JP5426220B2 - 電源ノイズ除去回路 - Google Patents
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Description
(Vc+ΔVc)−(Vs+ΔVs)=(Vc−Vs)+(ΔVc−ΔVs)
・・・(1)
ただし、ΔVcは、リセットレベルのサンプリング時の電源ノイズ、ΔVsは、読み出しレベルのサンプリング時の電源ノイズである。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電源ノイズ除去回路が適用されるCMOSイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。
図1において、CMOSイメージセンサには、画素アレイ11、行選択回路12、サンプルホールド信号変換回路群13および列選択回路14が設けられている。ここで、画素アレイ11には、光電変換を行う画素15がm行n列(m、nは1以上の整数)に渡って配置されている。行選択回路12は、読み出し対象となる画素15が配列された行を選択することができる。列選択回路14は、読み出し対象となる画素15が配列された列を選択することができる。サンプルホールド信号変換回路群13には、画素15が配列された列ごとに、サンプルホールド信号変換回路16が設けられている。ここで、サンプルホールド信号変換回路16は、垂直信号線NSIGを介して各画素15に列ごとに接続されている。そして、サンプルホールド信号変換回路16は、各画素15から信号が読み出された場合、CDSにて信号成分を検出することができる。
図2において、図1の画素15には、フォトダイオードPD、読み出しトランジスタM1、リセットトランジスタM2、行選択トランジスタM3および転送トランジスタM4が設けられている。
図3において、この電源ノイズ除去回路には、サンプルホールド信号変換回路16、スイッチング制御回路21、ランプ波発生回路22、電源ノイズ加算回路23および基準電圧生成回路24が設けられている。なお、スイッチング制御回路21、ランプ波発生回路22、電源ノイズ加算回路23および基準電圧生成回路24は、サンプルホールド信号変換回路群13に含まれる全てのサンプルホールド信号変換回路16に共通に用いることができる。
図4において、図3の画素15から信号が読み出される場合、垂直信号線NSIGが電源線DLに接続されることで、垂直信号線NSIGの電位がリセットレベルに移行される。
Vrst_n=Vrst+ΔVn1 ・・・(2)
Vbias_n1=Vbias+ΔVn1´ ・・・(3)
Q2=Cp2(Vrst_n−Vbias_n1)=(Vrst−Vbias)
・・・(4)
Vrd_n=Vrd+ΔVn2 ・・・(5)
Q1=Cp1(Vclmp−Vrd_n) ・・・(6)
Vnb=Vbias_n1−(Vrst_n−Vrd_n) ・・・(8)
Vbias_n2=Vbias+ΔVn2´ ・・・(9)
Vnc1=A(Vbias_n2−(Vbias_n1)−(Vrst_n−Vrd_n)
・・・(10)
ただし、Aは差動増幅器AMP1のゲインである。
Vnc1=A(Vrst−Vrd) ・・・(11)
Vnb=Vbias_n−(Vrst_n−Vrd_n) ・・・(12)
Vref_t10=Vclmp+Vbias_n2
−(Vbias_n1−(Vrst_n−Vrd_n))
=Vclmp+(Vrst_n−Vrd_n) ・・・(13)
図5は、本発明の第2実施形態に係るサンプルホールド信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図5において、この電源ノイズ除去回路には、図3の電源ノイズ加算回路23の代わりに電源ノイズ加算回路23´が設けられるとともに、レジスタ26が別途設けられている。ここで、電源ノイズ加算回路23´には、可変容量CH1、CH2が設けられている。そして、可変容量CH1の一端は電源に接続されるとともに、可変容量CH2の一端はグランドに接続されている。また、可変容量CH1の他端は、スイッチS4を介してアンプ基準電圧線NBIASに接続され、可変容量CH2の他端は、アンプ基準電圧線NBIASに接続されている。
