JP6703252B2 - A/D converter - Google Patents

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Description

本発明は、イメージセンサからの信号をデジタル値に変換するA/D変換器に関する。 The present invention relates to an A/D converter that converts a signal from an image sensor into a digital value.

従来から、イメージセンサには、イメージセンサからの信号を複数ビットのデジタル値に変換するA/D変換器が用いられている。例えば、下記特許文献1には、イメージセンサのカラムからのアナログ値を受けるとともに上位のビットの第1デジタル値及び残差値を生成する第1の巡回型A/D変換回路と、その残差値を受けるとともに下位のビットの第2デジタル値を生成する第2の巡回型A/D変換回路とを含むA/D変換器が開示されている。このようなA/D変換器によれば、2段目のA/D変換回路に1段目のA/D変換回路より低精度のA/D変換回路を適用できる。 Conventionally, an A/D converter that converts a signal from the image sensor into a digital value of a plurality of bits has been used in the image sensor. For example, in Patent Document 1 below, a first cyclic A/D conversion circuit that receives an analog value from a column of an image sensor and generates a first digital value and a residual value of upper bits and its residual An A/D converter including a second cyclic A/D conversion circuit that receives a value and generates a second digital value of lower bits is disclosed. According to such an A/D converter, an A/D conversion circuit having lower precision than that of the first stage A/D conversion circuit can be applied to the second stage A/D conversion circuit.

特許第5769178号Patent No. 5769178

近年では、映像の高画質化等に伴ってA/D変換器のさらなる高速化が要求されるようになってきている。このような要求に対して従来のA/D変換器の構成で高速化を実現しようとすると消費電力が増大してしまう傾向にある。 In recent years, the higher speed of the A/D converter has been required along with the improvement in image quality of images. In order to meet such demands, it is apt to increase power consumption when attempting to realize high speed with the configuration of the conventional A/D converter.

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、消費電力を抑えつつ高速化を実現可能なA/D変換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an A/D converter capable of realizing high speed while suppressing power consumption.

上記課題を解決するため、本発明の一形態にかかるA/D変換器は、イメージセンサのカラムに配置されており、イメージセンサからの信号をデジタル値に変換するA/D変換器であって、カラムからアナログ値を受けるとともにアナログ値を示す第1のデジタル値及び残差値を生成する巡回型の第1のA/D変換回路と、巡回型の第1〜第M−2(Mは3以上の整数)のA/D変換回路のそれぞれから残差値を受けるとともに、残差値を示す第2〜第M−1のデジタル値及び残差値をそれぞれ生成する巡回型の第2〜第M−1のA/D変換回路と、第M−1のA/D変換回路から残差値を受けるとともに残差値を示す第Mのデジタル値を生成するA/D変換回路であって、時間的に変化する参照値と残差値との比較によって第Mのデジタル値を生成する非巡回型の第MのA/D変換回路とを備え、第1〜第M−1のA/D変換回路のそれぞれは、巡回毎にデジタル値を生成するサブA/D変換回路と、サブA/D変換回路からデジタル値を受ける論理回路と、論理回路からの信号に応答してD/A変換値を生成するD/A変換回路と、入力と、残差値を提供する出力と、出力と入力とを接続する巡回型A/D変換のための帰還経路とを有し、入力に受けた入力値を増幅するとともに、該増幅された入力値とD/A変換値との差分を生成する演算増幅器と、を有する。 In order to solve the above problems, an A/D converter according to one embodiment of the present invention is an A/D converter that is arranged in a column of an image sensor and that converts a signal from the image sensor into a digital value. , A cyclic first A/D conversion circuit that receives an analog value from the column and generates a first digital value and a residual value that represent the analog value, and cyclic first to M-2th (M is (An integer greater than or equal to 3) each of which receives the residual value from each of the A/D conversion circuits and also generates the second to (M-1)th digital values indicating the residual value and the residual second cyclic value. An M/A conversion circuit and an A/D conversion circuit that receives the residual value from the M-1 A/D conversion circuit and generates an Mth digital value indicating the residual value. , A non-cyclic M-th A/D conversion circuit for generating an M-th digital value by comparing a time-varying reference value and a residual value, and Each of the D conversion circuits includes a sub A/D conversion circuit that generates a digital value for each cycle, a logic circuit that receives the digital value from the sub A/D conversion circuit, and a D/A conversion circuit in response to a signal from the logic circuit. It has a D/A conversion circuit that generates a conversion value, an input, an output that provides a residual value, and a feedback path for cyclic A/D conversion that connects the output and the input, and receives the input. An operational amplifier that amplifies the input value and generates a difference between the amplified input value and the D/A converted value.

上記形態のA/D変換器によれば、第1〜第M−1のA/D変換回路において、イメージセンサからの信号が増幅されながらD/A変換値との差分である残差値が生成されるとともにその残差値を基に第1〜第M−1のデジタル値が生成され、第M−1のA/D変換回路からの残差値を基に第MのA/D変換回路において第Mのデジタル値が生成される。このような構成により、第1〜第M−1のA/D変換回路及び第MのA/D変換回路のうちの後段側のA/D変換回路に求められるA/D変換の精度を前段側に比較して低くできる結果、A/D変換回路の全体の消費電力を低減できるとともに、第MのA/D変換回路に非巡回型の構成を採用することで第MのA/D変換回路の消費電力をさらに低減できる。また、後段側のA/D変換回路に求められるA/D変換の精度を前段側に比較して低くできることでA/D変換処理の高速化も実現できる。その結果、消費電力を抑えつつ高速化を実現可能なA/D変換器を提供することができる。 According to the A/D converter of the above aspect, in the first to M−1th A/D conversion circuits, the residual value that is the difference from the D/A conversion value is amplified while the signal from the image sensor is being amplified. The first to (M-1)th digital values are generated based on the residual value generated and the M-th A/D conversion is performed based on the residual value from the (M-1)th A/D conversion circuit. A Mth digital value is generated in the circuit. With such a configuration, the accuracy of A/D conversion required for the A/D conversion circuit on the subsequent stage side of the first to M−1th A/D conversion circuits and the Mth A/D conversion circuit can be improved to the former stage. As a result, the power consumption of the A/D conversion circuit as a whole can be reduced and the M-th A/D conversion circuit can be configured by adopting a non-recursive configuration. The power consumption of the circuit can be further reduced. Further, since the accuracy of the A/D conversion required for the A/D conversion circuit on the subsequent stage side can be lowered as compared with that on the preceding stage side, the speeding up of the A/D conversion process can be realized. As a result, it is possible to provide an A/D converter that can realize high speed while suppressing power consumption.

ここで、上記形態のA/D変換器においては、第1〜第M−1のA/D変換回路のうちの一のA/D変換回路において、第1〜第M−1のデジタル値を構成するデジタル値を生成する格納動作期間と残差値を生成する演算動作期間との間の切り替わりのタイミングを、第1〜第M−1のA/D変換回路のうちの他のA/D変換回路における格納動作期間の終期、及び演算動作期間の終期から外すように制御するタイミング制御回路をさらに備える、ことでもよい。こうすれば、一のA/D変換回路の動作の影響から発生するノイズによる他のA/D変換回路で生成および出力されるデジタル値及び残差値の精度の低下を防止することができる。 Here, in the A/D converter of the above-described embodiment, one of the A/D conversion circuits of the first to M−1th A/D conversion circuits outputs the first to M−1th digital values. The switching timing between the storage operation period for generating the constituent digital value and the calculation operation period for generating the residual value is set to the other A/D of the first to M−1th A/D conversion circuits. The conversion circuit may further include a timing control circuit for controlling the end of the storage operation period and the end of the arithmetic operation period. By doing so, it is possible to prevent the accuracy of the digital value and the residual value generated and output by the other A/D conversion circuit from being deteriorated due to the noise generated due to the influence of the operation of the one A/D conversion circuit.

また、上記形態のA/D変換器におけるタイミング制御回路は、第MのA/D変換回路において、残差値から順次生成する第Mのデジタル値を構成するデジタル値が遷移するタイミングを、第1〜第M−1のA/D変換回路における第1〜第M−1のデジタル値を構成するデジタル値を生成する格納動作期間の終期、及び第1〜第M−1のA/D変換回路における残差値を生成する演算動作期間の終期から外すように制御する、こととしてもよい。この場合、第MのA/D変換回路の動作の影響から発生するノイズによる第1〜第M−1のA/D変換回路で生成および出力されるデジタル値及び残差値の精度の低下を防止することができる。 Further, the timing control circuit in the A/D converter of the above-described aspect is configured such that, in the Mth A/D conversion circuit, the timing at which the digital value forming the Mth digital value sequentially generated from the residual value transits The end of the storage operation period for generating the digital values forming the first to (M-1)th digital values in the first to (M-1)th A/D conversion circuits, and the first to (M-1)th A/D conversions The circuit may be controlled so as to be removed from the end of the arithmetic operation period for generating the residual value in the circuit. In this case, the accuracy of the digital value and the residual value generated and output by the first to (M-1)th A/D conversion circuits is reduced due to the noise generated due to the influence of the operation of the Mth A/D conversion circuit. Can be prevented.

さらに、上記第MのA/D変換回路は、第M−1のA/D変換回路からの残差値を逐次変化する参照電圧と比較する比較器を有し、比較器の出力を基に第Mのデジタル値を構成するデジタル値を順次生成するように構成された逐次比較型A/D変換回路であってもよい。この場合には、第MのA/D変換回路に逐次比較型の構成を採用することで第MのA/D変換回路の消費電力をさらに低減できる。また、第MのA/D変換回路の精度を比較的低くすることができる。 Further, the Mth A/D conversion circuit has a comparator that compares the residual value from the M−1th A/D conversion circuit with a reference voltage that changes sequentially, and based on the output of the comparator, It may be a successive approximation A/D conversion circuit configured to sequentially generate digital values that form the Mth digital value. In this case, the power consumption of the Mth A/D conversion circuit can be further reduced by adopting the successive approximation type configuration for the Mth A/D conversion circuit. Moreover, the accuracy of the M-th A/D conversion circuit can be made relatively low.

また、上記形態のA/D変換器におけるタイミング制御回路は、第MのA/D変換回路において、残差値と参照信号とを比較するクロックタイミングを、第1〜第M−1のA/D変換回路における第1〜第M−1のデジタル値を構成するデジタル値を生成する格納動作期間の終期、及び第1〜第M−1のA/D変換回路における残差値を生成する演算動作期間の終期から外すように制御する、こととしてもよい。この場合、第MのA/D変換回路の動作の影響から発生するノイズによる第1〜第M−1のA/D変換回路で生成および出力されるデジタル値及び残差値の精度の低下を防止することができる。 Further, the timing control circuit in the A/D converter of the above-described embodiment sets the clock timing for comparing the residual value and the reference signal in the Mth A/D conversion circuit to the A/D first to Mth A/D converters. Completion of the storage operation period for generating the digital values forming the first to M−1th digital values in the D conversion circuit, and calculation for generating the residual value in the first to M−1th A/D conversion circuits The control may be performed so that it is removed from the end of the operation period. In this case, the accuracy of the digital value and the residual value generated and output by the first to (M-1)th A/D conversion circuits is reduced due to the noise generated due to the influence of the operation of the Mth A/D conversion circuit. Can be prevented.

さらに、上記第MのA/D変換回路は、第M−1のA/D変換回路からの残差値を参照信号であるランプ信号と比較する比較器と、比較器の出力の変化のタイミングを保持するラッチ回路とを有し、ラッチ回路の出力を基に第Mのデジタル値を生成するように構成されたシングルスロープ型A/D変換回路であってもよい。この場合には、第MのA/D変換回路にシングルスロープ型の構成を採用することで第MのA/D変換回路の消費電力をさらに低減できる。また、第MのA/D変換回路の回路構成を比較的単純化できる。 Furthermore, the Mth A/D conversion circuit compares the residual value from the (M−1)th A/D conversion circuit with a ramp signal that is a reference signal, and the timing of change in the output of the comparator. A single-slope A/D conversion circuit configured to generate the Mth digital value based on the output of the latch circuit. In this case, the power consumption of the Mth A/D conversion circuit can be further reduced by adopting the single slope type configuration for the Mth A/D conversion circuit. Moreover, the circuit configuration of the Mth A/D conversion circuit can be relatively simplified.

本発明によれば、消費電力を抑えつつ高速化を実現することができる。 According to the present invention, speeding up can be realized while suppressing power consumption.

(a)部は実施形態に係るA/D変換器を含むCMOSイメージセンサ回路の回路ブロックを示す図、(b)部は1段目のA/D変換特性の一例を概略的に示す図である。Part (a) is a diagram showing a circuit block of a CMOS image sensor circuit including an A/D converter according to the embodiment, and part (b) is a diagram schematically showing an example of A/D conversion characteristics in the first stage. is there. 図1の(a)部に示すA/D変換器の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the A/D converter shown to (a) part of FIG. 図2のCDS回路及び第1〜第2巡回型A/D変換回路の詳細構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a CDS circuit and first to second cyclic A/D conversion circuits of FIG. 2. 図3の第1の巡回型A/D変換回路の格納動作時および演算動作時における接続構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a connection configuration of the first cyclic A/D conversion circuit of FIG. 3 during a storage operation and an arithmetic operation. 図3の第2の巡回型A/D変換回路の格納動作時および演算動作時における接続構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a connection configuration of the second cyclic A/D conversion circuit of FIG. 3 during a storage operation and an arithmetic operation. 第3の非巡回型A/D変換回路の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the schematic structure of the 3rd non-cyclic A/D conversion circuit. 第3の非巡回型A/D変換回路の他の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structure of the 3rd non-cyclic A/D conversion circuit. 第3の非巡回型A/D変換回路の他の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structure of the 3rd non-cyclic A/D conversion circuit. 図2のA/D変換器の制御回路によって制御された動作タイミングを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing operation timing controlled by the control circuit of the A/D converter in FIG. 2. 図9のタイミングチャートの一部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a part of timing chart of FIG. 変形例にかかるA/D変換器の制御回路によって制御された動作タイミングを示すタイミングチャートである。9 is a timing chart showing operation timing controlled by a control circuit of an A/D converter according to a modification. 図11のタイミングチャートの一部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a part of timing chart of FIG. 変形例にかかる第3の非巡回型A/D変換回路の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the schematic structure of the 3rd non-cyclic A/D conversion circuit concerning a modification.

