信号Vin_2=“(VH3−VL3)/2+VL3”=閾値電圧Vbias3よりも入力信号Vin_1の電圧が大きく、PMOSトランジスタ490_1はオフ状態となり、そのドレインである差動出力ノードOUT_1の電圧が接地電圧GNDにあり、またPMOSトランジスタ490_2はオン状態になっており、そのドレインである差動出力ノードOUT_2の電圧が電源電圧Vddにあるものとする。 For example, when the voltage of the input signal Vin_1 to the PMOS transistor 490_1 of the first circuit block 482_1 is on the VH3 side when the control pulse φg is at the higher voltage level , the PMOS transistor 490_2 of the second circuit block 482_2 Input signal Vin_2 = “(VH3−VL3) / 2 + VL3” = the voltage of the input signal Vin_1 is larger than the threshold voltage Vbias3, the PMOS transistor 490_1 is turned off, and the voltage of the differential output node OUT_1 as its drain is grounded. It is assumed that the voltage is at GND and the PMOS transistor 490_2 is in the ON state, and the voltage of the differential output node OUT_2 as its drain is at the power supply voltage Vdd.

このとき、NMOSトランジスタ492_2は、そのゲートが差動出力ノードOUT_1の電圧=接地電圧GNDにありオフ状態になっているので、オフ状態にあるPMOSトランジスタ490_2の出力である差動出力ノードOUT_2の電圧は電源電圧Vddと同電位になる。また、NMOSトランジスタ492_1は、そのゲートが差動出力ノードOUT_2の電圧=電源電圧Vddにありオン状態になっているので、オフ状態にあるPMOSトランジスタ490_1の出力である差動出力ノードOUT_1の電圧は接地電圧GNDと同電位になる。   At this time, the NMOS transistor 492_2 has its gate at the voltage of the differential output node OUT_1 = the ground voltage GND and is in the off state, so that the voltage of the differential output node OUT_2 which is the output of the PMOS transistor 490_2 in the off state. Becomes the same potential as the power supply voltage Vdd. Further, since the NMOS transistor 492_1 has the gate at the voltage of the differential output node OUT_2 = the power supply voltage Vdd and is in the on state, the voltage of the differential output node OUT_1 which is the output of the PMOS transistor 490_1 in the off state is It becomes the same potential as the ground voltage GND.

この状態では、PMOSトランジスタ490_1のドレイン電流Ids_1は流れないが、PMOSトランジスタ490_2のドレイン電流Ids_2は非飽和状態にある。   In this state, the drain current Ids_1 of the PMOS transistor 490_1 does not flow, but the drain current Ids_2 of the PMOS transistor 490_2 is in a non-saturated state.

次に、PMOSトランジスタ490_1の入力信号Vin_1の電圧がVL3側となる期間ではでは、先ず制御パルスφgが高い方の電圧レベルとなるまでは、NMOSトランジスタ494Nがオフで、第1および第2の回路ブロック482_1,482_2に対してバイアス電流を流さない。このため差動出力ノードOUT_1,OUT_2の電圧は接地電圧GNDと電源電圧Vddとの間の適当な電圧Voffになる。 Next, in a period in which the voltage of the input signal Vin_1 of the PMOS transistor 490_1 is on the VL3 side, the NMOS transistor 494N is first turned off until the control pulse φg reaches the higher voltage level, and the first and second circuits. No bias current is supplied to the blocks 482_1 and 482_2. For this reason, the voltages of the differential output nodes OUT_1 and OUT_2 become an appropriate voltage Voff between the ground voltage GND and the power supply voltage Vdd.

次に、制御パルスφgが高い方の電圧レベルになると、NMOSトランジスタ494Nは第1および第2の回路ブロック482_1,482_2に対してバイアス電流を流すようになるので、第1および第2の回路ブロック482_1,482_2における比較処理が機能するようになる。 Next, when the control pulse φg reaches the higher voltage level , the NMOS transistor 494N causes a bias current to flow through the first and second circuit blocks 482_1 and 482_2, and thus the first and second circuit blocks. The comparison processing in 482_1 and 482_2 becomes functional.