図6において、可変容量CH1には、コンデンサC0〜Ck−1が設けられ、可変容量CH2には、コンデンサC0´〜Ck−1´が設けられている。そして、コンデンサC0〜Ck−1の一端は電源に接続されるとともに、コンデンサC0´〜Ck−1´の一端はグランドに接続されている。また、コンデンサC0〜Ck−1の他端は、スイッチSW0〜SWk−1をそれぞれ介した上で、さらにスイッチS4を介してアンプ基準電圧線NBIASに接続され、コンデンサC0´〜Ck−1´の他端は、スイッチSW0´〜SWk−1´をそれぞれ介してアンプ基準電圧線NBIASに接続されている。
Vref_t10=Vclmp+Vbias_2
−(Vbias_n1−(Vrst_n−Vrd_n))
=Vclamp+(Vrst−Vrd)+(β−α)*ΔVn2−(β−α)*ΔVn1
・・・(14)
Vref_t10=Vclmp+(Vrst−Vrd) ・・・(15)
図8は、本発明の第3実施形態に係るサンプルホールド信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図8において、この電源ノイズ除去回路には、図5の電源ノイズ加算回路23´の代わりに電源ノイズ加算回路23´´が設けられている。ここで、電源ノイズ加算回路23´´には、電源ノイズ加算回路23´の構成に加え、バッファ27が別途設けられている。そして、バッファ27は、可変容量CH2と差動増幅器AMP1との間に挿入されている。
図9において、図8の電源ノイズ加算回路23´´には、図6の構成に加えバッファ27が設けられている。そして、バッファ27は、スイッチSWk−1´と図8の差動増幅器AMP1との間に挿入されている。
図10は、本発明の第4実施形態に係る信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図10において、このCMOSイメージセンサには、図1のサンプルホールド信号変換回路群13の代わりに信号変換回路群31が設けられている。そして、信号変換回路群31には、画素15が配列された列ごとに、信号変換回路32が設けられている。ここで、信号変換回路32は、垂直信号線NSIGを介して各画素15に列ごとに接続されている。そして、信号変換回路32は、各画素15から読み出された信号の検出処理を行うことができる。
図11において、図10の画素15から信号が読み出される場合、垂直信号線NSIGが電源線DLに接続されることで、垂直信号線NSIGの電位がリセットレベルに移行される。ここで、垂直信号線NSIGの電位がリセットレベルに移行される場合、図10のスイッチング制御回路35にてスイッチS11はオフされる。
Vrst_n=Vrst+ΔVn1 ・・・(16)
Vbias_n1=Vbias+aΔVn1 ・・・(17)
Cp1(Vrst_n−Vbias_n1)=Cp2(Vbias_n1−Vnc1)
・・・(18)
Vnc1=Vbias+Cp1/Cp2*(Vbias−Vrst)
+{a+Cp1/Cp2*(a−1)}*ΔVn1 ・・・(19)
a+Cp1/Cp2*(a−1)=0 ・・・(20)
a=Cp1/(Cp1+Cp2) ・・・(21)
Vrst_n=Vrst+ΔVn1 ・・・(22)
Vbias_n1=Vbias+aΔVn1 ・・・(23)
Vnc2=Vbias+Cp1/Cp2*(Vbias−Vrst)
+{a+Cp1/Cp2*(a−1)}*ΔVn2 ・・・(24)
図12は、本発明の第5実施形態に係る信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図12において、この電源ノイズ除去回路には、図10の電源ノイズ加算回路33の代わりに電源ノイズ加算回路33´が設けられるとともに、レジスタ36が別途設けられている。ここで、電源ノイズ加算回路33´には、可変容量CH11、CH12が設けられている。そして、可変容量CH11の一端は電源に接続されるとともに、可変容量CH12の一端はグランドに接続されている。また、可変容量CH11の他端および可変容量CH12の他端は、アンプ基準電圧線NBIASに接続されている。
図13において、可変容量CH11には、コンデンサC0〜Ck−1が設けられ、可変容量CH12には、コンデンサC0´〜Ck−1´が設けられている。そして、コンデンサC0〜Ck−1の一端は電源に接続されるとともに、コンデンサC0´〜Ck−1´の一端はグランドに接続されている。また、コンデンサC0〜Ck−1の他端は、スイッチSW0〜SWk−1をそれぞれ介してアンプ基準電圧線NBIASに接続され、コンデンサC0´〜Ck−1´の他端は、スイッチSW0´〜SWk−1´をそれぞれ介してアンプ基準電圧線NBIASに接続されている。