以下、図面を参照しつつ本発明に係るA/D変換器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of an A/D converter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

まず、図1を用いて、実施形態に係るA/D変換器を含むCMOSイメージセンサ回路の構成を説明する。 First, the configuration of a CMOS image sensor circuit including the A/D converter according to the embodiment will be described with reference to FIG.

図1の(a)部は、実施形態に係るA/D変換器101を含むCMOSイメージセンサ回路の回路ブロックを概略的に示す図面である。垂直シフトレジスタ11は、イメージアレイ12を構成する画素13に与えられる制御信号Ri、Si、TXiを供給し、各画素13において得られた光電荷による信号をA/D変換器101のアレイ14へ伝送する。アレイ14は、複数のA/D変換器101を含み、また各画素13からの信号を並列して処理できる。制御回路(タイミング制御回路)18は、複数のA/D変換器101に並列に接続されており、A/D変換器101の各種動作のタイミングを制御する制御信号を供給する。A/D変換における1HごとのA/D変換結果は、データレジスタ15に格納され、水平シフトレジスタ16からの制御信号により水平走査によってA/D変換後に読み出される。 Part (a) of FIG. 1 is a drawing schematically showing a circuit block of a CMOS image sensor circuit including an A/D converter 101 according to the embodiment. The vertical shift register 11 supplies the control signals Ri, Si, and TXi given to the pixels 13 forming the image array 12, and the signals due to the photocharges obtained in each pixel 13 are sent to the array 14 of the A/D converter 101. To transmit. The array 14 includes a plurality of A/D converters 101 and can process the signals from each pixel 13 in parallel. The control circuit (timing control circuit) 18 is connected in parallel to the plurality of A/D converters 101 and supplies control signals for controlling the timing of various operations of the A/D converters 101. The A/D conversion result for each 1H in the A/D conversion is stored in the data register 15 and read out after the A/D conversion by horizontal scanning according to the control signal from the horizontal shift register 16.

図1の(a)部を参照すると、A/D変換器101が、アレイ状に配置された画素を含むイメージセンサ回路に用いられている。画素13は、フォトダイオードPDiを含むセンサ回路13aと、センサ回路13aからのセンサ信号を増幅する増幅回路13bとを含む。画素13は、リセット信号を受けて内部状態を初期化する。この初期化の後に、画素13は、フォトダイオードPDiが受けた光に対応する電気信号を提供する。電気信号は、有意な信号成分だけでなくリセットノイズ等のノイズ成分も含む。各画素13は光を電荷に変換するためのフォトダイオードPDiと、いくつかのMOSトランジスタT1〜T4とを備える。また、制御信号TXiに応答するトランジスタT1より電荷の移動が制御され、制御信号Riに応答するトランジスタT2より電荷の初期化が制御され、制御信号
Siに応答するトランジスタT3より画素の選択が制御される。トランジスタT4はトランジスタT1とT2との接続点J1の電位に応答する。各画素13では、リセット動作に応答してリセットノイズが発生される。また、各画素13から出力される電圧には、画素毎に固有の固定パターンノイズが含まれる。また、ランダムノイズは、A/D変換器101の入力に接続される素子等により発生される。各画素13はマトリクス状に配置され、画素13からの信号は、ノイズ成分を含む第1の信号レベルの信号(信号VR)と該ノイズ成分に重畳した信号成分を含む第2の信号レベルの信号(信号VS)であり、増幅回路13bに接続された信号線を介してA/D変換器101のアレイ14に伝送される。A/D変換器101では、相関二重サンプリングが実行されることにより、画素13からの信号レベルVSからリセットレベルVRの成分を除いた入力信号が入力される。
Referring to part (a) of FIG. 1, the A/D converter 101 is used in an image sensor circuit including pixels arranged in an array. The pixel 13 includes a sensor circuit 13a including a photodiode PDi and an amplifier circuit 13b that amplifies a sensor signal from the sensor circuit 13a. The pixel 13 receives the reset signal and initializes the internal state. After this initialization, the pixel 13 provides an electrical signal corresponding to the light received by the photodiode PDi. The electric signal includes not only a significant signal component but also a noise component such as reset noise. Each pixel 13 includes a photodiode PDi for converting light into an electric charge and several MOS transistors T1 to T4. Further, the transfer of charges is controlled by the transistor T1 responsive to the control signal TXi, the initialization of charges is controlled by the transistor T2 responsive to the control signal Ri, and the pixel selection is controlled by the transistor T3 responsive to the control signal Si. It Transistor T4 responds to the potential at junction J1 between transistors T1 and T2. In each pixel 13, reset noise is generated in response to the reset operation. In addition, the voltage output from each pixel 13 includes fixed pattern noise unique to each pixel. Random noise is generated by an element or the like connected to the input of the A/D converter 101. The pixels 13 are arranged in a matrix, and the signals from the pixels 13 are signals of a first signal level (signal VR) including a noise component and a signal of a second signal level including a signal component superimposed on the noise component. (Signal VS), which is transmitted to the array 14 of the A/D converter 101 via the signal line connected to the amplifier circuit 13b. In the A/D converter 101, by performing correlated double sampling, an input signal obtained by removing the reset level VR component from the signal level VS from the pixel 13 is input.

次に、A/D変換器101の概略構成について説明する。図2は、イメージセンサからの信号をNa+Nb+Nc=Ntビット(Na,Nb,Ncは2以上の整数)のデジタル値に変換するA/D変換器101を概略的に示す図面である。このA/D変換器101の一次元アレイがイメージセンサのカラムに配置されている。一次元アレイを構成するA/D変換器101は、イメージセンサのカラム線COLに接続されており、カラム線COLに接続された画素13の増幅回路13b(図1)からの信号を処理する。それぞれのA/D変換器101は、イメージセンサの1つのカラムに接続される場合には限定されず、複数のカラムに接続されていてもよいし、複数のA/D変換器101が1つのカラムに接続されていてもよい。このA/D変換器101は、相関二重サンプリング回路(CDS回路)102と、第1の巡回型A/D変換回路103と、第2の巡回型A/D変換回路104と、第3の非巡回型A/D変換回路とを含んで構成される。 Next, a schematic configuration of the A/D converter 101 will be described. FIG. 2 is a schematic diagram of an A/D converter 101 that converts a signal from an image sensor into a digital value of Na+Nb+Nc=Nt bits (Na, Nb, and Nc are integers of 2 or more). The one-dimensional array of the A/D converter 101 is arranged in the column of the image sensor. The A/D converter 101 forming a one-dimensional array is connected to the column line COL of the image sensor and processes a signal from the amplifier circuit 13b (FIG. 1) of the pixel 13 connected to the column line COL. Each A/D converter 101 is not limited to being connected to one column of the image sensor, and may be connected to a plurality of columns, or a plurality of A/D converters 101 may be connected to one column. It may be connected to the column. This A/D converter 101 includes a correlated double sampling circuit (CDS circuit) 102, a first cyclic A/D conversion circuit 103, a second cyclic A/D conversion circuit 104, and a third cyclic A/D conversion circuit 104. And a non-cyclic A/D conversion circuit.

CDS回路102は、カラム線COLと第1の巡回型A/D変換回路103との間に接続されており、画素13からの信号レベルVSからリセットレベルVRの成分を除いた入力信号VINを生成するための回路である。第1の巡回型A/D変換回路103は、カラム線COLからCDS回路102を経由してアナログ値である入力信号VINを受けるとともに、そのアナログ値を示す上位のNaビットの第1のデジタル値及び残差値を生成する。第2の巡回型A/D変換回路104は、第1の巡回型A/D変換回路103から残差値を受け、その残差値を示す中位のNbビットの第2のデジタル値及び新たな残差値を生成する。第3の非巡回型A/D変換回路105は、第2の巡回型A/D変換回路104から残差値を受け、その残差値を示す下位のNcビットの第3のデジタル値を生成する。ビット数Na,Nb,Ncは様々な値をとりうるが、後段の巡回型A/D変換回路ほど要求される精度が低く済むので、全体の消費電力の低減のためには後段側の巡回型A/D変換回路のほうが生成するデジタル値のビット数が多いことが好適である。本実施形態では、例えば、Na=3、Nb=6、Nc=3に設計されている。これらの第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104及び第3の非巡回型A/D変換回路105によって生成された第1〜第3のデジタル値は、データ変換回路106a,106b,106cを介してデータレジスタ15(図1)に出力される。データ変換回路106aは、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104から出力された第1〜第2のデジタル値を合成してデータ変換回路106bに出力し、データ変換回路106bは、第1〜第2のデジタル値に第3の非巡回型A/D変換回路105から出力された第3のデジタル値を合成してデータ変換回路106cに出力する。データ変換回路106cは、データ変換回路106bから出力されたデジタル値に含まれる冗長表現のデジタル値を非冗長表現に変換して出力する。本実施形態では、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104から出力される第1〜第2のデジタル値は、3値をとる冗長表現であるため、それらのデジタル値が非冗長表現に変換されて出力される。 The CDS circuit 102 is connected between the column line COL and the first cyclic A/D conversion circuit 103, and outputs the input signal V IN obtained by removing the reset level VR component from the signal level VS from the pixel 13. It is a circuit for generating. The first cyclic A/D conversion circuit 103 receives the input signal V IN which is an analog value from the column line COL via the CDS circuit 102, and also the first digital of upper Na bits indicating the analog value. Generate a value and a residual value. The second cyclic A/D conversion circuit 104 receives the residual value from the first cyclic A/D conversion circuit 103 and receives the second digital value of the middle Nb bits indicating the residual value and the new value. Generate a residual value. The third non-cyclic A/D conversion circuit 105 receives the residual value from the second cyclic A/D conversion circuit 104 and generates a lower Nc-bit third digital value indicating the residual value. To do. Although the number of bits Na, Nb, and Nc can take various values, the accuracy required for the recursive A/D conversion circuit in the latter stage is lower, so that the recursive type in the latter stage is used to reduce the overall power consumption. It is preferable that the number of bits of the digital value generated by the A/D conversion circuit is larger. In this embodiment, for example, Na=3, Nb=6, and Nc=3 are designed. The first to third digital values generated by the first to second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 and the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 are data conversion circuits 106a, It is output to the data register 15 (FIG. 1) via 106b and 106c. The data conversion circuit 106a synthesizes the first and second digital values output from the first and second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 and outputs the combined digital value to the data conversion circuit 106b. Outputs the first digital value and the second digital value to the data conversion circuit 106c by synthesizing the third digital value output from the third acyclic A/D conversion circuit 105. The data conversion circuit 106c converts the redundant representation digital value included in the digital value output from the data conversion circuit 106b into a non-redundant representation and outputs the non-redundant representation. In the present embodiment, since the first and second digital values output from the first and second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 are redundant representations that take three values, those digital values are It is converted into a non-redundant representation and output.

なお、図2に示すA/D変換器101は、2つの巡回型A/D変換回路103,104を含む構成には限定されず、3以上の巡回型A/D変換回路を含んでいてもよい。例えば、A/D変換器101は、第1〜第N(Nは3以上の整数)の巡回型A/D変換回路と、第N+1の非巡回型A/D変換回路を含んでいてもよい。このような場合、第1の巡回型A/D変換回路は、第1の巡回型A/D変換回路103と同様な構成を有し、第2〜第Nの巡回型A/D変換回路は、素子サイズが様々異なることを除いては第2の巡回型A/D変換回路104と同様な構成を有し、第N+1の非巡回型A/D変換回路は、第3の非巡回型A/D変換回路105と同様な構成を有する。そして、第2〜第Nの巡回型A/D変換回路は、第1〜第N−1の巡回型A/D変換回路のそれぞれから残差値を受け、残差値を示す第2〜第Nのデジタル値及び新たな残差値をそれぞれ生成する。また、第N+1の非巡回型A/D変換回路は、第Nの巡回型A/D変換回路から残差値を受け、残差値を示す第N+1のデジタル値を生成する。 The A/D converter 101 shown in FIG. 2 is not limited to the configuration including the two cyclic A/D conversion circuits 103 and 104, and may include three or more cyclic A/D conversion circuits. Good. For example, the A/D converter 101 may include first to Nth (N is an integer of 3 or more) cyclic A/D conversion circuits and (N+1)th non-cyclic A/D conversion circuits. .. In such a case, the first cyclic A/D conversion circuit has the same configuration as the first cyclic A/D conversion circuit 103, and the second to Nth cyclic A/D conversion circuits are , And has the same configuration as the second cyclic A/D conversion circuit 104 except that the element sizes are different, and the N+1th non-cyclic A/D conversion circuit is the third non-cyclic A/D conversion circuit. It has the same configuration as the /D conversion circuit 105. Then, the second to N-th cyclic A/D conversion circuits receive the residual value from each of the first to N-1th cyclic A/D conversion circuits, and the second to second indicating the residual value. Generate N digital values and new residual values, respectively. The N+1th non-cyclic A/D conversion circuit receives the residual value from the Nth cyclic A/D conversion circuit, and generates the (N+1)th digital value indicating the residual value.

以下、一例として2つの巡回型A/D変換回路103,104を含むA/D変換器101の構成について詳細に述べる。図3は、CDS回路102、及び第1〜第2巡回型A/D変換回路103,104の詳細構成を示す回路図である。 The configuration of the A/D converter 101 including the two cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 will be described in detail below as an example. FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the CDS circuit 102 and the first to second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104.