このとき、入力信号Vin_1の電圧がVL3であるので、PMOSトランジスタ490_1はオン状態へと移行する。PMOSトランジスタ490_1がオン状態となろうとする過程では、当初はPMOSトランジスタ490_2はオン状態にある。PMOSトランジスタ490_1がオン状態となったとき、NMOSトランジスタ492_2はオフ状態のままであるか、もしくはPMOSトランジスタ490_1のオン状態によって少しオン状態に移行しようとする過程にあるので、差動出力ノードOUT_2の電位は、それ以前の電圧Voffから、NMOSトランジスタ492_2の動作抵抗とPMOSトランジスタ490_2のオン抵抗で電源電圧Vddを分圧した値にゆっくりと低下する。   At this time, since the voltage of the input signal Vin_1 is VL3, the PMOS transistor 490_1 is turned on. In the process of turning on the PMOS transistor 490_1, the PMOS transistor 490_2 is initially in the on state. When the PMOS transistor 490_1 is turned on, the NMOS transistor 492_2 remains in the off state or is in the process of being shifted to the on state for a while depending on the on state of the PMOS transistor 490_1. The potential slowly decreases from the previous voltage Voff to a value obtained by dividing the power supply voltage Vdd by the operating resistance of the NMOS transistor 492_2 and the ON resistance of the PMOS transistor 490_2.

このPMOSトランジスタ490_2のドレイン出力である差動出力ノードOUT_2の電圧はNMOSトランジスタ492_1のゲート電圧となり、そのゲート電圧は電圧Voffから低下し、NMOSトランジスタ492_1の閾値電圧以下となってNMOSトランジスタ492_1をオフさせ得る状態になると、NMOSトランジスタ492_1が飽和状態から非飽和状態に遷移する。この状態では、PMOSトランジスタ490_1がオン状態にあるので、その出力である差動出力ノードOUT_1の電圧が電圧Voffから上昇する。そして、差動出力ノードOUT_1の電圧が上昇することで、NMOSトランジスタ492_2がオン状態に移行するようになる。   The voltage at the differential output node OUT_2, which is the drain output of the PMOS transistor 490_2, becomes the gate voltage of the NMOS transistor 492_1, and the gate voltage drops from the voltage Voff, becomes lower than the threshold voltage of the NMOS transistor 492_1, and turns off the NMOS transistor 492_1. When the state is allowed to be changed, the NMOS transistor 492_1 transits from the saturated state to the non-saturated state. In this state, since the PMOS transistor 490_1 is in the on state, the voltage of the differential output node OUT_1 that is the output rises from the voltage Voff. Then, as the voltage of the differential output node OUT_1 increases, the NMOS transistor 492_2 shifts to the on state.

このような動作が継続されることで、差動出力ノードOUT_2の電圧が急速に電圧Voffから接地電圧GNDとなって、また、差動出力ノードOUT_1の電圧が急速に電圧Voffから電源電圧Vddとなって、比較動作が終了する。   By continuing such an operation, the voltage of the differential output node OUT_2 rapidly changes from the voltage Voff to the ground voltage GND, and the voltage of the differential output node OUT_1 rapidly changes from the voltage Voff to the power supply voltage Vdd. Thus, the comparison operation ends.

なお、入力信号Vin_1の電圧がVL3からVH3に変化したときも、上記と同様の動作が逆ブロックのトランジスタにおいて行なわれる。   Even when the voltage of the input signal Vin_1 changes from VL3 to VH3, the same operation as described above is performed in the reverse block transistor.

図からも明らかなように、差動増幅回路430をクロックコンパレータ構成にすると、その出力信号は、制御パルスφgがアクティブHのときには、電圧レベルVLout(≒GND),VHoutt(≒Vdd)になるが、制御パルスφgがインアクティブLのときには、電圧レベルVLout,VHoutの間の適当な電圧Voffになり、第1〜第4実施形態とは異なる出力信号になる。 As is apparent from the figure, when the differential amplifier circuit 430 has a clock comparator configuration, its output signal is at the voltage levels VLout (≈GND) and VHoutt (≈Vdd) when the control pulse φg is active H. When the control pulse φg is inactive L, an appropriate voltage Voff between the voltage levels VLout and VHout is obtained, which is an output signal different from those in the first to fourth embodiments.

そこで、出力バッファ438においては、D型フリップフロップ439により、制御パルスφgに対して立上りタイミングが少し遅延した制御パルスφckの立上りエッジで差動増幅回路430の出力信号をラッチする。こうすることで、データ出力タイミングは相対的にズレるが、クロックコンパレータ構成を持つ差動増幅回路430から出力された信号が、電圧Voffの期間が存在せずに電圧レベルVLout,VHoutのみを示す通常のデータ出力形式に変換される。 Therefore, in the output buffer 438, the output signal of the differential amplifier circuit 430 is latched by the D-type flip-flop 439 at the rising edge of the control pulse φck whose rising timing is slightly delayed with respect to the control pulse φg. In this way, the data output timing is relatively shifted, but the signal output from the differential amplifier circuit 430 having the clock comparator configuration normally indicates only the voltage levels VLout and VHout without the voltage Voff period. Is converted to the data output format.

