JP2013141144A - A/d conversion circuit, imaging device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、A/D変換回路、撮像素子、および電子機器に関し、特に、より簡易的な構成で良好な信号特性を得ることができるA/D変換回路、撮像素子、および電子機器に関する。 The present disclosure relates to an A / D conversion circuit, an imaging device, and an electronic device, and particularly to an A / D conversion circuit, an imaging device, and an electronic device that can obtain good signal characteristics with a simpler configuration.
近年、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)などの固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。一般的に、固体撮像素子は、光電変換部であるフォトダイオードを有する複数の画素が2次元状に配列された画素アレイ部や、画素アレイ部から出力されるアナログの画素信号をA/D(Analog/Digital)変換するA/D変換回路などを備えて構成される。 In recent years, solid-state imaging devices such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors and CCDs (Charge Coupled Devices) are widely used in digital still cameras, digital video cameras, and the like. In general, a solid-state imaging device has a pixel array unit in which a plurality of pixels each having a photodiode serving as a photoelectric conversion unit are arranged in a two-dimensional manner, or an analog pixel signal output from the pixel array unit. (Analog / Digital) It is configured with A / D conversion circuit to convert.
例えば、本願出願人は、画素から出力される画素信号に対してデジタルCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)処理を施すCMOSイメージセンサを提案している(例えば、特許文献1参照)。 For example, the applicant of the present application has proposed a CMOS image sensor that performs digital CDS (Correlated Double Sampling) processing on a pixel signal output from a pixel (see, for example, Patent Document 1).
デジタルCDS処理では、例えば、鋸形状のように、一定の勾配で電圧が降下するスロープが繰り返して現れるランプ波形の信号(以下、適宜、ランプ信号と称する)が、参照信号として利用される。例えば、画素のリセットレベルの画素信号とランプ信号とを比較してA/D変換された画素信号と、画素の受光量に応じたレベルの画素信号とランプ信号とを比較してA/D変換された画素信号との差分を出力することで、画素信号に含まれるノイズなどが除去される。 In the digital CDS processing, for example, a ramp waveform signal (hereinafter, referred to as a ramp signal as appropriate) in which a slope in which the voltage drops with a constant gradient appears repeatedly, such as a saw shape, is used as a reference signal. For example, a pixel signal that is A / D converted by comparing the pixel signal at the reset level of the pixel and the ramp signal, and an A / D conversion that compares the pixel signal at a level corresponding to the amount of light received by the pixel and the ramp signal By outputting a difference from the pixel signal, noise included in the pixel signal is removed.
このようなデジタルCDS処理に用いられるA/D変換回路は、複数の定電流源によりランプ信号を発生するランプ発生器と、画素信号の電圧とランプ信号の電圧とを比較するコンパレータとが組み合わされて構成される。 The A / D conversion circuit used for such digital CDS processing is a combination of a ramp generator that generates a ramp signal from a plurality of constant current sources and a comparator that compares the voltage of the pixel signal and the voltage of the ramp signal. Configured.
ところで、一般的に、A/D変換回路では、良好な信号特性を得るために、A/D変換を行う前にコンパレータのオフセットを除去する必要があり、そのためには、ランプ発生器とコンパレータとの間に、容量素子を設ける必要があった。これに対し、固体撮像素子の小型化を図る観点などから、このような容量素子を設けることのない簡易的な構成で、コンパレータのオフセットを除去した良好な信号特性を得ることができるA/D変換回路が求められている。 By the way, in general, in an A / D conversion circuit, it is necessary to remove the offset of the comparator before performing A / D conversion in order to obtain good signal characteristics. In the meantime, it was necessary to provide a capacitive element. On the other hand, from the viewpoint of downsizing the solid-state imaging device, etc., A / D can obtain good signal characteristics with a simple configuration without providing such a capacitive element, with the comparator offset removed. There is a need for a conversion circuit.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡易的な構成で良好な信号特性を得ることができるようにするものである。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and makes it possible to obtain good signal characteristics with a simpler configuration.
本開示の一側面のA/D変換回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際に参照される傾斜を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記アナログ信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部とを備え、前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される。 An A / D conversion circuit according to one aspect of the present disclosure includes a signal generation unit that generates a reference signal having a slope that is referred to when an analog signal is converted into a digital signal, and compares the analog signal with the reference signal. A comparison unit that outputs the comparison result and a count unit that outputs a count value based on the comparison result by the comparison unit, and the signal generation unit is configured by arranging a plurality of capacitive elements in parallel. Is done.