CDS回路102は、演算増幅回路21と、カラム線COLと演算増幅回路21の反転入力との間に接続されたキャパシタ22と、演算増幅回路21の反転入力と出力との間に接続されたキャパシタ23及びリセットスイッチ24と、演算増幅回路21の出力と第1の巡回型A/D変換回路103の入力31aとの間に接続されたキャパシタ39と、キャパシタ39と基準電位VCOMとの間に接続されたスイッチ42と、により構成される。このようなCDS回路102は、演算増幅回路21の反転入力と出力とをリセットスイッチ24により接続することによりキャパシタ22にリセットレベルVRをホールドし、その後、リセットスイッチ24を切断してからスイッチ42を切断することによりキャパシタ39に信号レベルVSとリセットレベルVRとの差分に対応した入力電位VINをサンプリングさせるように動作する。 The CDS circuit 102 includes an operational amplifier circuit 21, a capacitor 22 connected between the column line COL and the inverting input of the operational amplifier circuit 21, and a capacitor connected between the inverting input of the operational amplifier circuit 21 and the output. 23 and a reset switch 24, a capacitor 39 connected between the output of the operational amplifier circuit 21 and the input 31a of the first cyclic A/D conversion circuit 103, and between the capacitor 39 and the reference potential V COM. And the connected switch 42. Such a CDS circuit 102 holds the reset level VR in the capacitor 22 by connecting the inverting input and the output of the operational amplifier circuit 21 with the reset switch 24, and thereafter disconnects the reset switch 24 and then the switch 42. The disconnection causes the capacitor 39 to sample the input potential V IN corresponding to the difference between the signal level VS and the reset level VR.

第1の巡回型A/D変換回路103は、ゲインステージ31と、サブA/D変換回路32と、論理回路33と、D/A変換回路34とを備える。ゲインステージ31は、デジタル値に変換される入力信号VINを受ける入力31a、及び一巡回毎の演算値(各巡回毎の残差値)VOPを提供する出力31bを含む。また、ゲインステージ31は、シングルエンド型の演算増幅回路(演算増幅器)35、及び第1〜第3のキャパシタ36〜38を含む。演算増幅回路35は、反転入力端子、非反転入力端子、及び出力端子を有する。例えば、演算増幅回路35の非反転入力端子は基準電位線LCOMに接続され基準電位VCOMを受ける。サブA/D変換回路32は、ゲインステージ31の出力31bからの信号VOPに応じて第1のデジタル値を構成するデジタル信号Dを生成する。 The first cyclic A/D conversion circuit 103 includes a gain stage 31, a sub A/D conversion circuit 32, a logic circuit 33, and a D/A conversion circuit 34. The gain stage 31 includes an input 31a that receives an input signal V IN that is converted to a digital value, and an output 31b that provides a calculated value for each cycle (residual value for each cycle) V OP . The gain stage 31 also includes a single-end type operational amplifier circuit (operational amplifier) 35 and first to third capacitors 36 to 38. The operational amplifier circuit 35 has an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal. For example, the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit 35 receives a reference potential V COM is connected to a reference potential line L COM. The sub A/D conversion circuit 32 generates a digital signal D that forms a first digital value according to the signal V OP from the output 31b of the gain stage 31.

サブA/D変換回路32は、例えば2つのコンパレータ32a、32bを含むことができる。コンパレータ32a、32bは、それぞれ、入力アナログ信号をそれぞれの所定の基準信号VRCH、VRCLと比較すると共に、比較結果信号A、Aを提供する。デジタル信号Dは、一巡回毎のA/D変換値を示す。デジタル信号Dは、例えば2ビット(A、A)を有しており、各ビット(A、A)は、「1」または「0」を取りうる。ビット(A、A)の組み合わせにより、一巡回毎のデジタル値は第1〜第3の値(D=0、D=1、D=2)をとりうる。論理回路33は、サブA/D変換回路32から2ビット(A、A)を有するデジタル信号Dを受け、デジタル信号Dに応じた制御信号VCONTaを生成する。必要な場合には、サブA/D変換回路32では、例えば1つのコンパレータを時分割で用いて、演算値VOPを基準信号と比較すると共に、比較結果を示す信号A、Aを提供できる。 The sub A/D conversion circuit 32 can include, for example, two comparators 32a and 32b. The comparators 32a, 32b respectively compare the input analog signals with respective predetermined reference signals V RCH , V RCL and provide comparison result signals A 1 , A 0 . The digital signal D indicates an A/D conversion value for each cycle. The digital signal D has, for example, 2 bits (A 0 , A 1 ), and each bit (A 0 , A 1 ) can take “1” or “0”. Depending on the combination of bits (A 0 , A 1 ), the digital value for each cycle can take the first to third values (D=0, D=1, D=2). The logic circuit 33 receives the digital signal D having 2 bits (A 0 , A 1 ) from the sub A/D conversion circuit 32 and generates a control signal V CONTa according to the digital signal D. If necessary, the sub A/D conversion circuit 32 compares the calculated value V OP with a reference signal by using, for example, one comparator in a time division manner, and provides signals A 1 and A 0 indicating the comparison result. it can.

ゲインステージ31は、演算動作及び格納動作を実行可能に構成される。演算動作では、演算増幅回路35及び第1〜第3のキャパシタ36〜38により演算値VOPを生成する。格納動作では、演算値VOPを第1及び第2のキャパシタ36、37に保持する。 The gain stage 31 is configured to be able to execute a calculation operation and a storage operation. In the arithmetic operation, the arithmetic amplification circuit 35 and the first to third capacitors 36 to 38 generate the arithmetic value V OP . In the storing operation, the calculated value V OP is held in the first and second capacitors 36 and 37.

この第1の巡回型A/D変換回路103によれば、第1及び第2のキャパシタ36、37は、それぞれ、スイッチ43a,43b,43cを介して、D/A変換回路34の2つの出力に接続されている。また、D/A変換回路34は、スイッチ43a,43b,43cをサブA/D変換回路32からの制御信号VCONTaに応じて動作させることにより、電圧信号VDA1a、VDA2aの少なくともいずれかを第1のキャパシタ36に提供できると共に、電圧信号VDA1a、VDA2aの少なくともいずれかを第2のキャパシタ37に提供できる。これ故に、演算動作において、電圧信号VDA1a、VDA2aをキャパシタ36、37の一端に切り換えて印加することによって、ゲインステージ31は、D/A変換回路34からD/A変換値である3種の電圧信号を受けたように動作する。具体的には、第1の巡回型A/D変換回路103では、D/A変換回路34は、デジタル信号(A、A)の第1の値(D=2)に応答して、キャパシタ36、37に電圧信号VRHを提供する。D/A変換回路34は、デジタル信号(A、A)の第2の値(D=1)に応答して、キャパシタ36、37にそれぞれ電圧信号VRH及びVRLを提供する。D/A変換回路34は、デジタル信号(A、A)の第2の値(D=0)に応答して、キャパシタ36、37に電圧信号VRLを提供する。この第1の巡回型A/D変換回路103によれば、キャパシタ36、37にそれぞれD/A変換回路34の第1及び第2の電圧信号を提供するとき、2種の電圧信号がキャパシタ36、37を介して合成される。 According to the first cyclic A/D conversion circuit 103, the first and second capacitors 36 and 37 output the two outputs of the D/A conversion circuit 34 via the switches 43a, 43b and 43c, respectively. It is connected to the. Further, the D/A conversion circuit 34 operates at least one of the voltage signals V DA1a and V DA2a by operating the switches 43a, 43b, 43c according to the control signal V CONTa from the sub A/D conversion circuit 32. The first capacitor 36 can be provided, and at least one of the voltage signals V DA1a and V DA2a can be provided to the second capacitor 37. Therefore, in the arithmetic operation, the voltage signals V DA1a and V DA2a are switched and applied to one ends of the capacitors 36 and 37, so that the gain stage 31 receives three types of D/A conversion values from the D/A conversion circuit 34. It operates as if it received the voltage signal. Specifically, in the first cyclic A/D conversion circuit 103, the D/A conversion circuit 34 responds to the first value (D=2) of the digital signals (A 0 , A 1 ), The voltage signal V RH is provided to the capacitors 36 and 37. The D/A conversion circuit 34 provides the voltage signals V RH and V RL to the capacitors 36 and 37, respectively, in response to the second value (D=1) of the digital signal (A 0 , A 1 ). The D/A conversion circuit 34 provides the voltage signal V RL to the capacitors 36 and 37 in response to the second value (D=0) of the digital signal (A 0 , A 1 ). According to the first cyclic A/D conversion circuit 103, when the first and second voltage signals of the D/A conversion circuit 34 are provided to the capacitors 36 and 37, two types of voltage signals are generated. , 37 through 37.

図1の(b)部には、第1の巡回型A/D変換回路103による演算値VOPと一巡回毎のデジタル値Dとの変換特性を示している。デジタル値Dと演算値VOPの範囲との関係は次のようになる。
D=0のとき、VRCL>VOP
D=1のとき、VRCH≧VOP≧VRCL
D=2のとき、VOP>VRCH
となる。サブA/D変換回路32がゲインステージ31からの演算値VOPを所定の2つの基準信号と比較することによって冗長コード(3値のデジタル信号)を生成している(格納動作)。そして、ゲインステージ31が、生成されたデジタル値Dに応じて次回の巡回で用いられる演算値VOPを生成している(演算動作)。
Part (b) of FIG. 1 shows conversion characteristics between the calculated value V OP by the first cyclic A/D conversion circuit 103 and the digital value D for each cycle. The relationship between the digital value D and the range of the calculated value V OP is as follows.
When D=0, V RCL >V OP ,
When D=1, V RCH ≧V OP ≧V RCL ,
When D=2, V OP >V RCH ,
Becomes The sub A/D conversion circuit 32 generates a redundant code (a ternary digital signal) by comparing the calculated value V OP from the gain stage 31 with two predetermined reference signals (storage operation). Then, the gain stage 31 generates the calculated value V OP used in the next cycle according to the generated digital value D (calculation operation).

ゲインステージ31は、第1〜第3のキャパシタ36〜38及び演算増幅回路35の接続を行うための複数のスイッチを含む。これらのスイッチが図3に示されているが、スイッチ41,43〜46の配置は一例である。これらのスイッチ41,43〜46の制御は、制御回路(タイミング制御回路)18(図1参照)によって行われる。 The gain stage 31 includes a plurality of switches for connecting the first to third capacitors 36 to 38 and the operational amplifier circuit 35. Although these switches are shown in FIG. 3, the arrangement of the switches 41 and 43 to 46 is an example. Control of these switches 41, 43 to 46 is performed by a control circuit (timing control circuit) 18 (see FIG. 1).

第2の巡回型A/D変換回路104は、各素子のサイズが異なる点を除いては第1の巡回型A/D変換回路103とほぼ同様な構成を有し、ゲインステージ51と、サブA/D変換回路52と、論理回路53と、D/A変換回路54とを備える。詳細には、ゲインステージ51は、第1の巡回型A/D変換回路103から最後の巡回で生成された演算値VOPを受ける入力51a、及び一巡回毎の演算値(各巡回毎の残差値)VOPを提供する出力51bを含む。また、ゲインステージ51は、シングルエンド型の演算増幅回路(演算増幅器)55、及び第1〜第3のキャパシタ56〜58を含む。このゲインステージ51は、第1の巡回型A/D変換回路103のゲインステージ31の構成と比較して、スイッチ63、67の接続構成が異なっている。その他、サブA/D変換回路52、論理回路53、及びD/A変換回路54の構成は、第1の巡回型A/D変換回路103のサブA/D変換回路32、論理回路33、及びD/A変換回路34の構成と同一である。すなわち、サブA/D変換回路52は、2つのコンパレータ52a、52bを含む。 The second cyclic A/D conversion circuit 104 has substantially the same configuration as the first cyclic A/D conversion circuit 103 except that the size of each element is different. An A/D conversion circuit 52, a logic circuit 53, and a D/A conversion circuit 54 are provided. More specifically, the gain stage 51 includes an input 51a that receives the calculation value V OP generated in the last cycle from the first cyclic A/D conversion circuit 103, and a calculation value for each cycle (residual value for each cycle). Output 51b which provides the difference value) V OP . The gain stage 51 also includes a single-end type operational amplifier circuit (operational amplifier) 55 and first to third capacitors 56 to 58. The gain stage 51 differs from the gain stage 31 of the first cyclic A/D conversion circuit 103 in the connection configuration of the switches 63 and 67. In addition, the configurations of the sub A/D conversion circuit 52, the logic circuit 53, and the D/A conversion circuit 54 are the same as the sub A/D conversion circuit 32, the logic circuit 33, and the first cyclic A/D conversion circuit 103. The configuration is the same as that of the D/A conversion circuit 34. That is, the sub A/D conversion circuit 52 includes two comparators 52a and 52b.

図4は、上述した第1の巡回型A/D変換回路103の格納動作時および演算動作時における接続構成を示す図である。図4の(a)部及び(b)部には、入力信号VINが入力されたCDS動作時における接続構成を示している。CDS動作時では、カラム線COLのリセットレベルVRがキャンセルされるように、CDS回路102のキャパシタ39に基準電位VCOMがホールドされる(図4の(a)部)。その後、CDS回路102のキャパシタ39が演算増幅回路35の反転入力に接続されることによって、カラム線COLの信号レベルVSとリセットレベルVRとの差分に対応した入力信号VINがサンプリングされて演算増幅器の出力VOPとして生成される(図4の(b)部)。 FIG. 4 is a diagram showing a connection configuration of the above-described first cyclic A/D conversion circuit 103 during storage operation and arithmetic operation. Portions (a) and (b) of FIG. 4 show connection configurations during the CDS operation in which the input signal V IN is input. During the CDS operation, the reference potential V COM is held in the capacitor 39 of the CDS circuit 102 so that the reset level VR of the column line COL is canceled (part (a) of FIG. 4). After that, the capacitor 39 of the CDS circuit 102 is connected to the inverting input of the operational amplifier circuit 35, so that the input signal V IN corresponding to the difference between the signal level VS of the column line COL and the reset level VR is sampled and the operational amplifier. Is generated as the output V OP (part (b) of FIG. 4).