このように、差動増幅回路430を、制御パルスφg,φckに基づいて動作するクロックコンパレータ構成とすることで、入力信号Vin_1の電圧がVL3からVH3に変化するとき並びにVH3からVL3に変化するときの各遷移期間を比較処理から除外し、差動増幅回路430の非反転入力端(+)の電圧が確実にレベルシフト後の低い方の電圧レベル(Lレベル)に対応した電圧VL3もしくは高い方の電圧レベル(Hレベル)に対応した電圧VH3にあるときに閾値電圧Vbias3を参照電圧として比較処理を行ない、その電圧差を増幅機能により(必要に応じて出力バッファ438との協働処理によって)、後段回路用の電圧レベルVLout,VHoutまで増幅することができる。 As described above, when the differential amplifier circuit 430 has a clock comparator configuration that operates based on the control pulses φg and φck, when the voltage of the input signal Vin_1 changes from VL3 to VH3 and from VH3 to VL3. Are excluded from the comparison process , and the voltage VL3 corresponding to the lower voltage level (L level) after the level shift or the higher voltage is surely applied to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier circuit 430. Is compared with the threshold voltage Vbias3 as a reference voltage when the voltage is at a voltage VH3 corresponding to the voltage level (H level), and the voltage difference is amplified by an amplification function (by cooperating with the output buffer 438 as necessary). Thus, it is possible to amplify up to voltage levels VLout and VHout for the subsequent circuit.

加えて、クロックコンパレータを用いることで、実際に有効な比較処理は、制御パルスφgが高い方の電圧レベルの期間のみに行なわれるので消費電力を低減できる。さらに、入力信号Vin_1の電圧がVL3からVH3に変化するとき並びにVH3からVL3に変化するときの各遷移期間を概ね除外し、より確実にVL3もしくはVH3にあるときを、制御パルスφgの高い方の電圧レベルの期間とするので、常に一定の閾値で判定できるだけでなく、さらに耐雑音性能に優れた比較処理を実現できるようになる。 In addition, by using the clock comparator, the actually effective comparison process is performed only during the period of the higher voltage level of the control pulse φg, so that the power consumption can be reduced. Furthermore, when the voltage of the input signal Vin_1 changes from VL3 to VH3 and when it changes from VH3 to VL3, the transition period is largely excluded, and when the voltage is more reliably at VL3 or VH3, the higher of the control pulse φg Since the voltage level period is used, it is possible not only to always make a determination with a constant threshold value, but also to realize a comparison process with excellent noise resistance.

<撮像装置>
図9は、前述の本実施形態の固体撮像装置1と同様の仕組みを利用した物理情報取得装置の一例である撮像装置(カメラシステム)の概略構成を示す図である。この撮像装置8は、可視光カラー画像を得る撮像装置になっている。
<Imaging device>
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus (camera system) that is an example of a physical information acquisition apparatus that uses a mechanism similar to that of the solid-state imaging apparatus 1 of the present embodiment described above. The imaging device 8 is an imaging device that obtains a visible light color image.

具体的には、撮像装置8は、太陽光や蛍光灯などの光源801の下にある被写体Zの像を担持する光Lを撮像装置側に導光して結像させる撮影レンズ802と、光学ローパスフィルタ804と、たとえばR,G,Bの色フィルタがベイヤー配列とされている色フィルタ群812と、画素アレイ部10と、画素アレイ部10を駆動する駆動制御部7と、画素アレイ部10から出力された画素信号に対してCDS処理やAD変換処理などを施すカラム処理部26と、カラム処理部26から出力された撮像データを処理するカメラ信号処理部810を備えている。   Specifically, the imaging device 8 includes a photographing lens 802 that guides light L carrying an image of the subject Z under the light source 801 such as sunlight or a fluorescent lamp to the imaging device side, and an optical lens. A low-pass filter 804, a color filter group 812 in which, for example, R, G, and B color filters are arranged in a Bayer array, a pixel array unit 10, a drive control unit 7 that drives the pixel array unit 10, and a pixel array unit 10 A column processing unit 26 that performs CDS processing, AD conversion processing, and the like on the pixel signal output from, and a camera signal processing unit 810 that processes imaging data output from the column processing unit 26.