本開示の一側面の撮像素子は、アレイ状に複数の画素が配置され、前記画素から画素信号が出力される画素アレイ部と、前記画素の列数に応じたA/D変換回路が並列的に配置されるA/D変換処理部とを備え、前記A/D変換回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際に参照される傾斜を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記画素信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部とを有し、前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される。 The imaging device according to one aspect of the present disclosure includes a pixel array unit in which a plurality of pixels are arranged in an array and a pixel signal is output from the pixels, and an A / D conversion circuit corresponding to the number of columns of the pixels in parallel. An A / D conversion processing unit disposed in the A / D conversion circuit, wherein the A / D conversion circuit generates a reference signal having a slope referred to when an analog signal is converted into a digital signal, and the pixel Comparing a signal with the reference signal and outputting a comparison result; and a count unit outputting a count value based on the comparison result by the comparison unit, and the signal generator includes a plurality of Capacitance elements are arranged in parallel.
本開示の一側面の電子機器は、アレイ状に複数の画素が配置され、前記画素から画素信号が出力される画素アレイ部と、前記画素の列数に応じたA/D変換回路が並列的に配置されるA/D変換処理部とを備える撮像素子を有し、前記A/D変換回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際に参照される傾斜を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記画素信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部とを有し、前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される。 An electronic device according to an aspect of the present disclosure includes a pixel array unit in which a plurality of pixels are arranged in an array and a pixel signal is output from the pixels, and an A / D conversion circuit corresponding to the number of columns of the pixels in parallel. And an A / D conversion processing unit disposed in the A / D conversion circuit, wherein the A / D conversion circuit generates a reference signal having a slope that is referred to when an analog signal is converted into a digital signal. The signal generation unit, a comparison unit that compares the pixel signal with the reference signal and outputs the comparison result, and a count unit that outputs a count value based on the comparison result of the comparison unit. The unit is configured by arranging a plurality of capacitive elements in parallel.
本開示の一側面においては、複数の容量素子が並列的に配置されて信号発生部が形成される。 In one aspect of the present disclosure, a plurality of capacitive elements are arranged in parallel to form a signal generation unit.
本開示の一側面によれば、より簡易的な構成で良好な信号特性を得ることができる。 According to one aspect of the present disclosure, good signal characteristics can be obtained with a simpler configuration.