このCDS動作においては、画素のリセットを行うと同時にスイッチ24をオン(接続状態)からオフ(切断状態)に切り替えることにより、カラム線COLのリセットレベルVR(リセットノイズを含む)がキャンセルされるようにキャパシタ39の入力電位VINは基準電位VCOMにホールドされる。このとき、制御回路18からのクロック信号(制御信号)(φCDS=1→0)によってスイッチ24を切り替えると共に、クロック信号(φS1=1)によってスイッチ42をオンし、クロック信号(φSa=0、φ2a=0、φ1a=0、φRa=0)によってスイッチ43〜46を非導通にする。その後、信号レベルVSとリセットレベルVRとの差分に対応した信号VOPを生成するために、キャパシタ39と基準電位VCOMとの接続をスイッチ42により切断し、キャパシタ39と演算増幅回路35の反転入力端子とをスイッチ43,44を介して接続する。このとき、制御回路18からのクロック信号(制御信号)(φSa=1,φ2a=1)によってスイッチ43,44をオンにすると共に、クロック信号(φS1=0、φ1a=0、φRa=0)によってスイッチ42,45,46を非導通にする。このようなCDS動作によって、下記式に示すような電圧値VOPが生成される。
OP=(CCDS3/C)・(CCDS1/CCDS2)・(VS−VR)
この電圧値VOPは、画素のリセットノイズに加えて可変利得増幅器である演算増幅回路21に起因するノイズもキャンセルされた値となる。
In this CDS operation, the reset level VR (including reset noise) of the column line COL is canceled by resetting the pixel and simultaneously switching the switch 24 from the on (connected state) to the off (disconnected state). In addition, the input potential V IN of the capacitor 39 is held at the reference potential V COM . At this time, the switch 24 is switched by the clock signal (control signal) (φ CDS =1→0) from the control circuit 18, the switch 42 is turned on by the clock signal (φ S1 =1), and the clock signal (φ Sa = 0, φ 2a =0, φ 1a =0, φ Ra =0) makes the switches 43 to 46 non-conductive. Then, in order to generate the signal V OP corresponding to the difference between the signal level VS and the reset level VR, the connection between the capacitor 39 and the reference potential V COM is disconnected by the switch 42, and the capacitor 39 and the operational amplifier circuit 35 are inverted. The input terminal is connected via the switches 43 and 44. At this time, the switches 43 and 44 are turned on by the clock signal (control signal) (φ Sa =1, φ 2a =1) from the control circuit 18, and the clock signals (φ S1 =0, φ 1a =0, φ Ra =0) makes the switches 42, 45, 46 non-conductive. By such a CDS operation, a voltage value V OP as shown in the following equation is generated.
V OP =(C CDS3 /C 2 )·(C CDS1 /C CDS2 )·(VS-VR)
This voltage value V OP is a value in which noise caused by the operational amplifier circuit 21 which is a variable gain amplifier is canceled in addition to the reset noise of the pixel.

図4の(c)部には、格納動作時の接続構成を示している。格納動作では、演算増幅回路35の出力値である演算値VOPをキャパシタ36,37,38に格納する。格納のために、キャパシタ36、37が互いに並列に接続される。この格納動作では、演算値VOPがアナログ信号としてサブA/D変換回路32に提供される。演算値VOPをキャパシタ36,37に格納するために、スイッチ41,43aを介してキャパシタ36,37を出力31bに接続すると共に、スイッチ45を介してキャパシタ36、37に基準電位VCOMを供給する。同時に、スイッチ43,44を切断することによってキャパシタ36,37,39と演算増幅回路35の反転入力端子との間の接続を解除する。このとき、制御回路18からのクロック信号(φ3a=1、φDSa=1)によってスイッチ41、43aを導通にすると共に、クロック信号(φSa=0、φ2a=0、φRa=0)によってスイッチ43、44、46を非導通にする。キャパシタ36、37はスイッチ43によって入力31aから分離され、キャパシタ36,37はスイッチ44によって演算増幅回路35の反転入力から分離される。ゲインステージ31の格納動作時において、演算増幅回路35の反転入力は基準電位VCOMになる。 FIG. 4C shows the connection configuration during the storing operation. In the storing operation, the calculated value V OP which is the output value of the operational amplifier circuit 35 is stored in the capacitors 36, 37 and 38. For storage, capacitors 36, 37 are connected in parallel with each other. In this storing operation, the calculated value V OP is provided to the sub A/D conversion circuit 32 as an analog signal. In order to store the calculated value V OP in the capacitors 36 and 37, the capacitors 36 and 37 are connected to the output 31b via the switches 41 and 43a, and the reference potential V COM is supplied to the capacitors 36 and 37 via the switch 45. To do. At the same time, by disconnecting the switches 43 and 44, the connection between the capacitors 36, 37 and 39 and the inverting input terminal of the operational amplifier circuit 35 is released. At this time, the switches 41 and 43a are turned on by the clock signal (φ 3a =1, φ DSa =1) from the control circuit 18, and the clock signals (φ Sa =0, φ 2a =0, φ Ra =0). Makes the switches 43, 44, 46 non-conductive. The capacitors 36 and 37 are separated from the input 31a by the switch 43, and the capacitors 36 and 37 are separated from the inverting input of the operational amplifier circuit 35 by the switch 44. During the storing operation of the gain stage 31, the inverting input of the operational amplifier circuit 35 becomes the reference potential V COM .

この格納動作時において、サブA/D変換回路32は演算値VOPを受けて、クロックφcaに応答してデジタル信号Dを生成する。このデジタル信号Dは論理回路33に提供され、論理回路33は、D/A変換回路34を制御する制御信号VCONTaを生成する。
In this storing operation, the sub A/D conversion circuit 32 receives the operation value V OP and generates the digital signal D in response to the clock φ ca. The digital signal D is provided to the logic circuit 33, and the logic circuit 33 generates the control signal V CONTa that controls the D/A conversion circuit 34.

図4の(d)部には、演算動作時の接続構成を示している。この演算動作では、生成されたデジタル信号Dに応じてD/A変換値をキャパシタ36,37の一端に加えて、増幅及び残差値生成を行う。必要な回数の巡回動作を第1の巡回型A/D変換回路103で行った後に、残差値が第2の巡回型A/D変換回路104に提供される。この演算動作では、ゲインステージ31は、演算増幅回路35及びキャパシタ36〜38により演算値VOPを生成する。演算動作では、キャパシタ38が演算増幅回路35の出力と反転入力との間に接続されると共にキャパシタ36,37がD/A変換回路34と演算増幅回路35の反転入力との間に接続される。このように、演算増幅回路35の出力と入力との間には巡回型A/D変換のための帰還経路が形成される。制御信号VCONTaの値に応じて、D/A変換回路34はゲインステージ31に電圧信号VDA1及び/又はVDA2を提供する。電圧信号VDA1、VDA2の印加に応答して、演算値VOPがゲインステージ31の出力31bに生成される。
生成される演算値VOPは以下の式で表される。
OP=(1+C/C)×VIN−V
=C1a+C1b
上記式中、値VはD/A変換回路34からの電圧信号VDA1、VDA2によって規定されており、以下のような関係式で表される。
条件D=2が満たされるとき、V=(C1a+C1b)×VRH/Cである。
条件D=1が満たされるとき、V=(C1a×VRH+C1b×VRL)/Cである。
条件D=0が満たされるとき、V=(C1a+C1b)×VRL/Cである。
Part (d) of FIG. 4 shows the connection configuration during the arithmetic operation. In this arithmetic operation, the D/A conversion value is added to one end of the capacitors 36 and 37 according to the generated digital signal D, and amplification and residual value generation are performed. After performing the required number of cyclic operations in the first cyclic A/D conversion circuit 103, the residual value is provided to the second cyclic A/D conversion circuit 104. In this calculation operation, the gain stage 31 generates the calculation value V OP by the calculation amplification circuit 35 and the capacitors 36 to 38. In the arithmetic operation, the capacitor 38 is connected between the output of the operational amplifier circuit 35 and the inverting input, and the capacitors 36 and 37 are connected between the D/A conversion circuit 34 and the inverting input of the operational amplifier circuit 35. .. In this way, a feedback path for the cyclic A/D conversion is formed between the output and the input of the operational amplifier circuit 35. The D/A conversion circuit 34 provides the voltage signal V DA1 and/or V DA2 to the gain stage 31 according to the value of the control signal V CONTa . The calculated value V OP is generated at the output 31b of the gain stage 31 in response to the application of the voltage signals V DA1 and V DA2 .
The generated operation value V OP is represented by the following formula.
V OP =(1+C 1 /C 2 )×V IN −V R ,
C 1 =C 1a +C 1b
In the above formula, the value V R is defined by the voltage signals V DA1, V DA2 from the D / A converter circuit 34 is expressed by the following equation.
When the condition D=2 is satisfied, V R =(C 1a +C 1b )×V RH /C 2 .
When the condition D=1 is satisfied, V R =(C 1a ×V RH +C 1b ×V RL )/C 2 .
When the condition D=0 is satisfied, V R =(C 1a +C 1b )×V RL /C 2 .

関係C1a=C1b=C/2が満たされるとき、上記式及び関係は以下のように書き換えられる。
OP=2×VIN−V
条件D=2が満たされるとき、V=VRHである。
条件D=1が満たされるとき、V=(VRH+VRL)/2である。
条件D=0が満たされるとき、V=VRLである。
すなわち、D/A変換回路34は、3値のA/D変換値に対してVRH、VRL又はその中点の電圧(VRH+VRL)/2の3値を生成する。
When the relation C 1a =C 1b =C 2 /2 is satisfied, the above equations and relations can be rewritten as:
V OP =2×V IN −V R
When the condition D=2 is satisfied, V R =V RH .
When the condition D=1 is satisfied, V R =(V RH +V RL )/2.
When the condition D=0 is satisfied, V R =V RL .
That is, the D/A conversion circuit 34 generates three values of VRH , VRL or a voltage ( VRH + VRL )/2 at the midpoint thereof with respect to the three-valued A/D converted value.

この動作において、参照電圧VRH、VRLの絶対値のずれは、A/D変換特性の線形性には影響がなく、中点電圧の生成の精度のみが線形性に影響する。キャパシタの容量比精度が、この中点電圧を規定する。半導体集積回路では、容量比の精度は、抵抗比の精度に比べてはるかに高く、高精度な巡回型A/D変換回路を提供できる。 In this operation, the deviation between the absolute values of the reference voltages V RH and V RL does not affect the linearity of the A/D conversion characteristic, and only the accuracy of generating the midpoint voltage affects the linearity. The capacitance ratio accuracy of the capacitor defines this midpoint voltage. In the semiconductor integrated circuit, the accuracy of the capacitance ratio is much higher than the accuracy of the resistance ratio, and a highly accurate cyclic A/D conversion circuit can be provided.

この演算動作時には、演算値VOPの生成のために、スイッチ44を介してキャパシタ36、37を演算増幅回路35の反転入力に接続する。このとき、制御回路18からのクロック信号(φ2a=1)によってスイッチ44を導通にすると共に、クロック信号(φ3a=0、φSa=0、φ1a=0、φRa=0)によってスイッチ41、43、45、46を非導通にする。キャパシタ36、37の一端は、スイッチ45によって基準電位線LCOMから分離され、キャパシタ36、37の他端は、スイッチ41によって出力31bから分離される。 During this arithmetic operation, the capacitors 36 and 37 are connected to the inverting input of the operational amplifier circuit 35 via the switch 44 in order to generate the arithmetic value V OP . At this time, the switch 44 is turned on by the clock signal (φ 2a =1) from the control circuit 18, and is switched by the clock signals (φ 3a =0, φ Sa =0, φ 1a =0, φ Ra =0). 41, 43, 45 and 46 are made non-conductive. One ends of the capacitors 36 and 37 are separated from the reference potential line L COM by the switch 45, and the other ends of the capacitors 36 and 37 are separated from the output 31b by the switch 41.

CDS動作の後に格納動作〜演算動作が繰り返されて、デジタル信号Dの列が生成される。この繰り返しは、所定のビット数NaのA/D変換結果が得られるまで行われる。例えば、L回巡回すれば、ほぼL+1ビットに相当するデジタル信号Dが得られる。 After the CDS operation, the storage operation to the arithmetic operation are repeated to generate a column of digital signals D. This repetition is repeated until the A/D conversion result of the predetermined number of bits Na is obtained. For example, if the circuit is circulated L times, a digital signal D corresponding to approximately L+1 bits can be obtained.

図5は、第2の巡回型A/D変換回路104の格納動作時および演算動作時における接続構成を示す図である。図5の(a)には、第1の巡回型A/D変換回路103から演算値VOPが入力された初期格納動作時における接続構成を示している。初期格納動作時では、演算値VOPをキャパシタ56〜58に格納する。格納のためにキャパシタ56〜58が互いに並列に接続される。また、当初の演算値VOPがサブA/D変換回路52に提供される。 FIG. 5 is a diagram showing a connection configuration of the second cyclic A/D conversion circuit 104 during storage operation and arithmetic operation. FIG. 5A shows the connection configuration during the initial storage operation when the operation value V OP is input from the first cyclic A/D conversion circuit 103. In the initial storage operation, the calculated value V OP is stored in the capacitors 56 to 58. Capacitors 56-58 are connected in parallel with each other for storage. Further, the initial calculated value V OP is provided to the sub A/D conversion circuit 52.

この初期格納動作においては、当初の演算値VOPをキャパシタ56〜58に格納するために、スイッチ63を介してキャパシタ56,57を入力51aに接続し、キャパシタ58をスイッチ61、63を介して入力51aに接続するとともに、キャパシタ56,57にスイッチ64を介して基準電位VCOMを供給する。このとき、制御回路18からのクロック信号(制御信号)(φ3b=1、φSb=1、φDSb=1、φ2b=1、φRb=1)によってスイッチ61,63,63a,64,66を導通にすると共に、クロック信号(φ1b=0、φ4b=0)によってスイッチ65,67を非導通にする。キャパシタ58と出力51bとはスイッチ67によって分離され、出力51bと入力51aとはスイッチ67によって分離される。ゲインステージ51においては、演算増幅回路55の入力と出力とが導通されるとき、演算増幅回路55の出力には基準電位VCOMが発生する。この接続において、サブA/D変換回路52は当初の演算値VOPを受けて、クロックφcbに応答してデジタル信号Dを生成する。このデジタル信号Dは論理回路53に提供され、論理回路53は、D/A変換回路54を制御する制御信号VCONTbを生成する。 In this initial storage operation, in order to store the initial calculated value V OP in the capacitors 56 to 58, the capacitors 56 and 57 are connected to the input 51a via the switch 63, and the capacitor 58 is connected via the switches 61 and 63. The reference potential V COM is supplied to the capacitors 56 and 57 via the switch 64 while being connected to the input 51a. At this time, the switches 61, 63, 63a, 64, by the clock signal (control signal) from the control circuit 18 (φ 3b =1, φ Sb =1, φ DSb =1, φ 2b =1, φ Rb =1). While making 66 conductive, the switches 65 and 67 are made non-conductive by the clock signal (φ 1b =0, φ 4b =0). The capacitor 58 and the output 51b are separated by the switch 67, and the output 51b and the input 51a are separated by the switch 67. In the gain stage 51, the reference potential V COM is generated at the output of the operational amplifier circuit 55 when the input and output of the operational amplifier circuit 55 are conducted. In this connection, the sub A/D conversion circuit 52 receives the initial operation value V OP and generates the digital signal D in response to the clock φ cb . The digital signal D is provided to the logic circuit 53, and the logic circuit 53 generates the control signal V CONTb for controlling the D/A conversion circuit 54.