カメラ信号処理部810は、撮像信号処理部820と、撮像装置8の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部900とを有する。撮像信号処理部820は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにカラム処理部26のカラムAD回路25b(図1を参照)から供給されるデジタル撮像信号をR(赤),G(緑),B
(青)の原色信号に分離する原色分離機能を具備した信号分離部822と、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて色信号Cに関しての信号処理を行なう色信号処理部830とを有する。
The camera signal processing unit 810 includes an imaging signal processing unit 820 and a camera control unit 900 that functions as a main control unit that controls the entire imaging apparatus 8. The imaging signal processing unit 820 outputs a digital imaging signal supplied from the column AD circuit 25b (see FIG. 1) of the column processing unit 26 as R (red), when a color filter other than the primary color filter is used. G (green), B
A signal separation unit 822 having a primary color separation function that separates into (blue) primary color signals, and a color signal that performs signal processing on the color signal C based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822 And a processing unit 830.

また撮像信号処理部820は、信号分離部822によって分離された原色信号R,G,Bに基づいて輝度信号Yに関しての信号処理を行なう輝度信号処理部840と、輝度信号Y/色信号Cに基づいて映像信号VDを生成するエンコーダ部860とを有する。   The imaging signal processing unit 820 also converts the luminance signal Y / color signal C into a luminance signal processing unit 840 that performs signal processing on the luminance signal Y based on the primary color signals R, G, and B separated by the signal separation unit 822. And an encoder unit 860 that generates a video signal VD based on the encoder 860.

本実施形態のカメラ制御部900は、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたCPU(Central Processing Unit )を代表例とする電子計算機の中枢をなすマイクロプロセッサ(microprocessor)902と、読出専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)904、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例であるRAM(Random Access Memory)906と、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906を纏めて、マイクロコンピュータ(microcomputer )とも称する。   The camera control unit 900 of the present embodiment is a microprocessor that forms the center of an electronic computer whose representative example is a CPU (Central Processing Unit) in which calculation and control functions performed by a computer are integrated into an ultra-small integrated circuit. 902, a ROM (Read Only Memory) 904 that is a read-only storage unit, a RAM (Random Access Memory) 906 that is an example of a volatile storage unit that can be written and read at any time, and others that are not illustrated The peripheral member is included. The microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906 are collectively referred to as a microcomputer.

なお、上記において“揮発性の記憶部”とは、装置の電源がオフされた場合には、記憶内容を消滅してしまう形態の記憶部を意味する。一方、“不揮発性の記憶部”とは、装置のメイン電源がオフされた場合でも、記憶内容を保持し続ける形態の記憶部を意味する。記憶内容を保持し続けることができるものであればよく、半導体製のメモリ素子自体が不揮発性を有するものに限らず、バックアップ電源を備えることで、揮発性のメモリ素子を“不揮発性”を呈するように構成するものであってもよい。   In the above description, the “volatile storage unit” means a storage unit in which the stored contents are lost when the power of the apparatus is turned off. On the other hand, the “nonvolatile storage unit” means a storage unit in a form that keeps stored contents even when the main power supply of the apparatus is turned off. Any memory device can be used as long as it can retain the stored contents. The semiconductor memory device itself is not limited to a nonvolatile memory device, and a backup power supply is provided to make a volatile memory device “nonvolatile”. You may comprise as follows.

カメラ制御部900は、システム全体を制御するものである。ROM904にはカメラ制御部900の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部900によって、各種の制御パルスのオン/オフタイミングを設定するためのプログラムが格納されている。RAM906にはカメラ制御部900が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。   The camera control unit 900 controls the entire system. The ROM 904 stores a control program for the camera control unit 900. In this example, in particular, the camera control unit 900 stores a program for setting on / off timings of various control pulses. The RAM 906 stores data for the camera control unit 900 to perform various processes.

また、カメラ制御部900は、メモリカードなどの記録媒体924を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成している。たとえば、カメラ制御部900は、マイクロプロセッサ902、ROM904、およびRAM906の他に、メモリ読出部907および通信I/F(インタフェース)908を備える。   The camera control unit 900 is configured so that a recording medium 924 such as a memory card can be inserted and removed, and can be connected to a communication network such as the Internet. For example, the camera control unit 900 includes a memory reading unit 907 and a communication I / F (interface) 908 in addition to the microprocessor 902, the ROM 904, and the RAM 906.