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present technology is applied will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本技術を適用したA/D変換回路の一実施の形態の構成例を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an embodiment of an A / D conversion circuit to which the present technology is applied.
図1において、A/D変換回路11は、A/D変換部12およびランプ発生部13を備えて構成されており、入力端子14に入力される信号をA/D変換して、出力端子15から出力する。
In FIG. 1, the A /
A/D変換部12は、コンパレータ21、容量素子22、スイッチ23および24、並びに、カウンタ25を備えて構成され、ランプ発生部13は、N個の容量素子31−1乃至31−Nを備えて構成される。
The A /
A/D変換回路11では、ランプ発生部13からランプ信号(参照信号)が出力される配線がコンパレータ21の非反転入力端子(+)に接続されるとともに、コンパレータ21の非反転入力端子および反転出力端子(−)が、スイッチ23を介して接続される。また、入力端子14は、容量素子22を介して、コンパレータ21の反転入力端子(−)に接続されるとともに、コンパレータ21の反転入力端子および非反転出力端子(+)が、スイッチ24を介して接続される。そして、コンパレータ21の非反転出力端子は、カウンタ25の入力端子に接続され、カウンタ25の出力端子が出力端子15に接続される。
In the A /
コンパレータ21の非反転入力端子には、ランプ発生部13から出力されるランプ信号が入力され、コンパレータ21の反転入力端子には、入力端子14に入力されるアナログ信号が容量素子22を介して入力される。そして、コンパレータ21は、ランプ信号の電圧値と、アナログ信号の電圧値とを比較する。例えば、コンパレータ21は、ランプ信号の電圧値がアナログ信号の電圧値よりも高い場合には、非反転出力端子からHighレベルの信号を出力するとともに、反転出力端子からLowレベルの信号を出力する。一方、コンパレータ21は、ランプ信号の電圧値がアナログ信号の電圧値よりも低い場合には、非反転出力端子からLowレベルの信号を出力するとともに、反転出力端子からHighレベルの信号を出力する。
A ramp signal output from the
容量素子22は、入力端子14から入力されるアナログ信号を蓄積し、容量素子22に蓄積されているアナログ信号の電圧が、コンパレータ21の反転入力端子に入力される。
The
スイッチ23および24は、コンパレータ21のオフセットを除去するオートゼロ機能を実行する。例えば、A/D変換部12においてA/D変換が開始される際に、スイッチ23および24が共に短絡することによって、コンパレータ21のオフセットが除去される。
The
カウンタ25には、図示しないクロック回路から所定のクロック信号が供給され、カウンタ25は、例えば、ランプ信号が降下を開始したタイミングでクロック信号のカウントを開始する。そして、カウンタ25は、コンパレータ21の非反転出力端子から出力される信号がHighレベルからLowレベルに変化するタイミングでのカウント値を示す信号を出力端子15に出力する。コンパレータ21は、ランプ信号の電圧値がアナログ信号の電圧値よりも低くなったときに、非反転出力端子から出力する信号をHighレベルからLowレベルに切り替えるため、カウンタ25が出力する信号は、入力端子14に入力されたアナログ信号をA/D変換したものとなる。
A predetermined clock signal is supplied to the
ランプ発生部13では、容量素子31−1乃至31−Nの一端は、それぞれ共通化(連結)されてコンパレータ21の非反転出力端子に接続され、容量素子31−1乃至31−Nの他端は、それぞれの制御端子V[1]乃至V[N]に接続される。制御端子V[1]乃至V[N]には、例えば、後述するロジック制御回路57(図8)から、ランプ信号を発生するための制御信号が供給される。
In the
制御端子V[1]乃至V[N]には、HighレベルまたはLowレベルの制御信号が供給され、ランプ発生部13から出力されるランプ信号のレベルは、例えば、Highレベルとされた制御信号の数に応じたものとなる。従って、全ての制御信号がHighレベルとされ、所定のクロック信号に従って1つずつ制御信号がLowレベルに切り替えられることにより、ランプ発生部13が出力するランプ信号のレベルは、所定の勾配のスロープ(傾斜)を描いて降下する。
The control terminals V [1] to V [N] are supplied with a high level or low level control signal, and the level of the ramp signal output from the
次に、図2乃至図6を参照して、降下スロープを用いる場合におけるA/D変換回路11の動作シーケンスの例について説明する。
Next, an example of an operation sequence of the A /
図2は、ランプ発生部13から出力されるランプ信号の波形を示しており、縦軸は、ランプ信号の電圧Vrampを示し、横軸は、時刻Tを示している。図3乃至図6には、図2に示されているランプ信号の各期間におけるA/D変換回路11の状態が示されている。なお、図3乃至6において、カウンタ25の図示は省略されている。
FIG. 2 shows the waveform of the ramp signal output from the
また、図3乃至6では、ランプ発生部13の制御がデジタル制御であることを明確にするために、容量素子31は、直列に接続されたインバータ32および33を介して駆動されることが示されている。つまり、容量素子31−1には、インバータ32−1および33−1を介して制御端子V[1]から制御信号が入力され、容量素子31−2には、インバータ32−2および33−2を介して制御端子V[2]から制御信号が入力され、以下、同様に、容量素子31−Nには、インバータ32−Nおよび33−Nを介して制御端子V[N]から制御信号が入力される。なお、インバータ32および33に替えて、例えば、任意の論理ゲートを採用してもよい。
3 to 6 show that the