図5の(b)部には、演算動作時の接続構成を示している。この演算動作では、生成されたデジタル信号Dに応じてD/A変換値をキャパシタ56,57の一端に加えて、増幅及びさらなる残差値の生成を行う。必要な回数の巡回動作を第2の巡回型A/D変換回路104で行った後に、残差値が第3の非巡回型A/D変換回路105に提供される。この演算動作では、ゲインステージ51は、演算増幅回路55及びキャパシタ56〜58により演算値VOPを生成する。この演算動作における接続構成は、第1の巡回型A/D変換回路103の構成(図4の(d)部)と同様であるので説明を省略する。 FIG. 5B shows the connection configuration during the arithmetic operation. In this arithmetic operation, the D/A conversion value is added to one end of the capacitors 56 and 57 according to the generated digital signal D, and amplification and further generation of a residual value are performed. After performing the necessary number of cyclic operations in the second cyclic A/D conversion circuit 104, the residual value is provided to the third non-cyclic A/D conversion circuit 105. In this calculation operation, the gain stage 51 generates the calculation value V OP by the calculation amplification circuit 55 and the capacitors 56 to 58. The connection configuration in this arithmetic operation is the same as the configuration of the first cyclic A/D conversion circuit 103 (portion (d) of FIG. 4), and therefore description thereof will be omitted.

この演算動作時には、演算値VOPの生成のために、スイッチ64を介してキャパシタ56、57を演算増幅回路55の反転入力に接続する。このとき、制御回路18からのクロック信号(φ2b=1、φ4b=1)によってスイッチ64,67を導通にすると共に、クロック信号(φ3b=0、φSb=0、φ1b=0、φRb=0)によってスイッチ61、63、65、66を非導通にする。キャパシタ56、57の一端は、スイッチ65によって基準電位線LCOMから分離され、キャパシタ56、57の他端は、スイッチ61によって出力51bから分離される。 During this arithmetic operation, the capacitors 56 and 57 are connected to the inverting input of the operational amplifier circuit 55 via the switch 64 in order to generate the arithmetic value V OP . At this time, the switches 64 and 67 are made conductive by the clock signal (φ 2b =1 and φ 4b =1) from the control circuit 18, and the clock signals (φ 3b =0, φ Sb =0, φ 1b =0, φ Rb =0) makes the switches 61, 63, 65, 66 non-conductive. One ends of the capacitors 56 and 57 are separated from the reference potential line L COM by the switch 65, and the other ends of the capacitors 56 and 57 are separated from the output 51b by the switch 61.

図5の(c)部には、第2回目の巡回動作以降の格納動作時の接続構成を示している。格納動作では、演算増幅回路55の出力上の演算値VOPをキャパシタ56,57,58に格納する。格納のために、キャパシタ56、57が互いに並列に接続される。この格納動作では、演算値VOPがアナログ信号としてサブA/D変換回路52に提供される。この演算動作における接続構成は、第1の巡回型A/D変換回路103の構成(図4の(c)部)と同様である。演算値VOPをキャパシタ56,57に格納するために、スイッチ61,63a,67を介してキャパシタ56,57を出力51bに接続すると共に、スイッチ65を介してキャパシタ56、57に基準電位VCOMを供給する。このとき、制御回路18からのクロック信号(φ1b=1、φDSb=1、φ3b=1、φ4b=1)によってスイッチ61、63a,65、67を導通にすると共に、クロック信号(φSb=0、φ2b=0、φRb=0)によってスイッチ63、64、66を非導通にする。キャパシタ56、57はスイッチ63によって入力51aから分離され、キャパシタ56,57はスイッチ64によって演算増幅回路55の反転入力から分離される。ゲインステージ51の格納動作時において、演算増幅回路55の反転入力は基準電位VCOMになる。 Part (c) of FIG. 5 shows the connection configuration during the storage operation after the second patrol operation. In the storing operation, the calculated value V OP on the output of the operational amplifier circuit 55 is stored in the capacitors 56, 57 and 58. Capacitors 56, 57 are connected in parallel with each other for storage. In this storing operation, the calculated value V OP is provided to the sub A/D conversion circuit 52 as an analog signal. The connection configuration in this arithmetic operation is the same as the configuration of the first cyclic A/D conversion circuit 103 (portion (c) of FIG. 4 ). In order to store the calculated value V OP in the capacitors 56, 57, the capacitors 56, 57 are connected to the output 51b via the switches 61, 63a, 67, and the reference potential V COM is applied to the capacitors 56, 57 via the switch 65. To supply. At this time, the switches 61, 63a, 65, 67 are turned on by the clock signal (φ 1b =1, φ DSb =1, φ 3b =1, φ 4b =1) from the control circuit 18, and the clock signal (φ Sb =0, φ 2b =0, φ Rb =0) renders the switches 63, 64, 66 non-conductive. The capacitors 56 and 57 are separated from the input 51a by the switch 63, and the capacitors 56 and 57 are separated from the inverting input of the operational amplifier circuit 55 by the switch 64. During the storing operation of the gain stage 51, the inverting input of the operational amplifier circuit 55 becomes the reference potential V COM .

初期格納動作〜演算動作の後に格納動作〜演算動作が繰り返されて、デジタル信号Dの列が生成される。この繰り返しは、所定のビット数NbのA/D変換結果が得られるまで行われる。 The storage operation to the arithmetic operation are repeated after the initial storage operation to the arithmetic operation to generate the series of digital signals D. This repetition is repeated until the A/D conversion result of the predetermined number of bits Nb is obtained.

図6は、第3の非巡回型A/D変換回路105の概略構成を示す回路図である。第3の非巡回型A/D変換回路105は、第2の巡回型A/D変換回路104から残差値である演算値VOPを受け、その演算値VOPを示す第3のデジタル値を生成する。詳細には、第3の非巡回型A/D変換回路105は、時間的に変化する基準電圧(参照値)と演算値VOPとの比較信号によってA/D変換を実行する非巡回型A/D変換回路であり、例えば、スイッチ手段等によって逐次切り得られた基準電位と演算値VOPとを基準電位と比較することでA/D変換を実行する逐次比較型A/D変換回路や、ランプ信号を基に生成された時間的に変化する基準電位と演算値VOPとを比較することでA/D変換を実行するシングルスロープ型A/D変換回路が採用される。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the third acyclic A/D conversion circuit 105. The third non-cyclic A/D conversion circuit 105 receives the calculated value V OP which is the residual value from the second cyclic A/D conversion circuit 104, and receives a third digital value indicating the calculated value V OP. To generate. Specifically, the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 executes the non-cyclic A/D conversion by the comparison signal between the reference voltage (reference value) that changes with time and the calculated value V OP. A /D conversion circuit, for example, a successive approximation A/D conversion circuit that performs A/D conversion by comparing a reference potential obtained by sequentially cutting by a switch means and the calculated value V OP with a reference potential, , A single slope type A/D conversion circuit that performs A/D conversion by comparing a reference potential generated based on the ramp signal with time and a calculated value V OP .

図6には、逐次比較型A/D変換回路が適用された第3の非巡回型A/D変換回路105の構成の一例が示されている。第3の非巡回型A/D変換回路105は、入力された演算値VOPをサンプル/ホールドするサンプルホールド(S/H)回路71と、演算値VOPと参照電圧とを比較するコンパレータ(比較器)72と、コンパレータ72に入力する参照電圧を選択するデコーダ73と、デコーダ73によって制御される複数のスイッチ76a〜76gと、デコーダ73による選択とコンパレータ72による比較信号を基にデジタル値を決定し記憶するレジスタ74と、レジスタ74及びコンパレータ72の動作を制御する制御回路75とにより構成される。第3の非巡回型A/D変換回路105には、A/D変換器101のアレイで共通に設けられた分圧回路77から段階的な大きさの電圧を有する複数の参照電圧が入力され、この複数の参照電圧の中から一の参照電圧がコンパレータ72の一の入力に選択的に入力されるように、分圧回路77とコンパレータ72の一の入力とはスイッチ76a〜76gを介して接続されている。また、コンパレータ72の他の入力には、S/H回路71を介して演算値VOPが入力される。 FIG. 6 shows an example of the configuration of the third acyclic type A/D conversion circuit 105 to which the successive approximation type A/D conversion circuit is applied. Third non-cyclic A / D conversion circuit 105, a comparator for comparing the sample and hold (S / H) circuit 71 for sampling / holding the input operation value V OP, and a reference voltage and the operation value V OP ( Comparator 72, a decoder 73 for selecting a reference voltage to be input to the comparator 72, a plurality of switches 76a to 76g controlled by the decoder 73, and a digital value based on the selection by the decoder 73 and the comparison signal by the comparator 72. It is composed of a register 74 for determining and storing, and a control circuit 75 for controlling the operations of the register 74 and the comparator 72. A plurality of reference voltages having stepwise voltages are input to the third acyclic A/D conversion circuit 105 from the voltage dividing circuit 77 commonly provided in the array of the A/D converters 101. , So that one reference voltage is selectively input to one input of the comparator 72 from among the plurality of reference voltages, the voltage dividing circuit 77 and one input of the comparator 72 are connected via the switches 76a to 76g. It is connected. Further, the calculated value V OP is input to the other input of the comparator 72 via the S/H circuit 71.

このような第3の非巡回型A/D変換回路105は、次のようにして例えば3ビットのA/D変換動作を実現可能に構成される。ここでは、3ビットのA/D変換処理を説明しているが、同様な動作によって任意のビットのA/D変換動作も実現可能である。すなわち、制御回路75がレジスタ74及びデコーダ73を制御することにより、7段階の参照電圧のうちから真ん中の値の参照電圧を選択するように制御し、レジスタ74はその結果コンパレータ72から得られる比較信号を基に最上位のビット値を決定および記憶する。次に、制御回路75がコンパレータ72の比較信号に応じてレジスタ74及びデコーダ73を制御することにより、選択されていた参照電圧より大きいか又は小さい3段階の参照電圧の中から真ん中の値の参照電圧を選択するように制御し、レジスタ74はその結果コンパレータ72から得られる比較信号を基に中位のビット値を決定および記憶する。さらに、同様に制御回路75がコンパレータ72の比較信号に応じてレジスタ74及びデコーダ73を制御することにより、選択されていた参照電圧より大きいか又は小さい1段階の参照電圧を選択するように制御し、レジスタ74はその結果コンパレータ72から得られる比較信号を基に最下位のビット値を決定および記憶する。そして、最終的にレジスタ74に記憶されたデジタル値が第3のデジタル値として出力される。 The third non-cyclic A/D conversion circuit 105 as described above is configured to be capable of implementing, for example, a 3-bit A/D conversion operation as follows. Although the 3-bit A/D conversion processing is described here, an A/D conversion operation of an arbitrary bit can be realized by the same operation. That is, the control circuit 75 controls the register 74 and the decoder 73 so as to select the reference voltage of the middle value among the reference voltages of seven stages, and the register 74 receives the comparison voltage obtained from the comparator 72 as a result. Determine and store the most significant bit value based on the signal. Next, the control circuit 75 controls the register 74 and the decoder 73 in accordance with the comparison signal of the comparator 72, so that the reference value of the middle value is selected from the reference voltages of three steps which are higher or lower than the selected reference voltage. Controlled to select the voltage, register 74 determines and stores the intermediate bit value based on the resulting comparison signal from comparator 72. Further, similarly, the control circuit 75 controls the register 74 and the decoder 73 according to the comparison signal of the comparator 72, thereby controlling the one-step reference voltage higher or lower than the selected reference voltage. The register 74 determines and stores the least significant bit value based on the comparison signal obtained from the comparator 72 as a result. Then, finally, the digital value stored in the register 74 is output as the third digital value.

このような構成の第3の非巡回型A/D変換回路105を採用することで、回路面積を小さくできるという利点がある。すなわち、S/H回路を除いてはキャパシタが無いため配線とキャパシタとの結合によるノイズ発生も低減できるためLSI等の回路レイアウト上の制約が少なくなる。 By employing the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 having such a configuration, there is an advantage that the circuit area can be reduced. That is, since there is no capacitor except for the S/H circuit, noise generation due to the coupling between the wiring and the capacitor can be reduced, so that restrictions on the circuit layout of the LSI or the like are reduced.

図7には、逐次比較型A/D変換回路が適用された第3の非巡回型A/D変換回路の構成の他の例が示されている。第3の非巡回型A/D変換回路105Aは、入力された演算値VOPと参照電圧とを比較するコンパレータ72Aと、コンパレータ72Aの入力に接続された複数のキャパシタ81a〜81dと、キャパシタ81a〜81dに接続された複数のスイッチ83a〜83d,85a〜85d,87b〜87dと、コンパレータ72Aの入出力間に接続されたスイッチ89と、スイッチ85b〜85d,87b〜87dの開閉を制御すると共にA/D変換結果を格納するレジスタ91とにより構成される。ここでは、3ビットのA/D変換処理が可能な構成を説明しているが、同様な構成によって任意のビットのA/D変換動作を実現可能である。 FIG. 7 shows another example of the configuration of the third acyclic A/D conversion circuit to which the successive approximation A/D conversion circuit is applied. The third acyclic A/D conversion circuit 105A includes a comparator 72A that compares the input operation value V OP with a reference voltage, a plurality of capacitors 81a to 81d connected to the input of the comparator 72A, and a capacitor 81a. To 81d, a plurality of switches 83a to 83d, 85a to 85d, 87b to 87d, a switch 89 connected between the input and output of the comparator 72A, and switches 85b to 85d and 87b to 87d are controlled. The register 91 stores the A/D conversion result. Although a configuration capable of performing 3-bit A/D conversion processing has been described here, an A/D conversion operation of an arbitrary bit can be realized with the same configuration.