記録媒体924は、たとえば、マイクロプロセッサ902にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、輝度信号処理部840からの輝度系信号に基づく測光データDLの収束範囲や露光制御処理(電子シャッタ制御を含む)のための各種の制御パルスのオン/オフタイミングなど、様々な設定値などのデータを登録するなどのために利用される。   The recording medium 924 includes, for example, program data for causing the microprocessor 902 to perform software processing, a convergence range of the photometric data DL based on the luminance system signal from the luminance signal processing unit 840, and exposure control processing (including electronic shutter control). It is used for registering data such as various set values such as on / off timing of various control pulses for the purpose.

メモリ読出部907は、記録媒体924から読み出したデータをRAM906に格納(インストール)する。通信I/F908は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。   The memory reading unit 907 stores (installs) the data read from the recording medium 924 in the RAM 906. The communication I / F 908 mediates transfer of communication data with a communication network such as the Internet.

なお、このような撮像装置8は、駆動制御部7およびカラム処理部26を、画素アレイ部10と別体にしてモジュール状のもので示しているが、固体撮像装置1について述べたように、これらが画素アレイ部10と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置1を利用してもよいのは言うまでもない。   In addition, although such an imaging device 8 shows the drive control unit 7 and the column processing unit 26 in a module form separately from the pixel array unit 10, as described for the solid-state imaging device 1, Needless to say, the one-chip solid-state imaging device 1 integrally formed on the same semiconductor substrate as the pixel array unit 10 may be used.

また、図では、画素アレイ部10や駆動制御部7やカラム処理部26やカメラ信号処理部810の他に、撮影レンズ802、光学ローパスフィルタ804、あるいは赤外光カットフィルタ805などの光学系をも含む状態で、撮像装置8を示しており、この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。   In the figure, in addition to the pixel array unit 10, the drive control unit 7, the column processing unit 26, and the camera signal processing unit 810, an optical system such as a photographing lens 802, an optical low-pass filter 804, or an infrared light cut filter 805 is provided. In this state, the imaging device 8 is shown. This aspect is suitable for a module-like form having an imaging function packaged together.

ここで、前述の固体撮像装置1におけるモジュールとの関係においては、図示のように、画素アレイ部10(撮像部)と、AD変換機能や差分(CDS)処理機能を具備したカラム処理部26などの画素アレイ部10側と密接に関連した信号処理部(カラム処理部26の後段のカメラ信号処理部は除く)が纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1の後段に、残りの信号処理部であるカメラ信号処理部810を設けて撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。   Here, in relation to the modules in the solid-state imaging device 1 described above, as shown in the figure, the pixel array unit 10 (imaging unit), the column processing unit 26 having an AD conversion function and a difference (CDS) processing function, and the like A solid-state imaging device in the form of a module having an imaging function in a state where signal processing units closely related to the pixel array unit 10 side (excluding the camera signal processing unit following the column processing unit 26) are packaged together 1 is provided, and a camera signal processing unit 810, which is the remaining signal processing unit, is provided in the subsequent stage of the solid-state imaging device 1 provided in the module form so that the entire imaging device 8 is configured. Also good.

または、図示を割愛するが、画素アレイ部10と撮影レンズ802などの光学系とが纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置1を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置1に加えて、カメラ信号処理部810をもモジュール内に設けて、撮像装置8の全体を構成するようにしてもよい。   Alternatively, although not shown, the solid-state imaging device 1 is provided in a modular form having an imaging function in a state where the pixel array unit 10 and the optical system such as the photographing lens 802 are packaged together. In addition to the solid-state imaging device 1 provided in the form of a module, a camera signal processing unit 810 may be provided in the module to constitute the entire imaging device 8.

また、固体撮像装置1におけるモジュールの形態として、カメラ信号処理部200に相当するカメラ信号処理部810を含めてもよく、この場合には、事実上、固体撮像装置1と撮像装置8とが同一のものと見なすこともできる。   Further, as a module form in the solid-state imaging device 1, a camera signal processing unit 810 corresponding to the camera signal processing unit 200 may be included. In this case, the solid-state imaging device 1 and the imaging device 8 are practically the same. It can also be regarded as a thing.

このような撮像装置8は、「撮像」を行なうための、たとえば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   Such an imaging device 8 is provided as a portable device having an imaging function, for example, for performing “imaging”. Note that “imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting but also includes fingerprint detection in a broad sense.