まず、時刻t1までにおいて、A/D変換回路11がオートゼロ状態とされる。このとき、所定のオートゼロ電圧V0を出力するために、図3に示すように、ランプ発生部13では、制御端子V[1]乃至V[N]に入力される制御信号のうちの、所定数の制御信号がLowレベルにされ、残りの制御信号がHighレベルにされる。そして、この状態で、A/D変換部12では、スイッチ23および24が短絡される。
First, until time t1, the A /
次に、時刻t1から時刻t2までの期間において、A/D変換回路11のオートゼロ状態が解除される。図4に示すように、ランプ発生部13では、制御端子V[1]乃至V[N]に入力される制御信号の状態が維持されたまま、A/D変換部12では、スイッチ23および24が開放される。これにより、コンパレータ21のオフセットが除去されて、オートゼロが完了する。
Next, in the period from time t1 to time t2, the auto-zero state of the A /
その後、時刻t2から時刻t3までの期間において、ランプ発生部13がリセットされる。このとき、Lowレベルとされていた所定数の制御信号がHighレベルに切り替えられ、図5に示すように、全ての制御信号がHighレベルとされる。これにより、ランプ発生部13から出力されるランプ信号が、オートゼロ電圧V0から一定電圧だけ上昇し、ランプ発生部13は、降下スロープを出力することができる状態となる。
Thereafter, during the period from time t2 to time t3, the
そして、時刻t3から時刻t4までの期間において、一定の勾配で電圧が降下する降下スロープが出力される。時刻t3では、図6に示すように、ランプ発生部13において、制御端子V[1]に入力される制御信号がHighレベルからLowレベルに切り替えられる。その後、時刻t4までの間に、制御端子V[2]乃至V[N]に入力される制御信号が、所定のクロックに従って順次、1つずつHighレベルからLowレベルに切り替えられる。これにより、ランプ発生部13から出力されるランプ信号は、一定の勾配で電圧が降下する波形となる。
Then, during the period from time t3 to time t4, a descending slope in which the voltage drops with a constant gradient is output. At time t3, as shown in FIG. 6, in the
このように、A/D変換回路11は、図2に示すようなランプ信号がランプ発生部13からコンパレータ21に供給され、スイッチ23および24が短絡されることで、コンパレータ21のオフセットを除去するオートゼロ機能を実現することができる。これにより、オフセットによる悪影響を排除することができ、A/D変換回路11は、より良好な特性の信号を出力することができる。
In this way, the A /
また、A/D変換回路11は、ランプ発生部13が容量素子31−1乃至31−Nを備えて構成されているため、例えば、従来のA/D変換回路ではオートゼロ機能を実現するために必要であった容量素子を備えることなく構成することができる。
In addition, the A /
ここで、図7を参照して、従来のA/D変換回路について説明する。なお、図7において、図1のA/D変換回路11と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Here, a conventional A / D conversion circuit will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same reference numerals are given to components common to the A /
図7に示すように、従来のA/D変換回路11’が有するランプ発生部13’は、N個の定電流源41−1乃至41−Nを有しており、定電流源41−1乃至41−Nから出力される電流は抵抗42に流れ込むように構成される。そして、定電流源41−1乃至41−Nのオン/オフが制御されることでランプ信号が発生して、定電流源41−1乃至41−Nと抵抗42との接続点に接続された容量素子43にランプ信号に応じた電圧が蓄積され、コンパレータ21の非反転入力端子に入力される。
As shown in FIG. 7, the
このように、A/D変換回路11’では、ランプ発生部13’が、定電流源41−1乃至41−Nを用いてランプ信号を発生するように構成されているため、容量素子43が必要であった。
As described above, in the A /
これに対し、図1のA/D変換回路11では、容量素子31−1乃至31−Nを用いてランプ信号を発生するように構成されるランプ発生部13を採用することにより、容量素子43を設ける必要がなく、より簡易的な構成とすることができる。また、容量素子43が不要となる分だけ、A/D変換回路11が占有する面積を縮小することができる。
On the other hand, in the A /
また、A/D変換回路11のランプ発生部13は、容量素子31−1乃至31−Nが充放電されることでランプ信号を生成することができ、ランプ発生部13’のように、定電流源41−1乃至41−Nにより定常的に流れる電流の発生を回避することができる。従って、A/D変換回路11は、ランプ発生部13を採用することにより、必要な消費電流が、容量素子31−1乃至31−Nの充電に用いられる動的な電流のみとすることができ、消費電力を大きく削減することができる。さらに、A/D変換回路11は、動作速度を低下させるのに比例して、消費電力を低減させることができる。
The
さらに、A/D変換回路11のランプ発生部13は、抵抗素子や定電流源(電流を出力する能動素子)などを含まずに構成されるため、定常的な雑音源を大幅に低減することができ、ノイズが非常に少ない信号を出力することができる。
Further, since the
次に、図8を参照して、A/D変換部12およびランプ発生部13を有して構成されるA/D変換回路を備えたCMOSイメージセンサについて説明する。
Next, a CMOS image sensor including an A / D conversion circuit configured to include the A /
図8に示すように、CMOSイメージセンサ51は、ランプ発生部13、画素アレイ部52、垂直駆動部53、カラム処理部54、水平駆動部55、アンプ回路56、およびロジック制御回路57を備えて構成される。