Vrst_n=Vrst+α*ΔVn1 ・・・(25)
Vbias_n1=Vbias+β*ΔVn1 ・・・(26)
Cp1(Vrst_n−Vbias_n1)=Cp2(Vbias_n1−Vnc1)
Vnc1=Vbias+Cp1/Cp2*(Vbias−Vrst)
+{β+Cp1/Cp2*(β−α)}*ΔVn1 ・・・(27)
β+Cp1/Cp2*(β−α)=0 ・・・(28)
β=Cp1/(Cp1+Cp2)*α ・・・(29)
Vnc1=Vbias+Cp1/Cp2*(Vbias−Vrst) ・・・(30)
Vnc2=Vbias+Cp1/Cp2*(Vbias−Vrd)
+{β+Cp1/Cp2*(β−α)}*ΔVn2 ・・・(31)
Vnc2=Vbias+Cp1/Cp2*Vbias−Vrd) ・・・(32)
図14は、本発明の第6実施形態に係る信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図14において、この電源ノイズ除去回路には、図12の電源ノイズ加算回路33´の代わりに電源ノイズ加算回路33´´が設けられている。ここで、電源ノイズ加算回路33´´には、電源ノイズ加算回路33´の構成に加え、バッファ37が別途設けられている。そして、バッファ37は、可変容量CH12と差動増幅器AMP11との間に挿入されている。
図15において、図14の電源ノイズ加算回路33´´には、図13の構成に加えバッファ37が設けられている。そして、バッファ37は、スイッチSWk−1´と図14の差動増幅器AMP11との間に挿入されている。
図16は、本発明の第7実施形態に係るサンプルホールド信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図16において、このCMOSイメージセンサには、図1のサンプルホールド信号変換回路群13の代わりに信号変換回路群41が設けられている。そして、信号変換回路群41には、画素15が配列された列ごとに、信号変換回路42が設けられている。ここで、信号変換回路42は、垂直信号線NSIGを介して各画素15に列ごとに接続されている。そして、信号変換回路42は、各画素15から読み出された信号の検出処理を行うことができる。
図17において、図16の画素15から信号が読み出される場合、垂直信号線NSIGが電源線DLに接続されることで、垂直信号線NSIGの電位がリセットレベルに移行される。ここで、垂直信号線NSIGの電位がリセットレベルに移行される場合、図16のスイッチング制御回路45にてスイッチS21、S22はオフされる。
Q3=Cp1(Vrst−Vclmp) ・・・(33)
次に、スイッチング制御回路45にてスイッチS21、S22がオフされるとともに(時刻T22)、ランプ波発生回路44にてランプ波信号線NREF3の電圧がクランプ電圧Vclmpから基準電圧に持ち上げられる。そして、スイッチング制御回路45にてスイッチS21がオフされると、ランプ波信号線NREF3の電圧とNA3電圧との差分に応じた電圧が差動増幅器AMP21から出力される。
Vnb1=A*{Vref1+ΔVn1−(Vclmp+ΔVn1)}
=A*(Vref1−Vclmp) ・・・(34)
Cp1*(Vrst−Vclmp)=Cp1*(Vrd+ΔVn2−Vna2)
・・・(35)
Vna2=Vclmp−{Vrst−(Vrd+ΔVn2)} ・・・(36)
Vnb2=A*(Vref2+ΔVn2−Vna2)
=A*{Vref2−{Vclmp−(Vrst−Vrd)}}
・・・(37)
図18は、本発明の第8実施形態に係る信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図18において、この電源ノイズ除去回路には、図16の電源ノイズ加算回路43の代わりに電源ノイズ加算回路43´が設けられるとともに、レジスタ46が別途設けられている。ここで、電源ノイズ加算回路43´には、可変容量CH21、CH22が設けられている。そして、可変容量CH21の一端は電源に接続されるとともに、可変容量CH22の一端はグランドに接続されている。また、可変容量CH21の他端および可変容量CH22の他端は、ランプ波発生回路44に接続されている。