第3の非巡回型A/D変換回路105Aにおいては、クロック信号(φ=1、φSd=1)によってスイッチ83a〜83d,89が導通されることによって、コンパレータ72Aの反転入力と出力とが接続されるとともに、キャパシタ81a〜81dに演算値VOPがサンプリングされる。このとき、コンパレータ72Aの反転入力が仮想接地電位に設定される。次に、クロック信号(φ=0、φSd=0)によってスイッチ83a〜83d,89が遮断され、レジスタ91に3ビットコードが設定されて、そのコードによって容量アレイD/A変換部としてのキャパシタ81a〜81dを動作させる。具体的には、3ビットコードを(D0,D1,D2)とし(D0がMSBであり、D0〜D2は“0”又は“1”の二値を持つとする。)、D2=“1”の場合は制御信号D2H=“1”、制御信号D2L=“0”と設定し、D2=“0”の場合は制御信号D2H=“0”、制御信号D2L=“1”と設定し、設定した制御信号D2H,D2Lをレジスタ91から出力させる。なお、クロック信号(φSd=1)で演算値VOPをサンプリングしているときは、制御信号D2H=“0”、制御信号D2L=“0”と設定しておく。 In the third non-cyclic A/D conversion circuit 105A, the switches 83a to 83d and 89 are turned on by the clock signal (φ S =1 and φ Sd =1), so that the inverting input and output of the comparator 72A are obtained. And the calculated value V OP is sampled in the capacitors 81a to 81d. At this time, the inverting input of the comparator 72A is set to the virtual ground potential. Next, the switches 83a to 83d and 89 are cut off by the clock signal (φ S =0, φ Sd =0), the 3-bit code is set in the register 91, and the code is set to the capacity array D/A conversion unit. The capacitors 81a to 81d are operated. Specifically, the 3-bit code is (D0, D1, D2) (D0 is the MSB, and D0 to D2 have a binary value of "0" or "1"), and D2="1". In the case of, the control signal D 2H =“1” and the control signal D 2L =“0” are set, and in the case of D 2 =“0”, the control signal D 2H =“0” and the control signal D 2L =“1”. The control signals D 2H and D 2L that have been set are output from the register 91. It should be noted that when the calculation value V OP is being sampled by the clock signal (φ Sd =1), the control signal D 2H =“0” and the control signal D 2L =“0” are set.

演算値VOPをキャパシタ81a〜81dにサンプリングしたときと、キャパシタ81a〜81dをレジスタ91の制御によって参照電源に接続したときとでは、コンパレータ72Aの反転入力における正味の電荷QNETは変化しない。この電荷保存則により、コンパレータ72Aの反転入力の電圧Vs、演算値VOP及び参照電源との関係は下記式で求められる。
The net charge Q NET at the inverting input of the comparator 72A does not change between when the calculated value V OP is sampled in the capacitors 81a to 81d and when the capacitors 81a to 81d are connected to the reference power source by the control of the register 91. According to this law of conservation of charge, the relationship between the voltage Vs at the inverting input of the comparator 72A, the calculated value V OP, and the reference power supply is obtained by the following equation.

ここで、ΔV=VRH−VRLであり、VRLは、スイッチ85a〜85dを介してキャパシタ81a〜81dに入力される電圧値、VRHは、スイッチ87b〜85dを介してキャパシタ81b〜81dに入力される電圧値である。これを整理すると、下記式;

が得られる。つまり、演算値VOPと容量アレイD/A変換部の出力との差によってVsが与えられる。
Here, ΔV R =V RH −V RL , V RL is a voltage value input to the capacitors 81 a to 81 d via the switches 85 a to 85 d, and V RH is a capacitor 81 b to via the switches 87 b to 85 d. It is the voltage value input to 81d. To summarize this, the following formula;

Is obtained. That is, Vs is given by the difference between the calculated value V OP and the output of the capacitance array D/A converter.

第3の非巡回型A/D変換回路105Aのレジスタ91は、動作を進めるに従って分解能が1ビットずつ向上させるように設定される。例えば、第1のステップでは、3ビットコードを(D0,D1,D2)=(1,0,0)と設定する。このとき、コンパレータ72Aは、演算値VOPとVRL+0.5ΔVR=0.5(VRH+VRL)とを比較することになる。つまり、コンパレータ72Aは、AD変換範囲を電圧VRHから電圧VRLまでの範囲として、その中央の値と演算値VOPを比較する。もし、演算値VOPが0.5(VRL+VRH)よりも大きければ、レジスタ91は、D0=“1”を確定させる。演算値VOPが0.5(VRL+VRH)よりも小さければ、レジスタ91は、D0=“0”を確定させる。次に、レジスタ91は、もしD0=“1”で確定した場合、第2のステップでは、(D0,D1,D2)=(1,1,0)と設定する。これによって、演算値VOPとVRL+0.75ΔVR=0.75VRH+0.25VRLとを比較することで2ビット目が確定される。このような動作を第3ステップまで繰り返すことで、第3の非巡回型A/D変換回路105Aは3ビットの分解能をもった逐次比較A/D変換を実現可能である。 The register 91 of the third acyclic A/D conversion circuit 105A is set so that the resolution is improved by 1 bit as the operation proceeds. For example, in the first step, the 3-bit code is set as (D0, D1, D2)=(1, 0, 0). At this time, the comparator 72A compares the calculated value V OP with V RL +0.5ΔV R =0.5(V RH +V RL ). That is, the comparator 72A sets the AD conversion range as the range from the voltage V RH to the voltage V RL and compares the central value with the calculated value V OP . If the calculated value V OP is larger than 0.5 (V RL +V RH ), the register 91 determines D0=“1”. If the calculated value V OP is smaller than 0.5 (V RL +V RH ), the register 91 determines D0=“0”. Next, the register 91 sets (D0, D1, D2)=(1, 1, 0) in the second step if D0=“1” is determined. Thereby, the second bit is determined by comparing the calculated value V OP with V RL +0.75ΔV R =0.75V RH +0.25V RL . By repeating such an operation up to the third step, the third acyclic A/D conversion circuit 105A can realize the successive approximation A/D conversion having a resolution of 3 bits.

図8には、逐次比較型A/D変換回路が適用された第3の非巡回型A/D変換回路の構成のもう一つ例が示されている。図8に示す第3の非巡回型A/D変換回路105Bは、S/H回路71と、演算値VOPと参照電圧とを比較する三入力のコンパレータ101aと、コンパレータ101aに入力する基準電圧VR1,VR2を分圧回路77の出力を基に生成する論理回路103a〜103d及びスイッチ105a〜105d,107a〜107dと、コンパレータ101aによる比較信号を基にデジタル値を決定し記憶するレジスタ109とにより構成される。ここでは、3ビットのA/D変換処理が可能な構成を説明しているが、同様な構成によって任意のビットのA/D変換動作を実現可能である。 FIG. 8 shows another example of the configuration of the third non-cyclic A/D conversion circuit to which the successive approximation A/D conversion circuit is applied. The third non-cyclic A/D conversion circuit 105B shown in FIG. 8 includes an S/H circuit 71, a three-input comparator 101a for comparing the operation value V OP and a reference voltage, and a reference voltage input to the comparator 101a. A logic circuit 103a to 103d for generating V R1 and V R2 based on the output of the voltage dividing circuit 77 and switches 105a to 105d and 107a to 107d, and a register 109 for deciding and storing a digital value based on a comparison signal from the comparator 101a. Composed of and. Although a configuration capable of performing 3-bit A/D conversion processing has been described here, an A/D conversion operation of an arbitrary bit can be realized with the same configuration.

第3の非巡回型A/D変換回路105Bにおいては、図6に示した非巡回型A/D変換回路105と同様に3ビットの逐次比較型A/D変換が可能とされる。すなわち、レジスタ109によって設定されたビットコード(D1,D2)に応じて、論理回路103a〜103d及びスイッチ105a〜105d,107a〜107dによって、分圧回路77から2つの基準電圧VR1,VR2が選択されてコンパレータ101aの2つの入力端子1−,2−に入力されるとともに、設定されたビットコード(D0)に応じて、コンパレータ101aの内部で2つの基準電圧VR1,VR2から下記式に示すような参照電圧VRefが生成される。
Ref=VR1+VR2/2 (A0=“0”の場合),
Ref=VR1 (A0=“1”の場合)
そして、コンパレータ101aにおいて、逐次生成された参照電圧VRefが演算値VOPと比較されることによってそれぞれのビットコード(D0,D1,D2)が順番に決定される。
In the third non-cyclic A/D conversion circuit 105B, similar to the non-cyclic A/D conversion circuit 105 shown in FIG. 6, 3-bit successive approximation type A/D conversion is possible. That is, according to the bit codes (D1, D2) set by the register 109, the logic circuits 103a to 103d and the switches 105a to 105d and 107a to 107d generate two reference voltages V R1 and V R2 from the voltage dividing circuit 77. It is selected and input to the two input terminals 1- and 2- of the comparator 101a, and according to the set bit code (D0), two reference voltages V R1 and V R2 are converted into the following formulas inside the comparator 101a. A reference voltage V Ref as shown in is generated.
V Ref =V R1 +V R2 /2 (when A0="0"),
V Ref =V R1 (when A0=“1”)
Then, in the comparator 101a, the bit voltages (D0, D1, D2) are sequentially determined by comparing the sequentially generated reference voltage V Ref with the calculated value V OP .

上記構成の3の非巡回型A/D変換回路105Bにおいては、分圧回路77から入力される基準電圧の数を削減できるので、全体の回路規模を比較的小さくすることができる。 In the acyclic A/D conversion circuit 105B of 3 having the above configuration, the number of reference voltages input from the voltage dividing circuit 77 can be reduced, so that the overall circuit scale can be made relatively small.

次に、上述したA/D変換器101の動作手順について説明する。図9は、A/D変換器101の制御回路18によって制御された動作タイミングを示すタイミングチャートであり、図10は、図9のタイミングチャートの一部を拡大して示す図である。図9及び図10において、(a)には画素信号転送の処理対象の信号の水平期間が示され、(b)には制御信号Riのタイミングが示され、(c)には制御信号TXiのタイミングが示され、(d)は画素から電荷出力のタイミングが示され、(e)には制御信号φCDSによる相関二重サンプリングのタイミングが示され、(f),(g)には制御信号φS1,φSaのタイミングが示されている。また、(h)には第1の巡回型A/D変換回路103の処理対象の信号の水平期間が示され、(i)には第1の巡回型A/D変換回路103のA/D変換の格納動作及び演算動作のタイミングが示され、(j)には制御信号φSbのタイミングが示されている。さらに、(k)には第2の巡回型A/D変換回路104の処理対象の信号の水平期間が示され、(l)には第2の巡回型A/D変換回路104のA/D変換の格納動作及び演算動作のタイミングが示され、(m)には制御信号φScのタイミングが示され、(n)には第3の非巡回型A/D変換回路105の処理対象の信号の水平期間が示され、(o)には第3の非巡回型A/D変換回路105のA/D変換の逐次比較のタイミングが示されている。 Next, an operation procedure of the A/D converter 101 described above will be described. FIG. 9 is a timing chart showing the operation timing controlled by the control circuit 18 of the A/D converter 101, and FIG. 10 is an enlarged view showing a part of the timing chart of FIG. 9 and 10, (a) shows the horizontal period of the signal to be processed for pixel signal transfer, (b) shows the timing of the control signal Ri, and (c) shows the control signal TXi. Timing is shown, (d) shows the timing of charge output from the pixel, (e) shows the timing of correlated double sampling by the control signal φ CDS , and (f) and (g) show the control signal. The timings of φ S1 and φ Sa are shown. Further, (h) shows the horizontal period of the signal to be processed by the first cyclic A/D conversion circuit 103, and (i) shows the A/D of the first cyclic A/D conversion circuit 103. The timing of the conversion storage operation and the arithmetic operation is shown, and the timing of the control signal φ Sb is shown in (j). Further, (k) shows the horizontal period of the signal to be processed by the second cyclic A/D conversion circuit 104, and (l) shows the A/D of the second cyclic A/D conversion circuit 104. The timing of the storage operation and the operation of the conversion are shown, the timing of the control signal φ Sc is shown in (m), and the signal to be processed by the third acyclic A/D conversion circuit 105 is shown in (n). Is shown, and the timing of successive comparison of A/D conversion of the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 is shown in (o).

図9に示すように、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104及び第3の非巡回型A/D変換回路105は、処理対象の信号をサンプル/ホールドする機能を有するため、互いに並行したパイプライン処理を実行可能である。すなわち、第1の巡回型A/D変換回路103は、N番目の水平期間に関するA/D変換処理が完了して制御信号φSbにより演算値VOPを第2の巡回型A/D変換回路104にホールドさせた直後からN+1番目の水平期間に関するA/D変換処理を開始する。同様に、第2の巡回型A/D変換回路104は、N番目の水平期間に関するA/D変換処理が完了して制御信号φScにより演算値VOPを第3の非巡回型A/D変換回路105にホールドさせた直後からN+1番目の水平期間に関するA/D変換処理を開始する。 As shown in FIG. 9, the first to second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 and the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 have a function of sampling/holding a signal to be processed. Therefore, pipeline processing in parallel with each other can be executed. That is, the first cyclic A/D conversion circuit 103 completes the A/D conversion processing for the Nth horizontal period and outputs the calculated value V OP to the second cyclic A/D conversion circuit according to the control signal φ Sb. Immediately after being held at 104, the A/D conversion process for the (N+1)th horizontal period is started. Similarly, the second cyclic A/D conversion circuit 104 completes the A/D conversion processing for the Nth horizontal period and outputs the calculated value V OP to the third non-cyclic A/D conversion signal in accordance with the control signal φ Sc. Immediately after being held by the conversion circuit 105, the A/D conversion process for the (N+1)th horizontal period is started.