As shown in FIG. 8, the
画素アレイ部52は、アレイ状に配置された複数の画素58を有しており、画素58の行数に応じた複数の水平信号線Hを介して垂直駆動部53に接続され、画素58の列数に応じた複数の垂直信号線Vを介してカラム処理部54に接続されている。即ち、画素アレイ部52が有する複数の画素58は、水平信号線Hおよび垂直信号線Vが交差する点にそれぞれ配置されており、水平信号線Hを介して供給される駆動信号に従って駆動して、画素信号を垂直信号線Vに出力する。
The
垂直駆動部53は、画素アレイ部52が有する複数の画素58の行ごとに、それぞれの画素58を駆動するための駆動信号(転送信号や、選択信号、リセット信号など)を、水平信号線Hを介して順次供給する。
The
カラム処理部54は、画素58の行数に応じて並列的に配置された複数のA/D変換部12を有して構成され、画素58から出力される画素信号をA/D変換して出力する。このとき、カラム処理部54では、画素信号に対して、図9を参照して後述するようなデジタルCDS処理が施される。また、カラム処理部54が有する複数のA/D変換部12では、コンパレータ21の非反転入力端子が、共通化されてランプ発生部13に接続され、コンパレータ21の反転入力端子が、容量素子22を介して垂直信号線Vに接続されている。そして、カウンタ25の出力端子が、共通化されてアンプ回路56に接続されている。
The
水平駆動部55は、画素アレイ部52が有する複数の画素58の列ごとに、それぞれの画素58に対応するA/D変換部12でA/D変換された画素信号をカラム処理部54から順番に出力させるための駆動信号を、A/D変換部12に順次供給する。
For each column of the plurality of
アンプ回路56には、水平駆動部55の駆動信号に従ったタイミングでカラム処理部54から画素信号が供給され、アンプ回路56は、その画素信号を所定の増幅率で増幅して、例えば、後段の画像処理回路に出力する。
A pixel signal is supplied from the
ロジック制御回路57は、CMOSイメージセンサ51の内部の各ブロックの駆動周期に従って、それぞれのブロックの駆動に必要な信号を出力する。例えば、ロジック制御回路57は、ランプ発生部13の制御端子V[1]乃至V[N]に対して制御信号を出力して、ランプ発生部13からランプ信号を出力させる。また、ロジック制御回路57は、カラム処理部54のA/D変換部12に対してスイッチ23および24の開閉を制御する信号を出力して、A/D変換部12のオートゼロ機能を実行する。
The
このように構成されているCMOSイメージセンサ51では、ランプ発生部13と、複数のA/D変換部12を有するカラム処理部54により、いわゆるカラム・パラレルA/D変換器が構成され、画素58から出力される画素信号が行ごとに並列的にA/D変換される。
In the
図9を参照して、デジタルCDS処理が行われるときのランプ発生部13およびA/D変換部12の動作について説明する。
With reference to FIG. 9, operations of the
図9は、デジタルCDS処理が適用されたときにランプ発生部13から出力されるランプ信号の波形を示しており、縦軸は、ランプ信号の電圧Vrampを示し、横軸は、時刻Tを示している。デジタルCDS処理が適用されるときには、図9に示すように、一定の勾配で電圧が降下する降下スロープが2回出力される。
FIG. 9 shows the waveform of the ramp signal output from the
まず、時刻t11までにおいて、A/D変換部12がオートゼロ状態とされる。即ち、ロジック制御回路57は、所定のオートゼロ電圧V0を出力するために、ランプ発生部13の制御端子V[1]乃至V[N]に入力される制御信号のうちの、所定数の制御信号をLowレベルにし、残りの制御信号をHighレベルにする。このとき、ロジック制御回路57は、A/D変換部12に対して、スイッチ23および24を短絡するように制御を行う。
First, until time t11, the A /
次に、時刻t11から時刻t12までの期間において、A/D変換部12のオートゼロ状態が解除される。即ち、ロジック制御回路57は、ランプ発生部13の制御端子V[1]乃至V[N]に入力する制御信号の状態を維持したまま、A/D変換部12のスイッチ23および24が開放するように制御を行う。これにより、コンパレータ21のオフセットが除去されて、オートゼロが完了する。
Next, in the period from time t11 to time t12, the auto-zero state of the A /
その後、時刻t12から時刻t13までの期間において、ランプ発生部13がリセットされる。即ち、ロジック制御回路57は、Lowレベルとされていた所定数の制御信号をHighレベルに切り替えて、ランプ発生部13に供給する全ての制御信号をHighレベルとする。これにより、ランプ発生部13から出力されるランプ信号が、オートゼロ電圧V0から一定電圧だけ上昇し、ランプ発生部13は、1回目の降下スロープを出力することができる状態となる。
Thereafter, during the period from time t12 to time t13, the
そして、時刻t13から時刻t14までの期間において、一定の勾配で電圧が降下する降下スロープが出力される。即ち、ロジック制御回路57は、時刻t13において、制御端子V[1]に入力する制御信号をHighレベルからLowレベルに切り替える。そして、ロジック制御回路57は、時刻t14までの間に、制御端子V[2]乃至V[N]に入力される制御信号を、所定のクロックに従って順次、1つずつHighレベルからLowレベルに切り替える。これにより、ランプ発生部13は、一定の勾配で電圧が降下する降下スロープを出力する。
Then, during the period from time t13 to time t14, a drop slope in which the voltage drops with a constant gradient is output. That is, the