図19において、可変容量CH21には、コンデンサC0〜Ck−1が設けられ、可変容量CH22には、コンデンサC0´〜Ck−1´が設けられている。そして、コンデンサC0〜Ck−1の一端は電源に接続されるとともに、コンデンサC0´〜Ck−1´の一端はグランドに接続されている。また、コンデンサC0〜Ck−1の他端は、スイッチSW0〜SWk−1をそれぞれ介してランプ波発生回路44に接続され、コンデンサC0´〜Ck−1´の他端は、スイッチSW0´〜SWk−1´をそれぞれ介してランプ波発生回路44に接続されている。
Vnb1=A*{Vref1+β*ΔVn1−(Vclmp+α*ΔVn1)}
=A*(Vref1−Vclmp)+(β−α)*ΔVn1 ・・・(38)
Vna2=Vclmp−{Vrst−(Vrd+α*ΔVn2)} ・・・(39)
Vnb2=A*{Vref2−{Vclmp−(Vrst−Vrd)
+(β−α)*ΔVn2}} ・・・(40)
図20は、本発明の第9実施形態に係る信号変換回路に適用された電源ノイズ除去回路の概略構成を示すブロック図である。
図20において、この電源ノイズ除去回路には、図18の電源ノイズ加算回路43´の代わりに電源ノイズ加算回路43´´が設けられている。ここで、電源ノイズ加算回路43´´には、電源ノイズ加算回路43´の構成に加え、バッファ47が別途設けられている。そして、バッファ47は、可変容量CH22とランプ波発生回路44との間に挿入されている。
図21において、図8の電源ノイズ加算回路43´´には、図19の構成に加えバッファ47が設けられている。そして、バッファ47は、スイッチSW0´と図20のランプ波発生回路44との間に挿入されている。
Claims (5)
- 撮像素子の各画素に電源を供給する電源線と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記電源線に重畳された電源ノイズを前記基準電圧に加算する電源ノイズ加算回路と、
前記撮像素子の各画素から読み出された読み出し信号と、前記読み出し時における電源ノイズが加算された基準電圧との差分を増幅する差動増幅器とを備えることを特徴とする電源ノイズ除去回路。 - 撮像素子の各画素に電源を供給する電源線と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記電源線に重畳された電源ノイズを前記基準電圧に加算する電源ノイズ加算回路と、
前記撮像素子の各画素から読み出され、第1のサンプリング時刻にサンプリングされたサンプリング信号と、前記第1のサンプリング時刻における電源ノイズが加算された基準電圧との差分を増幅する差動増幅器とを備えることを特徴とする電源ノイズ除去回路。 - 撮像素子の各画素に電源を供給する電源線と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記電源線に重畳された電源ノイズを前記基準電圧に加算する電源ノイズ加算回路と、
前記撮像素子の各画素から読み出され、第1のサンプリング時刻にサンプリングされた第1のサンプリング信号と、前記第1のサンプリング時刻における電源ノイズが加算された基準電圧との差分を保持するコンデンサと、
前記撮像素子の各画素から読み出され、第2のサンプリング時刻にサンプリングされた第2のサンプリング信号から前記コンデンサに保持されている信号を引いた値と、前記第2のサンプリング時刻における電源ノイズが加算された基準電圧との差分を増幅する差動増幅器とを備えることを特徴とする電源ノイズ除去回路。 - 撮像素子の各画素に電源を供給する電源線と、
ランプ波信号を発生するランプ波発生回路と、
前記電源線に重畳された電源ノイズを前記ランプ波信号に加算する電源ノイズ加算回路と、
前記撮像素子の各画素から読み出された読み出し信号と、前記電源ノイズが加算されたランプ波信号との差分を増幅する差動増幅器とを備えることを特徴とする電源ノイズ除去回路。 - 前記電源ノイズ加算回路は、前記電源に接続された可変容量であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電源ノイズ除去回路。
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