このような構成の撮像装置8においては、前述の固体撮像装置1の全ての機能を包含して構成されており、前述の固体撮像装置1の基本的な構成および動作と同様とすることができ、データ記憶・転送出力部256や出力回路28として、前述の各実施形態の何れかを適用することで、水平データ転送おける水平信号線18上の負荷容量に起因する問題を解決できる。   The imaging device 8 having such a configuration is configured to include all the functions of the solid-state imaging device 1 described above, and can be the same as the basic configuration and operation of the solid-state imaging device 1 described above. By applying any one of the above-described embodiments as the data storage / transfer output unit 256 and the output circuit 28, the problem caused by the load capacity on the horizontal signal line 18 in the horizontal data transfer can be solved.

本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS solid-state imaging device which is one Embodiment of the solid-state imaging device concerning this invention. 図1に示したカラム処理部(特にデータ記憶・転送出力部周辺)と出力回路の基本構成を示す回路ブロック図である。FIG. 2 is a circuit block diagram showing a basic configuration of a column processing unit (particularly around a data storage / transfer output unit) and an output circuit shown in FIG. 1. 図2に示した構成の基本動作を説明する電圧レベル図である。FIG. 3 is a voltage level diagram for explaining a basic operation of the configuration shown in FIG. 2. 図2に示した構成に対する比較例の構成例を示す回路ブロック図である。FIG. 3 is a circuit block diagram illustrating a configuration example of a comparative example with respect to the configuration illustrated in FIG. 2. 図3に示した比較例の動作を説明する電圧レベル図(その1)である。FIG. 4 is a voltage level diagram (part 1) for explaining the operation of the comparative example shown in FIG. 3; 図3に示した比較例の動作を説明する電圧レベル図(その2)である。FIG. 4 is a voltage level diagram (part 2) for explaining the operation of the comparative example shown in FIG. 3; 第1実施形態の第1例の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing an example of composition of the 1st example of a 1st embodiment. 第1実施形態の第1例の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the 1st example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2例の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the 2nd example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2例の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation of the 2nd example of a 1st embodiment. 第2実施形態の第1例の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the 1st example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第2例の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the 2nd example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第3例の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of the 3rd example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第3例の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation of the 3rd example of a 2nd embodiment. 第3実施形態の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of 3rd Embodiment. 第4実施形態の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of 4th Embodiment. 第4実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation of a 4th embodiment. 第5実施形態の構成例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structural example of 5th Embodiment. 第5実施形態の差動増幅回路の詳細構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the detailed structural example of the differential amplifier circuit of 5th Embodiment. 第5実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation of a 5th embodiment. 本実施形態の固体撮像装置と同様の仕組みを利用した物理情報取得装置の一例である撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device which is an example of the physical information acquisition apparatus using the structure similar to the solid-state imaging device of this embodiment.

1…固体撮像装置、10…画素アレイ部、12…水平走査部、14…垂直走査部、18…水平信号線、19…垂直信号線、20…通信・タイミング制御部、23…クロック変換部、24…読出電流制御部、25…カラムAD回路、25a…差分処理部、25b…AD変換部、256…データ記憶・転送出力部、258…スイッチ、26…カラム処理部、27…参照信号生成部、27a…DA変換回路、28…出力回路、3…単位画素、402…D型フリップフロップ、404…転送ドライバ、410…第1振幅レベル変更部、412…インバータ、414…第1レベル調整部、415…第2レベル調整部、416…第2振幅レベル変更部、418…レベルシフト部、430…差動増幅回路、438…出力バッファ、439…D型フリップフロップ、450…制御パルス生成部、460…抵抗素子、480…制御パルス生成部、7…駆動制御部、8…撮像装置、900…カメラ制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 10 ... Pixel array part, 12 ... Horizontal scanning part, 14 ... Vertical scanning part, 18 ... Horizontal signal line, 19 ... Vertical signal line, 20 ... Communication / timing control part, 23 ... Clock conversion part, 24 ... Read current control unit, 25 ... Column AD circuit, 25a ... Difference processing unit, 25b ... AD conversion unit, 256 ... Data storage / transfer output unit, 258 ... Switch, 26 ... Column processing unit, 27 ... Reference signal generation unit 27a ... DA converter circuit, 28 ... output circuit, 3 ... unit pixel, 402 ... D-type flip-flop, 404 ... transfer driver, 410 ... first amplitude level changing unit, 412 ... inverter, 414 ... first level adjusting unit, 415: second level adjustment unit, 416: second amplitude level changing unit, 418 ... level shift unit, 430 ... differential amplifier circuit, 438 ... output buffer, 439 ... D-type flip-flop Flop, 450 ... control pulse generating unit, 460 ... resistance element 480 ... control pulse generating unit, 7 ... drive control unit, 8 ... imaging apparatus, 900 ... camera control unit