このとき、画素58からは、リセットレベルの画素信号が垂直信号線Vを介して出力されて、容量素子22に蓄積される。そして、コンパレータ21は、ランプ発生部13から出力されるランプ信号の電圧が、容量素子22に蓄積された画素信号の電圧よりも低くなったタイミングで、非反転出力端子から出力する信号を、HighレベルからLowレベルに切り替える。一方、カウンタ25は、ロジック制御回路57の制御に従って、ランプ信号が降下を開始したタイミング(t13)から、コンパレータ21からの信号がHighレベルからLowレベルに変化するタイミングまでのカウント値を示す信号を出力する。この信号は、リセットレベルの画素信号として保持される。
At this time, a pixel signal at a reset level is output from the
次に、時刻t14から時刻t15までの期間において、ランプ発生部13がリセットされる。即ち、ロジック制御回路57は、ランプ発生部13に供給する全ての制御信号をLowレベルからHighレベルに切り替える。これにより、ランプ発生部13は、2回目の降下スロープを出力することができる状態となる。
Next, in the period from time t14 to time t15, the
そして、時刻t15から時刻t16までの期間において、時刻t13から時刻t14までの期間と同様に、一定の勾配で電圧が降下する降下スロープが出力される。 Then, during the period from time t15 to time t16, as in the period from time t13 to time t14, a descending slope in which the voltage drops with a constant gradient is output.
このとき、画素58からは、画素58が受光した光に応じたレベルの画素信号が垂直信号線Vを介して出力されて、容量素子22に蓄積される。そして、コンパレータ21は、ランプ発生部13から出力されるランプ信号の電圧が、容量素子22に蓄積された画素信号の電圧よりも低くなったタイミングで、非反転出力端子から出力する信号を、HighレベルからLowレベルに切り替える。一方、カウンタ25は、ロジック制御回路57の制御に従って、ランプ信号が降下を開始したタイミング(t15)から、コンパレータ21からの信号がHighレベルからLowレベルに変化するタイミングまでのカウント値を示す信号を出力する。この信号は、受光レベルの画素信号として保持される。
At this time, a pixel signal having a level corresponding to the light received by the
その後、保持されているリセットレベルの画素信号と受光レベルの画素信号との差分を演算した値を示す信号が、画素58から出力されたアナログの画素信号をA/D変換した信号としてA/D変換部12から出力される。
After that, a signal indicating a value obtained by calculating a difference between the pixel signal of the reset level and the pixel signal of the light receiving level that is held is an A / D converted signal obtained by A / D converting the analog pixel signal output from the
このように、CMOSイメージセンサ51では、画素58から出力されるリセットレベルの画素信号と受光レベルの画素信号との差分を演算して出力するデジタルCDS処理が適用される。これにより、画素58から出力される画素信号に含まれる画素58固有のノイズを除去することができる。
In this manner, the
また、上述したように、A/D変換回路11は、定常的な雑音源を大幅に低減することができ、A/D変換回路11から出力される画素信号には、例えば、オートゼロを解除する際に容量素子22にサンプリングされる、いわゆるkTCノイズだけが含まれる。そして、このkTCノイズはデジタルCDS処理において差分を演算することで除去することができ、A/D変換部12からkTCノイズが出力されることが回避される。従って、CMOSイメージセンサ51は、より簡易的な構成、かつ、低消費電力で、ノイズが含まれない良好な特性の画素信号を出力することができる。
Further, as described above, the A /
なお、ランプ発生部13は、図2および図9に示したような直線的に電圧が降下するスロープを有するランプ波形の他、勾配が一定でない非線形なスロープを有するランプ波形を発生することができる。
The
例えば、HighレベルからLowレベルに切り替えられる制御信号の個数や、ランプ発生部13が有する容量素子31の容量値、制御信号をHighレベルからLowレベルに切り替える時間間隔などを調整することにより、ランプ信号の勾配を変化させることができる。そして、HighレベルからLowレベルに切り替えられる制御信号の個数や、ランプ発生部13が有する容量素子31の容量値、制御信号をHighレベルからLowレベルに切り替える時間間隔などの組み合わせを、より微調整することにより、ランプ信号に現れる歪などを補正することができる。
For example, by adjusting the number of control signals that can be switched from the High level to the Low level, the capacitance value of the
これにより、降下スロープの勾配が一定でないランプ波形、例えば、図10に示すように、時刻t3から時刻t4までの期間において、初めは緩やかな勾配で電圧が降下し、その勾配が急峻に変化するようなランプ波形を発生することができる。 As a result, a ramp waveform whose slope of the descending slope is not constant, for example, as shown in FIG. 10, during the period from time t3 to time t4, the voltage first drops with a gentle slope, and the slope changes sharply. Such a ramp waveform can be generated.