このようにパイプライン処理が実行されるので、制御回路18はA/D変換の精度を確保するために、各制御信号のタイミングを所定のタイミングから外すように制御(タイミング制御)する。すなわち、制御回路18は、第1及び第2の巡回型A/D変換回路103,104のうちの一方のA/D変換回路における格納動作の期間と演算動作期間との間の切り替わりのタイミング(遷移期間)を、第1及び第2の巡回型A/D変換回路103,104のうちの他方のA/D変換回路における格納動作期間の終期及び演算動作期間の終期から外すように制御する。さらに、制御回路18は、第3の非巡回型A/D変換回路105における逐次比較により生成処理するビットコードが遷移するタイミング(遷移期間)を第1及び第2の巡回型A/D変換回路103,104の格納動作期間の終期及び演算動作期間の終期から外すように制御する。特に、後段側のA/D変換回路の遷移期間を前段側のA/D変換回路の格納動作期間の終期及び演算動作期間の終期から外すことは精度向上の観点から重要である。 Since the pipeline processing is executed in this manner, the control circuit 18 controls the timing of each control signal so as to deviate from the predetermined timing in order to ensure the accuracy of A/D conversion (timing control). That is, the control circuit 18 switches the timing of switching between the storage operation period and the arithmetic operation period in one of the first and second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 (A/D conversion circuit). The transition period) is controlled so as to be excluded from the end of the storage operation period and the end of the arithmetic operation period in the other A/D conversion circuit of the first and second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104. Further, the control circuit 18 sets the timing (transition period) at which the bit code generated by the successive comparison in the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 transits (transition period) to the first and second cyclic A/D conversion circuits. It is controlled so as to be removed from the end of the storage operation period of 103 and 104 and the end of the calculation operation period. In particular, it is important from the viewpoint of improving accuracy that the transition period of the A/D conversion circuit on the rear stage side is excluded from the end of the storage operation period and the end of the arithmetic operation period of the A/D conversion circuit on the front stage side.

このようなタイミング制御について、図10を参照して説明する。図10の(i),(l)には、A/D変換処理による各デジタル値に関する格納動作期間及び演算動作期間のタイミングをビットごとに示しており、例えばmビット目(m=1〜9)の格納動作期間及び演算動作期間を“Sm”、“Am”で示している。また、図10の(o)には、A/D変換処理における各デジタル値の逐次比較のタイミングを“Dm”(m=10〜12)で示している。そして、巡回型A/D変換処理における格納動作期間及び演算動作期間の遷移タイミング、及び非巡回型A/D変換のビットコードが遷移する遷移タイミングを点線四角で示している。さらに、これらの遷移タイミングが時間的に重ならないように外したいタイミング(制御対象タイミング)を実線四角で囲んで示している。制御対象タイミングとしては、以下のようなものが挙げられる
(1)制御信号φS1によってスイッチ42がオンからオフされてリセットレベルがホールドされるタイミング(P1、図4(a)〜図4(b))。
(2)制御信号φSa、制御信号φ2aによってスイッチ43,44がオンからオフされてリセットレベルと信号レベルの差分がホールドされるタイミング(P2、図4(b)〜図4(c))。
(2’)制御信号φSbによってスイッチ63がオンからオフされて演算値VOPがホールドされるタイミング(P2’、図5(a)〜図5(b))。
(3)演算値VOPが生成されてからスイッチ44,64がオンからオフされて演算値VOPがホールドされるタイミング(P3、図4(d)〜図4(c)、図5(b)〜図5(c))。
(4)ホールドされた演算値VOPに対してA/D変換が実行されスイッチ41,45,61,65がオンからオフされて演算動作に遷移するタイミング(P4、図4(c)〜図4(d)、図5(c)〜図5(b))。
(5)非巡回型A/D変換において各ビットコードを生成したタイミング(P5)。
制御回路18は、A/D変換における遷移タイミングをこれらの制御対象タイミングから外れるように制御信号を生成する。特に、上段側の巡回型A/D変換回路において上記(1)〜(4)の制御対象タイミングを遷移タイミングから外すことは精度向上の点で効果が高い。前段側のほうが入力信号の増幅率が低いためノイズ混入を防ぐことにより効果的に変換精度を向上できるためである。
Such timing control will be described with reference to FIG. 10(i) and 10(l) show the timing of the storage operation period and the calculation operation period for each digital value by the A/D conversion processing for each bit, for example, the m-th bit (m=1 to 9). The storage operation period and the calculation operation period of) are indicated by "Sm" and "Am". Further, in (o) of FIG. 10, the timing of successive approximation of each digital value in the A/D conversion process is indicated by “Dm” (m=10 to 12). Then, the transition timing of the storage operation period and the arithmetic operation period in the cyclic A/D conversion processing, and the transition timing of the transition of the bit code of the non-cyclic A/D conversion are indicated by dotted line squares. Further, the timings (control target timings) that are desired to be removed so that these transition timings do not overlap in time are shown by being surrounded by solid line squares. The control target timing includes the following (1) Timing when the switch 42 is turned on and off by the control signal φ S1 and the reset level is held (P1, FIG. 4A to FIG. 4B). )).
(2) Timing at which the switches 43 and 44 are turned on and off by the control signal φ Sa and the control signal φ 2 a and the difference between the reset level and the signal level is held (P2, FIGS. 4B to 4C). ..
(2′) Timing at which the switch 63 is turned on and off by the control signal φ Sb and the calculated value V OP is held (P2′, FIG. 5A to FIG. 5B).
(3) Timing when the calculated value V OP is generated and then the switches 44 and 64 are turned on and off to hold the calculated value V OP (P3, FIG. 4D to FIG. 4C, FIG. 5B). )-FIG.5(c)).
(4) Timing at which A/D conversion is performed on the held calculation value V OP , the switches 41, 45, 61, 65 are turned from ON to OFF, and a transition is made to the calculation operation (P4, FIG. 4C to FIG. 4C). 4(d), FIG. 5(c) to FIG. 5(b)).
(5) Timing at which each bit code is generated in the non-cyclic A/D conversion (P5).
The control circuit 18 generates a control signal so that the transition timing in A/D conversion deviates from these control target timings. In particular, in the cyclic A/D conversion circuit on the upper stage side, removing the controlled object timings (1) to (4) from the transition timing is highly effective in improving accuracy. This is because the former stage side has a lower amplification factor of the input signal, so that it is possible to effectively improve the conversion accuracy by preventing noise mixing.

以上説明したA/D変換器101によれば、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104において、イメージセンサからの信号が増幅されながらD/A変換値との差分である残差値が生成されるとともにその残差値を基に第1〜第2のデジタル値が生成され、第2の巡回型A/D変換回路104からの残差値を基に第3の非巡回型A/D変換回路105において第3のデジタル値が生成される。このような構成により、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104及び第3の非巡回型A/D変換回路105のうちの後段側のA/D変換回路に求められるA/D変換の精度を前段側に比較して低くできる結果、A/D変換回路の全体の消費電力を低減できるとともに、第3の非巡回型A/D変換回路105を非巡回型の構成とすることで第3の非巡回型A/D変換回路105の消費電力をさらに低減できる。また、後段側のA/D変換回路に求められるA/D変換の精度を前段側に比較して低くできることでA/D変換処理の高速化も実現できる。その結果、消費電力を抑えつつ高速化を実現可能なA/D変換器を提供することができる。 According to the A/D converter 101 described above, in the first and second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104, the signal from the image sensor is amplified and is a difference from the D/A conversion value. A residual value is generated, first to second digital values are generated based on the residual value, and a third non-value is generated based on the residual value from the second cyclic A/D conversion circuit 104. The cyclic A/D conversion circuit 105 generates a third digital value. With such a configuration, the A required for the A/D conversion circuit on the subsequent stage side of the first to second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104 and the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 As a result that the accuracy of the A/D conversion can be made lower than that of the preceding stage side, the overall power consumption of the A/D conversion circuit can be reduced, and the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 has a non-cyclic configuration. By doing so, the power consumption of the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 can be further reduced. Further, since the accuracy of the A/D conversion required for the A/D conversion circuit on the subsequent stage side can be lowered as compared with that on the preceding stage side, the speeding up of the A/D conversion process can be realized. As a result, it is possible to provide an A/D converter that can realize high speed while suppressing power consumption.

後段側のA/D変換回路に求められるA/D変換の精度を前段側に比較して低くできる結果、後段側のA/D変換回路の消費電力を低減できる理由は次の通りである。まず、第一の理由について述べる。一般に、トランジスタやキャパシタは、寸法を大きくすればLSI製造プロセスにおいて寸法がばらついたとしても相対的に精度を上げられるので、要求精度が高い場合は寸法を大きくする。そうするとキャパシタへの充放電電流が大きくなり、トランジスタのバイアス電流が大きくなって、消費電力は大きくなる。逆に、要求精度が低くなれば、寸法を小さくでき、バイアス電流や充放電電流を少なくできるため、消費電力を低減できる。また、素子面積も小さくできるという利点もある。次に、第二の理由について述べる。A/D変換に高い精度を要求する場合、その精度内にセトリングするまでの時間を短くするには電流を多く流す必要があり、その結果、消費電力は大きくなる。セトリングに対する精度要求が低くなれば同じセトリングタイムを実現するための電流は低くて済み、消費電力は低くできる。さらに、第三の理由を述べると、A/D変換の要求精度が低く、増幅器のオフセット電圧が大きくてもよいとすれば、トランジスタの寸法は小さくできるため、消費電力も低くできる。そして、第四の理由について述べる。トランジスタの1/fノイズを小さくするためにはトランジスタの寸法を大きくする必要がある。逆にA/D変換の要求精度が低ければ、トランジスタの1/fノイズは大きくて良いことになり、トランジスタの寸法を小さくできるため、消費電力を低くできる。 The accuracy of the A/D conversion required for the A/D conversion circuit on the post-stage side can be made lower than that on the pre-stage side, and as a result, the power consumption of the A/D conversion circuit on the post-stage side can be reduced as follows. First, the first reason will be described. In general, a transistor or a capacitor can be relatively improved in accuracy even if the dimension varies in the LSI manufacturing process by increasing the dimension. Therefore, when the required accuracy is high, the dimension is increased. Then, the charging/discharging current to the capacitor increases, the bias current of the transistor increases, and the power consumption increases. Conversely, if the required accuracy is low, the size can be reduced, and the bias current and the charge/discharge current can be reduced, so that the power consumption can be reduced. There is also an advantage that the element area can be reduced. Next, the second reason will be described. When high accuracy is required for A/D conversion, a large amount of current needs to be passed in order to shorten the time until settling within that accuracy, resulting in high power consumption. If the accuracy requirement for settling is low, the current required to achieve the same settling time is low and power consumption can be low. Further, as a third reason, if the required accuracy of A/D conversion is low and the offset voltage of the amplifier may be large, the size of the transistor can be reduced, and thus the power consumption can be reduced. And the fourth reason will be described. In order to reduce the 1/f noise of the transistor, it is necessary to increase the size of the transistor. On the contrary, if the required accuracy of the A/D conversion is low, the 1/f noise of the transistor may be large, and the size of the transistor can be reduced, so that the power consumption can be reduced.

ここで、A/D変換器101においては、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104において、一方の回路における格納動作期間と演算動作期間との間の遷移タイミングを、他方の回路における格納動作期間の終期及び演算動作期間の終期から外すように制御される。こうすれば、一方のA/D変換回路の動作の影響から発生するノイズ(例えば、ホールドノードに寄生容量などを介して混入するノイズ)による他方のA/D変換回路で生成および出力されるデジタル値及び残差値の精度の低下を防止することができる。その結果として、A/D変換の精度を向上させることができる。 Here, in the A/D converter 101, in the first to second cyclic A/D conversion circuits 103 and 104, the transition timing between the storage operation period and the arithmetic operation period in one circuit is set to the other. The circuit is controlled so as to be removed from the end of the storage operation period and the end of the arithmetic operation period. By doing so, the digital signal generated and output by the other A/D conversion circuit due to noise (for example, noise that enters the hold node via parasitic capacitance or the like) generated due to the operation of the one A/D conversion circuit. It is possible to prevent the accuracy of the value and the residual value from decreasing. As a result, the accuracy of A/D conversion can be improved.

また、A/D変換器101においては、第3の非巡回型A/D変換回路105において、残差値から順次生成するビットコードが遷移するタイミングを、第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104における格納動作期間の終期及び演算動作期間の終期から外すように制御される。この場合、第3の非巡回型A/D変換回路105の動作の影響から発生するノイズ(例えば、ホールドノードに寄生容量などを介して混入するノイズ)による第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104で生成および出力されるデジタル値及び残差値の精度の低下を防止することができる。その結果として、A/D変換の精度を向上させることができる。 Further, in the A/D converter 101, the timing at which the bit code sequentially generated from the residual value in the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 transitions is set to the first or second cyclic A/D. The D conversion circuits 103 and 104 are controlled so as to be excluded from the end of the storage operation period and the end of the arithmetic operation period. In this case, the first to second cyclic A/D due to noise (for example, noise mixed into the hold node via parasitic capacitance or the like) generated due to the influence of the operation of the third non-cyclic A/D conversion circuit 105. It is possible to prevent the accuracy of the digital value and the residual value generated and output by the D conversion circuits 103 and 104 from decreasing. As a result, the accuracy of A/D conversion can be improved.

特に、A/D変換による1つのビットを確定するタイミングを他のA/D変換によるビット信号が遷移していないタイミングにするためには、最終段に非巡回型A/D変換回路を採用することが効果的である。逐次比較型A/D変換では、ずらさなければならないビット当りのタイミングは、格納動作と演算動作の2つの動作ステージがある巡回型の半分で済むためである。 In particular, in order to set the timing for determining one bit by A/D conversion to the timing at which the bit signal by another A/D conversion does not transit, a non-cyclic A/D conversion circuit is adopted at the final stage. Is effective. This is because in the successive approximation type A/D conversion, the timing per bit that must be shifted is half that of the cyclic type in which there are two operation stages, a store operation and an arithmetic operation.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態においては下記の構成に変更されてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments. The above embodiment may be modified to the following configurations.