Claims (15)

単位画素が配列された画素部と、
前記画素部の各単位画素から読み出されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換するAD変換部と、
前記AD変換部から出力される前記デジタルデータの論理レベルに対応した2つの電圧レベルの一方を前記2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更する第1の振幅レベル変更部と、
前記第1の振幅レベル変更部から出力される情報を共通の信号線に転送する水平走査部と、
前記第1の振幅レベル変更部で振幅レベルが変更された情報を後段回路用の論理レベルに変更する第2の振幅レベル変更部と
を備えた固体撮像装置。
A pixel portion in which unit pixels are arranged; and
An AD converter that converts an analog pixel signal read from each unit pixel of the pixel unit into digital data;
A first amplitude level changing unit that changes one of the two voltage levels corresponding to the logic level of the digital data output from the AD conversion unit to a third voltage level between the two voltage levels ;
A horizontal scanning unit for transferring information output from the first amplitude level changing unit to a common signal line;
A second amplitude level changing unit for changing information whose amplitude level has been changed by the first amplitude level changing unit to a logic level for a subsequent circuit ;
With a solid-state imaging device.
前記画素部は、前記単位画素が行列状に配列されており、
前記画素部の各単位画素からアナログの画素信号を読み出す垂直走査部をさらに備え、
前記AD変換部は、前記画素部に対して列ごとに設けられている
求項1に記載の固体撮像装置。
In the pixel portion, the unit pixels are arranged in a matrix,
A vertical scanning unit that reads an analog pixel signal from each unit pixel of the pixel unit;
The AD conversion unit is provided for each column with respect to the pixel unit .
The solid-state imaging device according to Motomeko 1.
前記第1の振幅レベル変更部は、
前記AD変換部から出力される前記デジタルデータの前記2つの電圧レベルを反転するトランジスタと、
前記水平走査部の制御の元で、前記トランジスタの反転出力を前記各列共通の信号線側に出力するスイッチトランジスタと
を有する
求項1に記載の固体撮像装置。
The first amplitude level changing unit includes:
The two voltage levels of the digital data output from the AD converter and the transistor to invert,
Under the control of the horizontal scanning unit, a switch transistor that outputs an inverted output of the transistor to the signal line side common to the columns ;
Having,
The solid-state imaging device according to Motomeko 1.
第1の振幅レベル変更部は、前記AD変換部から出力される前記デジタルデータの前記2つの電圧レベルのうち、低い方電圧レベルを前記第3の電圧レベルに変更する
求項1に記載の固体撮像装置。
First amplitude level changing unit, out of the two voltage levels of the digital data output from the AD conversion unit, to change the lower the voltage level of the third voltage level,
The solid-state imaging device according to Motomeko 1.
前記第1の振幅レベル変更部は、
前記2つの電圧レベルの一方を前記2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更する第1のレベル調整部を列ごとに有するとともに、
前記2つの電圧レベルの他方を同一電圧レベルに維持する各列共通の第2のレベル調整部を有する
求項1に記載の固体撮像装置。
The first amplitude level changing unit includes:
Has a first level adjusting unit for changing to the third voltage level between one of said two voltage levels of the two voltage levels for each column,
A second level adjustment unit common to each column for maintaining the other of the two voltage levels at the same voltage level ;
The solid-state imaging device according to Motomeko 1.
前記第2のレベル調整部は、前記2つの電圧レベルの高い方の電圧レベルに対応した高電圧に維持するプルアップ手段または前記2つの電圧レベルの低い方の電圧レベルに対応した低電圧に維持するプルダウン手段を有する
求項5に記載の固体撮像装置。
The second level adjusting section is maintained at a low voltage corresponding to the voltage level of the lower of the pull-up means or the two voltage levels to maintain the high voltage corresponding to the voltage level of the higher of the two voltage levels with a pull-down means that,
The solid-state imaging device according to Motomeko 5.
前記プルアップ手段や前記プルダウン手段は、トランジスタで構成されている
求項6に記載の固体撮像装置。
The pull-up means and the pull-down means are composed of transistors .
Solid-state imaging device according to Motomeko 6.
前記プルアップ手段や前記プルダウン手段は、抵抗素子で構成されている
求項6に記載の固体撮像装置。
The pull-up means and the pull-down means are composed of resistance elements ,
The solid-state imaging device according to Motomeko 6.