なお、本実施の形態では、降下スロープを有するランプ信号を利用した動作シーケンスについて説明したが、制御信号のHighレベルとLowレベルとを全て反転させることにより、ランプ発生部13は、上昇スロープを有するランプ信号を発生することができ、上昇スロープを有するランプ信号を利用した動作シーケンスを適用することができる。
In this embodiment, the operation sequence using the ramp signal having the descending slope has been described. However, the
また、上述したようなCMOSイメージセンサ51は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
The
図11は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。 FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
図11に示すように、撮像装置101は、光学系102、撮像素子103、信号処理回路104、モニタ105、およびメモリ106を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
As illustrated in FIG. 11, the
光学系102は、1枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光(入射光)を撮像素子103に導き、撮像素子103の受光面(センサ部)に結像させる。
The
撮像素子103としては、上述した構成例のCMOSイメージセンサ51が適用される。撮像素子103には、光学系102を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電荷が蓄積される。そして、撮像素子103に蓄積された電荷に応じた信号が信号処理回路104に供給される。
As the
信号処理回路104は、撮像素子103から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路104が信号処理を施すことにより得られた画像(画像データ)は、モニタ105に供給されて表示されたり、メモリ106に供給されて記憶(記録)されたりする。
The
このように構成されている撮像装置101では、撮像素子103として、上述した構成例のCMOSイメージセンサ51を適用することにより、ノイズの少ない、より良好な画質を得ることができる。
In the
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
アレイ状に複数の画素が配置され、前記画素から画素信号が出力される画素アレイ部と、
前記画素の列数に応じたA/D変換回路が並列的に配置されるA/D変換処理部と
を備え、
前記A/D変換回路は、
アナログ信号をデジタル信号に変換する際に参照される傾斜を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記画素信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部と
を有し、
前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される
撮像素子。
(2)
複数の前記容量素子の一方の端子は、共通化されて前記比較部に直接的に接続され、
複数の前記容量素子の他方の端子に入力される制御信号のレベルが切り替えられることにより、前記参照信号が生成される
上記(1)に記載の撮像素子。
(3)
前記画素は、リセットレベルの画素信号と、受光量に応じたレベルの画素信号とを出力し、
前記信号発生部は、2つの前記傾斜を有する前記参照信号を出力する
上記(1)または(2)に記載の撮像素子。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
A plurality of pixels arranged in an array, and a pixel array unit from which pixel signals are output;
An A / D conversion processing unit in which A / D conversion circuits according to the number of columns of the pixels are arranged in parallel,
The A / D converter circuit is
A signal generator for generating a reference signal having a slope referred to when converting an analog signal into a digital signal;
A comparison unit that compares the pixel signal with the reference signal and outputs a comparison result;
A count unit that outputs a count value based on a comparison result by the comparison unit, and
The signal generation unit is configured by arranging a plurality of capacitive elements in parallel.
(2)
One terminal of the plurality of capacitive elements is shared and directly connected to the comparison unit,
The imaging device according to (1), wherein the reference signal is generated by switching a level of a control signal input to the other terminal of the plurality of capacitive elements.
(3)
The pixel outputs a pixel signal at a reset level and a pixel signal at a level corresponding to the amount of received light,
The image sensor according to (1) or (2), wherein the signal generation unit outputs the reference signal having two inclinations.
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Note that the present embodiment is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present disclosure.