例えば、第3の非巡回A/D変換回路105は、S/H回路71が省略されていてもよい。図11は、S/H回路を含まない変形例に係るA/D変換器の動作タイミングを示すタイミングチャートであり、図12は、図11のタイミングチャートの一部を拡大して示す図である。本変形例の動作におけるA/D変換器101の動作との相違点は、第2の巡回型A/D変換回路104における最後の巡回の演算動作期間“A9”が、第3の非巡回型A/D変換回路105のA/D変換処理が行われている期間“D10”,“D11”,“D11”の間継続されるように制御される点である。この変形例においても、制御回路18により、A/D変換における遷移タイミングが制御対象タイミングから外れるように制御される(図12)。 For example, in the third acyclic A/D conversion circuit 105, the S/H circuit 71 may be omitted. 11 is a timing chart showing the operation timing of the A/D converter according to the modified example not including the S/H circuit, and FIG. 12 is an enlarged view showing a part of the timing chart of FIG. 11. .. The difference between the operation of the present modified example and the operation of the A/D converter 101 is that the operation period “A9” of the last cyclic operation in the second cyclic A/D conversion circuit 104 is the third non-cyclic type. The point is that the A/D conversion circuit 105 is controlled to continue during the periods “D10”, “D11”, and “D11” during which the A/D conversion process is being performed. Also in this modification, the control circuit 18 controls the transition timing in the A/D conversion so as to deviate from the control target timing (FIG. 12 ).

また、上記実施形態では、逐次比較型の第3の非巡回型A/D変換回路105が採用されていたが、シングルスロープ型A/D変換回路が採用されてもよい。図13には、変形例に係る第3の非巡回型A/D変換回路105Cの構成が示されている。 Further, in the above-described embodiment, the third non-cyclic A/D conversion circuit 105 of successive approximation type is adopted, but a single slope type A/D conversion circuit may be adopted. FIG. 13 shows the configuration of the third non-cyclic A/D conversion circuit 105C according to the modification.

図13に示す第3の非巡回型A/D変換回路105Cは、シングルスロープ型A/D変換回路である。第3の非巡回型A/D変換回路105Cは、第2の巡回型A/D変換回路104からの演算値VOPをサンプル/ホールドするS/H回路71、演算値VOPを参照信号であるランプ信号と比較する比較器111、フリップフロップ(FF)回路113、比較器111の出力の変化タイミングを保持するラッチ回路115、及び変換回路117を含む。この第3の非巡回型A/D変換回路105Cには、アレイに共通にランプ信号発生回路119、グレイコードカウンタ121、及び制御回路123が設けられている。ラッチ回路115は、制御回路123からのクロックを基にグレイコードカウンタ121でカウントされたカウント値を受ける。ランプ信号発生回路119は、制御回路123による制御信号に応じてランプ信号を生成する。比較器111は、一方の入力において第2の巡回型A/D変換回路104の最終の演算値VOPを受け、他方の入力においてランプ信号発生回路119からのランプ信号を受け、これらの信号の比較した比較信号を出力する。さらに、比較器111は、比較信号をFF113を経由してラッチ回路115の記憶制御入力LOADに提供する。この比較信号に応答して、ラッチ回路115は、そのときのグレイコード計数値をラッチする。ラッチされたグレイコード計数値は、変換回路117を経由してA/D変換値(第3のデジタル値)として生成および出力される。 The third acyclic type A/D conversion circuit 105C shown in FIG. 13 is a single slope type A/D conversion circuit. The third non-cyclic A/D conversion circuit 105C uses the S/H circuit 71 that samples/holds the calculated value V OP from the second cyclic A/D conversion circuit 104, and the calculated value V OP as a reference signal. A comparator 111 for comparing with a certain ramp signal, a flip-flop (FF) circuit 113, a latch circuit 115 for holding a change timing of the output of the comparator 111, and a conversion circuit 117 are included. The third non-cyclic A/D conversion circuit 105C is provided with a ramp signal generation circuit 119, a gray code counter 121, and a control circuit 123 commonly to the array. The latch circuit 115 receives the count value counted by the gray code counter 121 based on the clock from the control circuit 123. The ramp signal generation circuit 119 generates a ramp signal according to the control signal from the control circuit 123. The comparator 111 receives the final operation value V OP of the second cyclic A/D conversion circuit 104 at one input, receives the ramp signal from the ramp signal generation circuit 119 at the other input, and receives these signals. The comparison signal that is compared is output. Further, the comparator 111 provides the comparison signal to the storage control input LOAD of the latch circuit 115 via the FF 113. In response to this comparison signal, the latch circuit 115 latches the gray code count value at that time. The latched Gray code count value is generated and output as an A/D conversion value (third digital value) via the conversion circuit 117.

上記第3の非巡回型A/D変換回路105Cが採用された変形例においても、制御回路18によって、A/D変換における遷移タイミングが制御対象タイミングから外れるように制御信号が生成される。ただし、第3の非巡回型A/D変換回路105Cにおける演算値VOPと参照信号とを比較してからグレイコード係数値をラッチするタイミング(制御回路123によるクロックタイミング)が、A/D変換における遷移タイミング、特に巡回型A/D変換における格納動作期間の終期及び演算動作期間の終期から外れるように制御される。これにより、第3の非巡回型A/D変換回路105Cの動作の影響から発生するノイズ(例えば、ホールドノードに寄生容量などを介して混入するノイズ)による第1〜第2の巡回型A/D変換回路103,104で生成および出力されるデジタル値及び残差値の精度の低下を防止することができる。また、このようなシングルスロープ型A/D変換回路を最終段に用いることにより、A/D変換のタイミングの自由度を高められる。すなわち、少数ビット(3、4ビット以下)のA/D変換であれば、他のA/D変換からずらさなければならない遷移のタイミングは多くても16回程度に済むためである。 Also in the modified example in which the third acyclic A/D conversion circuit 105C is adopted, the control circuit 18 also generates a control signal so that the transition timing in A/D conversion deviates from the control target timing. However, the timing (clock timing by the control circuit 123) for latching the gray code coefficient value after comparing the calculated value V OP and the reference signal in the third acyclic A/D conversion circuit 105C is A/D conversion. Is controlled so as to deviate from the end of the storage operation period and the end of the arithmetic operation period in the cyclic A/D conversion. As a result, the first to second cyclic A/D due to noise (for example, noise mixed into the hold node via parasitic capacitance or the like) generated due to the influence of the operation of the third non-cyclic A/D conversion circuit 105C. It is possible to prevent the accuracy of the digital value and the residual value generated and output by the D conversion circuits 103 and 104 from decreasing. Further, by using such a single slope type A/D conversion circuit in the final stage, the degree of freedom of A/D conversion timing can be increased. That is, in the case of A/D conversion of a small number of bits (3 or 4 bits or less), the transition timing that must be shifted from other A/D conversions is about 16 times at most.

101…A/D変換器、103…第1の巡回型A/D変換回路、104…第2の巡回型A/D変換回路、105…第3の非巡回型A/D変換回路、33,53…論理回路、32,52…サブA/D変換回路、34,54…D/A変換回路、35,55…演算増幅回路(演算増幅器)、18…制御回路(タイミング制御回路)、72,72A,101,111…比較器、115…ラッチ回路。 101... A/D converter, 103... First cyclic A/D conversion circuit, 104... Second cyclic A/D conversion circuit, 105... Third non-cyclic A/D conversion circuit, 33, 53... Logic circuit, 32, 52... Sub A/D conversion circuit, 34, 54... D/A conversion circuit, 35, 55... Operational amplifier circuit (operational amplifier), 18... Control circuit (timing control circuit), 72, 72A, 101, 111... Comparator, 115... Latch circuit.

Claims (4)

イメージセンサのカラムに配置されており、前記イメージセンサからの信号をデジタル値に変換するA/D変換器であって、
前記カラムからアナログ値を受けるとともに前記アナログ値を示す第1のデジタル値及び残差値を生成する巡回型の第1のA/D変換回路と、
巡回型の第1〜第M−2(Mは3以上の整数)のA/D変換回路のそれぞれから残差値を受けるとともに、前記残差値を示す第2〜第M−1のデジタル値及び残差値をそれぞれ生成する巡回型の第2〜第M−1のA/D変換回路と、
前記第M−1のA/D変換回路から残差値を受けるとともに前記残差値を示す第Mのデジタル値を生成するA/D変換回路であって、時間的に変化する参照値と前記残差値との比較によって前記第Mのデジタル値を生成する非巡回型の第MのA/D変換回路と
前記第1〜第MのA/D変換回路の動作タイミングを制御するタイミング制御回路と、
を備え、
前記第1〜第M−1のA/D変換回路のそれぞれは、
巡回毎にデジタル値を生成するサブA/D変換回路と、
前記サブA/D変換回路から前記デジタル値を受ける論理回路と、
前記論理回路からの信号に応答してD/A変換値を生成するD/A変換回路と、
入力と、前記残差値を提供する出力と、前記出力と前記入力とを接続する巡回型A/D変換のための帰還経路とを有し、前記入力に受けた入力値を増幅するとともに、該増幅された入力値と前記D/A変換値との差分を生成する演算増幅器と、を有し、
前記タイミング制御回路は、
前記第1〜第M−1のA/D変換回路のうちの一のA/D変換回路において、前記第1〜第M−1のデジタル値を構成するデジタル値を生成する格納動作期間と前記残差値を生成する演算動作期間との間の切り替わりのタイミングを、前記第1〜第M−1のA/D変換回路のうちの他のA/D変換回路における前記格納動作期間の終期、及び前記演算動作期間の終期と、前記第MのA/D変換回路の前記第Mのデジタル値の生成のタイミングとから外すように制御し、
前記第MのA/D変換回路において、前記残差値から順次生成する前記第Mのデジタル値を構成するデジタル値が遷移するタイミングを、前記第1〜第M−1のA/D変換回路における前記格納動作期間の終期、及び前記演算動作期間の終期から外すように制御する、
A/D変換器。
An A/D converter which is arranged in a column of the image sensor and converts a signal from the image sensor into a digital value,
A cyclic first A/D conversion circuit that receives an analog value from the column and generates a first digital value and a residual value indicating the analog value;
Residual values are received from each of the cyclic-type first to M-2 (M is an integer of 3 or more) A/D conversion circuits, and the second to M-1th digital values indicating the residual values are received. And cyclic-type second to M−1th A/D conversion circuits for respectively generating residual values and
An A/D conversion circuit that receives a residual value from the (M-1)th A/D conversion circuit and generates an Mth digital value indicating the residual value, the reference value changing with time, and An acyclic M-th A/D conversion circuit for generating the M-th digital value by comparison with a residual value ;
A timing control circuit for controlling operation timings of the first to Mth A/D conversion circuits;
Equipped with
Each of the first to M-1th A/D conversion circuits includes:
A sub A/D conversion circuit that generates a digital value for each cycle,
A logic circuit that receives the digital value from the sub A/D conversion circuit;
A D/A conversion circuit that generates a D/A conversion value in response to a signal from the logic circuit;
An input, an output that provides the residual value, and a feedback path for cyclic A/D conversion that connects the output and the input, and amplifies the input value received by the input, an operational amplifier for generating a difference between the amplified input value and the D / a conversion value, was closed,
The timing control circuit,
In one of the first to (M-1)th A/D conversion circuits, a storage operation period for generating a digital value that constitutes the first to (M-1)th digital values, and The timing of switching between the calculation operation period for generating the residual value and the end of the storage operation period in the other A/D conversion circuit of the first to M−1th A/D conversion circuits is And controlling so as to remove from the end of the arithmetic operation period and the timing of generation of the Mth digital value of the Mth A/D conversion circuit,
In the M-th A/D conversion circuit, the transition timings of the digital values forming the M-th digital value sequentially generated from the residual value are set to the first to M-1th A/D conversion circuits. In the end of the storage operation period in, and control to be removed from the end of the arithmetic operation period,
A/D converter.
前記第MのA/D変換回路は、前記第M−1のA/D変換回路からの残差値を逐次変化する参照電圧と比較する比較器を有し、前記比較器の出力を基に第Mのデジタル値を構成するデジタル値を順次生成するように構成された逐次比較型A/D変換回路である、
請求項に記載のA/D変換器。
The Mth A/D conversion circuit includes a comparator that compares the residual value from the M−1th A/D conversion circuit with a reference voltage that changes sequentially, and based on the output of the comparator. A successive approximation A/D conversion circuit configured to sequentially generate digital values that form the Mth digital value,
The A/D converter according to claim 1 .
前記タイミング制御回路は、前記第MのA/D変換回路において、前記残差値と参照信号とを比較するクロックタイミングを、前記第1〜第M−1のA/D変換回路における前記第1〜第M−1のデジタル値を構成するデジタル値を生成する格納動作期間の終期、及び前記第1〜第M−1のA/D変換回路における前記残差値を生成する演算動作期間の終期から外すように制御する、
請求項に記載のA/D変換器。
The timing control circuit may set a clock timing for comparing the residual value and a reference signal in the M-th A/D conversion circuit to the first clock in the first to (M-1)th A/D conversion circuits. -End of the storage operation period for generating the digital value forming the (M-1)th digital value, and the end of the arithmetic operation period for generating the residual value in the first to (M-1)th A/D conversion circuits Control to remove from
The A/D converter according to claim 1 .
前記第MのA/D変換回路は、前記第M−1のA/D変換回路からの残差値を前記参照信号であるランプ信号と比較する比較器と、前記比較器の出力の変化のタイミングを保持するラッチ回路とを有し、前記ラッチ回路の出力を基に第Mのデジタル値を生成するように構成されたシングルスロープ型A/D変換回路である、
請求項に記載のA/D変換器。
The Mth A/D conversion circuit compares a residual value from the M−1th A/D conversion circuit with a ramp signal that is the reference signal, and a change in output of the comparator. A single-slope A/D conversion circuit configured to generate a Mth digital value based on an output of the latch circuit, the latch circuit holding a timing.
The A/D converter according to claim 3 .
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