前記プルアップ手段や前記プルダウン手段と前記各列共通の信号線との間にオンまたはオフ動作をするスイッチトランジスタが設けられている
求項6に記載の固体撮像装置。
Wherein said pull-up means and said pull-down means between the columns common signal line, the switch transistor that operates on or off is provided,
The solid-state imaging device according to Motomeko 6.
前記第2の振幅レベル変更部は、自身の出力信号に基づいて前記スイッチトランジスタのオンまたはオフ動作を制御する
求項9に記載の固体撮像装置。
It said second amplitude level changing section controls the operation of the on or off the switching transistor based on its own output signal,
The solid-state imaging device according to Motomeko 9.
前記スイッチトランジスタのオンまたはオフ動作を制御するための制御パルスを生成する制御パルス生成部を備えた
求項9に記載の固体撮像装置。
With a control pulse generator for generating a control pulse for controlling the operation of the on or off the switching transistor,
The solid-state imaging device according to Motomeko 9.
前記各列共通の信号線と前記第2の振幅レベル変更部の間に、前記第1の振幅レベル変更部から出力された情報の中点電位を、前記2つの電圧レベルの間の第4の電圧レベルにシフトするレベルシフト部を有し、
前記第2の振幅レベル変更部は、前記レベルシフト部から出力された情報を後段回路用の論理レベルに変更する
請求項1に記載の固体撮像装置。
Between the signal line common to each column and the second amplitude level changing unit, the midpoint potential of the information output from the first amplitude level changing unit is changed to a fourth voltage level between the two voltage levels . Having a level shift section that shifts to a voltage level;
It said second amplitude level changing unit, the information output from the level shift unit is changed to a logic level for subsequent circuit,
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第2の振幅レベル変更部は、入力されるクロックに同期して、前記レベルシフト部から出力された情報の論理レベルに対応した前記2つの電圧レベルを前記後段回路用の電圧レベルに増幅する増幅部を有する
求項12に記載の固体撮像装置。
Said second amplitude level changing unit, in synchronism with the clock input, amplifying the two voltage levels corresponding to logic levels of the information outputted from the level shift unit to the voltage level for the subsequent circuit Having an amplification section ,
The solid-state imaging device according to Motomeko 12.
前記増幅部の出力を前記クロックに同期して保持することで前記後段回路用のデジタルデータを生成する出力データ生成部を備えた
求項13に記載の固体撮像装置。
By maintaining synchronization with output of the amplifying unit to the clock, and an output data generating unit for generating a digital data for the subsequent circuit,
The solid-state imaging device according to Motomeko 13.
単位画素が行列状に配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の各単位画素からアナログの画素信号を読み出す垂直走査部と、
前記画素アレイ部の各単位画素から行ごとに読み出されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換する列ごとに設けられたAD変換部と、
前記AD変換部から出力される前記デジタルデータの論理レベルに対応した2つの電圧レベルの一方を前記2つの電圧レベルの間の第3の電圧レベルに変更する第1の振幅レベル変更部と、
前記第1の振幅レベル変更部から出力される情報を各列共通の信号線に転送する水平走査部と、
前記第1の振幅レベル変更部で振幅レベルが変更された情報を後段回路用の電圧レベルの情報に変更する第2の振幅レベル変更部と、
前記垂直走査部および前記水平走査部を制御するための制御情報を生成する主制御部と
を備えた
撮像装置。
A pixel array unit in which unit pixels are arranged in a matrix;
A vertical scanning unit that reads an analog pixel signal from each unit pixel of the pixel array unit;
An AD conversion unit provided for each column for converting an analog pixel signal read from each unit pixel of the pixel array unit for each row into digital data;
A first amplitude level changing unit that changes one of the two voltage levels corresponding to the logic level of the digital data output from the AD conversion unit to a third voltage level between the two voltage levels ;
A horizontal scanning unit for transferring information output from the first amplitude level changing unit to a signal line common to each column;
The first information by the amplitude level is changed in amplitude level changing unit, and a second amplitude level changing unit for changing the voltage level of the information for subsequent circuit,
A main control unit that generates control information for controlling the vertical scanning unit and the horizontal scanning unit ;
With,
Imaging device.
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