11 A/D変換回路, 12 A/D変換部, 13 ランプ発生部, 14 入力端子, 15 出力端子, 21 コンパレータ, 22 容量素子, 23および24 スイッチ, 25 カウンタ, 31 容量素子, 32および33 インバータ, 51 CMOSイメージセンサ, 52 画素アレイ部, 53 垂直駆動部, 54 カラム処理部, 55 水平駆動部, 56 アンプ回路, 57 ロジック制御回路, 58 画素 11 A / D conversion circuit, 12 A / D conversion unit, 13 ramp generation unit, 14 input terminal, 15 output terminal, 21 comparator, 22 capacitive element, 23 and 24 switch, 25 counter, 31 capacitive element, 32 and 33 inverter , 51 CMOS image sensor, 52 pixel array unit, 53 vertical drive unit, 54 column processing unit, 55 horizontal drive unit, 56 amplifier circuit, 57 logic control circuit, 58 pixel
Claims (6)
前記アナログ信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部と
を備え、
前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される
A/D(Analog/Digital)変換回路。 A signal generator for generating a reference signal having a slope referred to when converting an analog signal into a digital signal;
A comparator that compares the analog signal with the reference signal and outputs a comparison result;
A count unit that outputs a count value based on a comparison result by the comparison unit, and
The signal generator is configured by arranging a plurality of capacitive elements in parallel.
A / D (Analog / Digital) conversion circuit.
複数の前記容量素子の他方の端子に入力される制御信号のレベルが切り替えられることにより、前記参照信号が生成される
請求項1に記載のA/D変換回路。 One terminal of the plurality of capacitive elements is shared and directly connected to the comparison unit,
The A / D conversion circuit according to claim 1, wherein the reference signal is generated by switching a level of a control signal input to the other terminal of the plurality of capacitive elements.
前記画素の列数に応じたA/D変換回路が並列的に配置されるA/D変換処理部と
を備え、
前記A/D変換回路は、
アナログ信号をデジタル信号に変換する際に参照される傾斜を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記画素信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部と
を有し、
前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される
撮像素子。 A plurality of pixels arranged in an array, and a pixel array unit from which pixel signals are output;
An A / D conversion processing unit in which A / D conversion circuits according to the number of columns of the pixels are arranged in parallel,
The A / D converter circuit is
A signal generator for generating a reference signal having a slope referred to when converting an analog signal into a digital signal;
A comparison unit that compares the pixel signal with the reference signal and outputs a comparison result;
A count unit that outputs a count value based on a comparison result by the comparison unit, and
The signal generation unit is configured by arranging a plurality of capacitive elements in parallel.
複数の前記容量素子の他方の端子に入力される制御信号のレベルが切り替えられることにより、前記参照信号が生成される
請求項3に記載の撮像素子。 One terminal of the plurality of capacitive elements is shared and directly connected to the comparison unit,
The imaging device according to claim 3, wherein the reference signal is generated by switching a level of a control signal input to the other terminal of the plurality of capacitive elements.
前記信号発生部は、2つの前記傾斜を有する前記参照信号を出力する
請求項3に記載の撮像素子。 The pixel outputs a pixel signal at a reset level and a pixel signal at a level corresponding to the amount of received light,
The imaging device according to claim 3, wherein the signal generation unit outputs the reference signal having two slopes.
前記画素の列数に応じたA/D変換回路が並列的に配置されるA/D変換処理部と
を備える撮像素子を有し、
前記A/D変換回路は、
アナログ信号をデジタル信号に変換する際に参照される傾斜を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記画素信号を、前記参照信号と比較して、その比較結果を出力する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいたカウント値を出力するカウント部と
を有し、
前記信号発生部は、複数の容量素子が並列的に配置されて構成される
電子機器。 A plurality of pixels arranged in an array, and a pixel array unit from which pixel signals are output;
An A / D conversion processing unit in which A / D conversion circuits according to the number of columns of the pixels are arranged in parallel,
The A / D converter circuit is
A signal generator for generating a reference signal having a slope referred to when converting an analog signal into a digital signal;
A comparison unit that compares the pixel signal with the reference signal and outputs a comparison result;
A count unit that outputs a count value based on a comparison result by the comparison unit, and
The signal generating unit is an electronic device configured by arranging a plurality of capacitive elements in parallel.
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JP2012000612A JP2013141144A (en) | 2012-01-05 | 2012-01-05 | A/d conversion circuit, imaging device, and electronic apparatus |
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JP2022119633A (en) * | 2021-02-04 | 2022-08-17 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion devices, electronic devices and substrates |
CN115665570A (en) * | 2018-06-14 | 2023-01-31 | 索尼半导体解决方案公司 | camera device |
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